Биполярность воды. Биполярное распространение

Атмосфера и климат. Биполярность воды


Химические свойства воды.

Общеизвестно, что молекула воды состоит из двух атомов водорода и одного атома кислорода. Однако атомы, составляющие ее, расположены весьма своеобразно. Оба атома водорода, окружающие атом кислорода, находятся под углом 105° относительно друг друга. Это делает молекулу воды биполярной. Так происходит потому, что электроны атомов водорода, взаимодействующие с атомом кислорода, придают той стороне молекулы воды, на которой находятся водородные атомы, положительный заряд, тогда как та сторона, на которой лежит атом кислорода, заряжается  отрицательно.

Вследствие биполярности молекулы воды объединяются в крупные группы — противоположные заряды разных сторон молекул создают взаимное притяжение. Между соседними молекулами воды возникает сильная связь, называемая водородной связью. Чтобы разорвать эту связь, необходима весьма большая энергия. Именно поэтому вода имеет большую теплоемкость.

Вследствие биполярности молекул вода имеет более высокую температуру кипения, чем можно было бы ожидать. Если бы не было водородной связи, температура кипения составляла бы —80° С. Тогда в обычных условиях вода не могла бы находиться в жидком состоянии. На самом же деле эта очень устойчивая жидкость принадлежит к числу немногих веществ на нашей планете, которые в самых обычных условиях могут находиться в твердом, жидком и газообразном состоянии. Так, в некоторых облаках возможны одновременно все три   фазы   воды.

Вода также почти идеальный, один из самых универсальных растворителей. За достаточно продолжительное время в ней растворяется больше веществ, чем в каком бы то ни было другом растворителе. Сток воды по поверхности суши ежегодно выносит в моря до 50 миллионов тонн различных веществ.

Такая особенность воды, как расширение при замерзании, отличает ее от большинства других веществ, которые в этих условиях сжимаются. Вода же сжимается при понижении ее температуры тол'.ко до 4°С. При этой температуре молекулы воды «упакованы» плотнее, всего. При дальнейшем понижении температуры воды ее молекулы не могут более уплотняться, расстояние' между ними начинает увеличиваться и вода расширяется. Поэтому плотность льда меньше плотности воды: дистиллированной — приблизительно на 1/9, соленой морской — на 1/7. Более легкий лед плавает по поверхности воды. Можно себе представить, что случилось бы, если бы дело обстояло противоположным образом, т. е. если бы вода в водоемах начинала замерзать от дна. С наступлением зимы озера и другие водоемы постепенно полностью переходили бы в твердое состояние и все живое в них — по крайней мере большинство организмов, живущих в воде,— погибало бы. Мы же знаем, что очень многие живые организмы могут жить под льдом и легко выживают до следующего летнего сезона. Если бы каждую зиму вся вода на Земле замерзала, то вряд ли на ней могла бы зародиться жизнь.

Морская вода значительно отличается от 1 химически чистой воды, что связано со свойствами множества растворенных в ней примесей. Известно не менее 49 химических элементов, содержащихся в морской воде. Приблизительно 35% общего веса морской воды приходится на различные растворенные в ней минералы. Масса веществ, растворенных в морской воде, называется ее соленостью ( в действительности соленость несколько, меньше количества растворенных минералов, однако различие между ними столь мало, что нет надобности здесь на этом останавливаться).

Соленость воды зависит от географических условий, но можно все же сказать, что в среднем она составляет примерно 35 частей растворенного вещества на каждые 1000 частей чистой воды. Этот результат записывается в таком виде: 350/00. Самые распространенные вещества, содержащиеся в морской воде в ионизированном состоянии,— хлориды натрия (NaCl) и калия (КСl), а также сульфат магния (MgS04).

Под влиянием ряда факторов соленость морской воды различна на разных широтах. Например, в тех районах, где впадающие в океан реки приносят сравнительно чистую воду, в частности, в полярных областях, где к тому же и скорость испарения невелика, морская вода быстро разбавляется и соленость ее может снижаться до 33 промилей. В тропических же широтах, где рек меньше, а испарение велико, соленость возрастает до промилей.

Температура поверхности моря на земном шаре колеблется в пределах от —1,6 до 30°С. Значение —1,6°С может на первый взгляд показаться странным, но оно вполне реально и объясняется тем, что растворенные минералы понижают температуру замерзания морской воды. Морская вода не замерзает, пока ее температура не достигнет приблизительно —2°С.

Плотность морской воды также отличается от плотности дистиллированной воды. Масса морской воды в единице объема составляет примерно 1,2 г/куб см, тогда как у дистиллированной воды она равна  1 г/куб см. Плотность морской воды непосредственно зависит от ее солености и косвенно — от ее температуры.

Интенсивное испарение и увеличивающаяся при этом соленость повышают плотность воды сильнее, чем это делает понижение ее температуры. Различие плотности соседних водных масс—одна из главных причин возникновения морских течений. Более плотная, а особенно еще и более холодная вода стремится опускаться на дно водоема.

Температура воды влияет также на ее способность поглощать некоторые газы атмосферы. При высокой температуре из воды выделяются такие газы, как кислород, и поэтому содержание кислорода в теплой воде уменьшается.

twitter.com facebook.com
Еще записи по теме

www.obatmosfere.ru

Химические свойства воды » Земной климат

Общеизвестно, что молекула воды состоит из двух атомов водорода и одного атома кислорода. Однако атомы, составляющие ее, расположены весьма своеобразно. Оба атома водорода, окружающие атом кислорода, находятся под углом 105° относительно друг друга. Это делает молекулу воды биполярной. Так происходит потому, что электроны атомов водорода, взаимодействующие с атомом кислорода, придают той стороне молекулы воды, на которой находятся водородные атомы, положительный заряд, тогда как та сторона, на которой лежит атом кислорода, заряжается  отрицательно.

Вследствие биполярности молекулы воды объединяются в крупные группы — противоположные заряды разных сторон молекул создают взаимное притяжение. Между соседними молекулами воды возникает сильная связь, называемая водородной связью. Чтобы разорвать эту связь, необходима весьма большая энергия. Именно поэтому вода имеет большую теплоемкость.

Вследствие биполярности молекул вода имеет более высокую температуру кипения, чем можно было бы ожидать. Если бы не было водородной связи, температура кипения составляла бы —80° С. Тогда в обычных условиях вода не могла бы находиться в жидком состоянии. На самом же деле эта очень устойчивая жидкость принадлежит к числу немногих веществ на нашей планете, которые в самых обычных условиях могут находиться в твердом, жидком и газообразном состоянии. Так, в некоторых облаках возможны одновременно все три   фазы   воды.

Вода также почти идеальный, один из самых универсальных растворителей. За достаточно продолжительное время в ней растворяется больше веществ, чем в каком бы то ни было другом растворителе. Сток воды по поверхности суши ежегодно выносит в моря до 50 миллионов тонн различных веществ.

Такая особенность воды, как расширение при замерзании, отличает ее от большинства других веществ, которые в этих условиях сжимаются. Вода же сжимается при понижении ее температуры тол'.ко до 4°С. При этой температуре молекулы воды «упакованы» плотнее, всего. При дальнейшем понижении температуры воды ее молекулы не могут более уплотняться, расстояние' между ними начинает увеличиваться и вода расширяется. Поэтому плотность льда меньше плотности воды: дистиллированной — приблизительно на 1/9, соленой морской — на 1/7. Более легкий лед плавает по поверхности воды. Можно себе представить, что случилось бы, если бы дело обстояло противоположным образом, т. е. если бы вода в водоемах начинала замерзать от дна. С наступлением зимы озера и другие водоемы постепенно полностью переходили бы в твердое состояние и все живое в них — по крайней мере большинство организмов, живущих в воде,— погибало бы. Мы же знаем, что очень многие живые организмы могут жить под льдом и легко выживают до следующего летнего сезона. Если бы каждую зиму вся вода на Земле замерзала, то вряд ли на ней могла бы зародиться жизнь.

Морская вода значительно отличается от 1 химически чистой воды, что связано со свойствами множества растворенных в ней примесей. Известно не менее 49 химических элементов, содержащихся в морской воде. Приблизительно 35% общего веса морской воды приходится на различные растворенные в ней минералы. Масса веществ, растворенных в морской воде, называется ее соленостью ( в действительности соленость несколько, меньше количества растворенных минералов, однако различие между ними столь мало, что нет надобности здесь на этом останавливаться).

Соленость воды зависит от географических условий, но можно все же сказать, что в среднем она составляет примерно 35 частей растворенного вещества на каждые 1000 частей чистой воды. Этот результат записывается в таком виде: 350/00. Самые распространенные вещества, содержащиеся в морской воде в ионизированном состоянии,— хлориды натрия (NaCl) и калия (КСl), а также сульфат магния (MgS04).

Под влиянием ряда факторов соленость морской воды различна на разных широтах. Например, в тех районах, где впадающие в океан реки приносят сравнительно чистую воду, в частности, в полярных областях, где к тому же и скорость испарения невелика, морская вода быстро разбавляется и соленость ее может снижаться до 33 промилей. В тропических же широтах, где рек меньше, а испарение велико, соленость возрастает до промилей.

Температура поверхности моря на земном шаре колеблется в пределах от —1,6 до 30°С. Значение —1,6°С может на первый взгляд показаться странным, но оно вполне реально и объясняется тем, что растворенные минералы понижают температуру замерзания морской воды. Морская вода не замерзает, пока ее температура не достигнет приблизительно —2°С.

Плотность морской воды также отличается от плотности дистиллированной воды. Масса морской воды в единице объема составляет примерно 1,2 г/куб см, тогда как у дистиллированной воды она равна  1 г/куб см. Плотность морской воды непосредственно зависит от ее солености и косвенно — от ее температуры.

Интенсивное испарение и увеличивающаяся при этом соленость повышают плотность воды сильнее, чем это делает понижение ее температуры. Различие плотности соседних водных масс—одна из главных причин возникновения морских течений. Более плотная, а особенно еще и более холодная вода стремится опускаться на дно водоема.

Температура воды влияет также на ее способность поглощать некоторые газы атмосферы. При высокой температуре из воды выделяются такие газы, как кислород, и поэтому содержание кислорода в теплой воде уменьшается.

www.zemnoyklimat.ru

Биполярное распространение / Биогеография моря / Моря СССР

К тем следам, которые оставила в распространении морских форм ледниковая эпоха, следует отнести и так называемое биполярное распространение. Уже около 100 лет биологам известно это явление. Биполярным распространением именуют такое, когда данный вид, род или группа более высокого таксономического значения встречается в умеренных широтах обоих полушарий {северного и южного) и отсутствует в промежуточной тёплой зоне. Участники челленджеровской экспедиции, работая на мелководье вокруг о. Тристан-да-Кунья, были поражены сходством его фауны с фауной берегов Европы: эти две фауны имели почти один и тот же характер.

Биполярный тип разорванного географического ареала распространён чрезвычайно широко и среди растений, и среди животных, как у наземных, так и у морских.

Чрезвычайно важным моментом является то, что основная масса биполярных организмов относится не к наиболее холодноводным фаунам обоих полушарий, а к обитающим южнее, в умеренной зоне. Биполярные формы встречаются среди тюленей, котиков, китов (не менее 12 видов), очень много их среди морских рыб. Биполярны анчоусы, кильки, сардины, акулы и др. Ещё больше биполярность выражена у беспозвоночных и растений. Среди биполярных форм имеются свойственные и Атлантическому, и Тихому океанам или только одному из них. Есть виды биполярные в одном океане и имеющие сплошной ареал через тропики в другом. Можно в качестве примеров биполярного распространения привести и виды, и роды, и семейства, и отряды. Иногда биполярный вид представлен на севере и юге разными подвидами. Из водорослей целиком биполярен отряд (порядок) ламинариевых и семейство фукусовых (рис. 118).

Рисунок 118. Биполярное распространение порядка бурых водорослей — ламинариевых (по Т. Щаповой).

Рисунок 118. Биполярное распространение порядка бурых водорослей — ламинариевых (по Т. Щаповой).

Биполярны роды сардин. Среди беспозвоночных имеется свыше 100 биполярных видов. В качестве примера можно взять группу ракообразных — кумацей (табл. 27, рис. 119).

Таблица 27. Биполярность некоторых семейств отряда кумацейСемействаСеверное полушариеТропическая зонаЮжное полушариеарктическая зонаумеренная зонаумеренная зонаантарктическая зона
Bodotriidae22326197
Nannastacidae10262757
Leuconidae16180811
Рисунок 119. Биполярные формы: 1 — сардина; 2 — ампиласпис; 3 — лампропс; 4 — мидия; 5 — приапулюс; 6 — ламинария; 7 — фукус.

Рисунок 119. Биполярные формы: 1 — сардина; 2 — ампиласпис; 3 — лампропс; 4 — мидия; 5 — приапулюс; 6 — ламинария; 7 — фукус.

В этом отряде имеются семейства в основном теплолюбивые, дающие главную массу видов в тепловодной зоне, и биполярные, отсутствующие в тропической зоне. Таких биполярных организмов, которые были бы представлены на севере и юге идентичными формами, сравнительно немного, но всё же они имеются. К ним относится, между прочим, ракушка мидия съедобная.

Гипотезы, пытающиеся объяснить биполярное распространение, можно разделить на три группы. Некоторые учёные стремились объяснять биполярное распространение независимым полифилитическим развитием таксономически сходных групп организмов в сходных условиях существования. Сто лет назад зоолог Дана связывал это явление с самостоятельными божественными творческими актами. Современные учёные, стоящие на точке зрения полифилитического возникновения, считают, что исходные формы в крайних северных и крайних южных частях своего ареала могут образовывать сходные или близкие формы, а родство видов и вариететов, обозначаемых как биполярные, не прямое, но устанавливается через общую исходную тропическую форму. Если это и возможно в отдельных и, несомненно, редких случаях, то в целом явлению биполярного распространения надо искать другое объяснение. Пожалуй, самое главное соображение, побуждающее к этому, заключается в том, что биполярные формы и группы — это обитатели не самых холодных зон, а умеренных; если же причиной возникновения биполярных форм была бы полифилия, то обитатели наиболее холодных приполярных областей также давали бы многие примеры биполярного распространения.

Другое объяснение биполярного распространения дают те учёные, которые рассматривают его как результат космополитизма. Иначе говоря, нынешние биполярные формы были когда-то космополитами, а затем вымерли в тепловодной зоне и сохранились в умеренных. Мы не можем отрицать возможности такого толкования в отдельных случаях, но так же, как и применительно к первой группе теорий, в нём нельзя искать главного объяснения этому явлению. Мы уже говорили выше, что климатическая зональность — явление чрезвычайно древнее и массовое вымирание прежних космополитов в тропической зоне очень мало вероятно.

Наконец, третью группу составляют миграционные теории. Некоторые допускают при этом, что обмен фаунами высоких широт происходит постоянно через глубины и вдоль западных побережий Америки, где температура воды подвергается некоторому понижению.

Правильную критику всем выше изложенным взглядам и наилучшее объяснение происхождению биполярности дал наш академик Л. Берг, считающий биполярное распространение следствием ледниковой эпохи, и не только последней, имевшей место в четвертичное время, но и более древних — в мезозое и палеозое. В ледниковое время охлаждением были затронуты не только арктические и умеренные зоны, но и тропики. Тогда же многие северные формы нашли путь через экваториальную зону в южное полушарие, а южные — в обратном направлении. Когда ледниковое время проходило и температура в экваториальных водах снова поднималась, в тепловодной зоне образовывался разрыв. С этой точки зрения понятно, почему биполярное распространение свойственно фауне умеренных, но не арктических зон — понижение температуры в ледниковое время в тропическом поясе было не настолько значительным, чтобы позволить обитателям полярных областей пересечь экватор. Подтверждение этому Л. Берг видит в том, что по побережьям Средиземного моря, на берегах Сенегала и в других местах обнаружены морские четвертичные отложения с ископаемой фауной северного характера, не свойственной этим местам в настоящее время. Хорошим примером формирования биполярного ареала формой южного полушария могут служить красные водоросли рода Iridea (рис. 120), но количество «северян» среди биполярных форм больше, чем южан.

Рисунок 120. Ареал красных водорослей рода Iridea.

Рисунок 120. Ареал красных водорослей рода Iridea.

Так как среди биполярных организмов имеются не только виды, но и группы более высокого таксономического значения — семейства и отряды, то очевидно, что эти последние имеют гораздо большую древность и являются следствием не последнего ледникового периода, а тех, которые известны для более древних геологических эпох и даже для палеозоя. Л. Берг отмечает такой древний биполярный комплекс среди рыб в виде различных, но родственных семейств, обитающих в высоких широтах северного и южного полушарии и совершенно выпадающих в тепловодной зоне (табл. 28).

Таблица 28. Родственные биполярные семейства рыбВ северном полушарииВ южном полушарии
OsmeridaeRetropinnidae
SalmonidaeHaplochitonidae, Galaxiidae
GadidaeMuraenolepidae
PetromyzonidaeGlortia, Mordacia

Эти биполярные группы своим возникновением уходят вглубь палеозойской эры.

Выше мы уже указывали, что явления биполярности не ограничиваются только географическим распространением организмов, но охватывают большой круг разнообразных биологических явлений.

www.bruo.ru


Смотрите также