Кіріспе
Теңіз суы – теңізден немесе мұхиттан алынған су. Әлемдік мұхиттардың теңіз суының тұздылығы орташа есеппен 3,5% (35 г/л, 35 ppt, 600 мМ) құрайды. Бұл, әр килограмм (шамамен бір литр көлемде) теңіз суында еріген тұздардың (көбінесе натрий (Na+) және хлорид (Cl-) иондары) бар екенін білдіреді. Жер бетіндегі орташа тығыздығы 1,025 кг/л. Теңіз суы, тұщы судан да, таза судан да тығыз (тығыздығы 1,0 кг/л, 4 °C (39 °F) температурада), себебі еріген тұздар массаны көлемнен артық үлеспен арттырады. Теңіз суының қату температурасы тұз концентрациясы артқан сайын төмендейді. Әдеттегі тұздылықта, ол шамамен 2 °C (28 °F) температурада қатып қалады. 2010 жылы Антарктида мұздығының астындағы ағыннан сұйық күйде сақталған ең суық теңіз суы табылды: өлшенген температура 2,6 °C (27 °F) болды. Теңіз суының pH көрсеткіші әдетте 7,5 мен 8,4 аралығында болады. Алайда, теңіз суы үшін жалпыға қабылданған pH шкаласы жоқ және әртүрлі анықтамалық шкалалар бойынша өлшемдер арасындағы айырмашылық 0,14 бірлікке дейін жете алады.
Seawater, or sea water, is water from a sea or ocean. On average, seawater in the world's oceans has a salinity of about 3.5% (35 g/L, 35 ppt, 600 mM). This means that every kilogram (roughly one liter by volume) of seawater has approximately of dissolved salts (predominantly sodium (Na+) and chloride (Cl ) ions). The average density at the surface is 1.025 kg/L. Seawater is denser than both fresh water and pure water (density 1.0 kg/L at 4 °C (39 °F)) because the dissolved salts increase the mass by a larger proportion than the volume. The freezing point of seawater decreases as salt concentration increases. At typical salinity, it freezes at about 2 °C (28 °F). The coldest seawater still in the liquid state ever recorded was found in 2010, in a stream under an Antarctic glacier: the measured temperature was 2.6 °C (27 °F). Seawater pH is typically limited to a range between 7.5 and 8.4. However, there is no universally accepted reference pH scale for seawater and the difference between measurements based on different reference scales may be up to 0.14 units.
Тұздылығы
Теңіз суының басым бөлігінің тұздылығы 31-38 г/кг, яғни 3,1–3,8% құрайды, бірақ теңіз суы бүкіл әлемде біркелкі тұзды емес. Өзендердің құятын жерлеріндегі тұщы сулармен араласу, мұздықтардың еруі немесе мол жауын-шашын (мысалы, муссон) салдарынан теңіз суының тұздылығы айтарлықтай төмендеуі мүмкін. Ең тұзды ашық теңіз – Қызыл теңіз, онда жоғары булану деңгейі, аз жауын-шашын, өзендердің ағынының аздығы және шектеулі айналым салдарынан судың тұздылығы едәуір жоғары. Оқшауланған су қоймаларындағы тұздылық тіпті одан да жоғары болуы мүмкін, мысалы, Өлі теңізде он есеге дейін. Тарихи түрде, теңіз суының абсолютті тұздылығын анықтау үшін бірнеше тұздылық шкалалары қолданылған. Көрінетін шкалалардың бірі – «Практикалық тұздылық шкаласы», онда тұздылық «практикалық тұздылық бірліктерінде» (PSU) өлшенген. Қазіргі кезде тұздылықты өлшеу стандарты – «Бағалау тұздылығы» шкаласы, онда тұздылық «г/кг» бірліктерімен көрсетіледі.
Тығыздығы
Жер бетіндегі теңіз суының тығыздығы температура мен тұздылығына байланысты шамамен 1020-1029 кг/м3 аралығында болады. 25 °C температурада, 35 г/кг тұздылығы және 1 атм қысымында теңіз суының тығыздығы 1023,6 кг/м3 құрайды. Теңіздің терең жерлерінде жоғары қысым кезінде теңіз суының тығыздығы 1050 кг/м3 немесе одан да жоғары болады. Теңіз суының тығыздығы тұздылық деңгейіне қарай да өзгеріп отырады. Теңіз суын тұщыландыру қондырғыларында өндірілетін судың тұздылығы 120 г/кг дейін болуы мүмкін. Теңіз суының тұздық тығыздығы 25 °C температурада 120 г/кг тұздылық және атмосфералық қысымда 1088 кг/м3 құрайды. Содан бері көмірқышқыл газының шығарындыларына байланысты мұхиттың қышқылдануы деп аталатын, адам қызметінен туындаған процеске байланысты азайып келеді: 1950 және 2020 жылдар аралығында мұхит бетінің орташа pH шамамен 8,15-тен 8,05-ке дейін төмендеді. Теңіз суының pH-ы терең мұхит суларында табиғи түрде 7,8-ге дейін төмендеуі мүмкін, бұл судағы органикалық заттардың ыдырауының нәтижесінде болады. Ол биологиялық өнімділігі жоғары аймақтардағы жер бетіндегі суларда 8,4-ке дейін жете алады. pH өлшеуі теңіз суының химиялық қасиеттерімен қиындықтарға толы, сондықтан химиялық океанографияда бірнеше түрлі pH шкалалары қолданылады. Теңіз суы үшін жалпыға қабылданған pH шкаласы жоқ, және әртүрлі анықтамалық шкалаларға негізделген өлшемдер арасындағы айырмашылық 0,14 бірлікке дейін жете алады. Дегенмен, еріген заттардың арақатынасы күрт өзгеше. Мысалы, теңіз суында өзен суына қарағанда 2,8 есе көп бикарбонат бар, бірақ теңіз суындағы бикарбонаттың барлық еріген иондарға қатысты пайыздық үлесі өзен суына қарағанда әлдеқайда төмен. Бикарбонат иондары өзен суының еріген заттарының 48% құрайды, ал теңіз суының – бар болғаны 0,14%. Мұндай айырмашылықтар теңіз суының еріген заттарының әртүрлі уақытқа тоқталуына байланысты; натрий мен хлорид өте ұзақ уақытқа тоқталады, ал кальций (карбонат түзілуі үшін маңызды) әлдеқайда жылдам тұнбаланады. Оның осмолярлығы шамамен 1000 мОсм/л құрайды. Басқа заттардың шағын мөлшерлері де кездеседі, оның ішінде литріне 2 микрограммаға дейін азот атомдарының концентрациясы бар аминқышқылы, олардың өмірдің пайда болуында маңызды рөл атқарғаны жорамалданады. + Теңіз суының элементтік құрамы (тұздылығы = 3,5%) Элемент Массалық пайыздық үлесі Оттегі 85,84 Сутек 10,82 Хлор 1,94 Натрий 1,08 Магний 0,1292 Күкірт 0,091 Кальций 0,04 Калий 0,04 Бром 0,0067 Көміртек 0,0028 + Теңіз суының жалпы молярлық құрамы (тұздылығы = 35) Компонент Концентрациясы (моль/кг) H2O 53,6 0,546 0,469 0,0528 SO2 4 0,0282 0,0103 0,0102 CT 0,00206 0,000844 BT 0,000416 0,000091 0,000068
+ Total molar composition of seawater (salinity = 35) Component Concentration (mol/kg) H2O 53.6 0.546 0.469 0.0528 SO2 4 0.0282 0.0103 0.0102 CT 0.00206 0.000844 BT 0.000416 0.000091 0.000068
Микробиологиялық компоненттер
1957 жылы Скриппс институтының зерттеулері Тынық мұхитының пелагикалық және неритикалық аймақтарында судың үлгілерін алды. Тікелей микроскопиялық санаулар мен мәдениеттер қолданылды, кейбір жағдайларда тікелей санаулар мәдениеттерден алынған нәтижелерден 10 000 есеге дейін жоғары болды. Бұл айырмашылықтар бактериялардың агрегаттарда кездесуімен, өсіру ортасының таңдамалы әсерімен және инертті жасушалардың болуымен түсіндірілді. Термоклиндiң астында бактериялық мәдениеттердің саны айтарлықтай төмендегені байқалды, бірақ тікелей микроскопиялық бақылау арқылы емес. Микроскоп арқылы спираль тәрізді көптеген формалар көрінді, бірақ мәдениетте өсіргенде емес. Екі әдіспен алынған сандардың өзгешелігі осы және басқа да салаларда жақсы белгілі. 1990 жылдары микроорганизмдерді анықтаудың жетілдірілген әдістері, ДНК-ның шағын бөліктерін зерттеу арқылы, Теңіз өмірін санаққа алуға қатысқан зерттеушілерге бұрын белгісіз болған мыңдаған микроорганизмдерді, көбінесе аз санда кездесетінін анықтауға мүмкіндік берді. Бұл бұрын күдіктелгеннен әлдеқайда көп түрлердің болуын көрсетті, сондықтан теңіз суының бір литрінде 20 000-нан астам түр болуы мүмкін. Теңіз биологиялық зертханасының қызметкері Митчелл Согин "мұхиттардағы бактериялардың саны 5-10 миллионнан асуы мүмкін" деп санайды. Бактериялар су қабатының барлық тереңдіктерінде, сондай-ақ шөгінділерде кездеседі, олардың кейбіреулері аэробы, ал басқалары анаэробты. Көпшілігі еркін жүзеді, бірақ кейбіреулері басқа организмдерде симбионттар ретінде өмір сүреді – мысалы, биолюминесцентті бактериялар. Цианобактериялар мұхит процестерінің эволюциясында маңызды рөл атқарды, строматолиттер мен атмосферадағы оттегінің пайда болуына жағдай жасады. Кейбір бактериялар диатомиялық элементтермен өзара әрекеттесіп, мұхиттағы кремнийдің айналымында маңызды буынды құрайды. Бір анаэробтық түр, Thiomargarita namibiensis, Намибия жағалауындағы диатомиялық шөгінділерден сутегі сульфидінің шығаруын ыдыратуда маңызды рөл атқарады және Бенгела ағысының жоғары өнімді аймағындағы фитопланктонның қарқынды өсуінен пайда болады, соңында теңіз түбіне шөгіп қалады. Архея сияқты бактериялар теңіз микробиологтарын мұхит түбіндегі гидротермальды қайнарлар сияқты экстремальды ортада тіршілік ету және өркендеу қабілетімен таң қалдырды. Pseudomonas және Vibrio spp. сияқты алкалотерлерант теңіз бактериялары 7.3-тен 10.6 pH диапазонында тіршілік етеді, ал кейбір түрлер тек 10-10.6 pH-та ғана өседі. Археялар да пелагикалық суларда кездеседі және мұхиттың биомассасының жартысына дейін құрауы мүмкін, мұхит процестерінде маңызды рөл атқарады. 2000 жылы мұхит түбіндегі шөгінділерде метанды ыдырататын архея түрі табылды, метан маңызды парниктік газ және атмосфераның жылуына үлкен үлес қосады. Кейбір бактериялар теңіз түбіндегі тау жыныстарын ыдыратып, теңіз суының химиялық құрамына әсер етеді. Мұнайдың төгілуі және адамның канализациясы мен химиялық ластаушы заттарды қамтитын ағынды сулар микробтық өмірге айтарлықтай әсер етеді, сонымен қатар патогендер мен теңіз өмірінің барлық түрлеріне әсер ететін токсиндерді қамтиды. Протист динофлагелляттары белгілі бір уақытта популяциялық жарылыстарға ұшырауы мүмкін, олар гүлдену немесе қызыл толқын деп аталады, көбінесе адамның салдарынан болатын ластанудан кейін. Бұл процесс биотоксиндер деп аталатын метаболиттерді шығарады, олар теңіздің азық тізбегімен бірге жүреді және жоғары сатыдағы жануарларды улайды. Pandoravirus salinus, өте ірі вирустың түрі, геномы басқа вирустардың геномдарынан әлдеқайда үлкен. Мимивирус және мегавирус сияқты Pandoravirus та амебаларды жұқтырады, бірақ оның геномы 1.9-2.5 мегабаза ДНК-ны қамтиды, бұл Megavirus-тан екі есе үлкен және басқа ірі вирустардан сыртқы түрі мен геномдық құрылымы бойынша ерекшеленеді. 2013 жылы Абердин университетінің зерттеушілері терең теңіз шұңқырларында пайда болған организмдердегі әлі табылмаған химиялық заттарды іздеу жұмыстарын бастағанын мәлімдеді, "келесі буын" антибиотиктерін табуға үміттенеді, инфекциямен күресетін жаңа дәрілердің жетіспеушілігімен байланысты "антибиотикалық апокалипсис" күтеді. Еуропалық Одақ қаржыландыратын зерттеулер Атакама шұңқынан басталып, содан кейін Жаңа Зеландия мен Антарктидадан тыс жерлерді іздеуге көшеді. Океан адамның қоқыстарын тастаудың ұзақ тарихына ие, оның үлкен көлемі барлық зиянды заттарды сіңіріп, сұйытуға қабілетті деп есептелді. Бұл шағын масштабта дұрыс болғанымен, үлкен мөлшерде төгілетін канализация көптеген жағалау экосистемаларына зиян келтірді және оларды өмірге қауіпті етті. Бұл суларда Escherichia coli, Vibrio cholerae (холераның себебі), гепатит A, гепатит E және полиомиелит сияқты патогенді вирустар мен бактериялар кездеседі, сонымен қатар гиардиаз бен криптоспоридиозды тудыратын протозоалар бар. Бұл патогендер ірі кемелердің балласт суында тұрақты түрде кездеседі және балласт суы төгілген кезде кеңінен таралады.
Басқа параметрлер
Дауыстың теңіз суындағы жылдамдығы шамамен 1500 м/с құрайды (ал әдетте ауадағы жылдамдық шамамен 330 м/с, 101,3 кПа қысымда, 1 атмосферада), және судың температурасына, тұздылығына және қысымына қарай өзгереді. Теңіз суының жылу өткізгіштігі 25 °C температурада және 35 г/кг тұздылықта 0,6 Вт/мК-қа тең. Тұздылық артаған сайын жылу өткізгіштігі төмендейді, ал температура артаған сайын жоғарылайды.
Минералдық қазбалар өндіру
Теңіз суынан минералдар ежелгі заманнан бері өндіріліп келеді. Қазіргі уақытта ең көп шоғырланған төрт металл – Na, Mg, Ca және K – теңіз суынан коммерциялық түрде өндіріледі. 2015 жылы АҚШ-та магний өндірісінің 63% теңіз суы мен тұзды сулардан алынды. Қытай мен Жапонияда да бром теңіз суынан өндіріледі. 1970 жылдары теңіз суынан литийді өндіруге талпыныстар жасалды, бірақ олар көп ұзамай тоқтатылды. Теңіз суынан уран өндіру идеясы кем дегенде 1960 жылдан бері қарастырылып келеді, бірақ 1990 жылдардың соңында Жапонияда уранның небары бірнеше грамы ғана өндірілді. Басты мәселе технологиялық мүмкіндік емес, егер басқа көздерден алынған уранның нарықтағы бағасы теңіз суынан өндірілген уранның ең төмен бағасынан үш-бес есе арзан болса. Ұқсас мәселелер қайта өңделген уранды қолдануға да кедергі келтіреді және ядролық қайта өңдеу мен MOX отынын өндірудің экономикалық тиімсіздігіне қарсы жиі айтылады.
Минералдық және элементтік қазбалардың болашағы
Теңіз суының минералдық және элементтік қорын өндіру үшін, орнықты даму принциптерін ескере отырып, бақыланатын басқару жүйелерін құру қажет. Бұл мұхит аймақтарының және олардың жағдайын басқаруды, экологиялық жоспарлауды, өндіруді бақылауға арналған ережелерді әзірлеуді, өндірістен кейін теңіздің жағдайын үнемі бағалауды және тұрақты мониторингті қамтиды. Су асты дрондары сияқты технологияларды пайдалану орнықты өндіруді жеңілдетуге мүмкіндік береді. Төмен көміртекті инфрақұрылымды қолдану минералдық қорының өндірісінен туындайтын көміртегі ізін азайта отырып, одан да орнықты өндіріс процестерін жүзеге асыруға болады. Теңіз суынан алынатын ресурстар қоғамға зор пайда әкелсе де, қоршаған ортаға тигізетін әсерін ескеру және барлық өндіріс жұмыстарын теңіз экожүйелерінің тұрақтылығына қатысты тәуекелдерді ескере отырып жүргізу өте маңызды.
Стандартты
ASTM International жасанды теңіз суы үшін халықаралық стандартты ұсынады: ASTM D1141 98 (алғашқы стандарт ASTM D1141 52). Ол көптеген зерттеу зертханаларында теңіз суының қайталанатын құрамы ретінде қолданылады, мысалы, коррозияға, маймен ластануға және жуғыш заттарды бағалауға арналған сынақтарда.
Экожүйелер
Теңіз суында кездесетін минералдар теңіз және оның экожүйесіндегі тағамдық циклде маңызды рөл атқарады. Мысалы, Оңтүстік мұхит қоршаған ортаның көміртегі айналымына зор үлес қосады. Бұл су кеңістігінде темірдің деңгейі жоғары болмағандықтан, оның жетіспеушілігі мұнда тіршілік ететін теңіз жануарларына әсер етеді. Нәтижесінде, бұл мұхит жеткілікті фитопланктон өндіре алмайды, бұл теңіз тағамдық тізбегінің бастапқы көзіне кедергі келтіреді. Фитопланктонның негізгі түрлерінің бірі – диатомдылар, олар Антарктида крилінің негізгі тағамдық көзі болып табылады. Цикл жалғасқанда, түрлі ірі теңіз жануарлары Антарктида крилімен қоректенеді, бірақ бастапқы фитопланктон/диатомдардағы темірдің жетіспеуі салдарынан, бұл ірі түрлерге де темір жетіспейді. Ірі теңіз жануарларына балин киттері жатады, мысалы, көк кит және жұқа кит. Қоршаған ортаға зиян келтірмейтін және тұрақтылықты қамтамасыз ететін кен өндірісінің бір жолы – металдарды теңіз түбінен алу. Теңіз түбінен литийді көп мөлшерде өндіру, адамзаттың көміртегі ізін азайту үшін қоғамдағы экологиялық таза тәжірибелерді қолдауға мүмкіндік беретін қайта жаңартылатын металдардың мол мөлшерін қамтамасыз етеді. Литийді теңіз түбінен өндіру сәтті болуы мүмкін, бірақ оның табысы жер үстіндегі тиімді қайта өңдеу процестеріне байланысты болады. Теңіз түбінен кен шығарумен байланысты тәуекелдер де бар. Көптеген түрлер теңіз түбінде ұзақ өмір сүреді, демек, олардың көбеюіне көбірек уақыт керек. Теңіз түбінен балық аулау сияқты, минералдарды көп мөлшерде, тым жылдам және тиісті ережелерді сақтамай өндіру су асты экожүйелерін бұзуы мүмкін. Керісінше, бұл минералдық кендерді ұзақ мерзімді тұрақты практикаға айналдырмай, қажетті металдардың тапшылығына әкелуі мүмкін. Теңіз суының минералдық кендерін өндіру, олардың өмір сүру ортасын бұзу қаупін де тудырады, өйткені бұл бұзылыстар жануарлар қауымдастығына елеулі әсер етуі мүмкін.