Знаете ли вы, что устье реки - это место, где пресная вода из рек смешивается с соленой водой из моря? В среднем морская вода в мировом океане имеет соленость примерно 3,5%, или 35 частей на тысячу. Это означает, что на каждый 1 литр морской воды приходится 35 граммов растворенных в ней солей.

В этом блоге мы расскажем об основах морской науки и познакомимся со специальной организацией Род-Айленда "Сохрани залив".

Что такое Морская наука?

Земля примерно на 70% состоит из воды, и только 3% из них - пресная вода. То есть приходится примерно 97% земной воды на океаны. Морская наука - это изучение физических, химических, геологических и биологических аспектов океанов. Как вы можете себе представить, изучение морской науки чрезвычайно важно и играет жизненно важную роль в поддержании здоровья наших океанов. Ученые внимательно изучают каждую из этих категорий и то, как одна может повлиять на другую. Это помогает определить ключевые данные и статистические данные об океане. Можно также изучать экологию, рассматривая жизненные циклы и то, как на них влияют физические, химические и геологические характеристики. В наших океанах обитает около 27 000 видов рыб, а также множество морских млекопитающих, других животных, водорослей и растений. Тем не менее, даже сегодня мы можем еще многое узнать об океанах.

Регулярно проверяя источники воды в одном и том же районе, ученые могут определить, является ли качество воды нормальным или в экосистеме может происходить что-то нехорошее. Если одно или несколько химических свойств выходят за пределы нормы, то ученые могут определить, в чем может заключаться проблема, откуда она берется и, надеюсь, как ее устранить. Часто собирая и тестируя пробы воды, ученые могут быстро действовать и реагировать на изменения, которые могут происходить в водоеме.

Воздействие загрязнения на океан

Загрязнение оказывает огромное влияние на качество океанской воды. Некоторые из основных проблем загрязнения - это разливы нефти и удобрений. Эвтрофикация - еще одна проблема, с которой, по мнению ученых, сталкиваются большие и малые водоемы, как пресные, так и соленые. Некоторым невидимым загрязнением, влияющим на жизнь, является переизбыток микроэлементов и тяжелых металлов, которые много лет назад не были обнаружены в океанах. Примеры включают ртуть или полихлорированные дифенилы (ПХД). Они вредны, потому что они биоаккумулируются и увеличиваются в количестве по мере продвижения вверх по пищевой цепочке. Эти инородные тела также могут нанести вред качеству воды, вызывая болезни морских обитателей, влияя на их репродуктивную систему или даже приводя к смерти. Затем они могут проходить через пищевую цепочку, в конечном итоге достигая людей, которые едят рыбу, содержащую вредные химические вещества.

Воздействие климата на океан 

Океан - это генератор тепла, который снабжает атмосферу теплом большей частью при образовании водяного пара. Океан создает погодные катастрофы, такие как муссоны, ураганы, засухи и Эль-Ниньо. Существует огромное количество взаимодействий между воздухом и морем, которые происходят ежедневно и влияют на климат. Испарение и выпадение осадков являются важными аспектами химической океанографии. Чем больше будет идти дождей, тем ниже будет уровень солености. Однако во время засухи можно обнаружить более высокие уровни солености. Чем меньше водоем, тем больше изменение. Если произойдет значительное изменение солености, многие рыбы могут оказаться не в состоянии адаптироваться, и в результате им будет трудно выжить в этих условиях. С другой стороны, есть несколько рыб, таких как тилапия, которые вполне адаптируются как к повышению, так и к снижению уровня солености.

Как мы определяем качество океанской воды?

Температура

Температура - одна из наиболее распространенных физических величин в нашей повседневной жизни. В океане температура может служить показателем условий жизни морских растений и животных. Теплые температуры, как правило, считаются благоприятными для роста морских популяций. Однако после определенного момента температура может иметь противоположный эффект, способствуя снижению биологического разнообразия в океанском водоеме. С другой стороны, в чрезвычайно холодных условиях растения и животные вынуждены приспосабливаться к изменениям температуры, иначе численность популяции сократится.

Почему важна температура? 

Температура океана определяет все аспекты морской науки – биологические, химические, физические и геологические. Она влияет на атмосферу и  климат. Даже малейшее изменение температуры может оказать резкое влияние на погоду, физические свойства океана и морскую флору и фауну. С увеличением содержания углекислого газа, как обсуждалось ранее, ученые постепенно начинают замечать повышение температуры во всем мире, что может иметь серьезные последствия во всем мире.

Когда температура поверхности моря понижается, вода наверху становится плотной и опускается, заставляя теплую воду внизу подниматься наверх. Этот процесс помогает создавать потоки. В конце концов образуется термоклин, где сверху находится теплая вода, а снизу - холодная. Океаны вокруг экватора нагреваются в летние месяцы; это приводит к испарению большого количества океанской воды, которая затем может порождать ураганы. Ураганы процветают в теплой воде и не выживают в более прохладных водах. Эль-Ниньо - это климатическое явление, при котором вода в восточной части Тихого океана имеет тенденцию оставаться теплой в течение длительного периода времени. Это потепление океана может вызвать сильные дожди в некоторых частях страны или вызвать сильную засуху в других районах. Это также оказывает разрушительное воздействие на морскую флору и фауну, которые зависят от более прохладных вод зимой. Морские обитатели, которые обычно мигрируют на юг зимой, не делают это, потому что вода остается теплой. Это вынуждает их есть любую рыбу и растения в окрестностях, к которым обычно не прикасаются до следующего года. В результате это создает дисбаланс в экосистеме как на местном уровне, так и там, куда рыба обычно мигрировала бы.

Ла-Нинья - это когда воды в восточной части Тихого океана остаются холоднее, чем обычно. Морские организмы, такие как большинство рыб и планктон, являются хладнокровными, поэтому температура воды оказывает прямое влияние на температуру их тела. Эти организмы могут выжить только в определенных температурных диапазонах. По мере приближения температуры к высокому температурному диапазону для организма биологическая активность будет на пике. И наоборот, эта активность будет уменьшаться в нижней части диапазона температур. Если температура превышает допустимый диапазон для организма, доступный запас растворенного кислорода может быть слишком низким для поддержания морской жизни. Температура насыщения теплой воды кислородом намного ниже, чем у холодной воды. Если температура воды слишком холодная, может произойти недостаточная биологическая активность для роста организма.

С другой стороны, высокие температуры могут способствовать росту цветения водорослей. Кислород используется бактериями для разложения мертвого органического материала. В этом случае у рыбы практически не остается кислорода для дыхания. На температуру океана также могут влиять впадающие в него реки или ручьи. Это особенно относится к среде устья реки. Если поток воды увеличится, возможно, из-за осадков, можно ожидать снижения температуры. Увеличенный ток оказывает охлаждающее действие на температуру воды.

Температура поверхности моря (SST) постоянно контролируется морскими учеными и метеорологами на предмет любых долгосрочных изменений температуры. Если есть изменения или какие-либо аномалии, они обращают пристальное внимание на то, что может быть причиной. При отборе проб на наличие рыбы, химических веществ, геологических аспектов и биологических организмов в данном районе всегда измеряется температура. Это позволяет ученым знать, что способно расти и процветать в определенных областях. Отслеживая тенденции SST, ученые могут определить тенденции миграции рыб и морских млекопитающих. Они также могут определять вероятность штормов, включая ураганы. Спутниковые снимки обычно используются на ежедневной основе для определения SST. Сравнивая различные годы, можно выдвинуть гипотезу о таких климатических явлениях, как Эль-Ниньо или Ла-Нинья. Ураганы также можно предсказать, и можно предвидеть потенциал значительного роста водорослей. Используя спутниковые снимки, ученые также могут предсказать, где могут возникнуть сильные течения или происходит ли смешение различных температур воды.

Как мы измеряем температуру? 

В термометре используется термисторная технология. Термистор - это полупроводниковое устройство, сопротивление которого изменяется в зависимости от температуры. По мере повышения температуры сопротивление уменьшается. Это сопротивление, измеренное термистором, затем преобразуется в значение, отображаемое на шкале Цельсия или Фаренгейта. Термисторные датчики подходят для температурного диапазона от -50 ° до 150 °C (от -58 ° до 302 ° F). Точные измерения температуры возможны с точностью до десятых долей градуса благодаря высокой чувствительности датчика.

Соленость

Соленость - это общее количество растворенных солей в любом данном водоеме и выражается в частях на тысячу (ppt). Как правило, в пресной воде уровень солености очень низок и составляет менее 1 промилле. В океане диапазон солености обычно составляет 30-40 ppt при среднем значении 35 ppt. Растворенные в воде соли поступают из самых разных мест. Одним из источников является вода, поступающая из рек; по мере того, как вода течет, породы разрушаются, и соль растворяется в пресной воде. По мере того как вода движется к океанам, количество растворенных солей увеличивается к тому времени, когда она достигает устьев рек. Основным источником уровня солености является эрозия прибрежных скал и береговых линий, которые содержат большое количество соли. Когда морская вода разрушает минералы из этих прибрежных пород, большое количество соли растворяется в океане. 

Почему важна соленость? 

Уровни солености влияют на тип флоры и фауны, которую можно найти в конкретной местной морской среде. Некоторые животные, такие как тарпон, моллюски, песчаные доллары и акулы, приспособились к выживанию в соленой воде. Они считаются либо осмоконформаторами, либо осморегуляторами. Рыбы в соленой воде, как правило, пьют больше воды и нечасто мочатся из-за высокого уровня солености. Точно так же некоторые растения приспособились выживать при высоком уровне солености. Растения включают мангровые заросли или черепаховую морскую траву. Опять же, они должны жить в соленой воде, чтобы выжить. Эти растения и животные редко выживают в пресной воде. Однако пресноводные растения и животные, как правило, не выживают в соленой воде. Иногда некоторые виды рыб, такие как тилапия, могут выживать как в пресной, так и в соленой воде. Полный баланс уровней солености в любой морской или пресноводной экосистеме имеет отношение к выживанию самой экосистемы.

Слишком много соли в воде может привести к повышению рН. Однако, поскольку океаны обычно имеют сбалансированный цикл уровней солености, рН останется прежним. Все организмы восприимчивы к незначительным изменениям рН, которые могут привести к летальному исходу, если изменение слишком велико. В аквариуме необходимо часто проверять и регулировать уровень солености, чтобы поддерживать рН. Необходимо регулярно контролировать уровень рН, чтобы защититься от последствий резкого изменения солености.

Ученым необходимо знать соленость океанов по разным причинам. Зная диапазоны солености, ученые могут определить, выживут ли определенные животные или растения в определенном регионе. Поскольку уровни солености колеблются, это может оказать влияние на течения и циркуляцию воды в пределах локализованной области, тем самым влияя на физические свойства. Плотность выше при большем количестве растворенных солей в воде, и это, возможно, может привести к повышению рН.

Как измерять соленость? 

Соленость можно измерить несколькими способами. Один из методов заключается в использовании измерителя электропроводности / TDS. Другой метод заключается в использовании набора для химического анализа. Измерение удельного веса - это еще один способ оценить содержание соли в образце воды.

Растворенный кислород (DO)

Концентрация растворенного кислорода (DO) в воде чрезвычайно важна как в природе, так и в окружающей среде человека. В океанах растворенный кислород необходим для роста и развития морской флоры и фауны. Без кислорода вода может стать токсичной из-за анаэробного разложения органического вещества. Уровень растворенного кислорода в океанах может варьироваться от 0 до 20 частей на миллион, где большие количества обычно отражают здоровую, процветающую окружающую среду. Однако диапазоны DO обычно составляют около 5 промилле в тропических водах, поскольку более теплая вода не может удерживать столько растворенных газов. В качестве альтернативы, в более холодных водах можно было бы ожидать более высокой концентрации DO.

Почему важно измерять растворенный кислород? 

В океане уровни DO могут помочь определить относительное здоровье самого моря. Если уровень DO в норме или высок, вода является хорошей средой для процветания разнообразных морских обитателей. Если уровни DO низкие, это может указывать либо на присутствие загрязняющих веществ в источнике воды, либо на цветение водорослей. Некоторые морские обитатели могут существовать в воде с широким диапазоном DO, но другие не могут выжить в среде с низким DO.

Ожидается, что измерения DO будут иметь большие колебания, если вода имеет значительную  растительную жизнь. Это связано с фотосинтетической активностью. Поскольку ночью, когда нет света, фотосинтетическая активность меньше, растения не вырабатывают кислород. На самом деле, как растения, так и животные в воде потребляют кислород посредством дыхания. Таким образом, уровни DO рано утром ниже по сравнению с уровнями DO в течение остальной части дня. Как только начнется та часть фотосинтеза, которая использует свет, уровни DO повысятся. Это хороший пример преимуществ измерения параметров в разное время в течение дня. Если проводится только предрассветное измерение DO, может быть сделан неточный вывод относительно "здоровья" воды.

В то время как уровни DO частично зависят от фотосинтетической активности, основным источником DO является взаимодействие атмосферы и океана, когда кислород в воздухе смешивается с океанской водой. Это особенно верно в неспокойном или ветреном районе океана. Когда ветер дует над океанской водой, он порождает волны. Увеличение волн и турбулентности создает большую площадь поверхности, что, в свою очередь, позволяет большему количеству кислорода растворяться в толще воды.

Другими факторами, влияющими на уровни DO, являются температура и сток воды из пресноводных рек в океаны. Кислород легче растворяется в холодной воде, в то время как теплая вода не может удерживать столько кислорода или любого другого растворенного газа. Сток может включать природные органические отходы или антропогенные загрязнители, такие как разливы, химические вещества в краске для лодок, тяжелые металлы из промышленных предприятий и любые другие преднамеренные сбросы отходов. Это может произойти как на берегу, так и за его пределами.

Органические отходы могут привести к росту водной растительности. Они создают массовое цветение, и когда они умирают в конце своего репродуктивного цикла, бактерии интенсивно потребляют кислород во время разложения водорослей. Мало того, что выделяются токсины, но и уменьшение кислорода может привести к гибели рыбы в прилегающих районах. Животные в океане должны использовать кислород для клеточных процессов. Без кислорода животная жизнь была бы невозможна.. 

Ученые постоянно измеряют уровень кислорода во многих водных средах. Большие колебания уровня DO могут означать, что происходит цветение водорослей или, если близко к береговой линии, загрязнение могло привести к загрязнению воды. Кроме того, ученые отслеживают изменения в растворенном кислороде в течение длительных периодов времени. Любые изменения могут быть показателем изменения климата, что также может привести к серьезным изменениям окружающей среды и среды обитания. 

Как мы измеряем растворенный кислород? 

Отличным способом измерения растворенного кислорода является использование измерителя растворенного кислорода. В этих счетчиках используются датчики с мембраной, покрывающей датчики. Тонкая проницаемая мембрана изолирует сенсорные элементы от пробы воды, но пропускает кислород. Когда на датчик подается напряжение от измерителя, кислород, прошедший через мембрану, вступает в реакцию, вызывая протекание тока, что позволяет определить содержание кислорода.

Заключение

Выживание всех морских обитателей зависит от характеристик морской воды. Исследователи часто проверяют качество воды, чтобы отслеживать экологические или геологические изменения, которые могут происходить в экосистеме. Понимая окружающий нас мир, мы можем получить ценное представление о том, как люди влияют на окружающий мир. Морская наука играет ключевую роль в понимании влияния человеческой деятельности на землю.