Вода как физическое тело имеет ряд аномалий, объясняемых строением ее молекул и очень сложной структурой. Так, при нагревании пресной воды от 0 до 4 °C плотность воды растет, а затем при увеличении температуры уменьшается. Вторая аномалия — увеличение объема при замерзании примерно на 10 %. Лишь немногие вещества в твердой фазе легче, чем в жидкой, — это висмут, галлий, германий и др. Для воды характерны и такие аномалии, как очень большая теплота плавления и парообразования, высокая теплоемкость и др. Есть еще ряд любопытных аномалий. Так, аномальна привычная для всех температура кипения, равная 100°: ведь водород кипит при 253°, а кислород при 180 °C.
Количество солей в морской воде невелико по сравнению с ее массой, но соли весьма существенно изменяют физические и химические свойства воды. Ее состав определяется с помощью химического анализа взятых проб (эти опыты стали проводить в 60-х годах прошлого столетия) вначале на поверхности, а затем и на различных глубинах, вплоть до придонных участков. Уже первые исследования показали (а последующие их подтвердили), что вдали от берегов состав морской воды везде одинаков — как на поверхности, так и на глубине. Это постоянство сохраняется весьма длительное время, измеряемое геологическими эпохами.
Количество растворенных твердых минеральных веществ (солей), выраженное в граммах на килограмм морской воды, называется ее соленостью. Тысячные доли целого называются промилле и обозначаются значком ‰. В открытых частях океанов соленость равна в среднем 0,035 кг, т. е. средняя соленость Мирового океана 35‰. Морская вода имеет горько-соленый вкус, обладает большим удельным весом, чем пресная, не растворяет мыло, образует накипь в паровых котлах. Все это происходит оттого, что в морской воде растворены твердые минеральные вещества, причем в разных количествах — некоторые в граммах на килограмм воды, а иные — только в тысячных долях грамма на тонну воды. Но именно последняя группа микроэлементов наиболее многочисленна. В то же время соленость морской воды определяется преобладающими по весу элементами. Химический состав морской воды, полученный из анализов проб, взятых в трех океанах еще во время плавания на «Челленджере», следующий (табл. 2);
Таблица 2
| Состав воды | На 1000 г воды | % | Состав воды | На 1000 г воды | % |
|---|---|---|---|---|---|
| NaCl | 27,2 | 77,8 | K2SO4 | 0,9 | 2,5 |
| MgCl2 | 3,8 | 10,9 | CaCO3 | 0,1 | 0,3 |
| MgSO4 | 1,7 | 4,7 | MgBr2 | 0,1 | 0,2 |
| CaSO4 | 1,2 | 3,6 |
Эта таблица, составленная английским химиком Дитмаром в 1878–1882 гг., не утратила в целом своего значения и сейчас.
Установлено, что соли, растворенные в морской воде, распадаются (диссоциируют) на ионы: катионы, заряженные положительно (атомы водорода и металлов), и анионы, заряженные отрицательно (кислотные и водные остатки). Поэтому в настоящее время солевой состав морской воды иногда представляют не в виде солей, а в виде ионов. Возвращаясь к последней таблице, обратим внимание на то, что относительное содержание солей остается одинаковым (в %) как при повышении, так и при понижении солености. Это — очень важное для практики свойство: зная содержание лишь одной составляющей, например хлористых соединений, можно легко рассчитать остальные. Любопытно, что состав человеческой крови имеет точно такое же процентное соотношение входящих в нее элементов, как и морская вода.
Уже первые исследования показали, что из числа известных химических элементов 32 встречается в воде океанов и морей. Несмотря на незначительное содержание микроэлементов в 1 т воды сумма (учитывая гигантский общий объем океанических вод) получается весьма внушительной. Так, содержание золота в 1 т воды меньше 0,005 мг, а в Мировом океане в целом его несколько миллиардов тонн! Специально нужно выделить соединения азота, фосфора и кремния — они играют решающую роль в жизнедеятельности морских организмов. Невелико по количеству содержание в морской воде растворимых в ней газов. Некоторые вещества в морской воде находят лишь косвенным путем: йод — в водорослях, медь и серебро — в коралловых известняках, и т. д.