Океанская вода получает тепло

Категории статей

Ученые ставят диагноз планете

Cтолько углекислого газа, как сейчас, в атмосфере не было последние 2 млн лет, метана и закиси азота — 800 тыс. лет. Далее

Природный регулятор температуры колибри

Учитывая огромную скорость и частоту крыльев, птицы должны нагреваться до температур, несовместимых с жизнью. Далее

Биоразлагаемые пакеты – вред или польза?

Интересно разобраться, действительно ли такие пакеты не наносят вреда окружающей природе. Далее

Видео лекции на канале Temperatures.ru

Две видео лекции уже доступны для просмотра на канале Temperatures.ru Далее

Теплэко – тепло из ниоткуда?

К рекламе на телевидении нужно относиться очень критически, особенно когда её представляют умные люди. Далее

Популярные статьи

Польза и вред инфракрасного обогревателя (323045)

Среди электрических обогревателей, которые мы используем в быту, наиболее популярными сейчас становятся инфракрасные нагреватели. Они очень широко рекламируются в Интернете и в газетах. Говорят, что они намного эффективнее масляных радиаторов и тепловентиляторов. Меньше потребляют энергии, не сжигают кислород и т.д. Главное – они совершенно не вредные, никакого отрицательного воздействия на организм человека не оказывают. Далее

Почему горячая вода замерзает быстрее, чем холодная? (208829)

Это действительно так, хотя звучит невероятно, т.к в процессе замерзания предварительно нагретая вода должна пройти температуру холодной воды. Парадокс известен в мире, как «Эффект Мпембы». Далее

Вредно ли разогревать пищу в микроволновке? (198983)

Одна моя знакомая отказывается есть пищу, которую кто-то разогрел в микроволновой печи. Всему виной — страшилки в Интернете. Далее

Контролируйте температуру приготовления мяса! (180971)

При приготовлении сырого мяса, особенно, домашней птицы, рыбы и яиц необходимо помнить, что только нагревание до надлежащей температуры убивают вредные бактерии. Далее

451 градус по Фаренгейту, температура возгорания бумаги? (164038)

451 градус по Фаренгейту. Это название знаменитой книги Рэя Брэдбери. На языке оригинала звучит так: ‘Fahrenheit 451: The Temperature at which Book Paper Catches Fire, and Burns’. Действительно ли при этой температуре начинают гореть книги? Далее

Основные разделы

Тепло океанских вод как источник энергии

Две трети Земли (361 млн. км 2 ) покрыто водой. Запасы энергии, сосредоточенной в Мировом океане колоссальны. Известно, что плотность тепловой энергии океанов тропических широт – 300 000 Вт/м². Могут ли люди использовать тепловую энергию, обусловленную перегревом поверхностных вод океана по сравнению с более глубокими его водами, как возобновляемый источник?

На настоящий момент создано несколько станций, преобразующих тепловую энергию океана в электрическую энергию. Эти установки получили название ОТЕС (Ocean Thermal Energy Conversion). ОТЕС в основном можно располагать в экваториальных широтах с максимальным прогревом воды.

Еще в августе 1979 вблизи Гавайских островов начала работать теплоэнергетическая установка мини-ОТЕС. В близи островов тропические воды встречаются с арктическим потоком, разница температур на поверхности и на глубине 450-600 м достигает 22°С.

Установка мини-ОТЕС была смонтирована на барже. Под ее днищем помещен длинный трубопровод для забора холодной воды. Трубопроводом служит полиэтиленовая труба длиной 700 м с внутренним диаметром 50 см. В установке мини-ОТЕС теплые, поверхностные воды океана, прокачиваются насосом через теплообменник испарителя и превращают в газ рабочее тело с низкой температурой кипения (аммиак, фреон, пропан). Создается пар повышенного давления, который расширяется через турбину в холодильник, где конденсируется во втором теплообменнике, омываемом водой, закачиваемой из глубинных слоев океана. Установки такого принципа работы называются установками закрытого цикла. Именно на Гаваях впервые в истории техники установка ОТЕС смогла отдать во внешнюю нагрузку полезную мощность, одновременно покрыв и собственные нужды. Опыт, полученный при эксплуатации мини-ОТЕС, позволил быстро построить мощную теплоэнергетическую установку ОТЕС-1 и приступить к проектированию еще более мощных систем подобного типа. Станции ОТЕС могут располагаться на материке или около него, на шельфе и в открытом океане (море)

Существуют также установки открытого цикла. В таких установках в качестве рабочего тела использована морская вода, подаваемая в испаритель через деаэратор. Наличие деаэратора диктуется необходимостью освобождения морской воды от растворенных в ней газов. Предварительно по объемам испарителя и конденсатора удаляется воздух, так что давление над поверхностью жидкости определяется только давлением насыщенных паров, которое сильно зависит от температуры. При характерных для ОТЕС температурах этот перепад составляет примерно 1,6 кПа (при замкнутом цикле на аммиаке около 500 кПа), под действием этого перепада пары воды приводят в движение турбину. Турбина, в свою очередь, проводит в действие электрогенератор. Проходя через турбину пары воды попадают в конденсатор, где вновь превращаются в жидкость.

Основное отличие открытого цикла заключается в незначительном перепада давлений, что требует использования соответствующих гигантских турбин диаметром в несколько десятков метров. Это, пожалуй, основной технический недостаток систем открытого цикла. Основное их преимущество — отсутствие гигантских теплообменников. Кроме того, при работе систем открытого цикла, за счет испарения морской воды могут быть получены большие количества пресной воды, что важно в жарком поясе планеты.

Системы ОТЕС могут работать не только в жарком климате. Проектируются станции, работающие в Арктическом климате, которые используют для выработки электроэнергии перепад температур между холодным воздухом и незамерзающей соленой водой подо льдом. Действительно, в Северном Ледовитом океане температура в поверхностном слое подо льдом близка к 0°С. Таким образом, разность температур подледной воды и воздуха составляет в арктических районах более 26°С и может быть использована для генерации электричества. Расчеты ученых показывают, что при таком перепаде каждый 1 м³ морской воды, будучи пропущен за 1 с через преобразователь, позволяет получить около 10 кВт мощности при КПД установки 5%. Эти устройства похожи на обычные тепловые станции с градирнями для охлаждения воды. Для эффективной работы такой станции, в охлаждающем контуре, необходимо использовать жидкость с низкой температурой замерзания. В качестве промежуточного теплоносителя здесь применяется водный раствор хлористого кальция с концентрацией не менее 26 кг на 100 кг воды, который достаточно широко используется в холодильной технике. Рабочим телом в основном контуре станции служит фреон-12, пары которого приводят в движение турбину с электрогенератором.

Простейшие системы использования тепловой энергии океана уже нашли реальное воплощение. В районе Нью-Йорка построена электростанция мощностью 7180 киловатт, что использует тепло океанской воды. Отработанный пар, не сбрасывается в море, а конденсируется с образованием пресной воды. Таким образом, кроме электроэнергии станция еще производит 22680 тонн пресной воды в сутки.

В апреле 2015 состоялся пуск новой тепловой станции, построенной компанией Makai Ocean Engeneering на Гавайских островах. Планируется выход на 105 КВт мощности, что хватит для освещения 120 домов. В будущем планируется выйти на мощности порядка 10 МВт для одной станции, что обеспечит электроэнергией 120 000 домов. По расчетам, 12 таких станций полностью обеспечат Гаваи электроэнергией.

У побережья тропического острова Хайнань в ближайшем будущем начнется возведение крупнейшей электростанции мощностью 10 МВт, которая будет использовать тепловую энергию океана.

Сегодня освоение тепловой энергии океана входит в национальные программы США, Франции, Японии, Швеции, Индии. Остров Реюньон был объявлен президентом Франции национальной лабораторией для создания океанической тепловой электростанции. В перспективе, к 2030 г. построенные здесь ОТЭС должны полностью обеспечить потребности в электроэнергии всего острова.

Источник

§ 12. Взаимодействие океана с атмосферой и сушей

Роль океана в жизни планеты определяется замечательными свойствами воды, которая поглощает гораздо больше тепла, чем поверхность суши. Вода в отличие от суши медленно нагревается, но долго удерживает тепло.

Огромная поверхность океана поглощает 2/3 тепла, поступающего на Землю от Солнца. В десятиметровом слое поверхностных океанических вод тепла содержится больше, чем во всей атмосфере. Поэтому океан называют накопителем тепла на планете. Он поставляет в атмосферу и влагу, питает осадками сушу.

Одновременно с влагой в процессе испарения и разбрызгивания воды под влиянием ветра в воздух попадают соли, растворенные в океане. Эти соли переходят в аэрозоли (мельчайшие взвешенные в воздухе частицы) и определяют солевой состав атмосферных осадков.

Рис. 29. Взаимодействие океана и атмосферы

Роль воздушных масс во взаимодействии океана с атмосферой и материками особенно велика. Поверхность океана активно взаимодействует с атмосферой, обмениваясь с ней теплом и влагой. Этот обмен происходит в результате нагревания холодного воздуха над теплой поверхностью океана и, наоборот, охлаждения теплого воздуха над более прохладными водами. При испарении воды с поверхности океана происходит ее охлаждение, а запасенное в испарившейся воде тепло передается нижнему слою атмосферы.

Большой запас тепла в водах океана влияет на свойства воздушных масс. Над его поверхностью образуется особый подтип — морские воздушные массы, которые отличаются от континентальных (образующихся над сушей) большей влажностью и небольшими различиями температур между сезонами года. Температурные различия над поверхностью океана и суши создают разницу в атмосферном давлении, вызывают перемещение воздушных масс, которые переносят тепло (холод) и влагу с океана на материки. Поэтому на побережьях образуется особый океанический (морской) климат. Наиболее ярким примером взаимодействия океана с материками служат муссоны. Эти сезонные ветры образуются на границах больших массивов суши и океанов. (Объясните их происхождение и влияние на климат суши и прибрежных вод океана в разные сезоны года.)

Огромную роль во взаимодействии океана с атмосферой и сушей играют течения. Они усиливают обмен теплом и влагой между океаном и сушей. От экватора к полюсам они переносят значительно больше тепла, чем воздушные массы. Мощные течения (Гольфстрим, Куросио и др.) несут теплую воду из тропических широт в умеренные и приполярные. Поэтому зимой, когда континенты охлаждены, нагретый теплыми течениями воздух переносит тепло на сушу. При этом повышается температура воздуха в прибрежных и даже достаточно удаленных от океана частях материков. Например, в Северной Атлантике поверхность океана отдает атмосфере тепла больше, чем получает его там же от нагревания солнечными лучами. Западные ветры переносят это тепло в Евразию.

Велика роль и круговорота воды во взаимодействии океана и суши. Океан — главный источник поступления влаги в атмосферу. Круговорот воды — это основа образования вод суши, увлажнения почвы, жизни различных организмов на суше. За год со всей поверхности океана испаряется слой воды толщиной около метра. Однако уровень океана не понижается, так как в него поступают осадки из атмосферы, стекают воды, приносимые реками.

Таким образом, Мировой океан оказывает огромное влияние на природу материков благодаря движению воздушных масс и круговороту воды. Океан определяет облик планеты в целом.

Задания.

1. Как осуществляется обмен тешюм и влагой между океаном и сушей?
2. Чем различаются воздушные массы, образующиеся над сушей и океаном?
3. По рисунку 29 определите взаимодействие океана и атмосферы.

Источник

Физико-химические свойства, термический и ледовый режим Мирового океана

Физико-химические свойства. Океаническая вода состоит по весу на 96,5% из чистой воды, а остальные приходятся на растворенные соли, газы и взвешенные нерастворимые частицы. В воде океанов обнаружено в растворенном состоянии 44 химических элемента. В процентном отношении на долю различных растворенных солей приходится следующее количество: хлориды 88,7, сульфаты 10,7, карбонаты 0,3, прочие 0,2. Больше всего содержится поваренной соли ( NaCl ), поэтому вода океана на вкус соленая; соли магния ( MgCl ₂ , MgSO ₄ ) придают ей горький привкус. Характерно постоянство солевого состава океана. Одна из причин этого — непрерывное перемешивание воды. Океанические воды выделились из недр Земли с исходной соленостью.

Средняя соленость вод Мирового океана 35°/₀₀. Изменения солености вызываются изменениями в приходо-расходном балансе солей, связанная главным образом с изменением баланса пресной воды.

Изменения солености хорошо выражены до глубины примерно 1500 м. На большей глубине соленость Мирового океана остается почти неизменной в пределах от 34,7 до 34, 9%.

Соленость воды на поверхности морей может сильно отличаться от солености вод в открытой части океана. Если соленость моря меньше, чем соленость соседнего участка океана, то более плотная океаническая вода проникает в море и опускается, заполняя его глубины. Если море более соленое, чем соседняя часть океана, то вода двигается по дну в сторону океана, по поверхности — в сторону моря.

В воде океана растворены газы. Преобладают кислород, азот, углекислый газ, сероводород, аммиак и метан. Газы поступают в воду из атмосферы, при химических и биологических процессах в воде, при подводных извержениях.

Плотность воды на поверхности океана изменяется в пределах от 0,996 до 1,083. С увеличением солености и понижением температуры воды плотность повышается. С глубиной плотность воды увеличивается. На каждые 10 м глубины давление увеличивается на 1 атм. Давление на глубине 10 000 м равно 1119 атм.

Термический режим. Основным источником тепла, получаемого океаном, является солнечная радиация. Кроме того океан получает тепло за счет поглощения длинноволнового излучения атмосферы, теплоты, освобождающейся при конденсации влаги и льдообразования, и при химико-биологических процессах. В океан поступает тепло, приносимое осадками, речными водами, воздухом, соприкасающимися с водой, и теплыми течениями. На температуру глубоких слоев океана влияют внутреннее тепло Земли и адиабатическое нагревание опускающейся воды.

Океан расходует тепло главным образом на испарение воды с его поверхности, на нагревание прилежащего слоя воздуха, на нагревание холодной воды рек и океанических течений, на таяние льдов и на другие процессы.

Суточные амплитуды температуры воды на поверхности океана значительно меньше суточных амплитуд температур воздуха над водой. Днем тепло поступает за счет солнечной радиации, но и расходуется в результате усиленного испарения влаги. Ночью вода излучает тепло в атмосферу и получает его при конденсации влаги на остывающей поверхности воды. Колебания температуры сглаживаются также вследствие большой теплоемкости воды. Суточная амплитуда температуры воды на поверхности океана не превышает в среднем 0,5°.

Годовые амплитуды температуры воды на поверхности океана больше, чем суточные. Они зависят от годового хода радиационного баланса, от морских течений, от преобладающих ветров и от широты. В низких широтах они составляют 1°, в высоких 2°.

Наибольшие средние годовые температуры воды (27—28°) наблюдаются в экваториальных широтах. В тропических широтах под действием течений на одной и той же широте температура воды на поверхности океана у западных берегов выше, чем у восточных. Этому способствуют пассаты, отгоняющие воды от восточных берегов. На месте ушедшей воды поднимаются нижележащие, более холодные ее слои. В умеренных широтах северного полушария в связи с течениями у восточных берегов температура воды выше, чем у западных. В южном полушарии, к югу от 40°, широтное распределение температуры почти не нарушается. В полярных широтах температура воды опускает до 0° и даже до —2°.

С глубиной температура в океане, как правило понижается. Значительные изменения температуры происходят только в верхних слоях океана (200—1000 м). На больших глубинах температура от + 2 до -1°.

Температура на поверхности морей под влиянием суши, водообмена с океаном, притока речных вод и других причин может значительно отличаться от температуры океана на той же широте. Самая высокая температура (до +36°) — на поверхности тропических морей. Изменение температуры с глубиной зависит в первую очередь от водообмена с соседними частями океана.

Ледовой режим. Температура замерзания воды в Мировом океане зависит от ее солености. Чем выше соленость, тем ниже температура замерзания.

Образование льда начинается с возникновения пресных кристаллов.

При скоплении ледяных кристаллов в штилевую погоду образуется тонкая ледяная пленка — сало. У берега появляется неподвижно прикрепленная к нему полоса льда — забереги. Постепенно нарастая, забереги превращаются в береговой припай. При спокойном состоянии поверхности воды при смерзании сала возникает прозрачный тонкий лед. Во время волнения появляются отдельные ледяные диски — блинчатый лед. При смерзании блинчатого льда образуется сплошной ледяной покров.

В высоких широтах северного полушария образовавшийся за зиму лед не успевает растаять за лето, поэтому здесь встречаются льды разного возраста — от однолетних до многолетних. Толщина однолетнего льда 1—2,5 м, многолетнего 3 м и более. Многолетние мощные плавучие льды, занимающие центральные части Северного Ледовитого океана, называются паковыми льдами. Они занимают 70—80% общей площади льдов океана.

Пространства ровного льда пересекаются трещинами. При сжатии лед по трещинам ломается, льдины становятся на ребро и вмерзают, образуя торосы. При раздроблении дрейфующего льда возникают обширные ледяные поля (до 10 км в поперечнике), крупнобитый лед (20—100 м) и мелкобитый лед (менее 20 м).

По происхождению, кроме морских льдов, в океанах и морях встречаются речные и материковые льды, переместившиеся с суши. Обломки материковых льдов образуют плавающие ледяные горы — айсберги. Особенно они распространены в Антарктике.

Таяние льда начинается с загрязненных участков (обыкновенно от берегов). На поверхности льда в результате таяния образуются озерки. В прибрежной полосе возникают сплошные полосы чистой воды — водяные забереги, постепенно превращающиеся в полыньи. Тающий лед под воздействием волн и течений распадается на отдельные льдины. Льдины ломаются, превращаются в ледяную кашу и, наконец, лед распадается на кристаллы.

Льды покрывают около 15% площади Мирового океана. Границы положения льдов испытывают значительные сезонные изменения. В Арктике к югу от области сплошных льдов Центрального бассейна Северного Ледовитого океана расположена область несплошных плавучих льдов. Плавучие льды встречаются также в Беринговом и Охотском морях, в Гудзоновом заливе, полосой вокруг Гренландии и у побережья полуострова Лабрадор. В Антарктике зимой льды плотным широким кольцом окружают материк. Летом береговой припай взламывается, и лед уносится к северу. Граница плавучих льдов в южном полушарии доходит до 50—60° ю. ш. Далеко за пределы распространения плавучих льдов заходят айсберги. Они образуются главным образом около Антарктиды, Гренландии и островов Канадского Арктического архипелага. Большая масса и глубокая осадка в воде позволяет айсбергам достигать в северном полушарии 40—50° с. ш., а в южном, где айсберги крупнее,— 30— 40° ю. ш. Наблюдались айсберги высотой до 157 м и поперечником до 170 км.

Льды оказывают влияние на климат. Вода подо льдом защищена зимой от глубокого охлаждения, а летом — от прогревания. Тепло, выделяемое при льдообразовании, смягчает зимние температуры воздуха. Тепло, поглощаемое при таянии льда, понижает летние температуры.

Богомолов, Л.А. Общее землеведение/ Л.А. Богомолов [и д.р.]. – М.: Недра, 1971.- 232 с.

Источник