Соленость - Salinity

Среднегодовая поверхность моря соленость для Мирового океана . Данные Атласа Мирового океана 2009 г.
Стандартная морская вода Международной ассоциации физических наук об океанах (IAPSO).

Соленость ( / с ə л ɪ п ɪ т я / ) является соленость или количество соли , растворенной в теле воды , называется соленая вода (смотри также засоленности почвы ). Обычно он измеряется в г / л или г / кг (граммы соли на литр / килограмм воды; последний безразмерный и равен ‰).

Соленость является важным фактором, определяющим многие аспекты химического состава природных вод и биологических процессов в них, и является термодинамической переменной состояния, которая, наряду с температурой и давлением , определяет физические характеристики, такие как плотность и теплоемкость воды.

Линия контура постоянной солености называется изохалинной , или иногда isohale .

Определения

Соленость в реках, озерах и океане концептуально проста, но технически сложно определить и точно измерить. Концептуально соленость - это количество растворенной соли в воде. Соли - это такие соединения, как хлорид натрия , сульфат магния , нитрат калия и бикарбонат натрия, которые растворяются в ионах. Концентрацию растворенных хлорид-ионов иногда называют хлорноватостью. С практической точки зрения растворенное вещество определяется как вещество, которое может проходить через очень тонкий фильтр (исторически это фильтр с размером пор 0,45 мкм, но в настоящее время обычно 0,2 мкм). Соленость может быть выражена в виде массовой доли , т. Е. Массы растворенного вещества в единице массы раствора.

Морская вода обычно имеет массовую соленость около 35 г / кг, хотя более низкие значения типичны у берегов, где реки впадают в океан. Реки и озера могут иметь широкий диапазон солености, от менее 0,01 г / кг до нескольких г / кг, хотя есть много мест, где встречается более высокая соленость. Мертвое море имеет соленость более 200 г / кг. Дождевая вода перед тем, как коснуться земли, обычно имеет TDS 20 мг / л или меньше.

Какой бы размер пор не использовался в определении, результирующее значение солености данного образца природной воды не будет отличаться более чем на несколько процентов (%). Однако океанографы-физики, работающие в глубинах океана , часто озабочены точностью и взаимосопоставимостью измерений, выполненных разными исследователями в разное время, почти до пяти значащих цифр. Морская вода в бутылках, известная как стандартная морская вода IAPSO, используется океанографами для стандартизации своих измерений с достаточной точностью, чтобы удовлетворить это требование.

Состав

Трудности измерения и определения возникают из-за того, что природные воды содержат сложную смесь многих различных элементов из разных источников (не все из растворенных солей) в различных молекулярных формах. Химические свойства некоторых из этих форм зависят от температуры и давления. Многие из этих форм трудно измерить с высокой точностью, и в любом случае полный химический анализ нецелесообразен при анализе нескольких проб. Различные практические определения солености являются результатом разных попыток учесть эти проблемы с разными уровнями точности, при этом оставаясь при этом достаточно простыми в использовании.

По практическим причинам соленость, как правило , связана с суммой масс подмножества этих растворенных химических компонентов (так называемой солености раствора ), а не к неизвестной массе солей , которые привели к этой композиции (исключение, когда искусственная морская вода является созданный). Для многих целей эта сумма может быть ограничена набором из восьми основных ионов в природных водах, хотя для морской воды с максимальной точностью также включаются дополнительные семь второстепенных ионов. Основные ионы преобладают в неорганическом составе большинства (но далеко не всех) природных вод. Исключение составляют некоторые карьерные озера и воды некоторых гидротермальных источников .

Концентрации растворенных газов, таких как кислород и азот , обычно не включаются в описание солености. Однако часто включается газообразный диоксид углерода , который при растворении частично превращается в карбонаты и бикарбонаты . Кремний в форме кремниевой кислоты , который обычно проявляется в виде нейтральной молекулы в диапазоне pH большинства природных вод, также может быть включен для некоторых целей (например, когда исследуется соотношение соленость / плотность).

Морская вода

Полное 3-х минутное видео НАСА 27 февраля 2013 г. Прибор НАСА «Водолей» на борту спутника SAC-D Аргентины предназначен для измерения солености морской поверхности в мире. В этом фильме показаны модели солености, измеренные Водолеем с декабря 2011 года по декабрь 2012 года. Красные цвета представляют области с высокой соленостью, а синие оттенки - с низкой соленостью.

Термин «соленость» для океанографов обычно ассоциируется с одним из набора конкретных методов измерения. По мере развития доминирующих методов меняются и различные описания солености. До 1980-х годов соленость в основном измерялась с использованием методов титрования . Титрование нитратом серебра может быть использовано для определения концентрации галогенид- ионов (в основном хлора и брома ), чтобы определить хлорность . Затем хлорность умножалась на коэффициент, чтобы учесть все остальные составляющие. Результирующая «соленость Кнудсена» выражается в частях на тысячу (ppt или ).

Использование измерений электропроводности для оценки содержания ионов в морской воде привело к разработке шкалы, получившей название практической шкалы солености 1978 года (PSS-78). Солености, измеренные с помощью PSS-78, не имеют единиц.Суффикс psu или PSU (обозначающий практическую единицу солености ) иногда добавляется к значениям измерения PSS-78. Добавление блока питания в качестве единицы после значения «формально неверно и настоятельно не рекомендуется».

В 2010 году был введен новый стандарт свойств морской воды, названный термодинамическим уравнением морской воды 2010 ( TEOS-10 ), в котором абсолютная соленость выступает в качестве замены практической солености и консервативной температуры в качестве замены потенциальной температуры . Этот стандарт включает новую шкалу, называемую шкалой солености эталонного состава . Абсолютная соленость на этой шкале выражается как массовая доля в граммах на килограмм раствора. Соленость в этой шкале определяется путем объединения измерений электропроводности с другой информацией, которая может объяснить региональные изменения в составе морской воды. Их также можно определить путем прямых измерений плотности.

Образец морской воды из большинства мест с хлористостью 19,37 ppt будет иметь соленость по Кнудсену 35,00 ppt, практическую соленость PSS-78 около 35,0 и абсолютную соленость TEOS-10 около 35,2 г / кг. Электропроводность этой воды при температуре 15 ° C составляет 42,9 мСм / см.

Озера и реки

Лимнологи и химики часто определяют соленость как массу соли на единицу объема, выраженную в миллиграммах на литр или граммах на литр. Подразумевается, хотя часто не указывается, что это значение точно применимо только при некоторой эталонной температуре. Представленные таким образом значения обычно имеют точность порядка 1%. Лимнологи также используют электрическую проводимость , или «эталонную проводимость», как показатель солености. Это измерение может быть скорректировано с учетом температурных воздействий и обычно выражается в единицах мкСм / см.

Речная или озерная вода с соленостью около 70 мг / л обычно имеет удельную проводимость при 25 ° C от 80 до 130 мкСм / см. Фактическое соотношение зависит от присутствующих ионов. Фактическая проводимость обычно изменяется примерно на 2% на градус Цельсия, поэтому измеренная проводимость при 5 ° C может быть только в диапазоне 50–80 мкСм / см.

Прямые измерения плотности также используются для оценки солености, особенно в сильно засоленных озерах . Иногда плотность при определенной температуре используется как показатель солености. В других случаях эмпирическое соотношение соленость / плотность, разработанное для конкретного водоема, используется для оценки солености образцов по измеренной плотности.

Соленость воды
Пресная вода Солоноватая вода Соленая вода Рассол
<0,05% 0,05 - 3% 3-5% > 5%
<0,5 ‰ 0,5 - 30 ‰ 30–50 ‰ > 50 ‰

Классификация водных объектов по солености

Талассическая серия
> 300 ‰
гипергалин
60–80 ‰
метахалин
40 ‰
миксевхалин
30 ‰
полигалинный
18 ‰
мезохалин
5 ‰
олигогалин
0,5 ‰

Морские воды - это воды океана, другой термин - эвгалинные моря . Соленость эвхалинных морей от 30 до 35 ‰. Солоноватоводные моря или воды имеют соленость от 0,5 до 29 ‰, а метахалинные моря - от 36 до 40 ‰. Все эти воды считаются талассовыми, потому что их соленость определяется океаном и определяется как гомойогалинная, если соленость не сильно меняется во времени (по существу, постоянная). Таблица справа, измененная из Por (1972), следует «Венецианской системе» (1959).

В отличие от гомойогалинной среды существуют определенные пойкилогалинные среды (которые также могут быть талассовыми ), в которых изменение солености является биологически значимым. Соленость пойкилогалинных вод может колебаться от 0,5 до более 300 ‰. Важной характеристикой является то, что эти воды имеют тенденцию различаться по солености в некотором биологически значимом диапазоне в зависимости от сезона или в каком-либо другом примерно сопоставимом временном масштабе. Проще говоря, это водоемы с довольно переменной соленостью.

Сильно засоленная вода, из которой кристаллизуются (или собираются кристаллизоваться) соли, называется рассолом .

Экологические соображения

Соленость является важным экологическим фактором, влияющим на типы организмов, обитающих в водоеме. Кроме того, засоление влияет на виды растений, которые будут расти либо в водоеме, либо на земле, питаемой водой (или грунтовыми водами ). Растение, адаптированное к засоленным условиям, называется галофитом . Галофит , который устойчив к остаточной карбоната натрия солености, называются солерос или солянок или Barilla растения. Организмы (в основном бактерии), которые могут жить в очень соленых условиях, классифицируются как экстремофилы или, в частности, галофилы . Организм, способный противостоять широкому диапазону солености, называется эвригалинным .

Удаление соли из воды дорого, и ее содержание является важным фактором при использовании воды (например, ее пригодность для питья ). Повышение солености наблюдалось в озерах и реках в Соединенных Штатах из -за попадания в сточные воды обычной дорожной соли и других солевых антиобледенителей .

Степень солености океанов является движущей силой мировой океанической циркуляции , где изменения плотности из-за как изменений солености, так и изменений температуры на поверхности океана вызывают изменения плавучести, которые вызывают опускание и подъем водных масс. Считается, что изменения солености океанов вносят свой вклад в глобальные изменения содержания двуокиси углерода, поскольку более соленые воды менее растворимы для двуокиси углерода. Кроме того, во время ледниковых периодов гидрография такова, что возможной причиной уменьшения циркуляции является образование стратифицированных океанов. В таких случаях труднее провести воду через термохалинную циркуляцию.

Смотрите также

использованная литература

дальнейшее чтение