Соленость

Среднегодовая соленость поверхности Мирового океана . Данные Атласа Мирового океана 2009.

Стандарт морской воды Международной ассоциации физических наук об океане (IAPSO).

Соленость ( / s ə ˈ l ɪ n ɪ t i / ) — это соленость или количество соли растворенной в водоеме , , называемом соленой водой (см. также засоленность почвы ). Обычно ее измеряют в г/л или г/кг (граммы соли на литр/килограмм воды; последнее безразмерно и равно ‰).

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

Изолинию постоянной солености называют изохалиной , иногда изогалиной .

Определения

Соленость рек, озер и океана концептуально проста, но технически сложна для точного определения и измерения. Концептуально соленость — это количество растворенных солей в воде. Соли — это такие соединения, как хлорид натрия , сульфат магния , нитрат калия и бикарбонат натрия , которые растворяются в ионы. Концентрацию растворенных хлорид-ионов иногда называют хлорностью. С практической точки зрения растворенное вещество определяется как то, что может пройти через фильтр очень тонкой очистки (ранее 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 вблизи побережий, где реки впадают в океан. Реки и озера могут иметь широкий диапазон солености: от менее 0,01 г/кг. до нескольких г/кг, хотя во многих местах встречается более высокая соленость. Мертвое море имеет соленость более 200 г/кг. Осадки обычно имеют TDS 20 мг/кг или меньше.

Какой бы размер пор ни использовался в определении, результирующее значение солености данного образца природной воды не будет меняться более чем на несколько процентов (%). Однако физические океанографы, работающие в абиссальном океане , часто обеспокоены точностью и взаимной сопоставимостью измерений, проведенных разными исследователями в разное время, почти до пяти значащих цифр . Бутилированная морская вода, известная как стандартная морская вода IAPSO, используется океанографами для стандартизации своих измерений с достаточной точностью, чтобы удовлетворить этому требованию.

Состав

Трудности измерения и определения возникают из-за того, что природные воды содержат сложную смесь множества различных элементов из разных источников (не все из растворенных солей) в разных 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 образцов. Различные практические определения солености являются результатом разных попыток объяснить эти проблемы с разной степенью точности, но при этом остаются достаточно простыми в использовании.

По практическим соображениям соленость обычно связана с суммой масс подмножества этих растворенных химических компонентов (так называемая соленость раствора ), а не с неизвестной массой солей, которые дали начало этому составу (исключение составляют случаи, когда искусственная морская вода созданный). Для многих целей эту сумму можно ограничить набором из восьми основных ионов природных вод. хотя для морской воды с высочайшей точностью также включаются еще семь второстепенных ионов. Главные ионы доминируют 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 углекислый газ, который при растворении частично превращается в карбонаты и бикарбонаты часто включается . Кремний в форме кремниевой кислоты , которая обычно проявляется в виде нейтральной молекулы в диапазоне pH большинства природных вод, также может быть включен для некоторых целей (например, при исследовании зависимости солености/плотности).

Морская вода

См. Также: Океан § Соленость

Продолжительность: 12 секунд. 0:12

^{Полное трехминутное видео НАСА, 27 февраля 2013 г.} Прибор НАСА «Водолей» на борту аргентинского спутника SAC-D предназначен для измерения глобальной солености поверхности моря. В этом фильме показаны закономерности солености, измеренные Водолеем с декабря 2011 по декабрь 2012 года. Красные цвета представляют области с высокой соленостью, а синие оттенки представляют области 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 можно использовать для определения концентрации галогенид- ионов (в основном хлора и брома ) и определения хлорности . Затем хлористость умножали на коэффициент, чтобы учесть все остальные компоненты. Результирующая «соленость по Кнудсену» выражается в частях на тысячу (ppt или ‰ ).

Использование измерений электропроводности для оценки ионного содержания морской воды привело к разработке шкалы, названной практической шкалой солености 1978 года (PSS-78). Соленость, измеренная с помощью PSS-78, не имеет единиц измерения. Суффикс psu или PSU (обозначающий практическую единицу солености ) иногда добавляется к значениям измерений PSS-78. Добавление единицы измерения PSU после значения «формально неверно и настоятельно не рекомендуется».

В 2010 году был введен новый стандарт свойств морской воды, названный термодинамическим уравнением морской воды 2010 ( ТЭОС-10 ), пропагандирующий абсолютную соленость как замену практической солености и консервативную температуру как замену потенциальной температуры . Этот стандарт включает новую шкалу, называемую эталонной шкалой солености состава . Абсолютная соленость в этой шкале выражается в массовой доле в граммах на килограмм раствора. Соленость в этом масштабе 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 хлорностью 19,37 частей на миллион будет иметь соленость по Кнудсену 35,00 частей на миллион, практическую соленость PSS-78 около 35,0 и абсолютную соленость TEOS-10 около 35,2 г/кг. Электропроводность этой воды при температуре 15 °С составляет 42,9 мСм/см.

В глобальном масштабе весьма вероятно, что антропогенное изменение климата способствовало наблюдаемым изменениям поверхностной и подземной солености с 1950-х годов, а прогнозы изменений поверхностной солености на протяжении 21 века указывают на то, что пресные океанские регионы будут продолжать становиться все более пресными и солеными. регионы будут продолжать становиться более солеными.

Соленость служит индикатором различных масс. Поверхностные воды затягиваются, чтобы заменить тонущую воду, которая, в свою очередь, в конечном итоге становится достаточно холодной и соленой, чтобы затонуть. Распределение солености способствует формированию океанической циркуляции.

Озера и реки

Лимнологи и химики часто определяют соленость как массу соли на единицу объема, выраженную в мг/л или г/л. Подразумевается, хотя часто и не указывается, что это значение точно применимо только при некоторой эталонной температуре, поскольку объем раствора меняется в зависимости от температуры. Значения, представленные таким образом, обычно имеют точность порядка 1%. Лимнологи также используют электропроводность или «эталонную проводимость» в качестве показателя солености. Это измерение может быть скорректировано с учетом температурных эффектов 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 находиться только в диапазоне 50–80 мкСм/см.

Прямые измерения плотности также используются для оценки солености, особенно в сильно соленых озерах . Иногда плотность при определенной температуре используется как показатель солености. В других случаях для оценки солености проб на основе измеренной плотности используется эмпирическая зависимость солености/плотности, разработанная для конкретного водоема.

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 водоемов по солености

Таласская серия

> 300 ‰

гиперхалинный

60–80 ‰

метахалиновый

40 ‰

миксоегалин

30 ‰

полигалинный

18 ‰

мезохалин

5 ‰

олигохалиновый

0.5 ‰

Морские воды – это воды океана, другой термин – эвгалинные моря . Соленость эвгалинных морей составляет от 30 до 35 ‰. Солоноватые моря или воды имеют соленость в пределах от 0,5 до 29 ‰, а метагалинные моря от 36 до 40 ‰. Все эти воды считаются таласскими, поскольку их соленость поступает из океана и определяется как гомойогалинная, если соленость не сильно меняется с течением времени (по существу постоянная). Таблица справа, модифицированная из Por (1972), следует «Венецианской системе» (1959).

В отличие от гомойогалинных сред существуют определенные пойкилогалинные среды (которые также могут быть таласскими ), в которых изменение солености является биологически значимым. Соленость пойкилохалинной воды может варьироваться от 0,5 до более 300 ‰. Важной характеристикой является то, что эти воды имеют тенденцию изменять соленость в некотором биологически значимом диапазоне в зависимости от сезона или в каком-то другом примерно сопоставимом временном масштабе. Проще говоря, это водоемы с весьма переменной соленостью.

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

Экологические соображения

Соленость является важным экологическим фактором, влияющим на типы организмов, обитающих в водоеме. Кроме того, соленость влияет на виды растений , которые будут расти либо в водоеме, либо на земле, питаемой водой (или грунтовыми водами ) . Растение, приспособленное к засоленным условиям, называется галофитом . Галофиты, устойчивые к остаточной засоленности карбоната натрия , называются солянки , солянки или бариллы растениями . Организмы (в основном бактерии), которые могут жить в очень соленых условиях, классифицируются как экстремофилы или, в частности, галофилы . Организм, способный выдерживать широкий диапазон солености, является эвригалинным .

Удаление солей из воды обходится дорого, а содержание соли является важным фактором в использовании воды, влияющим на ее питьевую пригодность и пригодность для орошения . Увеличение солености наблюдалось в озерах и реках в Соединенных Штатах из-за попадания в стоки обычной дорожной соли и других солевых антиобледенителей .

Степень солености океанов является движущей силой циркуляции мирового океана , где изменения плотности из-за изменений солености и температуры на поверхности океана вызывают изменения плавучести, которые вызывают опускание и подъем водных масс. Считается, что изменения солености океанов способствуют глобальным изменениям содержания углекислого газа, поскольку более соленые воды менее растворимы в углекислом газе. Кроме того, во время ледниковых периодов гидрография такова, что возможной причиной уменьшения циркуляции является образование стратифицированных океанов. В таких случаях подвод воды посредством термохалинной циркуляции затруднителен.

Не только соленость является движущей силой циркуляции океана, но и изменения в циркуляции океана также влияют на соленость, особенно в приполярной части Северной Атлантики, где с 1990 по 2010 год увеличение вклада талой воды Гренландии противодействовало увеличению переноса соленых атлантических вод на север. Однако с середины 2010-х годов воды Северной Атлантики стали более пресными из-за увеличения потока талой воды из Гренландии.

См. также

• Опреснение в хозяйственных целях
  • Опреснение воды
  • Опреснение почвы: контроль засоления почвы
  • Коэффициент адсорбции натрия
• Измерение солености
  • Солемер
• Соленость в зависимости от биологического контекста
  • В организмах в целом, с особым акцентом на здоровье человека
    • Электролиты
    • Баланс жидкости
    • Гипернатриемия
    • Гипонатриемия
    • Солевое отравление
  • В растениях
    • Реакция Arabidopsis thaliana на засоление
  • В рыбе
    • Стеногалинная рыба
    • Эвригалинная рыба
• Соленость в зависимости от геологического контекста
  • Пресная вода
  • Морская вода
  • Засоление почвы
  • Термохалинная циркуляция
  • Палеосоленость
  • Данные набора данных CORA о солености мирового океана
• Общие случаи концентрации растворенных веществ
  • Осмотическая концентрация
  • тонус

Дальнейшее чтение

• Мантила, AW (1987). «Обновлены стандартные сличения морской воды» . Дж. Физ. Океаногр. 17 (4): 543–548. Бибкод : 1987JPO....17..543M . doi : 10.1175/1520-0485(1987)017<0543:sscu>2.0.co;2 .
• Страница MIT свойств морской воды с библиотечными процедурами Matlab, EES и Excel VBA.
• Уравнения и алгоритмы для расчета фундаментальных свойств морской воды.
• История определения солености
• Практическая шкала солености 1978 года.
• Калькулятор солености
• Льюис, Э.Л. 1982. Практическая шкала солености 1978 года и ее предшественники. Морская геодезия. 5 (4): 350–357.
• Уравнения и алгоритмы расчета солености внутренних вод