stringtranslate.com

Соленость

Среднегодовая соленость морской поверхности Мирового океана . Данные из Атласа Мирового океана 2009 г. [1]
Стандарт морской воды Международной ассоциации физических наук об океанах (МАФНО).

Соленость ( / s ə ˈ l ɪ n ɪ t i / ) — это соленость или количество соли , растворенной в водоеме , называемом соленой водой (см. также соленость почвы ). Обычно измеряется в г/л или г/кг (граммах соли на литр/килограмм воды; последний безразмерен и равен ‰).

Соленость является важным фактором, определяющим многие аспекты химии природных вод и биологических процессов в них, а также является термодинамической переменной состояния , которая наряду с температурой и давлением управляет такими физическими характеристиками, как плотность и теплоемкость воды.

Контурная линия постоянной солености называется изохалиной , а иногда и изогалой .

Определения

Соленость в реках, озерах и океане концептуально проста, но технически сложна для точного определения и измерения. Концептуально соленость — это количество растворенной соли в воде. Соли — это соединения, такие как хлорид натрия , сульфат магния , нитрат калия и бикарбонат натрия , которые растворяются в ионы. Концентрацию растворенных ионов хлорида иногда называют хлорностью. С точки зрения эксплуатации растворенное вещество определяется как то, что может пройти через очень тонкий фильтр (исторически фильтр с размером пор 0,45 мкм, но позже [ когда? ] обычно 0,2 мкм). [2] 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 [3] до нескольких г/кг, хотя есть много мест, где встречается более высокая соленость. Мертвое море имеет соленость более 200 г/кг. [4] Осадки обычно имеют TDS 20 мг/кг или меньше. [5]

Какой бы размер пор ни использовался в определении, результирующее значение солености данного образца природной воды не будет отличаться более чем на несколько процентов (%). Однако физические океанографы, работающие в абиссальных слоях океана , часто обеспокоены точностью и сопоставимостью измерений, полученных разными исследователями в разное время, с точностью почти до пяти значащих цифр . [6] Бутилированный продукт морской воды, известный как стандартная морская вода IAPSO, используется океанографами для стандартизации своих измерений с достаточной точностью, чтобы соответствовать 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 различных попыток учесть эти проблемы с разной степенью точности, оставаясь при этом достаточно простыми в использовании.

По практическим причинам соленость обычно связана с суммой масс подмножества этих растворенных химических компонентов (так называемая соленость раствора ), а не с неизвестной массой солей, которые привели к этому составу (исключением является случай, когда создается искусственная морская вода ). Для многих целей эта сумма может быть ограничена набором из восьми основных ионов в природных водах, [7] [8] хотя для морской воды с наивысшей точностью также включаются дополнительные семь второстепенных ионов. [6] Основные ионы доминируют в неорганическом составе большинства (но ни в коем случае не всех) природных вод. Исключения включают некоторые карьерные озера и воды из некоторых гидротермальных источников .

Концентрации растворенных газов, таких как кислород и азот, обычно не включаются в описания солености. [2] Однако углекислый газ, который при растворении частично превращается в карбонаты и бикарбонаты , часто включается. Кремний в форме кремниевой кислоты , который обычно появляется как нейтральная молекула в диапазоне pH большинства природных вод, также может быть включен для некоторых целей (например, когда исследуются отношения солености/плотности).

Морская вода

Полное 3-минутное видео NASA 27 февраля 2013 г. Прибор NASA Aquarius на борту аргентинского спутника SAC-D предназначен для измерения глобальной солености морской поверхности. В этом фильме показаны закономерности солености, измеренные Aquarius с декабря 2011 г. по декабрь 2012 г. Красные цвета обозначают области высокой солености, а синие оттенки — области низкой солености.

Термин «соленость» для океанографов обычно ассоциируется с одним из набора конкретных методов измерения. По мере развития доминирующих методов развиваются и различные описания солености. Соленость в основном измерялась с использованием методов, основанных на титровании , до 1980-х годов. Титрование нитратом серебра могло использоваться для определения концентрации галогенид -ионов (в основном хлора и брома ), чтобы получить хлорность . Затем хлорность умножалась на коэффициент для учета всех других компонентов. Полученные «солености Кнудсена» выражаются в единицах частей на тысячу (ppt или ‰ ).

Использование измерений электропроводности для оценки ионного состава морской воды привело к разработке шкалы, названной практической шкалой солености 1978 года (PSS-78). [9] [10] 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. [11] Добавление PSU в качестве единицы после значения «формально неверно и настоятельно не рекомендуется». [2]

В 2010 году был введен новый стандарт свойств морской воды, названный термодинамическим уравнением морской воды 2010 года ( TEOS-10 ), в котором абсолютная соленость предлагается в качестве замены практической солености, а консервативная температура — в качестве замены потенциальной температуры . [6] Этот стандарт включает новую шкалу, называемую шкалой солености эталонного состава . Абсолютная соленость в 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 учитывать региональные изменения в составе морской воды. Ее также можно определить путем проведения прямых измерений плотности.

Образец морской воды из большинства мест с хлорностью 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. [6] [12]

В глобальном масштабе весьма вероятно, что антропогенное изменение климата способствовало наблюдаемым изменениям солености поверхности и под поверхностью с 1950-х годов, а прогнозы изменений солености поверхности в течение 21-го века указывают на то, что пресные районы океана будут продолжать становиться преснее, а соленые районы будут продолжать становиться более солеными. [13]

Соленость служит трассером различных масс. Поверхностная вода втягивается, чтобы заменить опускающуюся воду, которая в свою очередь в конечном итоге становится холодной и соленой настолько, чтобы опуститься на дно. Распределение солености способствует формированию океанической циркуляции.

Озера и реки

Лимнологи и химики часто определяют соленость в терминах массы соли на единицу объема, выраженной в единицах мг/л или г/л. [7] Подразумевается, хотя часто и не указывается, что это значение применяется точно 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. [14] 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 . [4] Иногда плотность при определенной температуре используется в качестве прокси для солености. В других случаях эмпирическое соотношение соленость/плотность, разработанное для конкретного водоема, используется для оценки солености образцов по измеренной плотности.

Классификация водоемов по солености

Морские воды — это воды океана, другой термин для которых — эухалинные моря . Соленость эухалинных морей составляет от 30 до 35 ‰. Соленость солоноватых морей или вод находится в диапазоне от 0,5 до 29 ‰, а метахалинных морей — от 36 до 40 ‰. Все эти воды считаются талассовыми , поскольку их соленость определяется океаном и определяется как гомойохалинная, если соленость не сильно меняется с течением времени (по сути, постоянная). Таблица справа, измененная из Por (1972), [15] [16], следует «Венецианской системе» (1959). [17]

В отличие от гомоиогалинных сред существуют определенные пойкилогалинные среды (которые также могут быть талассовыми ), в которых изменение солености биологически значимо. [18] Соленость пойкилогалинной воды может варьироваться от 0,5 до более 300 ‰. Важной характеристикой является то, что эти воды имеют тенденцию изменяться по солености в некотором биологически значимом диапазоне сезонно или в каком-то другом примерно сопоставимом временном масштабе. Проще говоря, это водоемы с довольно изменчивой соленостью.

Сильно соленая вода, из которой кристаллизуются (или вот-вот кристаллизуются) соли, называется рассолом .

Экологические соображения

Соленость является экологическим фактором значительной важности, влияющим на типы организмов, которые живут в водоеме. Соленость также влияет на типы растений , которые будут расти либо в водоеме, либо на земле, питаемой водой (или грунтовыми водами ) . [19] Растение, приспособленное к соленым условиям, называется галофитом . Галофит, который устойчив к остаточной солености карбоната натрия, называется солянкой или солянкой или растениями бариллы . Организмы (в основном бактерии), которые могут жить в очень соленых условиях, классифицируются как экстремофилы , или галофилы в частности. Организм, который может выдерживать широкий диапазон солености, является эвригалиным .

Соли дорого удалять из воды, а содержание соли является важным фактором в использовании воды, определяя ее питьевую пригодность и пригодность для орошения . Повышение солености наблюдалось в озерах и реках в Соединенных Штатах из-за обычной дорожной соли и других солевых антиобледенителей в стоках. [20]

Степень солености океанов является движущей силой мировой океанической циркуляции , где изменения плотности из-за изменений солености и температуры на поверхности океана вызывают изменения плавучести, которые вызывают погружение и подъем водных масс. Считается , что изменения солености океанов способствуют глобальным изменениям углекислого газа, поскольку более соленые воды менее растворимы в углекислом газе. Кроме того, во время ледниковых периодов гидрография такова, что возможной причиной снижения циркуляции является образование стратифицированных океанов. В таких случаях сложнее субдуцировать воду через термохалинную циркуляцию.

Не только соленость является движущей силой циркуляции океана, но и изменения в циркуляции океана также влияют на соленость, особенно в субполярной Северной Атлантике, где с 1990 по 2010 год возросший вклад талой воды Гренландии был нейтрализован возросшим переносом соленых атлантических вод на север. [13] [21] [22] [23] Однако с середины 2010-х годов воды Северной Атлантики стали более пресными из-за увеличения потока талой воды Гренландии. [13] [24]

Смотрите также

Ссылки

  1. ^ Атлас Мирового океана 2009. nodc.noaa.gov
  2. ^ abc Pawlowicz, R. (2013). "Ключевые физические переменные в океане: температура, соленость и плотность". Nature Education Knowledge . 4 (4): 13.
  3. ^ Эйлерс, Дж. М.; Салливан, Т. Дж.; Херли, К. С. (1990). «Самое разбавленное озеро в мире?». Hydrobiologia . 199 : 1–6. doi :10.1007/BF00007827. S2CID  30279782.
  4. ^ ab Anati, DA (1999). «Соленость гиперсоленых рассолов: концепции и заблуждения». Int. J. Salt Lake. Res . 8 (1): 55–70. Bibcode :1999IJSLR...8...55A. doi :10.1007/bf02442137.
  5. ^ "Узнайте о солености и качестве воды" . Получено 21 июля 2018 г. .
  6. ^ abcd IOC, SCOR и IAPSO (2010). Международное термодинамическое уравнение морской воды – 2010: Расчет и использование термодинамических свойств. Межправительственная океанографическая комиссия, ЮНЕСКО (на английском языке). стр. 196 стр.{{cite book}}: CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка )
  7. ^ ab Wetzel, RG (2001). Лимнология: экосистемы озер и рек, 3-е изд . Academic Press. ISBN 978-0-12-744760-5.
  8. ^ Pawlowicz, R.; Feistel, R. (2012). «Лимнологические приложения термодинамического уравнения морской воды 2010 (TEOS-10)». Лимнология и океанография: Методы . 10 (11): 853–867. Bibcode :2012LimOM..10..853P. doi : 10.4319/lom.2012.10.853 . S2CID  93210746.
  9. ^ ЮНЕСКО (1981). Практическая шкала солености 1978 и международное уравнение состояния морской воды 1980. Технический доклад Мар. Наук , 36
  10. ^ ЮНЕСКО (1981). Вспомогательные документы и вспомогательные данные по практической шкале солености 1978. Технический доклад. Мар. наук. , 37
  11. ^ Миллеро, Ф.Дж. (1993). «Что такое ПГУ?». Океанография . 6 (3): 67.
  12. ^ Калкин, Ф.; Смит, Н.Д. (1980). «Определение концентрации раствора хлорида калия, имеющего ту же электропроводность при 15°C и бесконечной частоте, что и стандартная морская вода соленостью 35,0000‰ (хлорированность 19,37394‰)». IEEE J. Oceanic Eng . OE-5 (1): 22–23. Bibcode : 1980IJOE....5...22C. doi : 10.1109/JOE.1980.1145443.
  13. ^ abc Fox-Kemper, B.; Hewitt, HT ; Xiao, C.; Aðalgeirsdóttir, G.; Drijfhout, SS; Edwards, TL; Golledge, NR; Hemer, M.; Kopp, RE; Krinner, G.; Mix, A. (2021). Masson-Delmotte, V.; Zhai, P.; Pirani, A.; Connors, SL; Péan, C.; Berger, S.; Caud, N.; Chen, Y.; Goldfarb, L. (ред.). "Ocean, Cryosphere and Sea Level Change" (PDF) . Изменение климата 2021: Физическая научная основа. Вклад Рабочей группы I в Шестой оценочный доклад Межправительственной группы экспертов по изменению климата . 2021 . Кембридж, Великобритания и Нью-Йорк, Нью-Йорк, США: Cambridge University Press: 1211–1362. doi : 10.1017/9781009157896.011. ISBN 9781009157896.
  14. ^ Ван Никерк, Гарольд; Силбербауэр, Майкл; Малулеке, Ммафефо (2014). «Географические различия в соотношении между общим содержанием растворенных твердых веществ и электропроводностью в реках Южной Африки». Water SA . 40 (1): 133. doi : 10.4314/wsa.v40i1.16 .
  15. ^ Por, FD (1972). «Гидробиологические заметки о высокосоленых водах Синайского полуострова». Морская биология . 14 (2): 111–119. Bibcode : 1972MarBi..14..111P. doi : 10.1007/BF00373210. S2CID  86601297.
  16. ^ "Соленость | Приток пресной воды". www.freshwaterinflow.org . Получено 2020-10-25 .
  17. ^ Венецианская система (1959). Окончательная резолюция симпозиума по классификации солоноватых вод. Archo Oceanogr. Limnol. , 11 (suppl): 243–248.
  18. ^ Даль, Э. (1956). «Экологические границы солености в пойкилогалинных водах». Oikos . 7 (1): 1–21. Bibcode : 1956Oikos...7....1D. doi : 10.2307/3564981. JSTOR  3564981.
  19. ^ Кальчич, Мария, Туровски, Марк; Холл, Кэлли (22.12.2010). "Проект соленосного дрейфера Космического центра Стенниса. Совместный проект со средней школой Хэнкок, Килн, штат Миссисипи". Проект соленосного дрейфера Космического центра Стенниса . NTRS . Получено 16.06.2011 .{{cite web}}: CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка )
  20. ^ «Надеется удержать соль и вместо этого разливать свекольный сок и пиво, чтобы дороги оставались чистыми». www.wbur.org . 29 января 2018 г.
  21. ^ Духовской, Д.С.; Майерс, П.Г.; Платов, Г.; Тиммерманс, М.Л.; Карри, Б.; Прошутинский, А.; Бамбер, Дж.Л.; Шассинье, Э.; Ху, Х.; Ли, К.М.; Сомавилла, Р. (2016). «Пути пресной воды Гренландии в субарктических морях по результатам модельных экспериментов с пассивными трассерами». Журнал геофизических исследований: Океаны . 121 (1): 877–907. Bibcode : 2016JGRC..121..877D. doi : 10.1002/2015JC011290. hdl : 1912/7922 . S2CID  603982.
  22. ^ Духовской, Д.С.; Яшаяев, И.; Прошутинский, А.; Бамбер, Дж. Л.; Башмачников, ИЛ; Шассинье, Э. П.; Ли, М.; Тедстоун, А. Дж. (2019). «Роль аномалии пресной воды в Гренландии в недавнем пресновении субполярной Северной Атлантики». Журнал геофизических исследований: Океаны . 124 (5): 3333–3360. Bibcode : 2019JGRC..124.3333D. doi : 10.1029/2018JC014686. PMC 6618073. PMID  31341755. 
  23. ^ Стендардо, И.; Рейн, М.; Штайнфельдт, Р. (2020). «Североатлантическое течение и его объем и переносы пресной воды в субполярной Северной Атлантике, период времени 1993–2016». Журнал геофизических исследований: Океаны . 125 (9). Bibcode : 2020JGRC..12516065S. doi : 10.1029/2020JC016065 . S2CID  225238073.
  24. ^ Холлидей, Н. Пенни; Берш, Манфред; Беркс, Барбара; Чафик, Леон; Каннингем, Стюарт; Флориндо-Лопес, Кристиан; Хатун, Хьялмар; Джонс, Уильям; Джози, Саймон А.; Ларсен, Карин Маргрета Х.; Мулет, Сандрин (2020-01-29). "Циркуляция океана вызывает крупнейшее событие опреснения за 120 лет в восточной субполярной части Северной Атлантики". Nature Communications . 11 (1): 585. Bibcode :2020NatCo..11..585H. doi :10.1038/s41467-020-14474-y. ISSN  2041-1723. PMC 6989661 . PMID  31996687. 

Дальнейшее чтение

Внешние ссылки