stringtranslate.com

Соленость

Среднегодовая соленость поверхности Мирового океана . Данные Атласа Мирового океана 2009 г. [1]
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 (исторически это был фильтр с размером пор 0,45 мкм, но в наши дни [ 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 во многих местах 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 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 . [6] 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 эта сумма может быть ограничена набором из восьми основных ионов в природных водах, [7] [8] , хотя для морской воды с максимальной точностью также включаются дополнительные семь второстепенных ионов. [6] 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. [2] Однако часто включается углекислый газ, который при растворении частично превращается в карбонаты и бикарбонаты . 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

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 хлорность 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). [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 единицы PSU 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 ( ТЭОС-10 ), пропагандирующий абсолютную соленость как замену практической солености и консервативную температуру как замену потенциальной температуры . [6] 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. [6] [12]

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. [13]

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. [7] Подразумевается, хотя часто и не утверждается, 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. [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 как показатель солености. В других случаях для оценки солености проб на основе измеренной плотности используется эмпирическая зависимость солености/плотности, разработанная для конкретного водоема.

Классификация водоемов по солености

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 на основе Пора (1972), [15] [16], соответствует «Венецианской системе» (1959). [17]

В отличие от гомойогалинных сред существуют определенные пойкилогалинные среды (которые также могут быть таласскими ), в которых изменение солености является биологически значимым. [18] 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 ). [19] Растение, приспособленное к засоленным условиям, называется галофитом . Галофиты, устойчивые к остаточной засоленности карбоната натрия, называются растениями солянки , солянки или бариллы . 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 способность 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 . [20]

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 на север соленых атлантических вод. [13] [21] [22] [23] Однако с середины 2010-х годов воды Северной Атлантики стали более пресными из-за увеличения потока талой воды в Гренландии. [13] [24]

Смотрите также

Рекомендации

  1. ^ Атлас Мирового океана 2009. nodc.noaa.gov.
  2. ^ abc Павлович, Р. (2013). «Ключевые физические переменные в океане: температура, соленость и плотность». Знания о природном образовании . 4 (4): 13.
  3. ^ Эйлерс, Дж. М.; Салливан, Ти Джей; Херли, КЦ (1990). «Самое разбавленное озеро в мире?». Гидробиология . 199 : 1–6. дои : 10.1007/BF00007827. S2CID  30279782.
  4. ^ аб Анати, Д.А. (1999). «Соленость гиперсоленых рассолов: понятия и заблуждения». Межд. Дж. Солт-Лейк-Сити. Рез . 8 (1): 55–70. Бибкод : 1999IJSLR...8...55A. дои : 10.1007/bf02442137.
  5. ^ «Узнайте о солености и качестве воды» . Проверено 21 июля 2018 г.
  6. ^ abcd МОК, СКОР и МАПС (2010). Международное термодинамическое уравнение морской воды – 2010: Расчет и использование термодинамических свойств. Межправительственная океанографическая комиссия ЮНЕСКО (английский). стр. 196стр.{{cite book}}: CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка )
  7. ^ Аб Ветцель, Р.Г. (2001). Лимнология: озерные и речные экосистемы, 3-е изд . Академическая пресса. ISBN 978-0-12-744760-5.
  8. ^ Павлович, Р.; Фейстель, Р. (2012). «Лимнологические применения термодинамического уравнения морской воды 2010 (ТЭОС-10)». Лимнология и океанография: Методы . 10 (11): 853–867. Бибкод : 2012LimOM..10..853P. дои : 10.4319/lom.2012.10.853 . S2CID  93210746.
  9. ^ ЮНЕСКО (1981). Практическая шкала солености 1978 г. и Международное уравнение состояния морской воды 1980 г. Техн. Пап. март. наук. , 36
  10. ^ ЮНЕСКО (1981). Справочные документы и подтверждающие данные по Практической шкале солености 1978 года. Техн. Пап. март. наук. , 37
  11. ^ Миллеро, Ф.Дж. (1993). «Что такое ПГУ?». Океанография . 6 (3): 67.
  12. ^ Калкин, Ф.; Смит, Северная Дакота (1980). «Определение концентрации раствора хлорида калия, имеющего такую ​​же электропроводность при 15°С и бесконечной частоте, что и стандартная морская вода соленостью 35,0000 ‰ (хлорность 19,37394 ‰)». IEEE J. Oceanic Eng . ОЕ-5 (1): 22–23. Бибкод : 1980IJOE....5...22C. дои : 10.1109/JOE.1980.1145443.
  13. ^ abc Фокс-Кемпер, Б.; Хьюитт, Хьюстон ; Сяо, К.; Адальгейрсдоттир, Г.; Дрейфхаут, СС; Эдвардс, ТЛ; Голледж, Северная Каролина; Хемер, М.; Копп, Р.Э.; Криннер, Г.; Микс, А. (2021). Массон-Дельмотт, В.; Чжай, П.; Пирани, А.; Коннорс, СЛ; Пеан, К.; Бергер, С.; Кауд, Н.; Чен, Ю.; Гольдфарб, Л. (ред.). «Изменение океана, криосферы и уровня моря» (PDF) . Изменение климата 2021: Физическая научная основа. Вклад Рабочей группы I в шестой оценочный доклад Межправительственной группы экспертов по изменению климата . Кембридж, Великобритания и Нью-Йорк, Нью-Йорк, США: Издательство Кембриджского университета. 2021 : 1211–1362. дои : 10.1017/9781009157896.011. ISBN 9781009157896.
  14. ^ ван Никерк, Гарольд; Зильбербауэр, Майкл; Малулеке, Ммафефо (2014). «Географические различия во взаимосвязи между общим количеством растворенных твердых веществ и электропроводностью в реках Южной Африки». Вода СА . 40 (1): 133. дои : 10.4314/wsa.v40i1.16 .
  15. ^ Пор, Ф.Д. (1972). «Гидробиологические заметки о соленых водах Синайского полуострова». Морская биология . 14 (2): 111–119. Бибкод : 1972MarBi..14..111P. дои : 10.1007/BF00373210. S2CID  86601297.
  16. ^ «Соленость | Притоки пресной воды» . www.freshwaterinflow.org . Проверено 25 октября 2020 г.
  17. ^ Венецианская система (1959). Итоговая резолюция симпозиума по классификации солоноватых вод. Архо Океаногр. Лимнол. , 11 (приложение): 243–248.
  18. ^ Даль, Э. (1956). «Экологические границы солености в пойкилогалинных водах». Ойкос . 7 (1): 1–21. Бибкод : 1956Ойкос...7....1D. дои : 10.2307/3564981. JSTOR  3564981.
  19. ^ Кальчич, Мария, Туровский, Марк; Холл, Кэлли (22 декабря 2010 г.). «Проект соленого дрифтера Космического центра Стенниса. Совместный проект со средней школой Хэнкока, Килн, Массачусетс». Проект соленого дрифтера Космического центра Стенниса . НТРС . Проверено 16 июня 2011 г.{{cite web}}: CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка )
  20. ^ «Надеется удержать соль и вместо этого разлить свекольный сок и пиво, чтобы дороги были чистыми» . www.wbur.org .
  21. ^ Духовской, Д.С.; Майерс, П.Г.; Платов Г.; Тиммерманс, МЛ; Карри, Б.; Прошутинский А.; Бамбер, Дж.Л.; Шассине, Э.; Ху, Х.; Ли, СМ; Сомавилла, Р. (2016). «Пути пресной воды Гренландии в субарктических морях на основе модельных экспериментов с пассивными индикаторами». Журнал геофизических исследований: Океаны . 121 (1): 877–907. Бибкод : 2016JGRC..121..877D. дои : 10.1002/2015JC011290. hdl : 1912/7922 . S2CID  603982.
  22. ^ Духовской, Д.С.; Яшаяев И.; Прошутинский А.; Бамбер, Дж.Л.; Башмачников И.Л.; Шассине, EP; Ли, М.; Тедстон, Эй Джей (2019). «Роль гренландской пресноводной аномалии в недавнем опреснении приполярной части Северной Атлантики». Журнал геофизических исследований: Океаны . 124 (5): 3333–3360. Бибкод : 2019JGRC..124.3333D. дои : 10.1029/2018JC014686. ПМК 6618073 . ПМИД  31341755. 
  23. ^ Стендардо, И.; Рейн, М.; Стейнфельдт, Р. (2020). «Северо-Атлантическое течение, его объем и перенос пресной воды в приполярной части Северной Атлантики, период 1993–2016 гг.». Журнал геофизических исследований: Океаны . 125 (9). Бибкод : 2020JGRC..12516065S. дои : 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.; Муле, Сандрин (29 января 2020 г.). «Циркуляция океана вызывает крупнейшее за 120 лет опреснение в восточной приполярной части Северной Атлантики». Природные коммуникации . 11 (1): 585. Бибкод : 2020NatCo..11..585H. дои : 10.1038/s41467-020-14474-y. ISSN  2041-1723. ПМК 6989661 . ПМИД  31996687. 

дальнейшее чтение