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 .
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.
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).
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.
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.
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 .
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]
{{cite book}}
: CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка ){{cite web}}
: CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка )