Salinita - Salinity

Roční průměrná slanost povrchu moře pro světový oceán . Data z World Ocean Atlas 2009.
Standardní mořská voda Mezinárodní asociace pro fyzikální vědy oceánů (IAPSO).

Salinity ( / s ə l ɪ n ɪ t i / ) je slanost nebo množství soli rozpuštěné v těle vody , tzv slaná voda (viz také půdy slanost ). Obvykle se měří v g/l nebo g/kg (gramy soli na litr/kilogram vody; druhá je bezrozměrná a rovná se ‰).

Salinita je důležitým faktorem při určování mnoha aspektů chemie přírodních vod a biologických procesů v ní a je termodynamickou stavovou proměnnou, která spolu s teplotou a tlakem řídí fyzikální vlastnosti, jako je hustota a tepelná kapacita vody.

Vrstevnice konstantního slanosti se nazývá isohaline , nebo někdy isohale .

Definice

Salinita v řekách, jezerech a oceánu je koncepčně jednoduchá, ale technicky náročná na přesné definování a měření. Koncepčně je slanost množství obsahu rozpuštěné soli ve vodě. Soli jsou sloučeniny jako chlorid sodný , síran hořečnatý , dusičnan draselný a hydrogenuhličitan sodný, které se rozpouštějí na ionty. Koncentrace rozpuštěných chloridových iontů se někdy označuje jako chlorinita. Provozně je rozpuštěná hmota definována jako ta, která může procházet velmi jemným filtrem (historicky filtr s velikostí pórů 0,45 μm, ale v dnešní době obvykle 0,2 μm). Salinita může být vyjádřena ve formě hmotnostního zlomku , tj. Hmotnosti rozpuštěného materiálu v jednotkové hmotnosti roztoku.

Mořská voda má typicky hmotnostní slanost kolem 35 g/kg, i když nižší hodnoty jsou typické v blízkosti pobřeží, kde řeky vstupují do oceánu. Řeky a jezera mohou mít širokou škálu salinit, od méně než 0,01 g/kg do několika g/kg, i když existuje mnoho míst, kde se vyskytují vyšší salinity. Mrtvého moře má slanost vyšší než 200 g / kg. Dešťová voda před dotykem země má obvykle TDS 20 mg/l nebo méně.

Ať už je v definici použita jakákoli velikost pórů, výsledná hodnota slanosti daného vzorku přírodní vody se nebude lišit o více než několik procent (%). Fyzičtí oceánografové pracující v propastném oceánu se však často zabývají přesností a srovnatelností měření různými výzkumníky v různých časech na téměř pět platných číslic. Výrobky balené mořské vody známé jako IAPSO Standard Seawater používají oceánografové ke standardizaci svých měření s dostatečnou přesností, aby tento požadavek splnili.

Složení

Problémy s měřením a definicí vznikají, protože přírodní vody obsahují složitou směs mnoha různých prvků z různých zdrojů (ne všechny z rozpuštěných solí) v různých molekulárních formách. Chemické vlastnosti některých z těchto forem závisí na teplotě a tlaku. Mnoho z těchto forem je obtížné měřit s vysokou přesností a v každém případě není kompletní chemická analýza praktická při analýze více vzorků. Různé praktické definice slanosti vyplývají z různých pokusů vysvětlit tyto problémy, na různých úrovních přesnosti, přičemž stále zůstávají přiměřeně snadno použitelné.

Z praktických důvodů slanost se obvykle vztahuje k součtu hmotností podmnožiny těchto rozpuštěných chemických složek (tzv řešení slanosti ), spíše než k neznámému množství solí, které vedla k tomuto prostředku (Výjimkou je případ, kdy umělá mořská voda je vytvořeno). Pro mnoho účelů může být tento součet omezen na soubor osmi hlavních iontů v přírodních vodách, ačkoli pro mořskou vodu s nejvyšší přesností je zahrnuto dalších sedm menších iontů. Hlavní ionty dominují anorganickému složení většiny (ale zdaleka ne všech) přírodních vod. Výjimkou jsou některá pitná jezera a vody z některých hydrotermálních pramenů .

Koncentrace rozpuštěných plynů, jako je kyslík a dusík, nejsou obvykle obsaženy v popisech slanosti. Avšak oxid uhličitý plyn, který po rozpuštění se částečně převede na uhličitany a hydrogenuhličitany , je často zahrnuta. K některým účelům může být také zahrnut křemík ve formě kyseliny křemičité , který se obvykle objevuje jako neutrální molekula v rozmezí pH většiny přírodních vod (např. Když se zkoumají vztahy mezi slaností a hustotou).

Mořská voda

Celé 3minutové video NASA 27. února 2013 Přístroj NASA Aquarius na palubě argentinského satelitu SAC-D je určen k měření slanosti globální hladiny moře. Tento film ukazuje vzory slanosti měřené Vodnářem od prosince 2011 do prosince 2012. Červené barvy představují oblasti s vysokou salinitou, zatímco modré odstíny představují oblasti s nízkou salinitou.

Termín „slanost“ je pro oceánografy obvykle spojen s jednou ze sady specifických měřicích technik. Jak se vyvíjejí dominantní techniky, mění se i různé popisy slanosti. Salinity byly do 80. let 20. století do značné míry měřeny pomocí technik založených na titraci . Titrace dusičnanem stříbrným by mohla být použita ke stanovení koncentrace halogenidových iontů (hlavně chloru a bromu ) za poskytnutí chlorinity . Chlorinita byla poté vynásobena faktorem, který zohledňuje všechny ostatní složky. Výsledné ‚Knudsen salinities‘ jsou vyjádřeny v jednotkách dílů na tisíc (ppt nebo ).

Použití měření elektrické vodivosti k odhadu iontového obsahu mořské vody vedlo k vývoji stupnice zvané praktická stupnice salinity 1978 (PSS-78). Salinita měřená pomocí PSS-78 nemá jednotky.K měřeným hodnotám PSS-78 se někdy přidává přípona psu nebo PSU (označující praktickou jednotku salinity ). Přidání PSU jako jednotky za hodnotu je „formálně nesprávné a důrazně se nedoporučuje“.

V roce 2010 byl zaveden nový standard pro vlastnosti mořské vody nazývaný termodynamická rovnice mořské vody 2010 ( TEOS-10 ), který obhajuje absolutní slanost jako náhradu za praktickou slanost a konzervativní teplotu jako náhradu za potenciální teplotu . Tento standard obsahuje novou stupnici nazývanou stupnice salinity referenční kompozice . Absolutní salinity v tomto měřítku jsou vyjádřeny jako hmotnostní zlomek v gramech na kilogram roztoku. Salinity v tomto měřítku jsou určeny kombinací měření elektrické vodivosti s dalšími informacemi, které mohou vysvětlit regionální změny ve složení mořské vody. Lze je také určit přímým měřením hustoty.

Vzorek mořské vody z většiny lokalit s chlorinitou 19,37 ppt bude mít salinitu Knudsen 35,00 ppt, praktickou salinitu PSS-78 asi 35,0 a absolutní salinitu TEOS-10 asi 35,2 g/kg. Elektrická vodivost této vody při teplotě 15 ° C je 42,9 mS/cm.

Jezera a řeky

Limnologové a chemici často definují salinitu jako hmotnost soli na jednotku objemu vyjádřenou v jednotkách mg na litr nebo g na litr. Z toho vyplývá, i když to často není uvedeno, že tato hodnota platí přesně pouze při určité referenční teplotě. Hodnoty prezentované tímto způsobem jsou obvykle přesné v řádu 1%. Limnologové také používají elektrickou vodivost nebo „referenční vodivost“ jako zástupce slanosti. Toto měření lze korigovat na teplotní efekty a je obvykle vyjádřeno v jednotkách μS/cm.

Říční nebo jezerní voda se slaností kolem 70 mg/l bude mít typicky specifickou vodivost při 25 ° C mezi 80 a 130 μS/cm. Skutečný poměr závisí na přítomných iontech. Skutečná vodivost se obvykle mění asi o 2% na stupeň Celsia, takže naměřená vodivost při 5 ° C může být pouze v rozmezí 50–80 μS/cm.

Přímá měření hustoty se také používají k odhadu salinit, zejména ve vysoce slaných jezerech . Někdy je hustota při konkrétní teplotě používána jako zástupce slanosti. Jindy se k odhadu slanosti vzorků z naměřené hustoty použije empirický vztah slanosti/hustoty vyvinutý pro konkrétní vodní útvar.

Slanost vody
Sladká voda Brakická voda Slaná voda Solanka
<0,05% 0,05 - 3% 3 - 5% > 5%
<0,5 ‰ 0,5 - 30 ‰ 30 - 50 ‰ > 50 ‰

Klasifikace vodních útvarů na základě slanosti

Thalassická série
> 300 ‰
hyperalin
60–80 ‰
metahalin
40 ‰
mixoeuhaline
30 ‰
polyalin
18 ‰
mezohalin
5 ‰
oligohalin
0,5 ‰

Mořské vody jsou vody oceánu, dalším termínem jsou euhalinská moře . Salinita euhalinských moří je 30 až 35 ‰. Brakická moře nebo vody mají slanost v rozmezí 0,5 až 29 ‰ a metahalinní moře od 36 do 40 ‰. Tyto vody jsou považovány za thalasické, protože jejich slanost je odvozena z oceánu a je definována jako homoiohalin, pokud se slanost v průběhu času příliš nemění (v podstatě konstantní). Tabulka vpravo, upravená z Por (1972), navazuje na „benátský systém“ (1959).

Na rozdíl od homoiohalinových prostředí existují určitá poikilohalinová prostředí (která mohou být také thalasická ), ve kterých je variace slanosti biologicky významná. Salinita vody poikilohalinu se může pohybovat od 0,5 do více než 300 ‰. Důležitou charakteristikou je, že tyto vody mají tendenci se měnit v slanosti v určitém biologicky významném rozmezí sezónně nebo v jiném zhruba srovnatelném časovém měřítku. Jednoduše řečeno, jedná se o vodní plochy s docela proměnlivou slaností.

Vysoce slaná voda, ze které soli krystalizují (nebo se chystají), se označuje jako solanka .

Environmentální aspekty

Salinita je ekologický faktor značného významu, který ovlivňuje typy organismů, které žijí ve vodním útvaru. Salinita také ovlivňuje druhy rostlin, které rostou buď ve vodním útvaru, nebo na souši napájené vodou (nebo podzemní vodou ). Rostlina přizpůsobená fyziologickým podmínkám se nazývá halofyt . Halophyte která je tolerantní k zbytkového uhličitanu sodného salinity se nazývají glasswort nebo saltwort nebo Barilla rostliny. Organismy (většinou bakterie), které mohou žít ve velmi slaných podmínkách, jsou klasifikovány jako extremofily nebo konkrétně halofily . Organismus, který odolává široké škále salinit, je euryalin .

Sůl je nákladné odstraňovat z vody a obsah soli je důležitým faktorem při používání vody (jako je například zpracovatelnost ). Zvýšení salinity bylo pozorováno v jezerech a řekách ve Spojených státech v důsledku běžné silniční soli a dalších odmrazovačů soli v odtoku.

Stupeň slanosti v oceánech je hnacím motorem světové oceánské cirkulace , kde změny hustoty způsobené jak změnami slanosti, tak teplotními změnami na povrchu oceánu způsobují změny vztlaku, které způsobují klesání a stoupání vodních hmot. Předpokládá se, že změny slanosti oceánů přispívají ke globálním změnám oxidu uhličitého, protože více slaných vod je na oxid uhličitý méně rozpustných. Během ledových dob je navíc hydrografie taková, že možnou příčinou snížené cirkulace je produkce stratifikovaných oceánů. V takových případech je obtížnější subdukovat vodu termohalinní cirkulací.

Viz také

Reference

Další čtení