Методы определения солености
ГЛАВА 7. СОСТАВ МОРСКОЙ ВОДЫ И ЕЕ СОЛЕНОСТЬ
Методы определения солености
Используются следующие физико-химические методы определения солености: а) оптический, основанный на измерении показателя преломления или картины интерференции; б) метод ареометрирования, позволяющий определять удельный вес морской воды при заданной температуре, а затем при помощи специальных таблиц переводить удельный вес в соответствующую ему соленость; в) измерение солености по электропроводности; г) определение содержания хлора как преобладающего элемента путем осаждения его (титрования) и вычисления по хлору общей солености; д) проведение полного химического анализа морской воды.
В 1901 г. в Копенгагенской лаборатории по изучению свойств морской воды Кнудсеном, Форхом и Сёренсеном был выполнен полный химический анализ морской воды и установлены количественные соотношения между основными компонентами. Эмпирически была установлена зависимость между содержанием хлора и соленостью, под которой подразумевалось количество твердых веществ (в граммах), растворенных в килограмме морской воды, после замены всех бромидов эквивалентным количеством хлоридов, перевода всех карбонатов в окислы и погашения органического вещества. Рабочая формула для определения солености была получена в виде 1
S‰=0,030 + 1,8050Сl. (12)
1 Коэффициент 1,8050 носит название хлорного коэффициента.
Измерения солености путем определения: содержания хлора представляет собой один из видов объемного количественного химического анализа
Для морей, солевой состав вод которых отличается от океанической, соотношение солености и хлорности выражается иными формулами.
S‰=0.1856+1.7950Cl, (13)
для Балтийского моря
S‰=0.115+1.805Cl (13′)
для Азовского моря
S‰=0,21 + 1,794Сl, (13″)
для Каспийского моря
S‰=0,140+2,360Cl, (13″‘)
В 1959 г. Лаймен и Флеминг предложили более точную формулу для определения солености по хлору, где соленость получается в виде суммы ионов:
Σ‰=0,073+1,811Сl‰. (14)
В настоящее время предложено несколько вариантов рабочих формул, уточняющих формулу (12), однако для того чтобы накопленный материал был сравнимым, при определении солености по хлору ею продолжают пользоваться.
С развитием прецизионных — методов измерения электропроводности морской воды в последние годы практикуется определение солености по электропроводности.
В 1966 г. ЮНЕСКО совместно с Национальным институтом океанографии Великобритании опубликованы международные океанологические таблицы, в которых приводится таблица для определения солености в пределах 29,196—42,168‰ по электропроводности в интервале 0,85000—1,17999 (с точностью до 0,00001).
Источник: Общая гидрология, Гидрометеоиздат, Ленинград, 1973
Соленость
Существует специальная величина для измерения солености морских вод. Для ее определения используется специальный прибор. Соленость воды в море связана с рядом факторов.
При этом соли на морской поверхности распределяются неравномерно. У различных морей на планете отмечаются разные показатели солености. Они бывают как сильносолеными, так и слабосолеными.
Что это такое?
Под соленостью морской воды понимается конкретный уровень солей в ней. Это означает то, сколько их содержится в 1 литре воды. Поскольку главными компонентами соли выступают натрий и хлор, то под соленостью воды понимается концентрация этих веществ в ее 1 литре.
Как измеряется и в каких единицах?
Для измерения уровня солей используется специальная единица.
Она называется промилле. Это 1/1000 доля. Если брать во внимание процентное соотношение, то промилле составляет 1/10 часть от процента.
Соленость воды, измеряемая в промилле, означает то количество минеральных веществ, которые содержатся в одном ее литре. Обозначается данная единица значком «‰».
Для измерения применяется специальный прибор. Он называется рефрактометром. Этот прибор фиксирует значение преломления солнечного света в водной среде.
Именно по преломлению света в морской воде можно довольно точно узнать концентрацию содержащихся в ней солей. Достаточно налить несколько капель во внутреннее отверстие рефрактометра, закрыть крышкой и зафиксировать показатель, который появится на обратной стороне прибора.
Почему вода в море соленая?
Соленость водоемов объясняется круговоротом воды. Этот процесс имеет место на планете многие миллиарды лет. С морской и океанической поверхности активно испаряется влага.
Она попадает в атмосферу, после чего выпадает в виде осадков. Ее значительная часть попадает на сушу, после чего проникает в грунтовые воды под землей.
Выпавшая в виде осадков вода впитывает в себя минеральные соли, которые содержатся в земле и горных породах. После этого уже соленой она попадает в реки. Те впадают в моря, обеспечивая пополнение их солями.
Реки не являются главным источником наполнения морей солями. В речных водоемах их концентрация значительно ниже. Они пресные.
Моря становятся солеными преимущественно за счет интенсивного испарения влаги с их поверхности.
В ходе этого процесса пресная вода испаряется, а соли остаются.
Как соль распределяется по морской поверхности?
Процент солей на поверхности водоемов разный. Минералы распределены по их поверхности неравномерно. В центральных частях водоемов обычно уровень солей выше. По берегам показатель значительно падает. Это связано с впадением рек. У береговых линий они опресняют морские воды, делая их менее солеными.
В некоторых морях солевой состав разный в зависимости от стороны света, в которой расположены их берега. Это заметно на примере Балтики. В ее восточной прибрежной зоне соленость выше, чем в западной части. То же касается южных и северных берегов. У первых солей больше, чем у вторых.
От чего зависит уровень?
На солоноватость оказывают влияние следующие факторы:
Показатели в разных морях России
Самые известные моря России имеют следующую концентрацию солей:
В Каспии концентрация солей сильно отличается в области устья Волги и на юго-востоке водоема.
В первом месте она низкая (0,05‰). В юго-восточной части Каспия ее показатель почти достигает 13‰.
Чему равны наибольшие и наименьшие показатели?
На планете можно выделить следующие моря с наибольшими показателями солевого состава:
В число морей с наименьшим уровнем солей входят:
Подробнее читайте в нашей статье.
Существует ли абсолютно не соленый водоем?
Полностью пресноводных морей на планете не существует. Это обусловлено круговоротом воды, который длится миллиарды лет.
Неизменно соли и минералы попадают в крупные водоемы через реки. С их поверхности всегда происходит испарение влаги. При этом соли остаются в водоемах.
Это связано с тем, что с его поверхности продолжает активно испаряться влага. За счет испарения концентрация солей поддерживается на определенном уровне.
Морские водоемы не становятся пресными также из-за рельефа своего дна и особенностей их береговой линии. Вода стачивает горные породы на дне водоемов.
Из-за эрозии они разрушаются. В итоге в водную среду попадают минералы и соли. То же касается и береговых линий. В некоторых местах берега выстланы из скал. Вода стачивает их. Из горных пород в воду попадают соли, делая даже пресноводные водоемы солоноватыми.
Заключение
Соленость воды в морях означает концентрацию солей в ее одном литре. Показатель солей в таких водоемах измеряется при помощи рефрактометра. Уровень солей измеряется в промилле, что является 1/10 от процента. Поверхностная соленость морей неравномерна и зависит от ряда факторов.
Имеет значение географическое положение, количество впадающих рек, интенсивность испарения, наличие течений и близость к океану. Есть как сильносоленые, так и слабосоленые моря. Но абсолютно пресных не существует.
Как проверить соленость воды и почему это важно
Если вы хотите определить качество воды, одним из наиболее важных измерений, которые вы можете сделать, является определение солености воды. Под соленостью понимается количество растворенных солей в воде. Это измерение обычно выражается в процентах или частях на тысячу. Чтобы получить это измерение, вы должны измерить проводимость воды, что можно сделать с помощью тороидального датчика проводимости или контактного датчика проводимости. Независимо от типа датчика, который вы выберете, важно понимать, что идеальное измерение солености зависит от исследуемого вами водоема.
Например, стандартная соленость пресной воды составляет около 0,5ppt или ниже. С другой стороны, уровень солености в открытом море может быть выше 30ppt, поскольку океаны состоят из соленой воды. Проверка солености воды важна по многим причинам. Например, измерения солености являются ключевыми для эстуариев, где пресная вода может смешиваться с соленой. Разным водным организмам для выживания требуется разный уровень солености.
Наряду с аквакультурой измерения солености необходимы для многих процессов в здравоохранении, животноводстве, производстве, очистке сточных вод и сельском хозяйстве. При очистке сточных вод важно, чтобы очищенная вода проверялась, чтобы убедиться, что большая часть соли в воде была отфильтрована до того, как она снова попадет в окружающую среду. Многие источники засоления пресной воды включают городские и сельские стоки из ливневых, сточных вод и сельского хозяйства. Небольшие изменения солености воды могут создать множество проблем с окружающей средой, главная из которых связана с вымиранием растений и животных. В этой статье подробно рассматривается, какое оборудование вам нужно для измерения солености и почему эти измерения важны.
Содержание:
1 Почему вам следует использовать измеритель солености
2 Преимущества тестирования солености воды
3 Общие эффекты солености
Если вы решите использовать измеритель солености, эти измерители могут измерять соленость в сточных, поверхностных и грунтовых водах. Измерители солености обычно используются для контроля качества воды в рыбоводных хозяйствах. Их также можно использовать в сельскохозяйственных целях, чтобы определить, является ли вода чистой и безопасной для орошения. Если вы работаете в промышленных условиях, соленомеры и другие методы измерения солености в воде необходимы, чтобы убедиться, что промышленные стоки не содержат высокой концентрации растворенных солей.
Если вы изучаете лучшие способы измерения солености, вам следует использовать солемер, если вы хотите выполнить основные полевые испытания с помощью портативного измерителя, который дает быстрые результаты. Вы также можете получить приблизительные показания солености с помощью датчика проводимости, который также очень полезен для определения качества воды и количества загрязняющих веществ, которые могут быть обнаружены в воде.
Для крупномасштабных испытаний вы можете использовать инструменты электромагнитного картографирования, из которых вы можете выбрать один из нескольких различных типов. Такие инструменты, как EM31 и EM38, могут использоваться для правильного картирования пространственной изменчивости почвы, что позволяет проводить измерения засоленности на гораздо больших площадях. Если вы хотите быстро определить разницу солености по всему загону, инструменты электромагнитного картирования могут стать для вас правильным решением.
Поскольку соленость может быть измерена на обширных территориях, эти инструменты широко используются в сфере планирования землепользования. Области с высокой и низкой проводимостью можно эффективно измерить с помощью инструмента электромагнитного картирования.
В то время как измерители солености отлично подходят для небольших испытаний, инструменты картографии предоставляют вам возможность проводить высокоточные тесты воды и почвы в лабораторных условиях. Эти тесты можно использовать для завершения начальных тестов на месте, которые вы провели в случае, если ваши показания солености не находятся на желаемом уровне. Конкретный инструмент, который вы решите использовать, во многом зависит от приложения.
Преимущества тестирования солености воды
Есть много преимуществ, которые дает проверка солености воды. Однако точные преимущества зависят от отрасли, в которой вы работаете. Как упоминалось ранее, измерение солености воды очень важно в эстуариях и морской воде, где пресная вода смешивается с морской. Поскольку каждый водный организм требует разного уровня солености, чтобы выжить, проверка солености воды необходима, если вы хотите убедиться, что разные водоемы способны приспособиться к видам организмов, которые живут в воде. Водные организмы, которые встречаются в морской воде, могут жить в воде с уровнем солености до 40ppt.
С другой стороны, организмы, которым для жизни нужна пресная вода, обычно не могут выжить в воде с соленостью более 1ppt. Имейте в виду, что соленость также определяет количество растворенного кислорода в воде. Когда уровень солености увеличивается, кислород становится менее растворимым, а это означает, что количество растворенного кислорода в воде уменьшается. Для многих водных организмов растворенный кислород необходим для выживания. Кислород в морской воде растворяется примерно на 20 процентов меньше, чем кислород в пресной воде.
Когда вы измеряете соленость воды солемером или аналогичным инструментом, идеальные уровни солености зависят от того, для чего используется вода. Пресная вода, используемая для питья и орошения, должна иметь уровень солености 0,5ppt или ниже. Если уровень солености ниже 1ppt, но выше 0,5ppt, водные экосистемы могут начать страдать. При показаниях солености 2-10ppt вода считается соленой, что делает ее полезной для большинства домашних животных. Когда соленость воды составляет 10-35ppt, вода считается сильно засоленной и должна использоваться только для определенных видов домашнего скота.
Общие эффекты солености
Эффект засоления проявляется в любом водоеме. Водным организмам, живущим в пресной воде, для выживания требуется небольшое количество растворенных солей. С другой стороны, морские организмы не смогут жить в воде с низким уровнем солености. Когда вода и почва содержат большое количество солей, потенциальное воздействие на окружающую среду и экономику в целом включает:
Как узнать соленость воды
Стандартная морская вода производства OSIL
Солёность — содержание солей в воде. Измеряется в «‰» (промилле) или в ПЕС (практические единицы солёности), PSU (англ. Practical Salinity Units) практической шкалы солёности (англ. Practical Salinity Scale).
Солёность в промилле — это количество твёрдых веществ в граммах, растворённое в 1 кг морской воды, при условии, что все галогены заменены эквивалентным количеством хлора, все карбонаты переведены в оксиды, органическое вещество сожжено.
В 1978 году введена и утверждена всеми международными океанографическими организациями шкала практической солёности (Practical Salinity Scale 1978, PSS-78), в которой измерение солёности основано на электропроводности (кондуктометрия), а не на выпаривании воды. В 1970-х годах широкое применение в морских исследованиях получили океанографические CTD-зонды, и с тех пор солёность воды измеряется в основном электрическим методом. Для поверки работы ячеек электропроводности, которые погружаются в воду, используют лабораторные солемеры. В свою очередь, для проверки солемеров используют стандартную морскую воду. Стандартная морская вода, рекомендованная международной организацией IAPSO для поверки солемеров, производится в Великобритании лабораторией Ocean Scientific International Limited (OSIL) из натуральной морской воды. При соблюдении всех стандартов измерения можно получить точность измерения солёности до 0,001 ПЕС.
Шкала практической солёности PSS-78 основана на сравнении электропроводности исследуемой пробы воды с электропроводностью раствора хлорида калия, содержащего 32,4356 грамма KCl в 1 кг раствора. Измерения проводят при температуре растворов 15 °C и давлении 1 атм (стандартные условия по ISO 13443). Солёность рассчитывается из отношения электропроводности пробы и стандартного раствора по эмпирической формуле:
K 15 <\displaystyle K_<15>> 
— относительная электропроводность (отношение электропроводности измеряемой морской воды к электропроводности 32,4356 ‰ раствора хлорида калия) при стандартных условиях.
Шкала PSS-78 даёт числовые результаты, близкие к измерениям массовых долей, и различия заметны либо когда необходимы измерения с точностью выше 0,01 ПЕС, либо когда солевой состав не соответствует стандартному составу океанской воды.
Средняя солёность Мирового океана — 35 ‰ или 35 ПЕС. Для калибровки приборов в Бискайском заливе добывается так называемая нормальная вода с солёностью, близкой к 35 ‰ или 35 ПЕС.
Показатель преломления воды зависит от солёности, на этом основан рефрактометрический метод её измерения. Преимущества этого метода в оперативности и возможности проводить измерения в небольших (несколько капель) пробах воды.
Соленость. Определение солености
Как уже отмечалось выше, отличительным свойством морской воды является ее соленость (обозначается символом S). Под истинной соленостью понимается отношение массы растворенного твердого вещества в морской воде к ее массе. Это определение солености было принято в начале прошлого века Международным советом по исследованию морей.
Из-за сложности состава морской воды невозможно прямым химическим анализом определить полное количество соли, растворенное в пробе морской воды. Сухой остаток, получаемый после выпаривания, очень хорошо впитывает влагу и для его получения требуется длительное нагревание, приводящее к разложению карбонатов и солей магния. Группа ученых, в которую входили М. Кнудсен, К. Соренсен и С. Форх, разработали метод обезвоживания в среде хлора, который давал высокоточные результаты. Но этот метод слишком сложен, и на практике соленость морской воды им никогда не измеряется.
В настоящее время соленость определяется либо по содержанию одного из компонентов солевого состава (метод Мора- Кнудсена), либо по электропроводности морской воды, либо по показателю преломления. В результате возникли различные шкалы солености, основанные на различных принципах. Единица измерения солености зависит от способа ее определения — г кг’1 или %о (промилле) в случае метода Кнудсена и в единицах практической солености при определении S по электропроводности.
Метод Мора-Кнудсена основан на постоянстве солевого состава морской воды. Вследствие возможных отклонений от закона Дитмара определение всей массы растворенных солей по содержанию одного из компонентов не совсем точно, но не столь существенно по сравнению с точностью самого определения солености. В этом методе соленость (96о) определяется по хлорно- сти (С1) морской воды, представляющей собой сумму ионов хлора, брома и йода и полученную стандартным аргентометрическим методом титрования на хлор. Соотношение между соленостью и хлорностью для океанских вод выражается эмпирической формулой:
Наличие в (3.34) свободного члена приводит к тому, что соленость оказывается величиной неаддитивной. В то же время известно, что соленость — величина консервативная, подчиняющаяся линейному закону смешения. Для устранения этого противоречия в 1962 г. группой экспертов при ЮНЕСКО была предложена следующая формула (шкала Кокса):
Практическая соленость вычисляется по следующей эмпирической формуле:
В выражении (3.36) Rj обозначает относительную электропроводность, равную отношению электропроводности пробы воды к электропроводности воды с соленостью 35 при атмосферном давлении. Обе пробы должны иметь температуру 15° С.
Относительная электропроводность RT по данным измерений in situ рассчитывается следующим образом. Пусть у(S,T,p) — условная электропроводность морской воды in situ (см. раздел 8.1), у(35,15,0) — условная электропроводность морской воды при 7=15° С, практической солености 35 и атмосферном давлении (4,2914 См м’1). Величина
называется коэффициентом электропроводности.
Этот коэффициент можно разложить на три части:
Соленость в Мировом океане главным образом заключена в пределах между 33 и 37%о. Исключение составляют приустьевые районы, бассейны опреснения (такие как Балтийское и Черное моря), где соленость значительно уменьшается, и бассейны осо- лонения (Средиземное и Красное моря), где соленость превышает 38 %о. Средняя соленость вод Мирового океана — 34,72%о.
Рис. 3.1. Зависимость практической солености морской воды от электропроводности и температуры по ШПС-78
С глубиной соленость воды в разных районах Мирового океана изменяется по-разному. В Черном море, например, увеличивается. В Атлантическом океане сначала растет (воды повышенной солености), затем понижается и снова повышается. В таблице 3.4 приведены средние значения солености воды в Мировом океане. Если бы удалось выделить из океана всю растворенную в нем соль, то она покрыла бы весь земной шар слоем соли толщиной более 40 м и весом 95 тонн на 1 м2!
Что такое соленость морской воды, и в каких единицах она измеряется?
Концентрация растворенных в воде веществ характеризуется соленостью, которая измеряется в промилле (%о), т. е. в граммах вещества на 1 кг воды.
Линии на карте, соединяющие точки с одинаковой соленостью, называют изогалинами (изохалинами).
Соленость пресной воды в среднем равна 0,146 %о, а морской — в среднем 35 %о. Растворенные в воде соли придают ей горько-соленый вкус.
Около 27 из 35 граммов составляет хлористый натрий (поваренная соль), поэтому вода соленая. Соли магния придают ей горький вкус.
Поскольку вода в океанах образовалась из горячих соленых растворов земных недр и газов, соленость ее была изначальной. Есть основания предполагать, что на первых этапах формирования океана его воды по солевому составу мало отличались от речных. Различия наметились и стали усиливаться после преобразования горных пород в результате их выветривания, а также развития биосферы. Современный солевой состав океана, как показывают ископаемые остатки, сложился не позже протерозоя.
Помимо хлоридов, сульфитов и карбонатов в морской воде обнаружены почти все известные на Земле химические элементы, в том числе и благородные металлы. Однако содержание большинства элементов в морской воле ничтожно, например, золота в кубометре воды выявлено лишь 0,008 мг, а на наличие олова и кобальта указывает их присутствие в крови морских животных и в донных осадках.
Соленость океанских вод — величина не постоянная. Она зависит от климата (соотношения осадков и испарения с поверхности океана), образования или таяния льдов, морских течений, вблизи материков — от притока пресных речных вод.
В открытом океане соленость колеблется в пределах 32- 38%; в окраинных и средиземных морях колебания ее значительно больше.
Особенно сильно на соленость вод до глубины 200 м влияет количество выпадающих атмосферных осадков и испарение. Исходя из этого, можно говорить, что соленость морской воды подвержена закону зональности.
В экваториальных и субэкваториальных районах соленость составляет 34 %с, потому что количество выпадавших осадков больше воды, затраченной на испарение. В тропических и субтропических широтах — 37 так как осадков мало, а испарение велико. В умеренных широтах — 35 %о. Наименьшая соленость морской воды наблюдается в приполярных и полярных областях — всего 32 так как количество осадков превышает испарение.
Морские течения, сток речных вод и айсберги нарушают зональную закономерность солености. Например, в умеренных широтах Северного полушария соленость вод больше около западных берегов материков, куда с помощью течений приносятся более соленые субтропические воды, меньшая соленость воды — у восточных берегов, куда холодные течения приносят менее соленую воду.
Сезонное изменение солености воды происходит в приполярных широтах: осенью за счет образования льда и уменьшения силы речного стока соленость увеличивается, а весной-летом за счет таяния льда и усиления речного стока соленость уменьшается. Вокруг Гренландии и Антарктиды в летний период соленость становится меньше в результате таяния близлежащих айсбергов и ледников.
Самый соленый из всех океанов — Атлантический океан, наименьшую соленость имеют воды Северного Ледовитого океана (особенно у азиатского побережья, близ устьев сибирских рек — менее 10 %о).
Среди частей океана — морей и заливов — максимальная соленость наблюдается в областях, ограниченных пустынями, например, в Красном море — 42 %с, в Персидском заливе — 39 %с.
От солености воды зависят ее плотность, электропроводность, образование льда и многие другие свойства.
Что такое плотность морской воды?Как влияет изменение плотности морской воды (солености, температура) на осадку судна?
Плотность воды. Температура и соленость — главные факторы, обусловливающие плотность воды.
Благодаря нарастанию солености плотность воды увеличивается от экватора к тропикам, а в результате понижения температуры — от умеренных широт к Полярным кругам. Зимой происходит опускание полярных вод и их движение в придонных слоях к экватору, поэтому глубинные воды Мирового океана в целом холодные, но обогащенные кислородом.
При переходе судна из одного водного бассейна в другой изменяется соленость (плотность) забортной воды. При плавании в воде плотностью ρ и ρ1водоизмещение судна соответешенно будет:
где V — объемное водоизмещение судна до перехода в воду другой плотности;
V1 — объемное водоизмещение судна после перехода.
приравнивая правые части равенств, получим:
ρ×V = ρ1×V1или V/V1= ρ1/ρ
Объемное водоизмещение можно выразить через главныеразмерення L, В, Т и коэффициент общей полноты:
V = δ×L×B×T и V1 = δ1×L1×B1×T1
При малых изменениях объемного водоизмещения, например при изменении солености воды, длина, ширина и коэффициент общей полноты практически не изменяются. В этом случае изменение водоизмещения происходит за счет изменения осадки. Таким образом:
ρ×T = ρ1×T1или T/T1= ρ1/ρ
Следовательно, при переходе судна из воды одной солености в воду другой солености осадка его изменяется примерно обратно пропорционально плотности воды.
Изменение объемного водоизмещения определяется с помощью выражения:
ΔV = V1 — V = D/ ρ1 — D/ ρ = D(ρ — ρ1)/(ρ×ρ1) или ΔV = V×(ρ — ρ1)/ρ1
Изменение объемного водоизмещения ΔV можно также рассчитать как объем слоя с основанием, равным площади действующей ватерлинии S (практически неизменной в пределах малых изменений осадки), и высотой, равной изменению средней осадки ΔТ, т.е. V = S×ΔT. Тогда:
ΔТ = V/S × (ρ — ρ1)/ρ1или ΔТ = D/(S×ρ) × (ρ — ρ1)/ρ1
При переходе судна из пресной воды (ρ = 1,0 т/м3 ) в морскую (ρ = 1,025 т/м3):
Популярные темы:
Ленкорань от А до Я: отели, пляжи, море, развлечения и экскурсии. Яркие фото и видео.…
Аэропорт Дюссельдорфа — международный аэропорт, обслуживающий нужды региона Северный Рейн-Вестфалия. Он расположен в 7 км…
Нескучный сад — один из самых старых парков Москвы и одновременно самый большой пейзажный парк…
Водные ресурсы. Виды водных ресурсов и обеспеченность водными ресурсами. К водным ресурсам относятся все виды…
Реки с весенним половодьем123456 ГидрологияПредмет общей гидрологии как науки – природные воды Земли и наиболее…
