鹽度

鹽度

絕對鹽度是指海水中溶解物質質量與海水質量的比值。因絕對鹽度不能直接測量,所以,隨著鹽度的測定方法的變化和改進,在實際套用中引入了相應的鹽度定義。

  • 中文名稱
    鹽度
  • 外文名稱
    Salinity
  • 拼音
    yándù
  • 註音
    ㄧㄢˊㄉㄨˋ

海鹽度測量

幾十億年來,來自陸地的大量化學物質溶解並貯存于海洋中。如果全部海洋都蒸發幹,剩餘的鹽將會覆蓋整個地球達70m厚。根據測定,海水中含量最多的化學物質有11種:即鈉、鎂、鈣、鉀、鍶等五種陽離子;氯、硫酸根、碳酸氫根(包括碳酸根)、溴和氟等五種陰離子和硼酸分子。其中排在前三位的是鈉、氯和鎂。為了表示海水中化學物質的多寡,通常用海水鹽度來表示。海水的鹽度是海水含鹽量的定量量度,是海水最重要的理化特徵之一,它與沿岸徑流量、降水及海面蒸發密切相關。鹽度的分布變化也是影響和製約其它水文要素分布和變化的重要因素,所以海水鹽度的測量是海洋水文觀測的重要內容。

分布

地球上鹽度最高的海域:紅海,鹽度在3.6 ~ 3.8%之間;鹽度最低的海域:波羅的海,鹽度隻有0.7 ~ 0.8%

南北緯30~40度為全球最高,赤道較低。因為中緯度地區常年受副熱帶高氣壓帶控製,不易成雲致雨,而溫度又高,蒸發量遠大于降水量,而赤道地區,雖然受赤道低壓影響,氣溫較高,但降水量大,所以鹽度低。

極地地區全年封凍,水分不易蒸發,也沒有多少降水,所以鹽度也高。

影響海水鹽度的主要因素:

1.降水量與蒸發量的對比關系。降水量大于蒸發量,則鹽度較低

2.有暖流經過的海區鹽度較高,有寒流經過的海區鹽度較低

3.有大量淡水註入的海區鹽度偏低

4海區形狀越封閉,鹽度就會越趨向于更高或更低

鹽度的定義和演變

克紐森鹽度公式

在二十世紀初,克紐森(Knudsen)等人建立了鹽度定義,當時的鹽度定義是指在 1000g海水中,當碳酸鹽全部變為氧化物、溴和碘以氯代替,所有的有機物質全部氧化之後所含固體物質的總數。其測量方法是取一定量的海水,加鹽酸和氯水,蒸發至幹,然後在380℃和480℃的恆溫下幹燥48h,最後稱所剩餘固體物質的重量。

用上述的稱量方法測量海水鹽度,操作十分復雜,測一個樣品要花費幾天的時間,不適用于海洋調查,因此,在實踐中都是測定海水的氯度,根據海水的組成恆定性規律,來間接計算鹽度,氯度與鹽度的關系式(克紐森鹽度公式)如下:

S‰=0.030+1.8050Cl‰

克紐森的鹽度公式使用時,用統一的硝酸銀滴定法和海洋常用表,在實際工作中顯示了極大的優越性,一直使用了70年之久。但是,在長期使用中也發現,克紐森的鹽度公式隻是一種近似的關系,而且代表性較差;滴定法在船上操作也不方便。于是人們尋求更精確更快速的方法。

我們知道當導體的兩端有電勢差時,導體中就有電流通過,而一段導體中的電流I與其兩端的電勢差()成正比,這就是著名的歐姆定律,即 I= G(),式中G為比例系數, 又叫電導。令G=,則,常數R稱為這段導體的電阻,它與導體的性質和幾何形狀有關。電阻的單位名稱是歐姆(W )。實驗表明,對于粗細均勻的導體,當導體的材料與溫度一致時,導體的電阻與它的長度L成正比,與它的橫截面積S成反比,即,式中比例系數r 叫做電阻率,單位是W ·m,它與材料的性質有關,不同的材料的電阻率也不同。電阻率的倒數叫做電導率,單位為S/m。根據海水的電導率取決于其溫度和鹽度的性質,通過測定其電導率和溫度就可以求得海水的鹽度。

1969年電導鹽度定義

在60年代初期,英國國立海洋研究所考克思(Cox)等人從各大洋及波羅的海、黑海、地中海和紅海,採集了200m層以淺的135個海水樣品,首先套用標準海水,準確地測定了水樣的氯度值,然後測定具有不同鹽度的水樣與鹽度為35.000‰、溫度為15℃的標準海水、在一個標準大氣壓下的電導比(),從而得到了鹽度相對電導率的關系式,又稱為1969年電導鹽度定義:

S‰=1.80655Cl‰

電導測鹽的方法精度高,速度快,操作簡便,適于海上現場觀測。但在實際運用中,仍存在著一些問題:首先,電導鹽度定義的上兩鹽度公式仍然是建立在海水組成恆定性的基礎上的,它是近似的。在電導測鹽中校正鹽度計使用的標準海水標有的氯度值,當標準海水發生某些變化時,氯度值可能保持不變,但電導值將會發生變化。其次,電導鹽度定義中所用的水樣均為表層(200m以淺),不能反映大洋深處由于海水的成份變化而引起電導值變化的情況。最後,國際海洋用表中的溫度範圍為10~31℃,而當溫度低于10℃時,電導值要用其它的方法校正,從而造成了資料的誤差和混亂。

為了克服鹽度標準受海水成分影響的問題,進而建立了1978年的實用鹽標(PSS78)。

1978年實用鹽標

實用鹽標依然是用電導的方法測定海水的鹽度,與1969年電導鹽度定義不同之處是,它克服了海水鹽度標準受海水成分變化的影響問題。在實用鹽標中採用了高純度的KCl,用標準的稱量法製備成一定濃度(32.4357‰)的溶液,作為鹽度的準確參考標準,而與海水樣品的氯度無關,並且定義鹽度:在一個標準大氣壓下,15℃的環境溫度中,海水樣品與標準KCl溶液的電導比:

鹽度

(C,表示電導值),則該樣品的實用鹽度值精確地等于35,若,則實用鹽度的表達式為

鹽度

(1-1)

鹽度

S為實用鹽度符號,是無量綱的量,如海水的鹽度值為35‰,實用鹽度記為35,式(1-1)中可用代替,是在大氣壓力下,溫度為15℃時,海水樣品與鹽度為35‰的標準海水的電導比。

式中,, 當有效。

對于任意溫度下海水樣品的電導比的鹽度表達式為:

(1-2)

式中第二項為溫度修正項,系數a與公式(1-1)中的相同,系數分別為:

K=0.0162, (-2℃ £ T £ 35℃)

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