1.1.3. Солёность

В океанографии под истинной соленостью S понимается отношение массы твердого вещества, растворенного в морской воде, к ее массе. Единица измерения солености - г∙кг^-1 или ‰ (промилле).

Большинство солей растворены в морской воде в форме ионов (анионов и катионов). Хлористые соединения диссоциированы полностью, только 12 % кальция, 11 % магния, 2 % натрия и 1 % калия связаны с анионами. Более половины сульфатов, треть бикарбонатов, от 20 до 50 % фторидовых соединений связаны с катионами. Незначительная часть солей находится в морской воде в форме коллоидов и суспензий.

Основа солевого состава морской воды - 10 ионов (5 анионов и 5 катионов) и борная кислота представлены в табл. 1.2.

Солевой состав морской воды открытых частей океанов характеризуется приблизительным постоянством относительных долей растворенных компонентов (закон Диттмара). Эта особенность позволяет определить общую соленость, измерив лишь один из компонентов растворенных веществ. Например, ион хлора Cl^- легко определяется и составляет 55,35 % от общего количества ионов. Поэтому при упрощённом химико-аналитическом способе (титровании пробы морской воды раствором нитрата серебра AgNO до полного осаждения всех галогенидов: бромидов и иодидов, кроме фторидов), соленость в пробах морской воды океанического происхождения определяется по шкале хлорности (Кокса, 1962)

S ‰ = 1,80655∙Cl ‰ . (1.6)

где хлорность находят из соотношения: Cl = 0,3285234∙Ag.

Таблица 1.2. Ионный состав морской воды при содержании солей 35 гкг^-1

Катионы		Анионы
Название	гкг-1	Название	гкг-1
Натрий (Na+) Магний (Mg2+) Кальций (Ca2+) Калий (K+) Стронций (Sr2+)	10,7638 1,2970 0,4080 0,3875 0,0136	Хлоридные (Cl) Сульфатные (SO42) Бромидные (Br) Фторидные (F) Борная кислота (H3BO3) Гидрокарбонатные (HCO3)	19,3534 2,7007 0,0659 0,0013 0,0265 0,1427

При определении солёности в пробах в качестве эталона используется морская стандартная вода, называемая нормальной водой с соленостью 35 ‰ (Cl ≈ 19,38 ‰).

Вблизи устьев рек солевой состав морских вод изменяется, так как основными анионами в реках являются (в порядке убывания концентрации) , , Cl^-, а основными катионами – Ca²⁺, Na⁺, Mg²⁺ и K⁺. Солевой состав вод замкнутых (Каспийское море) и полузамкнутых (например, Балтийское море) водоемов также значительно отличается от солевого состава вод открытых частей Мирового океана. При работах в этих районах выражение (1.6) не применимо, либо требует уточнения.

Другой способ определения солёности - кондуктометрический основан на связи минерализации морской воды с ее электропроводностью. Морскую воду можно отнести к слабо концентрированным электролитам (проводникам второго рода) из-за способности проводить электрический ток во внешнем электрическом поле.

В настоящее время при определении солёности этим способом используется единый алгоритм расчета - Шкала практической солености 1978 г. (ШПС–78). Первичным эталоном в этом методе служит водный раствор хлористого калия KCl (32,4356 г KCl в 1 кг раствора) при температуре 15 C и давлении в одну стандартную атмосферу (101 325 Па).

Практическая соленость вычисляется по эмпирической формуле:

, (1.7)

где R_T - относительная электропроводность, равная отношению электропроводности пробы воды к электропроводности воды с соленостью 35‰ при атмосферном давлении. Величина R_Т исследуемой пробы морской воды измеряется с помощью лабораторного солемера. ΔS – поправка, связанная с различием температуры пробы от 15 °C:

,

a₀=0,0080; a₁=-0,1692; a₂=25,3851; a₃=14,0941; a₄=-7,0261; a₅=2,7081; b₀=0,0005; b₁=-0,0056; b₂=-0,0066; b₃=-0,0375; b₄=0,0636; b₅=-0,0144; K=0,0162.

При написании величин практической солености знак ‰ опускается, либо используется аббревиатура епс (единицы практической солености), в англоязычной литературе эта аббревиатура выглядит так: psu или PSS-78. Т.е. знаками ‰ обозначают значения солёности, определённые химико-аналитическим способом, а епс и psu – кондуктометрическим. Формула (1.7) справедлива в диапазонах температуры T от -2 до 35 °C по МПТШ–68, практической солености S от 2 до 42 епс и давлении от 0 до 10 000 дцб.

Шкала практической солёности ШПС–78 применима для любой морской воды. Однако следует осторожно использовать эту шкалу для вод, имеющих соотношения солеобразующих ионов, отличных от стандартной морской воды. Солёность, определённая лабораторными солемерами и СТD–зондами, работающими при существенно отличающихся температурах и давлениях, могут давать заметно отличные друг от друга значения из-за возможных изменений зависимости отношения электропроводности от температуры и давления с изменением состава растворённых химических веществ.

При расчетах величин практической солености по данным CTD–зондов и -логгеров удельную электропроводность морской воды γ(S,T,P), измеренную in situ, пересчитывают в относительную электропроводность R_T, используя дополнительные эмпирические формулы и коэффициент электропроводности

, (1.8)

где (35, 15, 0)=42,914 мСм·см^-1 – удельная электропроводность морской воды при T=15 С, практической солености 35 епс и атмосферном давлении.