10.4.1. Солевой состав вод океана

Еще в начале XIX в. было замечено, что количество растворенных в водах океана солей может сильно различаться, но солевой состав, соотношение содержания различных солей, определяющих соленость вод, во всех районах Мирового океана приблизительно одинаковы. Эта закономерность формулируется как свойство постоянства солевого состава морских вод («закон Дитмара»). Она была обнаружена в результате изучения химических анализов проб воды, полученных во время кругосветной экспедиции «Челлендже-ра», В. Дитмаром. Было показано, что как в опресненном Балтийском море, так и в сильно осолоненном Красном море солевой состав вод почти одинаков. Исключение составляют лишь сильно опресненные воды прибрежных районов со значительным речным стоком. Ниже приведены солевой состав морской воды и концентрация различных ионов в воде средней солености (35,16‰) по О.А. Алекину и Ю.И. Ляхину (1984):

Содержание солей, % от массы солей

Хлориды (галоиды)	88,7
Сульфаты	10,8
Карбонаты	0,3
Прочие	0,2
Всего	100%
Анионы, ‰	Катионы, ‰
Сl- 19,35	Na+ 10,76
SO42- 2,70	Mg2+ 1,30
НСО3- 0,14	Са2+ 0,41
Вг- 0,07	К+ 0,39
Н3В03- 0,03	Sr2+ 0,01
Сумма 22,29	Сумма 12,87

Всего 35,16‰

Как видно из приведенных данных, воды океанов и морей могут быть отнесены к хлоридному классу и натриевой группе. Этим морские воды существенно отличаются от речных. Всего лишь восемь ионов дают более 99,9% общей массы солей в морской воде. На оставшиеся 0,1% приходятся практически все другие элементы Периодической таблицы Менделеева.

10.4.2. Соленость морской воды и ее определение

Соленость морской воды — это содержание в граммах всех минеральных веществ, растворенных в 1 кг морской воды, при условии, что бром и иод замещены эквивалентным количеством хлора, все углекислые соли переведены в оксиды, а все органические вещества сожжены при температуре 480 °С. Соленость воды выражается в г/кг, т. е. в тысячных долях — промилле и, как было сказано, обозначается S ‰.

Соленость морской воды близка к понятию минерализации (М, мг/л). При солености до 20 ‰ S ‰ ~ М • 10^-3.

Соленость морской воды определяют по содержанию хлора или по электропроводности воды, так как морская вода — это электролит: чем больше солей в воде, тем больше ее электропроводность, т. е. меньше электрическое сопротивление; измеряя последнее, можно по таблицам пересчитать его в соленость. Можно использовать измерения угла преломления света в воде, так как этот угол зависит от солености. Можно получить соленость и по измерениям плотности воды. Наиболее точен полный химический анализ, однако, этот способ слишком трудоемкий.

Очень прост способ прямого измерения плотности ареометром. Прибор позволяет легко определить плотность воды, а затем при помощи таблиц получить значения солености. Этот способ, однако, слишком груб. Он дает погрешность измерения до 0,05‰.

Ранее использовался способ определения солености по концентрации хлора, а точнее по хлорности (хлорностью называется суммарное содержание в граммах на 1 кг морской воды галогенов — хлора, брома, фтора и иода при пересчете на эквивалентное содержание хлора). Этот способ позволяет определять соленость с погрешностью до 0,01‰. М. Кнудсен еще в 1902 г. получил формулу

S‰ = 0,030 + 1,805 Сl‰, (10.3)

где С1 —хлорность воды. В 1967 г. международным соглашением вместо формулы Кнудсена была принята новая формула, получившая название «международной»: S ‰ = 1,80655 С1‰. Из-за того, что солевой состав окраинных и внутренних морей несколько отличается от среднего солевого состава океанских вод, существуют и специальные формулы аналогичной структуры для отдельных морей. Так, для вод Черного моря используют формулу S = 1,1856 + 1,7950 С1, Балтийского — S = 0,115 + 1,805 С1, Азовского – S = 0,21 + + 1,794 CI (S и С1 — в ‰). По той же схеме рассчитаны формулы и для многих озер с соленой и солоноватой водой. Так, для вод Каспийского моря используют формулу S = 0,140 + 2,360 С1.

В связи с переходом в последние годы на электрометрический метод измерения солености была принята новая формулировка понятия солености через относительную электропроводность R₁₅ при 15 °С и атмосферном давлении:

S= а₀ + а₁R₁₅ + a₂R²_l5 + a₃R³₁₅ + а₄R⁴₁₅ + a₅R⁵₁₅, (10.4)

где R₁₅ = С_пробы/С₃₅‰, _15° — относительная электропроводность морской воды при температуре 15 °С и р_атм, С₃₅‰, _15° — электропроводность пробы морской воды при температуре 15 °С и солености 35‰. Вместо природной воды в знаменателе выражения для R_l5 стати использовать раствор хлористого калия КС1, была введена Шкала практической солености 1978 г. При массовой доле КС1 = 32,4 • 10^-3, Т = 15 °С и атмосферном давлении R_l5 = 1, а практическая соленость при этом равна 35,00‰, или 35 единиц практической солености.