盐度

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几十亿年来,来自陆地的大量化学物质溶解并贮存于海洋中。如果全部海洋都蒸发干,剩余的盐将会覆盖整个地球达70m厚。根据测定,海水中含量最多的化学物质有11种:即钠、镁、钙、钾、锶等五种阳离子;氯、硫酸根、碳酸氢根(包括碳酸根)、溴和氟等五种阴离子和硼酸分子。其中排在前三位的是钠、氯和镁。为了表示海水中化学物质的多寡,通常用海水盐度来表示。海水的盐度是海水含盐量的定量量度,是海水最重要的理化特性之一,它与沿岸径流量、降水及海面蒸发密切相关。盐度的分布变化也是影响和制约其它水文要素分布和变化的重要因素,所以海水盐度的测量是海洋水文观测的重要内容。  

目录

分布

地球上盐度最高的海域:红海,盐度在3.6 ~ 3.8%之间;盐度最低的海域:波罗的海,盐度只有7 ~ 8‰。

南北纬30~40度为全球最高,赤道较低。因为中纬度地区蒸发量大于降水量,而赤道地区,虽然受赤道低压影响,气温较高,但降水量大,所以盐度低。

极地地区全年封冻,水分不易蒸发,也没有多少降水,所以盐度也高。  

盐度的定义和演变

定义

绝对盐度是指海水中溶解物质质量与海水质量的比值。因绝对盐度不能直接测量,所以,随着盐度的测定方法的变化和改进,在实际应用中引入了相应的盐度定义。  

克纽森盐度公式

在本世纪初,克纽森(Knudsen)等人建立了盐度定义,当时的盐度定义是指在 1000g海水中,当碳酸盐全部变为氧化物、溴和碘以氯代替,所有的有机物质全部氧化之后所含固体物质的总数。其测量方法是取一定量的海水,加盐酸和氯水,蒸发至干,然后在380℃和480℃的恒温下干燥48h,最后称所剩余固体物质的重量。

用上述的称量方法测量海水盐度,操作十分复杂,测一个样品要花费几天的时间,不适用于海洋调查,因此,在实践中都是测定海水的氯度,根据海水的组成恒定性规律,来间接计算盐度,氯度与盐度的关系式(克纽森盐度公式)如下:

S‰=0.030+1.8050Cl‰

克纽森的盐度公式使用时,用统一的硝酸银滴定法和海洋常用表,在实际工作中显示了极大的优越性,一直使用了70年久。但是,在长期使用中也发现,克纽森的盐度公式只是一种近似的关系,而且代表性较差;滴定法在船上操作也不方便。于是人们寻求更精确更快速的方法。

我们知道当导体的两端有电势差时,导体中就有电流通过,而一段导体中的电流I与其两端的电势差()成正比,这就是著名的欧姆定律,即 I= G(),式中G为比例系数, 又叫电导。令G=,则,常数R称为这段导体的电阻,它与导体的性质和几何形状有关。电阻的单位名称是欧姆(W )。实验表明,对于粗细均匀的导体,当导体的材料与温度一致时,导体的电阻与它的长度L成正比,与它的横截面积S成反比,即,式中比例系数r 叫做电阻率,单位是W .m,它与材料的性质有关,不同的材料的电阻率也不同。电阻率的倒数叫做电导率,单位为S/m。根据海水的电导率取决于其温度和盐度的性质,通过测定其电导率和温度就可以求得海水的盐度。  

1969年电导盐度定义

在60年代初期,英国国立海洋研究所考克思(Cox)等人从各大洋及波罗的海、黑海、地中海和红海,采集了200m层以浅的135个水样品,首先应用标准海水,准确地测定了水样的氯度值,然后测定具有不同盐度的水样与盐度为35.000‰、温度为15℃的标准海水、在一个标准大气压下的电导比(),从而得到了盐度椔榷鹊男碌墓叵凳胶脱味葪相对电导率的关系式,又称为1969年电导盐度定义:

S‰=1.80655Cl‰

电导测盐的方法精度高,速度快,操作简便,适于海上现场观测。但在实际运用中,仍存在着一些问题:首先,电导盐度定义的上两盐度公式仍然是建立在海水组成恒定性的基础上的,它是近似的。在电导测盐中校正盐度计使用的标准海水标有的氯度值,当标准海水发生某些变化时,氯度值可能保持不变,但电导值将会发生变化。其次,电导盐度定义中所用的水样均为表层(200m以浅),不能反映大洋深处由于海水的成份变化而引起电导值变化的情况。最后,国际海洋用表中的温度范围为10~31℃,而当温度低于10℃时,电导值要用其它的方法校正,从而造成了资料的误差和混乱。

为了克服盐度标准受海水成分影响的问题,进而建立了1978年的实用盐标(PSS78)。  

1978年实用盐标

实用盐标依然是用电导的方法测定海水的盐度,与1969年电导盐度定义不同之处是,它克服了海水盐度标准受海水成分变化的影响问题。在实用盐标中采用了高纯度的KCl,用标准的称量法制备成一定浓度(32.4357‰)的溶液,作为盐度的准确参考标准,而与海水样品的氯度无关,并且定义盐度:在一个标准大气压下,15℃的环境温度中,海水样品与标准KCl溶液的电导比:

(C,表示电导值),则该样品的实用盐度值精确地等于35,若,则实用盐度的表达式为

(1-1)

S为实用盐度符号,是无量纲的量,如海水的盐度值为35‰,实用盐度记为35,式(1-1)中可用代替,是在大气压力下,温度为15℃时,海水样品与盐度为35‰的标准海水的电导比。

式中,, 当有效。

对于任意温度下海水样品的电导比的盐度表达式为:

(1-2)

式中第二项为温度修正项,系数a与公式(1-1)中的相同,系数分别为:

K=0.0162, (-2℃ £ T £ 35℃)

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