海水鹽度

海水鹽度

海水鹽度是海水中含鹽量的一個標度。海水含鹽量是海水的重要特性,它與溫度和壓力3者,都是研究海水的物理過程和化學過程的基本參數。海洋中發生的許多現象和過程,常與鹽度的分布和變化有關,因此海洋中鹽度的分布及其變化規律的研究,在海洋科學上占有重要的地位。

基本信息

海水鹽度

海水鹽度海水鹽度
世界各大洋表層的海水,受蒸發、降水、結冰、融冰和陸地徑流的影響,鹽度分布不均:兩極附近、赤道區和受陸地徑流影響的海區,鹽度比較小;在南北緯20度的海區,海水的鹽度則比較大。深層海水的鹽度變化較小,主要受環流和湍流混合等物理過程所控制。根據大洋中鹽度分布的特徵,可以鑑別水團和了解其運動的情況。在研究海水中離子間的相互作用及平衡關係,探索元素在海水中遷移的規律和測定溶于海水中的某些成分時,都要考慮鹽度的影響。此外,因為實際工作中往往難以在現場直接準確測定海水的密度,所以各國通常測定鹽度、溫度和壓力,再根據海水狀態方程式計算密度。

鹽度定義

在1902年首次建立了鹽度定義之後,隨著海洋科學的發展,對鹽度值的準確性的要求,越來越高,因此對鹽度的定義,作了幾次修訂。

首次定義

19世紀末期,歐洲一些國家召開了國際海洋會議,為了統一觀測資料,成立了專家小組,研究了海水的鹽度、氯度(見海水氯度)和密度等有關問題。這個小組在M.H.C.克努曾的領導下,提出了一種測定鹽度的方法,即取一定量的海水樣品,加鹽酸酸化後,再加氯水,蒸乾後繼續升溫,最後在480°C條件下烘至恆重,稱量剩餘的鹽分。根據這種測定方法,海水鹽度的定義為:“1千克海水中的溴和碘全部被當量的氯置換,而且所有的碳酸鹽都轉換成氧化物之後,其所含的無機鹽的克數。”以符號“S‰”表示之,單位為克/千克。
這種測定方法的操作繁雜,需要較長的時間,不適用於海洋調查。為了套用方便起見,在海水組成恆定的基礎上,自北海、波羅的海、紅海等海區採集了 9個表層水樣,測定了它們的鹽度和氯度,從這些數據歸納出鹽度和氯度(Cl)的關係式 S‰=0.030+1.8050Cl‰。這樣就可以通過測定海水樣品的氯度,按上式計算鹽度。此法使用了65年。

重新定義

鹽度與氯度的上述關係式,建立在海水組成恆比規律的基礎上,這是不嚴格的;況且當時所取的水樣,多數為波羅的海表層水,難以代表整個大洋水的規律。實際上,關係式中的常數項 0.030,不符合大洋海水鹽度變化的實際情況。1950年以後,電導鹽度計的研究和發展,使鹽度的測定方法得到簡化,精密度也提高,比測定氯度後計算鹽度的方法,更加準確和方便。因此,聯合國教科文組織(UNESCO)、國際海洋考察理事會(ICES)、海洋研究科學委員會(SCOR)和國際海洋物理科學學會(IAPSO)4個國際組織聯合發起,於1962年 5月召開會議,成立了海水狀態方程式聯合小組。此小組於1963年第二次會議上改名為“海洋用表與標準聯合專家小組(JPOTS)”。經過多次討論和研究,為了保持歷史資料的統一性,將鹽度公式改為S‰=1.80655Cl‰ 。R.A.考克斯等對采自各大洋和海區的135個水樣(深度在100米以內)的氯度值進行了準確的測定,按上述公式換算成鹽度,並測定了電導比R15,得到S‰與R15關係的多項式S‰=-0.08996+28.2970R15+12.80832R2 15-10.67869R3 15+5.98624R4 15-1.32311R5 15式中R15 為一個標準大氣壓和 15°C條件下海水樣品與S=35.000的標準海水電導率的比值。1966年,JPOTS推薦這多項式為海水鹽度定義。同年,聯合國教科文組織和英國國立海洋研究所出版的《國際海洋用表》,其中的鹽度數據,就是採用上述測定電導率後換算成鹽度的方法。

1978實用鹽度標度

20世紀70年代以後,現場儀器如電導-溫度-深度儀(CTD)等的套用,越來越多,而國際海洋用表(1966)中沒有包括10°C以下的鹽度數據,致使低於10°C的現場測定結果,無法統一。此外,測定了1967~1969年製備的標準海水,還發現用電導法測得的鹽度,和從氯度換算得到的不一致,而出現了標準海水作為電導率標準的可靠性問題。因此 JPOTS決定使用標準氯化鉀溶液標定標準海水,並推薦1978年實用鹽度標度。
本來,絕對鹽度(SA)為海水中溶質質量和海水質量的比值,但它實際上不能直接測定,故用K15定義海水的實用鹽度(S)來表達海洋觀測的結果。
S=a0+a1K1/2 15+a2K15+a3K3/2 15+a4K2 15+a5K5/2 15
a0=0.0080 a1=-0.1692
a2=25.3851 a3=14.0941
a4=-7.0261 a5=2.7081
Σai=35.0000 2≤S≤42
式中K15是在15°C和一個標準大氣壓的條件下,海水樣品電導率和質量比為 32.4356×10-3 的氯化鉀溶液電導率的比值。當K15準確為1時,S 恰好等於35。實用鹽度值為過去鹽度值的1000倍,例如,過去鹽度值為 0.03512(即35.12‰),實用鹽度值則為35.12。
從定義的實用鹽度公式可以看出,氯度被看作是和實用鹽度無關的一個獨立變數。 實用鹽度的通用標準仍為標準海水,後者除標有氯度值外,尚標有K15值。
UNESCO、ICES、SCOR和 IAPSO4 個國際組織採納了JPOTS的推薦,通報建議於1982年1月1日起採用1978實用鹽度標度,並出版了《國際海洋用表》,此表中還規定了計算實用鹽度的方法。

 影響因素

海水鹽度因海域所處位置不同而有差異,主要受氣候與大陸的影響。在外海或大洋,影響鹽度的因素主要有降水,蒸發等;在近岸地區,鹽度則主要受河川徑流的影響。
從低緯度到高緯度,海水鹽度的高低,主要取決於蒸發量和降水量之差。蒸發量使海水濃縮,降水使海水稀釋。有河流注入的海區,海水鹽度一般比較低。

分布

Watersalinitybasedonpercentageofdissolvedsalts
淡水
微鹹水/半淡鹹水/汽水域
鹹水
滷水
<0.05%
0.05-3%
3-5%
>5%
在海洋,赤道一帶降雨量大,鹽度較低。在高緯度地區,溶解的冰降低了鹽度。鹽度最高的地區是蒸發量高而降雨相對較低的中緯地區。
大西洋鹽度略高於太平洋
海洋平均鹽度是34.7。

生態因素

能生存於較大的鹽度範圍的生物稱為“廣鹽性”(euryhaline),反之為“狹鹽性”(stenohaline)。鹽度大幅改變時,因為滲透作用的關係,細胞可能漲破或萎縮。有些生物的體液的濃度隨鹽度而改變,稱為變滲壓性生物(poikilosmotic/osmoconformers);亦有生物以各樣方法維持身體滲透壓,稱為恆滲壓性的(homoiosmotic/osmoregulators)。這類方法有:
儲存鹽份、排出鹽份、吸收大量水脫落充滿鹽的身體部分鹽度也會影響浮力,這可能影響某些生物覓食或散布幼卵。

量度

導電性(±0.005)
滴定(±0.02)
折射
重量

海水鹽度

海水的平均鹽度是35‰,即每千克大洋水中的含鹽量為35克。一般來說,大洋水中鹽度的變化很小,近海水域的鹽度變化較大。[1]在大洋水中,鹽度的變化主要與海水的蒸發、降雨、洋流、海水混合等因素有關。
近岸海水的鹽度主要受陸地河流向海洋輸入淡水(入海徑流)有關,所以鹽度的變化範圍較大。我國長江口海域,在冬季的枯水期可以測到海水的鹽度為12‰;但是,夏季洪水季節,同一地點測得得鹽度僅有2.5‰。此外,在地球的高緯度地區,冰層的結冰和融化對這些海區海水的鹽度影響很大。不過,從整個世界大洋看,海水的鹽度呈“M”狀變化:
(1)赤道附近,降雨量大於蒸發量,這一海區的年淨得雨水約22厘米,雨水使海水的鹽度降低。
(2)在南緯20度和北緯20度附近使地球的信風帶,天氣乾燥、降雨量小,蒸發量大大高於降雨量,海水的鹽度自然增加。
(3)位於南極和北極附近的高緯度地區,氣溫較低,蒸發量小,降雨量增加,鹽度相對小一些。
世界的個別海域鹽度差別很大。地中海東部海域鹽度達到39.58‰,西部受到大西洋影響,鹽度下降,只有37‰。紅海海水鹽度達到40‰,局部地區高達42.8‰。波羅的海有眾多入海徑流,海水鹽度只有10‰,為世界各大海中最低。
世界上鹽度最高的水體是死海(內陸鹹水湖泊),表面的鹽度為227‰~275‰,深度40米處,湖水鹽度達到281‰。

參考書目

 J.P.Riley,G.Skirrow,eds,ChemicalOceanography,2nd ed.,Vol.1,Academic Press,London,1975.
 UNESCO, Technical papers in Marine Science,No.30,No.36,1979,1981.

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