海水中的含盐量是海水浓度的标志,海洋中的许多现象和过程都与其分布和变化息息相关。但要精确地测定海水中的绝对盐量是一件十分困难的事情。长期以来人们对此进行了广泛的研究和讨论,引进了“盐度”以近似地表示海水的含盐量。
一、基于化学方法的盐度的首次定义
1902年,Knudsen等人基于化学分析测定方法,定义盐度为:“1kg海水中的碳酸盐全部转换成氧化物,溴和碘以氯当量置换,有机物全部氧化之后所剩固体物质的总克数。”单位是g/kg,用符号‰表示。
按上述方法测定盐度相当烦琐。1891年马赛特发现“海水组成恒定性”——海水中的主要成分在水样中的含量虽然不同,但它们之间的比值是近似恒定的。据此,如果能测定出海水中某一主要成分的含量,便可推算出海水盐度。
已知海水中的氯含量最多,且可方便地用AgNO3滴定法加以测定,基于海水组成恒定性规律,归纳出用测定海水氯含量的方法来计算盐度的公式:
S‰=0.030+1.8050Cl‰ (3-1)
称为Knudsen盐度公式,式中Cl‰称为海水的“氯度”,即“1kg海水中的溴和碘以氯当量置换,氯离子的总克数。”单位是克每千克,以‰号表示。可见氯度的量值要稍大于海水的实际氯含量。
用AgNO3滴定法测定海水的氯度时,需要知道AgNO3的浓度,国际上统一使用一种其氯度值精确为19.374‰的大洋水作为标准,称为标准海水。其盐度值对应为35.000‰。
二、盐度的重新定义
依式(3-1)计算盐度是很方便的,它一直延续使用到20世纪60年代。
随着电导盐度计的问世,测定盐度的方法更为方便,且精度大为提高。考克斯等(CoxR.A.etal.,1967)对由大洋和不同海区不深于100m水层内采集的135个水样,准确地测定其氯度值计算盐度,同时测定水样的电导比R15,得出盐度S‰与电导比R15有关系式:
式中R15为15℃,“一个标准大气压”(101325Pa)下,水样的电导率C(S,15,0)与盐度精确为35.000‰(Cl‰=19.374‰)的标准海水电导率C(35,15,0)之比值。依此方法测定盐度的精度高且速度快。因此,国际“海洋学常用表和标准联合专家小组”(JPOTS)于1969年推荐该式为海水盐度的新定义。
为使盐度的测定脱离对氯度测定的依赖,JPOTS又提出了1978年实用盐度标度(thePracticalSalinityScale,1978),并建立了计算公式,编制了查算表,自1982年1月起在国际上推行。
(一)建立实用盐度的固定参考点
实用盐度仍然是用电导率测定的。为使海水的盐度值与氯度脱钩,所以选择一种精确浓度的氯化钾(KCl)溶液作为可再制的电导标准,用海水相对于KCl溶液的电导比来确定海水的盐度值。
为保持盐度历史资料与实用盐度资料的连续性,仍采用原来氯度为19.374‰的国际标准海水为实用盐度35.000‰的参考点。配制一种浓度为32.4356‰高纯度的KCl溶液,它在“一个标准大气压力”下,温度为15℃时,与氯度为19.374‰(盐度为35.000‰)的国际标准海水在同压同温条件下的电导率恰好相同,它们的电导比
也就是说,当K15=1时,标准KCl溶液的电导率对应盐度为35.000‰。把这一点作为实用盐度的固定参考点。
(二)实用盐度的计算公式
式中K15是在“一个标准大气压力”下,温度15℃时,海水样品的电导率与标准KCl溶液的电导率之比。式中a0=0.0080,a1=-0.1692,a2=25.3851,a3=14.0941,a4=-7.0261,a5=2.7081;ai=35.0000;适用范围为2≤S≤42。
实用盐度不再使用符号“‰”,因而实用盐度是旧盐度的1000倍。
由于海水的绝对盐度(SA)——海水中溶质的质量与海水质量之比值,是无法直接测量的,它与测定的盐度S显然有差异,因此也称S为实用盐度(PSU)。
四、在任意温度t的条件下测定电导比Rt,其计算盐度的公式为
值与式(3-3)中相同。系数b分别为:
b0=0.0005,b1=-0.0056,b2=-0.0066
b3=-0.0375,b4=0.0636,b5=-0.0144
五、利用CTD现场观测资料计算海水盐度的方法
利用CTD观测到的电导率是在其盐为S,温度为t(℃),压力为p(kPa)的情况下取得的,记为C(S,t,p)。因此,不能直接利用式(3-3)和(3—4)计算其实用盐度,必须经过适当处理(原理从略)。
实际工作中可直接根据国际海洋学常用表查算。
回顾海水盐度的初始定义,它似乎更应该属于海水化学范畴。但海水却因为有了“盐度”,性质产生诸多异常,海水运动也迥然特殊,因此使盐度成了物理海洋学中的重要参数。正因为它重要,世界海洋学者和机构才反复研究屡予定义。
本文标题:海水的主要热学和力学性质(2)
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