Как уже отмечалось выше, отличительным свойством морской воды является ее соленость (обозначается символом S). Под истинной соленостью понимается отношение массы растворенного твердого вещества в морской воде к ее массе. Это определение солености было принято в начале прошлого века Международным советом по исследованию морей.
Из-за сложности состава морской воды невозможно прямым химическим анализом определить полное количество соли, растворенное в пробе морской воды. Сухой остаток, получаемый после выпаривания, очень хорошо впитывает влагу и для его получения требуется длительное нагревание, приводящее к разложению карбонатов и солей магния. Группа ученых, в которую входили М. Кнудсен, К. Соренсен и С. Форх, разработали метод обезвоживания в среде хлора, который давал высокоточные результаты. Но этот метод слишком сложен, и на практике соленость морской воды им никогда не измеряется.
В настоящее время соленость определяется либо по содержанию одного из компонентов солевого состава (метод Мора- Кнудсена), либо по электропроводности морской воды, либо по показателю преломления. В результате возникли различные шкалы солености, основанные на различных принципах. Единица измерения солености зависит от способа ее определения - г кг" 1 или %о (промилле) в случае метода Кнудсена и в единицах практической солености при определении S по электропроводности .
Метод Мора-Кнудсена основан на постоянстве солевого состава морской воды. Вследствие возможных отклонений от закона Дитмара определение всей массы растворенных солей по содержанию одного из компонентов не совсем точно, но не столь существенно по сравнению с точностью самого определения солености. В этом методе соленость (96о) определяется по хлорно- сти (С1) морской воды, представляющей собой сумму ионов хлора, брома и йода и полученную стандартным аргентометрическим методом титрования на хлор. Соотношение между соленостью и хлорностью для океанских вод выражается эмпирической формулой:
Эта формула была получена в 1901 г. М. Кнудсеном. Она справедлива для диапазона солености морских вод от 2,69 до 40,18 %о. Отметим, что для замкнутых морей (Каспийское, Аральское), а также внутриматериковых морей (Балтийское, Черное, Азовское) соотношения между соленостью и хлорностью отличаются от (3.34) .
Наличие в (3.34) свободного члена приводит к тому, что соленость оказывается величиной неаддитивной. В то же время известно, что соленость - величина консервативная, подчиняющаяся линейному закону смешения. Для устранения этого противоречия в 1962 г. группой экспертов при ЮНЕСКО была предложена следующая формула (шкала Кокса):
? %о = 1,80655-0 %о. (3.35)
Для определения солености по электропроводности (см. раздел 8.1) была разработана Шкала практической солености, 1978 г. (ШПС-78) . Эта шкала основана на эмпирической зависимости от электропроводности не природных вод, а растворов стандартной морской воды. Первичным эталоном в этом методе служит водный раствор хлористого калия (KCI) при температуре 15° С и давлении в одну стандартную атмосферу (101325 Па).
Практическая соленость вычисляется по следующей эмпирической формуле:
В выражении (3.36) Rj обозначает относительную электропроводность , равную отношению электропроводности пробы воды к электропроводности воды с соленостью 35 при атмосферном давлении. Обе пробы должны иметь температуру 15° С.
Относительная электропроводность R T по данным измерений in situ рассчитывается следующим образом. Пусть у(S,T,p) - условная электропроводность морской воды in situ (см. раздел 8.1), у(35,15,0) - условная электропроводность морской воды при 7=15° С, практической солености 35 и атмосферном давлении (4,2914 См м" 1). Величина
называется коэффициентом электропроводности.
Этот коэффициент можно разложить на три части:
Формула (3.36) справедлива в диапазонах температуры Т от -2° до 35° С по МПТШ-68, практической солености S от 2 до 42 и давлении от 0 до 1000 бар. Зависимость практической солености морской воды от электропроводности и температуры показана на рис. 3.1.
Соленость в Мировом океане главным образом заключена в пределах между 33 и 37%о. Исключение составляют приустьевые районы, бассейны опреснения (такие как Балтийское и Черное моря), где соленость значительно уменьшается, и бассейны осо- лонения (Средиземное и Красное моря), где соленость превышает 38 %о. Средняя соленость вод Мирового океана - 34,72%о.
Рис. 3.1.
С глубиной соленость воды в разных районах Мирового океана изменяется по-разному. В Черном море, например, увеличивается. В Атлантическом океане сначала растет (воды повышенной солености), затем понижается и снова повышается. В таблице 3.4 приведены средние значения солености воды в Мировом океане. Если бы удалось выделить из океана всю растворенную в нем соль, то она покрыла бы весь земной шар слоем соли толщиной более 40 м и весом 95 тонн на 1 м 2 !
- Отметим, что при написании практической солености знак %о опускается. Некоторые отечественные исследователи для обозначения практической солености пользуются аббревиатурой епс (единицы практической солености), в англоязычной литературе эта аббревиатура выглядиттак: psu или PSS-78.