ZASOLENIE. czyli ile łyżeczek soli jest w Bałtyku. Monika Zabłocka Instytut Oceanologii Polskiej Akademii Nauk

Transkrypt

1 ZASOLENIE czyli ile łyżeczek soli jest w Bałtyku Monika Zabłocka Instytut Oceanologii Polskiej Akademii Nauk

2 ZASOLENIE 01 Definicja, jednostki, zasolenie praktyczne SÓL MORSKA 02 Skład soli morskiej, reguła Dittmara PYTANIA 06 Ile zapamiętałeś po wykładzie ŚREDNIE ZASOLENIE 03 Średnie zasolenie mórz i oceanów, średnie zasolenie Morza Bałtyckiego CZYNNIKI 04 Czynniki wpływające na zasolenie HALOKLINA 05 Definicja, występowanie w Morzu Bałtyckim

3 01 Definicja ZASOLENIE Zasolenie, oznaczane literą S (z ang. Salinity) to termin naukowy, który najprościej ujmując, oznacza ilość gram soli rozpuszczonych w 1 kg (1l) wody. Dokładniejsza definicja zasolenia to: ogólna mineralizacja wody, określająca ilość gram substancji stałych w 1 kg wody, po usunięciu wszystkich substancji organicznych i po zastąpieniu wszystkich bromków i jodków- chlorkami, a węglanów tlenkami (Knudsen, 1901).

4 ZASOLENIE 01 Jednostki, zasolenie praktyczne Zgodnie z równaniem TEOS-2010 (z ang. Thermodynamic Equation Of Seawater ) wartość zasolenia podaje się w jednostkach [g/kg]. W literaturze można również znaleźć wartości zasolenia podawane w: promilach ( ), ppt (z ang. parts per thousand) PSU (tzw. zasolenie praktyczne). W rzeczywistości zasolenie praktyczne nie ma jednostki, a skrót PSU pochodzi z ang. - Practical Salinity Unit.

5 S A L I N O M E T R ZASOLENIE 01 Zasolenie praktyczne Zasolenie w skali praktycznej, często nazywane po prostu zasoleniem praktycznym to: wartość stosunku przewodnictwa elektrycznego danej próbki wody morskiejdo przewodnictwa elektrycznego wzorcowego roztworu wodnego chlorku potasu (KCl) o stężeniu masowym g KCl na 1 kg roztworu. Pomiary wykonuje się w temperaturze 15 C i przy ciśnieniu Pa. Zasolenie praktyczne nie ma jednostki, lecz często spotyka się w literaturze skrót PSU od Practical Salinity Unit. Brzmi skomplikowanie? Na szczęście do pomiaru przewodnictwa elektrycznego wody morskiej służą tzw. salinometry, które odpowiednio skalibrowane, podają wartości zasolenia w skali praktycznej.

6 a CIEKAWOSTKA Archiwizacja danych zasolenia Czy wiecie, że: Pomimo iż od 2010 roku zasolenie wód naturalnych podawane jest w jednostkach zasolenia absolutnego - g/kg, wszystkie organizacje oceanograficzne polecają stosowanie skali praktycznej podczas archiwizacji danych o zasoleniu. Umożliwi to w przyszłości porównywanie danych bieżących z archiwalnymi.

7 b CIEKAWOSTKA Ile łyżeczek soli jest w 1 litrze wody morskiej Czy wiecie, że: Zasolenie 5 g/kg ( ) oznacza, że w 1000 g wody znajduje się 5 g soli. Jeśli weźmiecie wysokie naczynie i nalejecie do niego litr wody, a następnie wsypiecie do niego łyżeczkę soli kuchennej (ok. 5g) i wymieszacie, to uzyskacie właśnie zasolenie 5 g/kg. Średnie zasolenie oceaniczne wynosi 35 g/kg. Oznacza to, że w 1000g wody znajduje się 35 g soli. Czy potrafilibyście uzyskać takie zasolenie z soli kuchennej i wody? Jak myślicie, ile łyżeczek soli musielibyście wsypać do 1 l wody? Tak! 7 łyżeczek, bo 7 x 5 g = 35 g.

8 c CIEKAWOSTKA Skąd pochodzi sól w morzach i oceanach Czy wiecie, że: Każda kropla wody opadająca na ziemię zawiera niewielką ilość rozpuszczonego dwutlenku węgla, który nadaje jej lekko kwasowy odczyn. Taka kwaśna kropla uderzając w skałę prowadzi do jej powolnej erozji oraz produkcji jonów. Woda opadowa wraz z wypłukanymi jonami trafia do strumieni i rzek, które przepływając przez skały, piaski i glebę wypłukują kolejne jony by ostatecznie trafić do mórz i oceanów. Wiele z rozpuszczonych jonów wykorzystywanych jest przez organizmy i w ten sposób usuwanych z wody. Pozostałe akumulują się a ich koncentracja rośnie z czasem.

9 SÓL MORSKA 02 Skład soli morskiej W wodzie morskiej najwięcej jest: kationów sodu (Na + ), potasu (K + ), magnezu (Mg 2+ ) glinu (Al 3+ ) oraz anionów chlorkowych (Cl - ), siarczanowych (HSO -4, SO 2-4 ) węglanowych (HCO -3, CO 2-3 ), które nadają wodzie gorzki lub gorzko-słony smak.

10 19,34 10,75 Koncentracja w ppt U D Z I A Ł J O N Ó W W S O L I M O R S K I E J 2,70 1,29 Cl - Na + SO Mg 2+ 0,42 0,39 Ca 2+ K + 0,25 A N I O N Y C H L O R K O W E K A T I O N Y S O D U A N I O N Y S I A R C Z A N O W E K A T I O N Y M A G N E Z U K A T I O N Y W A P N I A K A T I O N Y P O T A S U I N N E

11 0,63 % Prawie 90 % wszystkich jonów rozpuszczonych w wodzie morskiej stanowią sód i chlor. 55,07 % 1,10 % K A T I O N Y P O T A S U K + I N N E A N I O N Y C H L O R K O W E Cl - 1,17 % K A T I O N Y W A P N I A Ca 2+ U D Z I A Ł J O N Ó W W S O L I M O R S K I E J 3,68 % K A T I O N Y M A G N E Z U Mg 2+ 7,72 % A N I O N Y S I A R C Z A N O W E SO ,62 % K A T I O N Y S O D U Na +

12 SÓL MORSKA 02 Reguła Dittmara Wszystkie oceany i morza otwarte zawierają takie same sole będące w takim samym stosunku procentowym. Woda z poszczególnych zbiorników różni się między sobą jedynie stężeniem, czyli stosunkiem ilości wszystkich soli do ilości wody. Jest to podstawowa reguła stałości składu wody morskiej zwana regułą Dittmara. Zwróćcie uwagę, że regułą ta odnosi się do zbiorników otwartych, a Morze Bałtyckie takim nie jest.

13 d CIEKAWOSTKA Dlaczego rzeki i jeziora są słodkie Czy wiecie, że: Zarówno wody morskie, jak i słodkie zawierają sole, ale w wodach słodkich jest ich znacznie mniej (zasolenie świeżej wody wynosi mniej niż 0.5 ), stąd smak soli pozostaje niewyczuwalny. Na świecie płyną rzeki, które są zasilane głównie wodą deszczową zawierającą niewielkie ilości soli. Gdy rzeki płyną przez skały wapienne, dochodzi do rozpuszczają się związków wapnia co skutkuje podwyższeniem zasolenia wody. Dlatego również wody określane mianem słodkich mogą mieć różne zasolenie.

14 e CIEKAWOSTKA Dlaczego w Morzu Martwym nie można się utopić Czy wiecie, że: W wodach niektórych jezior bezodpływowych może dochodzić do akumulacji soli dopływających rzekami a tym samym wzrostu ich zasolenia. Dodatkowym czynnikiem zwiększającym zasolenie jezior może być parowanie wody w wyniku wysokich temperatur oraz podziemne źródła słonych wód. Jeziora, których wody mają zasolenie powyżej 20 nazywamy słonymi jeziorami. Jednym z najbardziej znanych przykładów słonego jeziora jest Morze Martwe, słynące z tego, iż na skutek wysokiego ( ) zasolenia jego wód, nawet osoby nieumiejące pływać, mogą unosić się na wodzie. Morze Martwe nie jest jednak najbardziej słonym jeziorem. Do bardziej zasolonych należą m.in.: jezioro Patience w Kanadzie (do 428 ) i jezioro Asal w Dżibuti (do 350 ).

15 MAPA ZASOLENIA WÓD MORSKICH (2001) ŚREDNIE ZASOLENIE 03 Średnie zasolenie mórz i oceanów Średnie zasolenie mórz i oceanów wynosi 35 g/kg. Średnie zasolenie wód maleje wraz ze wzrostem szerokości geograficznej. Najwyższe zasolenie występuje w strefie międzyzwrotnikowej, najniższe w strefie okołobiegunowej. Bardzo małym zasoleniem charakteryzują się morza śródziemne w umiarkowanych szerokościach geograficznych. Wśród mórz najmniejszym zasoleniem charakteryzuje się Morze Bałtyckie. Średnie zasolenie w pionie w oceanie nie zmienia się do głębokości 400 m. Dopiero poniżej tej głębokości zasolenie ulega zmianie i waha się we wszystkich szerokościach geograficznych od 34 do 35 g/kg.

16 f CIEKAWOSTKA Dlaczego średnie zasolenie oceanów się nie zmienia Czy wiecie, że: Każdego dnia do mórz i oceanów dostarczana jest rzekami nowa porcja soli. Szacuje się, że wszystkie rzeki świata dostarczają rocznie do oceanu ok. 4 bilionów ton soli w formie rozpuszczonej. Dlaczego więc średnie zasolenie oceanów (35 ) nie rośnie z dnia na dzień, lecz pozostaje na tym samym poziomie? Prawdopodobnie pierwotnie morza i oceany były tylko lekko słone. Z czasem, wraz z kolejnymi opadami deszczu nowe porcje soli dopływające do mórz sprawiły, że stawały się one coraz bardziej słone. Obecnie średnie zasolenie oceaniczne nie zmienia się. Jest to wynikiem osiągnięcia równowagi pomiędzy ilością soli napływających do oceanu a ilością soli wytrącanych do osadów dennych.

17 ŚREDNIE ZASOLENIE 03 Średnie zasolenie Morza Bałtyckiego Średnie zasolenie Morza Bałtyckiego wynosi 7. W zależności od regionu, głębokości oraz pory roku, wartości zasolenia w Morzu Bałtyckim znacznie się różnią. W warstwie powierzchniowej zmniejsza się ono stopniowo od cieśnin duńskich (~ 20) w kierunku wschodnim. W Morzu Bełtów wynosi około 16, przy polskich wybrzeżach - 7, w Zatoce Puckiej spada do 6, w Zalewie Wiślanym wynosi tylko od 1 do 3, w Zatoce Fińskiej i Botnickiej spada do 2.

18 MAPA ZASOLENIA MORZA BAŁTYCKIEGO ŚREDNIE ZASOLENIE 03 Średnie zasolenie Morza Bałtyckiego Zasolenie wód Morza Bałtyckiego zmienia się również w ciągu roku. Od początku wiosny do jesieni, w skutek nagromadzania się wód pochodzenia lądowego, następuje stopniowy spadek zasolenia, by następnie ponownie wzrosnąć w wyniku mieszania się dwóch warstw wód. Dolna warstwa wód, oddzielona halokliną, charakteryzuje się wzrastającym w kierunku dna zasoleniem. Miejscami, np. w Basenie Bornholmskim na głębokości 100 m, może osiągać wartość 16, podczas gdy przy powierzchni ma zaledwie 7.5. Aktualne wartości zasolenia w różnych rejonach Morza Bałtyckiego można sprawdzić na stronie: w zakładce: Hydrologia>Zasolenie powierzchniowe morza.

19 g CIEKAWOSTKA Dlaczego w Bałtyku mierzymy zasolenie praktyczne Czy wiecie, że: Pomimo, iż obecnie zasolenie podaje się w jednostkach zasolenia absolutnego (g/kg), w przypadku Morza Bałtyckiego stosuje się nadal zasolenie w skali praktycznej. Wynika to z wyjątkowości naszego morza. Na skutek dużego i zmiennego w ciągu roku dopływu wód rzecznych, udział soli wapnia w składzie wody Bałtyckiej zmienia się w ciągu roku. Nie możemy więc zastosować reguły stałości składu Dittmara a tym samym zasolenie należy podawać w skali praktycznej.

20 CZYNNIKI 04 Czynniki wpływające na zasolenie Zasolenie chwilowe wó oceanicznych może się różnić o kilka jednostek nie tylko w zależności od miejsca, ale również od czasu pomiaru. Jest to wynikiem wielu czynników. Najważniejsze z nich to: temperatura powietrza im wyższa temperatura tym wyższe zasolenie na skutek parowania wody z powierzchni mórz i oceanów. opady atmosferyczne im wyższe opady tym niższe zasolenie dopływ wód rzecznych im wyższy dopływ tym niższe zasolenie formowanie się lodu im więcej lodu tym wyższe zasolenie (podczas tworzenia się lodu w morzu, zamarza tylko woda, a zawarte w niej sole uwalniane są do niższych warstw wody) topnienie się lodu powoduje wzrost objętości wody a tym samym spadek zasolenia pionowe mieszanie i poziome przenoszenie mas wodnych dopływ wód dennych o zasoleniu innym niż zasolenie danego morza czy oceanu

21 CZYNNIKI 04 Czynniki wpływające na zasolenie Bałtyku Temperatura - Położenie Bałtyku w średnich szerokościach geograficznych wpływa między innymi na ilość promieniowania słonecznego docierającego do wód naszego morza, a także na zmienność ilości promieniowania w ciągu roku. Wzrost promieniowania słonecznego skutkuje wzrostem temperatury powietrza. Na skutek wzrostu temperatury następuje odparowanie części objętości wody. Nie ma to wpływu na ilość soli w morzu. Dlatego przy tej samej ilości soli, lecz zmniejszonej objętości wody, następuje wzrost zasolenia.

22 CZYNNIKI 04 Czynniki wpływające na zasolenie Bałtyku Opady atmosferyczne - Opady deszczu lub śniegu, zwłaszcza intensywne, przyczyniają się do zmniejszenia zasolenia, na skutek rozcieńczania roztworu jakim jest woda morska. Im wyższe opady, tym niższa wartość zasolenia.

23 CZYNNIKI 04 Czynniki wpływające na zasolenie Bałtyku Dopływ wód rzecznych - Zlewisko Morza Bałtyckiego tworzy aż 250 rzek, z czego największe to: New, Wisła, Dźwina, Niemen i Odra. Im więcej słodkiej wody dopływa do Bałtyku tym jego zasolenie jest mniejsze. Należy pamiętać, że wielkość dopływu wód rzecznych do Bałtyku różni się w zależności od pory roku i największe jest wiosną. Stąd właśnie w tym okresie rzeki mają największy wpływ na zasolenie.

24 CZYNNIKI 04 Czynniki wpływające na zasolenie Bałtyku Dopływ wód oceanicznych - Zamknięty charakter naszego morza sprawia, że dopływ bardziej zasolonych wód z Morza Północnego jest niewielki w ciągu roku. Tylko epizodycznie (co lat), przy określonym układzie barycznym (silnym i długotrwały wiatr znad Oceanu Atlantyckiego) dochodzi do znacznie większych wlewów słonych wód. Wlewy te zmieniają zasolenie zarówno wód powierzchniowych jak i głębinowych Bałtyku.

25 MAPA ZLODZENIA BAŁTYKU W SEZONIE ZIMOWYM 2016/2017 CZYNNIKI 04 Czynniki wpływające na zasolenie Bałtyku Formowanie oraz topnienie się lodu - Podczas surowych zim, temperatura wód Bałtyku spada poniżej punktu zamarzania, który dla słonawych wód Morza Bałtyckiego wynosi niewiele poniżej 0 C (dla zasolenia 6, temperatura zamarzania wynosi Tf = C). Zjawiska lodowe o największej miąższości występują w Zatoce Botnickiej. Zamarzanie wód Bałtyku przypada zwykle na połowę listopada. Zaczyna się od północnego wybrzeża Zatoki Botnickiej i postępuje w kierunku południowym.

26 GŁĘBOKOŚĆ [m] h CIEKAWOSTKA Dlaczego w Bałtyku mierzymy zasolenie praktyczne ZASOLENIE Czy wiecie, że: W Morzu Bałtyckim zasolenie, obok temperatury, jest głównym czynnikiem determinującym jego uwarstwienie. Na skutek wlewów wody z Morza Północnego, Morze Bałtyckie cechuje się stałym dwupoziomowym uwarstwieniem. Jednorodna pod względem zasolenia warstwa powierzchniowa od warstwy głębokowodnej oddzielona jest halokliną, usytuowaną na głębokości m W A R S T W A W Ó D P O W I E R Z C H N I O W Y C H W A R S T W A H A L O K L I N Y W A R S T W A W Ó D G Ł Ę B I N O W Y C H

27 HALOKLINA 05 Definicja, występowanie w Morzu Bałtyckim Termin haloklina pochodzi od dwóch greckich słów: hals, halo- oznaczający sól, oraz klinein oznaczające nachylenie. W oceanografii haloklina to warstwa przejściowa pomiędzy mniej słonymi wodami nad nią i bardziej zasolonymi wodami pod nią. Jej cechą charakterystyczną jest duży pionowy gradientem zasolenia czyli względnie szybki wzrost zasolenia wraz z głębokością. Pionowy rozkład zasolenia w morzu zależy od wielu procesów, takich jak parowanie lub zamarzanie powierzchni morza, pionowe mieszanie się wód, prądy morskie czy procesy geochemiczne i biologiczne.

28 PYTANIA 06 Ile zapamiętałeś po wykładzie Ile jest łyżeczek soli w 1 litrze wody z Morza Bałtyckiego? Jakie jest średnie zasolenie wód oceanicznych? Jakie czynniki wpływają na zasolenie wód Morza Bałtyckiego? Jakie jony stanowią prawie 90 % wszystkich jonów wodzie morskiej? Co jest jesdnostką zasolenia? Jakie jest średnie zasolenie wód Morza Bałtyckiego? Czy wszystkie jeziora są słodkie? Co to jest haloklina? Czy zasolenie wód Bałtyku zmienia się w ciągu roku? Co to jest zasolenie praktyczne? Co to jest reguła Dittmara? Co to jest zasolenie? Jakie są czynniki wpływające na zasolenie mórz i oceanów?