Основной перевод: Коля Колдунов

 Поступление солнечного света, испарение и атмосферные осадки влияют на распределение солёности и температуры по поверхности океана. Изменения в температуре и солёности приводят к изменению плотности воды на поверхности, которое в свою очередь может привести к конвекции и изменениям в циркуляции более глубоких слоёв океана. Опускающаяся на глубину поверхностная вода сохраняет характерные соотношения между температурой и солёностью, что помогает в дальнейшем океанографам определить источник подповерхтностной воды. К тому же изменения в плотности приводят к изменениям давления в океане и соответственно изменяют и течения вызванные градиентом давления. Поэтому нам необходимо знать распределение солёности температуры и плотности в океане. Прежде чем начать обсуждение распределения солёности давайте сначала разберёмся в том, что она из себя представляет.

6.1 Определение солёности

Если по простому, то солёность это количество граммов всего растворённого вещества в килограме морской воды. Изменения содержания растворённых солей очень малы, поэтому мы должны очень тщательно определять солёность, используя точные и практичные методы. Чтобы лучше понять для чего нужна такая большая точность, посмотрим на гистограму объёма холодной подповерхностной воды как функции температуры и солёности. (Рисунок 6,1). Отметим что в основном изменения солёности для воды в океане колеблятся от 34,60 до 34,80 частей на тысячу (‰), что соответствует 200 частям на миллион. Если мы хотим классифицировать воды с разной солёностью, нам необходимы инструменты способные проводить измерения с точностью до одной части на миллион. Для сравнения амплитуда изменений температуры составляет около 1ºС да и измерять её гораздо легче.

Разработка практических определений, обладающих достаточной точностью непростое занятие (смотри Lewis,1980). В результате на протяжении прошедшего века термин «солёность» определяли по разному.

Рисунок 6.1 Гистограмма температуры и солёности холодной океанской воды. Высота пропорциональна объёму. Размер высочайшего пика соответствует объёму в 26 кубических километров на двумерный класс 0,1°С и 0,01 п.е.с. Взято из Worthington (1981).

Простое определение Изначально солёность определяли как «Общее количество расворённого материала в грамах в одном килограме морской воды». Это определение не годится, так как растворённый материал на практике измерить почти невозможно. Каким образом измерять такие летучие элементы как газы? Выпаривание морской воды не подходит, так как на последних его стадиях теряются хлориды. (Sverdrup, Johnson, and Fleming, 1942: 50).

Более сложное определение чтобы обойти трудности связанные с предидущим определением, специальная комиссия Международного Совета по Исследованию Моря в 1889 году рекомендовала понимать солёность как «Обшее количество твёрдых вещкств в граммах на килограмм морской воды при условии, что все карбонаты переведены в оксиды, бром и йод замещены хлором и всё органическое вещество окислено.» Это определениее было опубликовано в 1902 году, оно хорошее но им сложно пользоваться на практике.

Солёность основанная на хлорности. Так как предидущие определения было сложно применять, а солёность прямо пропорциональна содержанию хлора в морской воде, а содержание хлора можно точно измерить путём несложного химического анализа, cолёность S, была определена через хлорность.

S°/°° = 0.03 + 1.805C°/°° (6.1)

Где хлорность Cl – «величина равная величине массы в единицу грамм-атомного веса серебра, которое осаждается галогенами из пробы морской воды весом 0,3285234 килограмма» (это по Хорну) масса серебра необходимая для полного выпадания в осадок галогенов в пробе воды массой 0,328 523 4 кг.»(это как было написано.)

Солёность основанная на электропроводности. Вскоре стало понятно что формула 6.2 слишком неточна из за ественной изменчивости соотношения ионов в морской воде.

Для данной плотности изменения хлорности составляли до 0,03 промилле, а изменения электропроводноси были эквивалентны всего 0,004 промилле. Это показывает что плотность может быть расчитана по электропроводности с большей точностью чем при использовании хлорности-- Lewis(1980).

Дальнейшие работы привели к тому что Joint Panel рекомендовал(а)(о) определять солёность и через электропроводность и через хлорность.

Где C(S,15,0) – электропроводность морской воды с солёностью расчитанной по формуле (6.4) при температуре 15°С и атмосферном давлении, а C(35,15,0) – электропроводность стандартной «Копенгагенской» воды.

Практическая шкала солёности 1978.

Spsu= 0.0080 – 0.1692K1/215 + 25.3851K15 + 14.0941K3/215–7.0261K215 + 2.7081K5/215 (6.4a)
K15= C(S,15,0)/C(KCl,15,0) (6.4b)
2 S 42

Где С(S,15,0) электропроводность образца воды при температуре 15°С и стандартном атмосферном давлении, C(KCl, 15, 0) – электропроводность стандартного раствора KCl (32,4356 грамма KCl на 1. 000 000 кг раствора) при температуре 15°С и стандартном атмосферном давлении.

Комментарии. Различные определения солёности неплохо работают, потому что соотношение ионов в морской воде почти не зависит от солёности и района исследований (Таблица 6,1). Только очень распреснённые воды, встречающиеся в эстуариях имеют значительные отличия. Этот вывод основан на химическом анализе 77 проб собранных экспедицией Челенжера проведённом Диттмаром (Dittmar,1884) и последующих исследованиях (Carritt and Carpenter, 1958).

Важность этого результата трудно переоценить, так как от него зависит обоснованность отношения хлорность : солёность : плотность и таким образом точность всех выводов основанных на распределении плотности, где последняя определяется химическими или непрямыми физическими методами, такими как электропроводность... ...-Sverdrup, Johnson, Fleming (1942).

Таблица 6.1. Основные компоненты (солевого состава) морской воды

6.2 Определение температуры

Многие физические процессы зависят от температуры, и некоторые из них могут быть использованы для определения понятия абсолютной температуры T. Единицей T является Кельвин, обозначающийся буквой K. При определении шкалы абсолютных температур в интервале температур встречающихся в океане были использованы следующие фундаментальные процессы: 1) Законы отношения давления к температуре в идеальном газе с поправкой на плотность газа; и 2) Помехи напряжения в сопротивлении R.

Измерения температуры с использованием абсолютной шкалы трудны и проводятся обычно в национальных метрологических лабораториях. Абсолютные измерения используются для создания практических температурных шкал, основанных на температуре нескольких фиксированных точек и интерполирующих приборов, которые калибруются в фиксированных точках.

Для температур обычно наблюдаемых в океане интерполирующим прибором является платиновый термометр сопротивления. Он состоит из loosly wound, недеформированной платиновой проволоки, сопротивление которой является функцией температуры. Калибруется он на фиксированных точках между тройной точкой равновесия водорода – 13,8033 К и температурой замерзания серебра – 961,78К, включая тройную точку воды – 0,060 ºС, точку плавления Галлия – 29,7646 ºС и точку замерзания индия – 156,5985 ºС (Preston-Thomas, 1990). Тройноая точка воды – это температура при которой лёд вода и пар находятся в равновесии. Температурная шкала в Кельвинах Т, относится к шкале в градусах Цельсия t/ ºС таким образом:

t[° C] = T [K] -273.15 (6.5)

где в квадратных скобках единицы измерения.

Практическая шкала температуры изменялась в 1887, 1927, 1948, 1968 и 1990 когда принимали всё более точные определения абсолютной температуры. Наиболее современной является Международная Температурная Шкала 1990 года (International Temperature Scale of 1990 (ITS-90)). Она немного отличается от Международной Практической Температурной Шкалы 1968 года (International Practical Temperature Scale of 1968 IPTS-68). На 0 ºС они одинаковы, а выше 0, ITS-90 немного холоднее . t90-t68 = -0.002 на 10° C, -0.005 на 20° C, -0.007 на 30° C, и -0.010 на 40° C. Заметте что в то время как океанографы используют термометры калиброванные с точностью до милиградуса (0,001° C), сама температурная шкала имеет недостоверность в несколько милиградусов.