塩分

塩分濃度（/ s ə ˈ l ɪ n ɪ t i /）は、塩水と呼ばれる水域に溶解している塩の塩分濃度または量です（土壌塩分濃度も参照）。通常はg/Lまたはg/kg（水1リットル/キログラムあたりの塩のグラム数。後者は無次元で‰に等しい）で測定されます。

塩分濃度は、天然水の化学特性やその中の生物学的プロセスの多くの側面を決定する重要な要素であり、温度や圧力とともに、水の密度や熱容量などの物理的特性を支配する熱力学的状態変数です。

一定の塩分濃度の等高線は、等塩線、または等塩層と呼ばれることもあります。

定義

河川、湖沼、海洋の塩分濃度は概念的には単純ですが、正確に定義し測定するのは技術的に困難です。概念的には、塩分濃度は水中の溶解塩分量のことです。塩とは、塩化ナトリウム、硫酸マグネシウム、硝酸カリウム、重炭酸ナトリウムなどの化合物で、イオンに溶解します。溶解した塩化物イオンの濃度は、塩素濃度と呼ばれることもあります。操作上、溶解物質は非常に細かいフィルター（歴史的には孔径0.45 μmのフィルターでしたが、後に^{[いつ? ]}通常0.2 μm）を通過できるものと定義されます。^{[2]塩分濃度は}質量分率、つまり溶液の単位質量あたりの溶解物質の質量の形で表すことができます。

海水の塩分濃度は通常約35 g/kgですが、河川が海に流れ込む海岸付近ではより低い値になるのが一般的です。河川や湖の塩分濃度は0.01 g/kg未満^[3]から数g/kgまで幅広い範囲になりますが、より高い塩分濃度が見られる場所も数多くあります。死海の塩分濃度は200 g/kgを超えています。^{[4]降水量の}TDSは通常20 mg/kg以下です。^[5]

定義にどのような孔径が使用されても、特定の天然水サンプルの塩分値は数パーセント（%）以上変化することはありません。しかし、深海で研究する海洋物理学者は、異なる研究者が異なる時期にほぼ5桁の精度と測定値の相互比較可能性を懸念することがよくあります。^[6] IAPSO標準海水として知られるボトル入りの海水製品は、海洋学者が測定値を標準化してこの要件を満たすのに十分な精度を保つために使用されます。

構成

測定と定義の難しさは、天然水にはさまざまな源 (すべてが溶解塩からではない) からのさまざまな分子形態の多くの異なる要素が複雑に混ざり合っているためです。これらの形態の一部の化学的性質は、温度と圧力に依存します。これらの形態の多くは、高精度で測定することが難しく、いずれにしても、複数のサンプルを分析する場合、完全な化学分析は現実的ではありません。塩分のさまざまな実用的な定義は、これらの問題を考慮しようとするさまざまな試みの結果であり、精度のレベルは異なりますが、それでも十分に使いやすいままです。

実用的な理由から、塩分濃度は通常、これらの溶解した化学成分のサブセットの質量の合計（いわゆる溶解塩分）に関連付けられており、この組成を生み出した未知の塩の質量に関連付けられているわけではありません（例外は人工海水が作られる場合）。多くの目的において、この合計は天然水中の8つの主要なイオンのセットに限定されますが、^[7]^[8]最も高い精度では、海水の場合、さらに7つのマイナーイオンも含まれます。^[6] 主要イオンは、ほとんどの（ただし決してすべてではない）天然水の無機組成の大部分を占めています。例外には、一部のピット湖と一部の熱水泉の水が含まれます。

酸素や窒素などの溶存ガスの濃度は、通常、塩分濃度の説明には含まれません。^[2]しかし、溶解すると部分的に炭酸塩や重炭酸塩に変換される二酸化炭素ガスは、しばしば含まれます。ほとんどの天然水のpH範囲で中性分子として通常現れるケイ酸の形のケイ素も、いくつかの目的（例えば、塩分と密度の関係を調査する場合）では含まれることがあります。

海水

3 分間の NASA ビデオ全編 2013 年 2 月 27 日アルゼンチンの SAC-D 衛星に搭載された NASA の Aquarius 機器は、世界の海面塩分濃度を測定するように設計されています。この動画は、2011 年 12 月から 2012 年 12 月にかけて Aquarius によって測定された塩分濃度パターンを示しています。赤色は塩分濃度が高い領域、青色は塩分濃度が低い領域を表しています。

海洋学者にとって、「塩分濃度」という用語は、通常、一連の特定の測定技術の 1 つに関連付けられます。主流の技術が進化するにつれて、塩分濃度のさまざまな説明も進化します。1980年代以前は、塩分濃度は主に滴定ベースの技術を使用して測定されていました。硝酸銀による滴定を使用して、ハロゲン化物イオン (主に塩素と臭素)の濃度を決定し、塩素濃度を算出しました。次に、他のすべての成分を考慮するために、塩素濃度に係数を掛けます。結果として得られる「クヌーセン塩分濃度」は、 1000 分の 1 (ppt または‰ ) の単位で表されます。

海水のイオン含有量を推定するために電気伝導率の測定を使用することで、実用塩分スケール1978（PSS-78）と呼ばれるスケールが開発されました。 ^[9]^[10] PSS-78を使用して測定された塩分には単位がありません。PSS-78の測定値には、接尾辞psuまたはPSU（実用塩分単位を示す）が付けられることがあります。 ^[11]値の後に単位としてPSUを追加することは「正式には誤りであり、強く推奨されません」。^[2]

2010年に海水の特性に関する新しい基準である「海水の熱力学方程式2010（TEOS-10）」が導入され、実用塩分濃度の代わりに絶対塩分濃度、また潜温の代わりに保守的な温度が推奨されました。^{[6]この基準には、}参照組成塩分スケールと呼ばれる新しいスケールが含まれています。このスケールの絶対塩分濃度は、溶液1キログラムあたりのグラム数で質量分率として表されます。このスケールの塩分濃度は、電気伝導率の測定値と、海水の組成の地域的な変化を説明できるその他の情報を組み合わせることで決定されます。直接密度を測定することでも決定できます。

ほとんどの場所の海水サンプルの塩素濃度は19.37pptで、クヌーセン塩分濃度は35.00ppt、PSS-78実用塩分濃度は約35.0、TEOS-10絶対塩分濃度は約35.2g/kgです。この水の電気伝導率は15℃で42.9mS/cmです。^[6]^[12]

地球規模で見ると、1950年代以降に観測された表面および表層下の塩分濃度の変化は、人為的な気候変動によるものである可能性が非常に高く、21世紀を通じての表層塩分濃度の変化の予測では、淡水域はより淡水化し、塩水域はより塩分濃度が高くなることが示されています。^[13]

塩分は、異なる質量のトレーサーとして機能します。沈みゆく水の代わりに表層水が引き込まれ、その結果、沈みゆく水は最終的に沈むのに十分なほど冷たくなり、塩分濃度が高くなります。塩分の分布は、海洋循環の形成に貢献します。

湖と川

陸水学者や化学者は、塩分濃度を単位体積あたりの塩分質量で定義することが多く、単位は mg/L または g/L です。^[7]溶液の体積は温度によって変化するため、この値は特定の基準温度でのみ正確に適用されることが暗示されていますが、明言されることはほとんどありません。このようにして提示される値は、通常 1% のオーダーの精度です。陸水学者は、電気伝導率、つまり「基準伝導率」を塩分の代理として使用します。この測定値は温度の影響を補正することができ、通常はμS/cmの単位で表されます。

塩分濃度が約70 mg/Lの河川水や湖水は、通常、25℃で80～130 μS/cmの比導電率を持ちます。実際の比率は存在するイオンによって異なります。^[14]実際の導電率は通常、摂氏1度あたり約2%変化するため、5℃で測定された導電率は50～80 μS/cmの範囲にとどまる可能性があります。

直接的な密度測定は、特に塩分濃度の高い湖で塩分濃度を推定するためにも使用されます。^[4]特定の温度での密度が塩分の代理として使用されることもあります。また、特定の水域で開発された経験的な塩分/密度関係を使用して、測定された密度からサンプルの塩分濃度を推定することもあります。

塩分濃度に基づく水域の分類

海水は海洋の水で、別名は真塩海とも呼ばれる。真塩海の塩分濃度は 30 ～ 35 ‰ である。汽水または汽水の塩分濃度は 0.5 ～ 29 ‰、メタ塩海の塩分濃度は 36 ～ 40 ‰ である。これらの水はすべて、塩分濃度が海洋由来であるため地中海水とみなされ、塩分濃度が時間とともにあまり変化しない (基本的に一定) 場合はホモイオハリンと定義される。右の表は Por (1972) から改変したもので、^[15]^[16]「ヴェネツィアシステム」(1959) に従っている。^[17]

等塩性環境とは対照的に、塩分濃度の変動が生物学的に重要な変塩性環境（海洋性環境の場合もある）がある。 ^[18] 変塩性水の塩分濃度は0.5‰から300‰を超える範囲である。重要な特徴は、これらの水は季節的または他のほぼ同等の時間スケールで、生物学的に意味のある範囲で塩分濃度が変化する傾向があることである。簡単に言えば、これらは塩分濃度がかなり変化する水域である。

塩分が結晶化した（または結晶化しそうな）高塩分水を塩水と呼びます。

環境への配慮

塩分濃度は、水域に生息する生物の種類に影響を与える、非常に重要な生態学的要因です。また、塩分濃度は、水域内、または水（または地下水）によって養われた陸上で生育する植物の種類にも影響を与えます。 ^[19] 塩分濃度の高い環境に適応した植物は塩生植物と呼ばれます。残留炭酸ナトリウムの塩分濃度に耐性のある塩生植物は、グラスワート、ソルトワート、またはバリラ植物と呼ばれます。非常に塩分濃度の高い環境で生息できる生物（主に細菌）は、極限環境生物、特に好塩生物に分類されます。広範囲の塩分濃度に耐えられる生物は広塩性生物です。

水から塩分を除去するのは費用がかかり、塩分含有量は水の使用において重要な要素であり、飲料水としての適性や灌漑への適合性に影響します。米国の湖や川では、道路に撒かれる一般的な塩分やその他の凍結防止剤の流出により塩分濃度の上昇が観測されています。^[20]

海洋の塩分濃度は世界の海洋循環の原動力であり、海面の塩分濃度の変化と温度変化による密度の変化が浮力の変化を生み、水塊の沈降と浮上を引き起こします。海洋の塩分濃度の変化は、塩分濃度が高いほど二酸化炭素が溶けにくいため、二酸化炭素の世界的な変化に寄与していると考えられています。さらに、氷河期には、循環低下の原因として考えられるのが成層海洋の形成です。このような場合、熱塩循環を通じて水を沈み込ませることはより困難です。

塩分濃度は海洋循環の原動力であるだけでなく、海洋循環の変化も塩分濃度に影響を与えます。特に亜極域の北大西洋では、1990年から2010年にかけてグリーンランドの融解水の増加が、塩分を多く含む大西洋の水の北方への輸送の増加によって相殺されました。^[13]^[21]^[22]^[23]しかし、2010年代半ば以降、グリーンランドの融解水の増加により、北大西洋の水は淡水化しています。^[13]^[24]

参照

経済目的の淡水化
- 水の淡水化
- 土壌の脱塩：土壌塩分濃度制御
- ナトリウム吸着率
塩分濃度の測定
- 塩分計
生物学的背景による塩分濃度
- 生物全般、特に人間の健康に重点を置いたもの
- 植物では
  - シロイヌナズナの塩分に対する反応
- 魚類
  - 狭塩性魚類
  - 広塩性魚類
地質学的背景による塩分濃度
- 淡水
- 海水
- 土壌の塩分濃度
- 熱塩循環
- 古塩分濃度
- 世界の海洋の塩分濃度に関するCORA データセット
溶質濃度の一般的な例
- 浸透圧濃度
- 張性

参考文献

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