Влияние вариаций ионно-солевого состава вод на точность измерений солености

Н. Ю. Андрулионис✉, П. О. Завьялов, А. С. Ижицкий

Институт океанологии им. П. П. Ширшова РАН, Москва, Россия

✉ e-mail: natalya@ocean.ru

Аннотация

Цель. Работа посвящена оценке влияния вариаций основного ионно-солевого состава на точность определения солености вод внутренних морей и морских акваторий. Главной целью исследования являлась оценка репрезентативности результатов стандартных в океанологической практике CTD-измерений солености для районов, в которых ионно-солевой состав морской воды имеет отличия от океанского.

Методы и результаты. Значения солености морских вод, отобранных в экспедициях 2014–2021 гг. в Черном море и Керченском проливе, а также в Карском и Каспийском морях, были получены четырьмя различными способами: 1) измерениями CTD-зондом на основе электропроводности (практическая соленость); 2) расчетом по уравнению состояния TEOS-10 на основе измерений плотности с учетом региональной поправки для районов исследований (абсолютная соленость); 3) расчетом по хлорности с использованием эмпирических зависимостей для соответствующих водоемов; 4) прямым расчетом на основе суммы компонентов основного ионного состава. Различия между суммой основных ионов и соленостью, полученной по электропроводности, составили для прибрежных зон Черного моря, в том числе Керченского пролива, в среднем около 3 %, для Карского моря они варьировались в пределах 0–3 % в зависимости от местоположения станций, а для Каспийского моря (в районе устья р. Урал) различия составили до 52 %.

Выводы. Различия в соотношениях главных ионов в химическом составе вод исследуемых акваторий и водоемов существенно влияют на точность определения солености стандартным океанографическим оборудованием. Предположительно, на вариации основного ионного состава, особенно в поверхностном слое в прибрежной части моря, в большой степени влияет материковый пресноводный сток. Неучет изменчивости ионного состава приводит к ошибкам во время измерений физических параметров при традиционных CTD-зондированиях.

Ключевые слова

определение солености, соленость, ионный состав, химический состав, компонентный состав, плотность морской воды, морская вода, потенциометрическое титрование, Черное море, Керченский пролив, Каспийское море, Карское море

Благодарности

Исследования были выполнены при поддержке Российского научного фонда, грант 21-17-00191. Авторы выражают благодарность всем участникам экспедиций 2014–2021 гг., данные которых используются в работе.

Для цитирования

Андрулионис Н. Ю., Завьялов П. О., Ижицкий А. С. Влияние вариаций ионно-солевого состава вод на точность измерений солености // Морской гидрофизический журнал. 2022. Т. 38, № 5. С. 481–498. EDN JMZYYQ. doi:10.22449/0233-7584-2022-5-481-498

Andrulionis, N.Yu., Zavialov, P.O. and Izhitskiy, A.S., 2022. Effect of Variations in the Ion-Salt Water Composition on the Accuracy of Salinity Measurements. Physical Oceanography, 29(5), pp. 463-479. doi:10.22449/1573-160X-2022-5-463-479

DOI

10.22449/0233-7584-2022-5-481-498

Список литературы

  1. Pawlowicz R. Key Physical variables in the ocean: temperature, salinity, and density // Nature Education Knowledge. 2013. Vol. 4, iss. 4. 13.
  2. Culkin F., Smed J. The history of standard seawater // Oceanologica Acta.1979. Vol. 2, no. 3. P. 355–364. URL: https://archimer.ifremer.fr/doc/00122/23351/21178.pdf (date of access: 08.09.2022).
  3. The composition of standard seawater and the definition of the reference-composition salinity scale / F. J. Millero [et al.] // Deep Sea Research Part I: Oceanographic Research Papers. 2008. Vol. 55, iss. 1. P. 50–72. doi:10.1016/j.dsr.2007.10.001
  4. Millero F. J., Chetirkin P. V. The density of Caspian Sea waters // Deep Sea Research Part A. Oceanographic Research Papers. 1980. Vol. 27, iss. 3–4. P. 265–271. https://doi.org/10.1016/0198-0149(80)90017-5
  5. The Equation of state for Caspian Sea waters / F. J. Millero [et al.] // Aquatic Geochemistry. 2008. Vol. 14, iss. 4. P. 289–299. doi:10.1007/s10498-008-9037-0
  6. Kremling K. Relation between chlorinity and conductometric salinity in Black Sea water // The Black Sea – geology, chemistry, and biology. Tulsa : The American Association of Petroleum Geologists, 1974. P. 151–154. https://doi.org/10.1306/M20377C44
  7. Millero F. J. History of the equation of state of seawater // Oceanography. 2010. Vol. 23, no. 3. P. 18–33. https://doi.org/10.5670/oceanog.2010.21
  8. Millero F. J. Chemical Oceanography. 4th Edition. Boca Raton : CRC Press, 2013. 591 p. https://doi.org/10.1201/b14753
  9. Амиргалиев Н. А. Арало-Сырдарьинский бассейн: гидрохимия, проблемы водной токсикологии. Алматы : Бастау, 2007. 224 с.
  10. Андрулионис Н. Ю., Завьялов П. О. Лабораторные исследования основного компонентного состава гипергалинных озер // Морской гидрофизический журнал. 2019. Т. 35, № 1. С. 16–36. doi:10.22449/0233-7584-2019-1-16-36
  11. Андрулионис Н. Ю., Завьялов П. О., Ижицкий А. С. Современная эволюция солевого состава остаточных бассейнов Аральского моря // Океанология. 2022. Т. 62, № 1. C. 41–58. doi:10.1134/S000143702201002711
  12. Андрулионис Н. Ю., Завьялов П. О., Ижицкий А. С. Современная эволюция солевого состава вод западного бассейна Большого Аральского моря // Океанология. 2021. Т. 61, № 6. C. 925–935. doi:10.31857/S0030157421060034
  13. Гидрометеорология и гидрохимия морей СССР. Том II : Белое море. Вып. 2 : Гидрохимические условия и океанологические основы формирования биологической продуктивности. Л. : Гидрометеоиздат, 1991. 193 с.
  14. Хоружий Д. С., Овсяный Е. И., Коновалов С. К. Сопоставление результатов определения карбонатной системы и общей щелочности морской воды по данным различных аналитических методов // Морской гидрофизический журнал. 2011. № 3. С. 33–47.
  15. Поверхностный опресненный слой в Карском море / А. Г. Зацепин [и др.] // Океанология. 2010. Т. 50, № 5. C. 698–708.
  16. Structure of the buoyant plume formed by Ob and Yenisei river discharge in the southern part of the Kara Sea during summer and autumn / A. A. Osadchiev [et al.] // Journal of Geophysical Research: Oceans. 2017. Vol. 122, iss. 7. P. 5916–5935. https://doi.org/10.1002/2016JC012603
  17. Bottom sediments reveal inter-annual variability of interaction between the Ob and Yenisei plumes in the Kara Sea / A. A. Osadchiev [et al.] // Scientific Reports. 2019. Vol. 9. 18642. doi:10.1038/s41598-019-55242-3
  18. Structure of the freshened surface layer in the Kara Sea during ice-free periods / A. A. Osadchiev [et al.] // Journal of Geophysical Research: Oceans. 2021. Vol. 126, iss. 1. e2020JC016486. doi:10.1029/2020JC016486
  19. Savenko A. V., Savenko V. S. Adsorbed chemical elements of river runoff of solids and their role in the transformation of dissolved matter runoff into the ocean // Minerals. 2022. Vol. 12, iss. 4. 445. doi:10.3390/min12040445

Скачать статью в PDF-формате