3. Zasolenie i stałość składu wody morskiej Flashcards
Rozdział 2, 6.1, 6.3 + zał. 1 i 2 Korzeniewski
Jak zmienia się całkowita ilość wody w hydrosferze?
W bardzo niewielkim stopniu - jest praktycznie stała.
Jakie są źródła dopływu wody do hydrosfery?
Naturalne procesy:
1. Synteza wody z gazowego O2 i H2
2. Wydzielanie wód juwenilnych z magmy i skał
W wyniku czego następuje ubytek wody z hydrosfery?
- Fotodysocjacja w górnych warstwach atmosfery
- Chemiczne wiązanie wody w skałach
- Działalność człowieka
Czym jest woda juwenilna?
“Nowa” woda, która pochodzi z wnętrza Ziemi i nie pojawiła się wcześniej na jej powierzchni, ani nie krążyła w atmosferze.
Stanowi fazę wodną z minerałami, które zostały rozpuszczone przez magmę głęboko w skorupie ziemskiej.
Oddziela się od stopów w procesie ich krzepnięcia i powstawania skał magmowych.
Wydziela się w wyniku metamorfizmu skał w głębokich strefach skorupy ziemskiej w skutek zwiększającego się ciśnienia i temperatury.
Jakie są źródła jonów soli w oceanie?
- Większość soli rozpuszczonych w wodzie morskiej pochodzi z lądu
- Kominy hydrotermalne
- Podwodne erupcje wulkanów
Jak sole z lądu trafiają do oceanu i co się z nimi dzieje?
- woda deszczowa jest słabo kwaśna -> powoduje wietrzenie skał
- uwolnione substancje przenoszone są do rzek, trafiających do oceanu
- część soli wykorzystywana jest przez organizmy, a inne (np. Cl-) nie są usuwane - ich stężenia wzrastają z czasem.
Jakie substancje mineralne występują w roztworach hydrotermalnych?
- Juwenilne magmowe (Fe, Mn, Ti, V, Cr, Ni, Cu, Pt),
- Asymilacyjne magmowe (Sn, W, Be, Li, Nb, Ta),
- Filtracyjne pozamagmowe (Si, Ca, Mg, K, Cl…Fe, Mn).
Wymień źródła soli w oceanie:
- Sucha i mokra depozycja aerozoli
- Wietrzenie + dopływ eoliczny
- Resuspensja osadów
- Aktywność hydrotermalna
- Wymiana gazowa
- Wymiana wód porowych
Wymień straty soli w oceanie:
- Aerozole morskie
- Depozycja osadów
- Wychwytywanie soli przez organizmy wodne
- Aktywność hydrotermalna
- Wymiana gazowa
- Wymiana wód porowych
Skały magmowe jako źródło soli:
Źródło większości kationów i krzemianów rozpuszczonych w rzekach i oceanach. Zbudowane z krzemianów i glinokrzemianów - skalenie, miki, kwarc.
Minerały ilaste jako źródło soli w oceanie:
Powstają w wyniku wietrzenia skał magmowych. Główny składnik drobnoziarnistej frakcji w mułach i iłach. Zawierają mniej kationów w porównaniu do skał magmowych. Np. kaolinit, illit.
Minerały autigeniczne jako źródło soli w oceanach:
Wytrącają się z roztworów na powierzchni Ziemi i tworzą skały osadowe: ewaporaty. Np. halit, piryt.
Co to wietrzenie?
Mechaniczny rozpad i rozkład chemiczny (woda, CO2, tlen) skał pod wpływem działania energii słonecznej, powietrza, wody i organizmów. Zachodzi na powierzchni Ziemi i w jej wierzchniej warstwie (kilka-kilkadziesiąt m).
Od czego zależy intensywność wietrzenia?
- warunki klimatyczne, gł. wysokość, zmiany T, wilgotność
- topografia
- rodzaj i odporność podlegającej wietrzeniu skały
- występowanie organizmów
Jakie są główne reakcje wietrzenia?
- Reakcja CO2 z CaCO3
- Reakcja CO2 z glinokrzemianami
- Utlenianie zredukowanych związków (np. pirytu)
Na czym polega wietrzenie skał osadowych?
Reakcja CO2 z CaCO3
-> Jony H+ rozpuszczają węglan wapnia
-> Wietrzenie węglanów jest głównym źródłem jonów Ca2+ i 2HCO3-
Na czym polega wietrzenie skał magmowych?
Reakcja CO2 z glinokrzemianami
-> Główne źródło kationów K+ i Mg2+
-> Prowadzi do zużycia CO2
Jaki jest całościowy efekt wietrzenia?
Wzrost w wodzie rzecznej stężenia kationów, rozpuszczonej krzemionki i alkaliczności i usunięcie z niej O2 i CO2. Dopływ rzeczny jonów głównych jest największym ich źródłem w morzu.
Czy skład chemiczny rzek jest stały?
Nie, jest on przestrzennie i czasowo zmienny!
Co to stężenie molowe?
Molowość = ilość moli substancji w 1 L roztworu.
Co to molalność?
Ilość moli substancji na 1 kg roztworu (stosowane np. dla zasadowości).
Co to stężenie masowe?
Procent wagowy = liczba g substancji na 100 g, używany dla ciał stałych (np. osady).
Co to zasolenie?
Liczba gram rozpuszczonych nieorganicznych soli w 1kg wody morskiej [‰, g/kg, PSU]. Średnie zasolenie wody morskiej wynosi 35 PSU.
Na jakie właściwości wody morskiej wpływa jej zasolenie?
- Temperatura zamarzania (obniżona z 0 st. do -1.8 st. C)
- Gęstość wody (wraz z T)
- Siła jonowa
- Formowanie kompleksów z innymi jonami
- Trudności w analizie stężenia substancji
Jaki wpływ na ocean mają różnice w zasoleniu?
Napędzają cyrkulację termohalinową.
Wymień 4 właściwości koligatywne wody morskiej:
koligatywny = zależny od zbiorowości
- Obniżona (w stos. do wody słodkiej) T zamarzania (do ok. -2 st. C)
- Podwyższona T wrzenia
- Obniżona prężność pary nasyconej
- Zwiększone ciśnienie osmotyczne
Od czego zależą właściwości koligatywne?
Wyłącznie od ilości, a nie od rodzaju substancji rozpuszczonej w wodzie.
Podaj definicję zasolenia wg. Knudsena:
Masa soli nieorganizcznych wyrażona w g/kg wody morskiej, w której wszystkie halogenki podstawiono równoważną ilością chlorków, węglany zamieniono w tlenki, a pozostałość wysuszono do stałej masy w T = 480 st. C.
Podaj związek między zasoleniem a równowartością chlorkową:
Sal [‰] = 1.805 Cl ‰ + 0.030
Dla mórz śródlądowych z dużym dopływem rzecznym:
Sal [‰] = 1.805 Cl ‰ + 0.082
Wg. UNESCO:
Sal [‰] = 1.80655 Cl ‰
Jaki jest standard wyznaczania zasolenia od 1978 r?
Zasolenie w skali praktycznej (S PSU), na podstawie zmierzonego przewodnictwa.
K15 = przewodnictwo el. próbki wody morskiej/przewodnictwo el. wzorca KCl
Na czym polega zasolenie absolutne?
Zasolenie w skali absolutnej (SA) określa ułamek masowy soli w wodzie morskiej, wyrażone w g/kg, uwzględnione w termodynamicznym równaniu wody morskiej.
SA = 35.16504/35 * S PSU + delta SA
Standard od 2010 r!
Podaj wzór i znaczenie reguły Marceta:
Reguła Marceta - zasada stałych stosunków jonowych (1819 r)
k = A/S
Gdzie: k - wartość stała, różna dla każdego składnika
A - stężenie jednego z głównych składników zasolenia wody morskiej
S - zasolenie
Jony główne - składniki wody morskiej występują w stałych proporcjach w stosunku do innych i do ogólnej zawartości soli w wodzie morskiej.
Dlaczego bez względu na to, jak zmienia się zasolenie w toni wodnej, stosunki między głównymi jonami są praktycznie stałe?
Ponieważ szybkość mieszania wód jest znacznie większa niż tempo procesów chemicznych, w wyniku których dochodzi do usunięcia lub wprowadzenia jonów głównych.
Podaj jony główne wody morskiej:
Jony konserwatywne/zachowawcze:
Cl-, SO42-, HCO3-, Na+, Mg2+, Ca2+, K+
Jakie są cechy składników konserwatywnych?
- Występują w wodzie morskiej w dużych stężeniach.
- Decydują o właściwościach fizycznych, termodynamicznych, elektrochemicznych, optycznych i akustycznych wody morskiej.
- Ich stężenia i wzajemne proporcje nie ulegają zmianom okresowym związanym z cyklem biologicznym.
- Ich stężenie i forma występowania zależą wyłącznie od procesów geochemicznych i hydrodynamicznych.
Gdzie występują odstępstwa od prawa stałości składu?
W rejonach, gdzie źródło wody ma inny skład jonowy lub reakcje chemiczne zmieniają proporcje między jonami;
- estuaria i morza zamknięte -> więcej HCO3- i Ca2+
- solanki -> usuwanie Ca, Na, siarczanów, chlorków
- wody beztlenowe
- kominy hydrotermalne -> mniej Mg i zasadowości, więcej Si
Wymień najważniejsze i poboczne procesy fizyczne zmieniające zasolenie wody morskiej:
Najważniejsze:
1. Parowanie
2. Opady atmosferyczne
3. Turbulentne mieszanie (fale, prądy) między masami wody o różnym zasoleniu
Poboczne:
- molekularna dyfuzja jonów
- zamarzanie/rozmarzanie lodu morskiego
- topienie się lodu (lodowce, góry lodowe)
Opisz wpływ opadów i parowania na zasolenie w wymiarze przestrzennym:
Niższe zasolenie występuje na równiku (33 PSU) oraz na dużych szerokościach geograficznych powyżej 40 stopnia N i S (ok. 35 PSU), ze względu na intensywne opady.
Wyższe (do 37.5 PSU) zasolenie występuje między 20 - 30 stopni N i S, ze względu na zwrotnikową przewagę parowania nad opadami.
Podaj wzór na prawo Ficka i powiedz, co oznacza:
F = -Dc d[C]/dz
Gdzie: d[C]/dz - gradient koncentracji
-Dc - współczynnik dyfuzji
Przewiduje, jak dyfuzja powoduje zmianę stężenia lokalnie w czasie.
Opisz pionowy gradient zasolenia:
- Na dużych szerokościach geograficznych zasolenie rośnie wraz z głębokością.
- Na średnich zasolenie spada głębokością.
- Poniżej 1000 m zasolenie zmienia się w niewielkim zakresie, niezależnie od szerokości geograficznej.
Opisz warstwowość otwartych wód oceanów:
1) Powierzchniowa, wymieszana warstwa ciepłej wody
2) Piknoklina - szybki spadek T i wzrost zasolenia -> wzrost gęstości
3) Głębinowe, zimne wody
Na dużych szerokościach geograficznych występuje tylko 1 warstwa wody!!
Czym są wody słonawe?
Brakiczne = wody, w których zasolenie jest większe niż wód słodkowodnych, ale mniejsze niż wód otwartego oceanu.
Powstają w wyniku mieszania tych dwóch typów wód w np. estuariach.
Zawierają 0.5-30 g soli/kg wody.
Jakie są rodzaje wlewów wód oceanicznych do Bałtyku?
- BAROTROPOWE = wynikające z różnicy w poziomie wód między Kattegatem a Bałtykiem Wschodnim - typowe dla zimy.
- BAROKLINOWE = wymuszone różnicą gęstości wód bałtyckich i Morza Północnego.
