塩分
世界の海洋における年間平均海面塩分濃度。2009年版世界海洋地図帳のデータより。 [ 1 ]
国際海洋物理学協会 (IAPSO) 標準海水。

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、g/Lまたはg/kg（水1リットル/ 1キログラムあたりの塩分グラム数。後者は無次元で‰に等しい）で測定されます。

塩分濃度は、天然水の化学組成やその中で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、水の密度や熱容量といった物理的特性を支配する熱力学的状態変数です。これらの特性は、海流や大気との熱交換を理解する上で重要です。

一定の塩分濃度の等高線は、等塩線、または等ハレ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、技術的に正確に定義し測定することは困難です。概念的には、塩分濃度は水中に溶解している塩分の量です。塩とは、塩化ナトリウム、硫酸マグネシウム、硝酸カリウム、炭酸水素ナトリウムなどの化合物で、イオンに溶解します。溶解している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。実用的には、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、後に通常は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中に含まれる溶解物質の質量 という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沿岸部ではより低い値になることがよくあります。河川や湖沼の塩分濃度は0.01 g/kg未満[ 3 ]から数g/kgまで幅広くありますが、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用いられたとしても、特定の天然水サンプルの塩分値は数パーセント（%）以上の変動はありません。しかしながら、深海で研究を行う海洋物理学者は、異なる研究者が異なる時期に実施した測定の精度と相互比較可能性（有効数字5桁近く）を懸念しています。[ 6 ]海洋学者は、IAPSO標準海水として知られるボトル入りの海水製品を使用して、この要件を満たすのに十分な精度で測定値を標準化しています。

構成

測定と定義の困難さは、天然水が様々な起源（必ずしも溶解塩由来ではない）の様々な分子形態を持つ多種多様な元素の複雑な混合物であるためです。これらの形態の一部は、温度と圧力に依存して化学的性質が異なります。これらの形態の多くは高精度での測定が困難であり、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。塩分濃度の実用的な定義は、これらの問題を考慮しようとする様々な試みによって、精度のレベルが異なりながらも、ある程度使いやすいままとなっています。

実用上の理由から、塩分濃度は通常、この組成を生み出した未知の塩の質量ではなく、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）に関連付けられます（人工海水が作られる場合を除く）。多くの目的において、この合計は天然水中の8つの主要イオンのセットに限定できますが、[ 7 ] [ 8 ]最高精度の海水の場合、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、塩分濃度の記述には含まれません。[ 2 ]しかし、二酸化炭素ガスは溶解すると部分的に炭酸塩や重炭酸塩に変換されるため、しばしば含まれます。また、ほとんどの天然水のpH範囲で中性分子として存在するケイ酸の形態のケイ素も、目的によっては含まれることがあります（例えば、塩分と密度の関係を調べる場合など）。

海水

NASAの3分間の完全版動画（2013年2月27日）アルゼンチンのSAC-D衛星に搭載されたNASAのアクエリアス観測機器は、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月にかけてアクエリアスが測定した塩分濃度のパターンを示しています。赤色は塩分濃度の高い領域、青色は塩分濃度の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、特定の測定技術群のいずれかに関連付けられます。主流の技術が進化するにつれて、塩分濃度の表現も変化します。1980年代以前は、塩分濃度は主に滴定法を用いて測定されていました。硝酸銀を用いた滴定は、ハロゲン化物イオン（主に塩素と臭素）の濃度を測定するために用いられ、塩素濃度を算出しました。その後、この塩素濃度に係数を乗じることで、他のすべての成分が考慮されました。得られた「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値を使用することで、実用塩分目盛1978（PSS-78）と呼ばれる目盛が開発されました。 [ 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、実用塩分単位を表す接尾辞psuまたはPSUが付加されることがある。[ 11 ]値の後に単位としてPSUを付加することは「正式には誤りであり、強く推奨されない」。[ 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、また温位温度の代わりに保存温度を用いることが提唱されました。[ 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尺度が含まれています。この尺度の絶対塩分濃度は、質量分率（溶液1キログラムあたりのグラム数）で表されます。この尺度の塩分濃度は、電気伝導率の測定値と、海水組成の地域的な変化を考慮したその他の情報を組み合わせることで決定されます。また、密度を直接測定することでも決定できます。

ほとんどの地域における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 ]

地球規模では、人為的な気候変動が1950年代以降、表層および表層下の塩分濃度の観測された変化に寄与してきました。21世紀を通しての表層塩分濃度の変化予測は、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と示唆しています。[ 13 ]

塩分濃度は、異なる質量のトレーサーとして機能します。表層水は沈降する水と入れ替わるように引き込まれ、その結果、沈降するのに十分な冷たさと塩分濃度になります。塩分分布は海洋循環の形成に寄与します。

湖と川

湖沼学者や化学者は、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においてのみ正確に適用されることが暗黙的に示されていますが、明言されることはほとんどありません。このように提示される値は、通常1%程度の精度です。湖沼学者は、塩分の代替指標として電気伝導率、つまり「基準伝導率」も使用します。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℃における比導電率は80～130 μS/cmです。実際の導電率は、含まれるイオンの種類によって異なります。[ 14 ]実際の導電率は通常、1℃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。

密度の直接測定は、特に塩分濃度の高い湖において、塩分濃度の推定にも用いられます。[ 4 ]特定の温度における密度が塩分濃度の代理指標として用いられる場合もあります。また、特定の水域で得られた経験的な塩分濃度と密度の関係を用いて、測定された密度からサンプルの塩分濃度を推定する場合もあります。

水の塩分濃度
淡水汽水塩水塩水
0.05%未満 0.05～3% 3～5％ > 5%
0.5‰未満 0.5～30‰ 30～50‰ > 50‰

塩分濃度に基づく水域の分類

タラシックシリーズ
> 300‰
高塩分
60～80‰
メタハリン
40‰
ミクソウハリン
30‰
多塩性
18‰
中塩性
5‰
オリゴ塩
0.5‰

海水は海洋の水であり、別名ユーハリン海とも呼ばれます。ユーハリン海の塩分濃度は30～35‰です。汽水または汽水域の塩分濃度は0.5～29‰、メタハリン海の塩分濃度は36～40‰です。これらの水域は、塩分濃度が海洋由来であるため、すべて地中海性海域とみなされ、塩分濃度が時間経過とともに大きく変化しない（実質的に一定）場合はホモイオハリンと定義されます。右の表は、Por (1972) [ 15 ] [ 16 ]を改変したもので、「ヴェネツィア方式」（1959）に従っています。[ 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（地中海性環境でもある）が存在します。 [ 18 ]変塩性水の塩分濃度は、0.5‰から300‰を超える範囲にわたります。重要な特徴は、これらの水域は季節的あるいはそれとほぼ同等の時間スケールにおいて、生物学的に意味のある範囲で塩分濃度が変動する傾向があることです。簡単に言えば、これらは塩分濃度が極めて変動しやすい水域です。

塩分濃度の高い水、つまり塩が結晶化した（または結晶化しつつある）水は、塩水と呼ばれます。

環境への配慮

塩分濃度は非常に重要な生態学的要因であり、水域に生息する生物の種類に影響を与えます。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 ] 塩性条件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 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。非常に塩分の高い条件で生息できる生物（主に細菌）は、極限環境生物、特に好塩生物に分類されます。広い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には費用がかかり、塩分濃度は水利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を及ぼします。アメリカ合衆国では、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、湖や河川の塩分濃度が上昇していること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、海面における塩分濃度の変化と水温の変化による密度の変化が浮力の変化を引き起こし、水塊の沈降と浮上を引き起こします。塩分濃度の高い水は二酸化炭素の溶解度が低いため、海洋の塩分濃度の変化は地球規模の二酸化炭素濃度の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、海洋の成層化が循環低下の原因となる可能性があります。このような場合、熱塩循環を通って水が沈み込むことはより困難になります。

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、特に北大西洋亜極域では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大西洋の塩分を多く含んだ水の北方への輸送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海水は淡水化しています。[ 13 ] [ 24 ]

参照

参考文献

  1. ^世界海洋地図帳 2009 . nodc.noaa.gov
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