Salinità: cos’è, concentrazione di sali di una soluzione

La salinità indica la concentrazione di sali di una soluzione, chiamato acqua salata.

Solitamente si misura in g/L o g/kg (grammi di sale per litro/chilogrammo d’acqua; quest’ultimo è adimensionale e pari a ‰).

ed è una variabile di stato termodinamico che, insieme alla temperatura e alla pressione, governa caratteristiche fisiche come la densità e la capacità termica dell’acqua.

Una linea di contorno a salinità costante è detta isoalina o talvolta isoale .

Definizioni

La salinità nei fiumi, nei laghi e negli oceani è concettualmente semplice, ma tecnicamente difficile da definire e misurare con precisione.

Concettualmente la salinità è la quantità di sale disciolto contenuto nell’acqua. I sali sono composti come cloruro di sodio, solfato di magnesio, nitrato di potassio e bicarbonato di sodio che si dissolvono in ioni.

La concentrazione degli ioni cloruro disciolti viene talvolta definita clorinità.

Operativamente, la materia disciolta è definita come quella che può passare attraverso un filtro molto fine (storicamente un filtro con una dimensione dei pori di 0,45 μm, ma oggi solitamente 0,2 μm). 

La salinità può essere espressa sotto forma di frazione di massa , ovvero la massa del materiale disciolto in una massa unitaria di soluzione.

L’acqua di mare ha tipicamente una salinità di massa di circa 35 g/kg, anche se valori più bassi sono tipici vicino alle coste dove i fiumi sfociano nell’oceano.

Fiumi e laghi possono avere un’ampia gamma di salinità, da meno di 0,01 g/kg a pochi g/kg, sebbene vi siano molti luoghi in cui si riscontrano salinità più elevate.

Il Mar Morto ha una salinità superiore a 200 g/kg. Le precipitazioni hanno tipicamente un TDS di 20 mg/kg o meno.

Qualunque sia la dimensione dei pori utilizzata nella definizione, il valore di salinità risultante di un dato campione di acqua naturale non varierà di più di una piccola percentuale (%).

Gli oceanografi fisici che lavorano nell’oceano abissale, tuttavia, sono spesso preoccupati della precisione e dell’intercomparabilità delle misurazioni effettuate da diversi ricercatori,

in tempi diversi, fino a quasi cinque cifre significative. 

Un prodotto di acqua di mare in bottiglia noto come IAPSO Standard Seawater viene utilizzato dagli oceanografi per standardizzare le loro misurazioni con una precisione sufficiente per soddisfare questo requisito.

Composizione

Le difficoltà di misurazione e definizione sorgono perché le acque naturali contengono una miscela complessa di molti elementi diversi provenienti da fonti diverse (non tutti da sali disciolti) in diverse forme molecolari.

Le proprietà chimiche di alcune di queste forme dipendono dalla temperatura e dalla pressione.

Molte di queste forme sono difficili da misurare con elevata precisione e in ogni caso un’analisi chimica completa non è pratica quando si analizzano campioni multipli.

Diverse definizioni pratiche di salinità risultano da diversi tentativi di spiegare questi problemi, a diversi livelli di precisione, pur rimanendo ragionevolmente facili da usare.

Per ragioni pratiche la salinità è solitamente correlata alla somma delle masse di un sottoinsieme di questi costituenti chimici disciolti (la cosiddetta salinità della soluzione ),

piuttosto che alla massa sconosciuta di sali che ha dato origine a questa composizione (un’eccezione è quando l’acqua di mare artificiale viene creato).

Per molti scopi questa somma può essere limitata a un insieme di otto ioni principali nelle acque naturali, sebbene per l’acqua di mare con la massima precisione siano inclusi anche altri sette ioni minori. 

Gli ioni principali dominano la composizione inorganica della maggior parte (ma non di tutte) le acque naturali.

Le eccezioni includono alcuni laghi di fossa e le acque di alcune sorgenti idrotermali .

Le concentrazioni di gas disciolti come ossigeno e azoto non sono solitamente incluse nelle descrizioni della salinità. 

Tuttavia, spesso è incluso il gas anidride carbonica, che una volta disciolto viene parzialmente convertito in carbonati e bicarbonati.

Per alcuni scopi (ad esempio, quando si studiano le relazioni salinità/densità) può essere incluso anche il silicio sotto forma di acido silicico,

che di solito appare come una molecola neutra nell’intervallo di pH della maggior parte delle acque naturali.

Acqua di mare

Il termine “salinità” è, per gli oceanografi, solitamente associato a una di una serie di tecniche di misurazione specifiche.

Man mano che le tecniche dominanti si evolvono, si evolvono anche diverse descrizioni della salinità.

Le salinità venivano in gran parte misurate utilizzando tecniche basate sulla titolazione prima degli anni ’80.

La titolazione con nitrato d’argento potrebbe essere utilizzata per determinare la concentrazione di ioni alogenuri (principalmente cloro e bromo ) per ottenere la clorinità.

La clorurità è stata poi moltiplicata per un fattore per tenere conto di tutti gli altri costituenti. Le “salinità Knudsen” risultanti sono espresse in unità di parti per mille (ppt o ‰ ).

L’uso delle misurazioni della conducibilità elettrica per stimare il contenuto ionico dell’acqua di mare ha portato allo sviluppo della scala chiamata scala pratica della salinità 1978 (PSS-78). 

Le salinità misurate utilizzando PSS-78 non hanno unità.Il suffisso psu o PSU (che indica l’unità pratica di salinità ) viene talvolta aggiunto ai valori di misurazione PSS-78. 

L’aggiunta di PSU come unità dopo il valore è “formalmente errata e fortemente sconsigliata”.

Nel 2010 è stato introdotto un nuovo standard per le proprietà dell’acqua di mare chiamato equazione termodinamica dell’acqua di mare 2010 ( TEOS-10 ),

che sostiene la salinità assoluta in sostituzione della salinità pratica e la temperatura conservativa in sostituzione della temperatura potenziale. 

Questo standard include una nuova scala chiamata scala della salinità della composizione di riferimento. Le salinità assolute su questa scala sono espresse come frazione di massa, in grammi per chilogrammo di soluzione.

Le salinità su questa scala vengono determinate combinando le misurazioni della conduttività elettrica con altre informazioni che possono tenere conto dei cambiamenti regionali nella composizione dell’acqua di mare.

Possono anche essere determinati effettuando misurazioni dirette della densità.

Un campione di acqua di mare proveniente dalla maggior parte delle località con una clorinità di 19,37 ppt avrà una salinità Knudsen di 35,00 ppt,

una salinità pratica PSS-78 di circa 35,0 e una salinità assoluta TEOS-10 di circa 35,2 g/kg. La conduttività elettrica di quest’acqua alla temperatura di 15 °C è 42,9 mS/cm.

Su scala globale, è estremamente probabile che i cambiamenti climatici causati dall’uomo abbiano contribuito ai cambiamenti osservati della salinità superficiale e sotterranea a partire dagli anni ’50,

e le proiezioni dei cambiamenti della salinità superficiale nel corso del 21° secolo indicano che le regioni oceaniche fresche continueranno a diventare più fresche e salate le regioni continueranno a diventare più salate.

La salinità funge da tracciante di diverse masse. L’acqua superficiale viene aspirata per sostituire l’acqua che affonda, che a sua volta diventa sufficientemente fredda e salata da affondare.

La distribuzione della salinità contribuisce a modellare la circolazione oceanica.

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