Havsvatten - Seawater
| Del av en serie om |
| Vatten salthalt |
|---|
 |
| Salthalter |
|
Sötvatten (<0,05%) Brakvatten (0,05–3%) Saltlösning (3–5%) Saltlösning (> 5%upp till 26%-28%max) |
| Vattendrag |
Havsvatten , eller saltvatten , är vatten från ett hav eller hav . I genomsnitt har havsvatten i världshaven en salthalt på cirka 3,5% (35 g/l, 35 ppt, 600 mM). Detta betyder att varje kilo (ungefär en liter i volym) havsvatten har cirka 35 gram (1,2 oz) lösta salter (främst natrium ( Na+
) och klorid ( Cl-
) joner ). Medeltätheten vid ytan är 1,025 kg/l. Havsvatten är tätare än både sötvatten och rent vatten (densitet 1,0 kg/l vid 4 ° C (39 ° F)) eftersom de lösta salterna ökar massan med en större andel än volymen. I jämförelse är de flesta människors fysiologiska saltlösning ungefär en fjärdedel av detta, till exempel är blod 9g/l (0,9% vikt/volym). Fryspunkten för havsvatten minskar när saltkoncentrationen ökar. Vid typisk salthalt fryser det vid cirka -2 ° C (28 ° F). Det kallaste havsvattnet som någonsin registrerats hittades 2010, i en bäck under en antarktisk glaciär : den uppmätta temperaturen var -2,6 ° C (27,3 ° F). Havsvattens pH är vanligtvis begränsat till ett intervall mellan 7,5 och 8,4. Det finns dock ingen allmänt accepterad referens-pH-skala för havsvatten och skillnaden mellan mätningar baserade på olika referensskalor kan vara upp till 0,14 enheter.
Geokemi
Salthalt
Även om de allra flesta havsvatten har en salthalt på mellan 31 g/kg och 38 g/kg, det vill säga 3,1–3,8%, är havsvattnet inte enhetligt saltlöst över hela världen. När blandning sker med sötvattensavrinning från flodmynningar, nära smältande glaciärer eller stora mängder nederbörd (t.ex. monsun ), kan havsvatten vara betydligt mindre saltlösning. Det mest saltvatten öppna havet är Röda havet , där höga avdunstningshastigheter , låg nederbörd och låg flodavrinning och begränsad cirkulation resulterar i ovanligt saltvatten. Salthalten i isolerade vattendrag kan fortfarande vara betydligt större - ungefär tio gånger högre för Döda havet . Historiskt sett användes flera salthaltsskalor för att approximera havsvattnets absoluta salthalt. En populär skala var "Practical Salinity Scale" där salthalten mättes i "praktisk salthaltenheter (PSU)". Den nuvarande standarden för salthalt är skalan "Referenssalthalt" med salthalten uttryckt i enheter av "g/kg".
Termofysiska egenskaper hos havsvatten
Den densitet av ytan havsvatten varierar från ca 1020 till 1029 kg / m 3 , beroende på temperatur och salthalt. Vid en temperatur på 25 ° C, salthalt på 35 g/kg och 1 atm -tryck är havsvattnets densitet 1023,6 kg/m 3 . Djupt i havet, under högt tryck, kan havsvattnet nå en densitet på 1050 kg/m 3 eller högre. Tätheten av havsvatten förändras också med salthalten. Saltlösning som genereras av avsaltningsanläggningar för havsvatten kan ha saltinnehåll upp till 120 g/kg. Densiteten hos typisk havsvattenlösning med 120 g/kg salthalt vid 25 ° C och atmosfärstryck är 1088 kg/m 3 . Havsvattens pH är begränsat till intervallet 7,5 till 8,4. Ljudets hastighet i havsvatten är cirka 1500 m/s (medan ljudets hastighet vanligtvis är cirka 330 m/s i luft vid ungefär 101,3 kPa tryck, 1 atmosfär) och varierar med vattentemperatur, salthalt och tryck. Den termiska ledningsförmågan av havsvatten är 0,6 W / mK vid 25 ° C och en salthalt av 35 g / kg. Värmeledningsförmågan minskar med ökande salthalt och ökar med stigande temperatur.
Kemisk sammansättning
Havsvatten innehåller fler lösta joner än alla typer av sötvatten. Emellertid skiljer sig förhållandena mellan lösta ämnen dramatiskt. Till exempel, även om havsvatten innehåller cirka 2,8 gånger mer bikarbonat än flodvatten, är andelen bikarbonat i havsvatten i förhållande till alla lösta joner mycket lägre än i flodvatten. Bikarbonatjoner utgör 48% av flodvattenlösta ämnen men endast 0,14% för havsvatten. Skillnader som dessa beror på de varierande uppehållstiderna för havsvattenlösningar; natrium och klorid har mycket långa uppehållstider, medan kalcium (avgörande för karbonatbildning ) tenderar att fälla ut mycket snabbare. De vanligaste lösta jonerna i havsvatten är natrium, klorid, magnesium , sulfat och kalcium. Dess osmolaritet är cirka 1000 mOsm/l.
Små mängder andra ämnen återfinns, inklusive aminosyror i koncentrationer upp till 2 mikrogram kväveatomer per liter, som antas ha spelat en nyckelroll i livets ursprung .
| Element | Massprocent |
|---|---|
| Syre | 85,84 |
| Väte | 10,82 |
| Klor | 1,94 |
| Natrium | 1,08 |
| Magnesium | 0,1292 |
| Svavel | 0,091 |
| Kalcium | 0,04 |
| Kalium | 0,04 |
| Brom | 0,0067 |
| Kol | 0,0028 |
| Komponent | Koncentration (mol/kg) |
|---|---|
| H 2O |
53,6 |
| Cl- |
0,546 |
| Na+ |
0,469 |
| Mg2+ |
0,0528 |
| SÅ2− 4 |
0,0282 |
| Ca2+ |
0,0103 |
| K+ |
0,0102 |
| C T | 0,00206 |
| Br- |
0,000844 |
| B T | 0,000416 |
| Sr2+ |
0.000091 |
| F- |
0.000068 |
Mikrobiella komponenter
Forskning 1957 av Scripps Institution of Oceanography tog prov på vatten på både pelagiska och neritiska platser i Stilla havet. Direkta mikroskopiska räkningar och kulturer användes, de direkta räkningarna visade i vissa fall upp till 10 000 gånger de som erhölls från kulturer. Dessa skillnader tillskrevs förekomsten av bakterier i aggregat, selektiva effekter av odlingsmediet och närvaron av inaktiva celler. En markant minskning av antalet bakteriekulturer noterades under termoklinen , men inte genom direkt mikroskopisk observation. Ett stort antal spirilliknande former sågs med mikroskop men inte under odling. Skillnaden i antal erhållna med de två metoderna är välkänd inom detta och andra områden. Under 1990 -talet gjorde förbättrade tekniker för upptäckt och identifiering av mikrober genom att sondera bara små bitar av DNA , det möjligt för forskare som deltog i Census of Marine Life att identifiera tusentals tidigare okända mikrober som vanligtvis endast finns i små antal. Detta avslöjade en mycket större mångfald än tidigare misstänkt, så att en liter havsvatten kan rymma mer än 20000 arter. Mitchell Sogin från Marine Biological Laboratory anser att "antalet olika typer av bakterier i haven kan förmörka fem till tio miljoner."
Bakterier finns på alla djup i vattenpelaren , liksom i sedimenten, vissa är aeroba, andra anaeroba. De flesta simmar fritt, men vissa finns som symbionter inom andra organismer-exempel på att dessa är bioluminescerande bakterier. Cyanobakterier spelade en viktig roll i utvecklingen av havsprocesser, vilket möjliggjorde utveckling av stromatoliter och syre i atmosfären.
Vissa bakterier interagerar med kiselalger och bildar en kritisk länk i kiselcirkulationen i havet. En anaerob art, Thiomargarita namibiensis , spelar en viktig roll i nedbrytningen av svavelväteutbrott från kiselformade sediment utanför Namibias kust, och genereras av höga växtplanktontillväxt i Benguelas nuvarande uppväxtzon, så småningom faller till havsbotten.
Bakterieliknande Archaea överraskade marina mikrobiologer genom deras överlevnad och blomstrande i extrema miljöer, till exempel de hydrotermiska ventilerna på havsbotten. Alkalotoleranta marina bakterier som Pseudomonas och Vibrio spp. överlever i ett pH -område på 7,3 till 10,6, medan vissa arter kommer att växa endast vid pH 10 till 10,6. Archaea finns också i pelagiska vatten och kan utgöra så mycket som hälften av havets biomassa , vilket helt klart spelar en viktig roll i oceaniska processer. År 2000 avslöjade sediment från havsbotten en art av Archaea som bryter ner metan , en viktig växthusgas och är en viktig bidragsgivare till atmosfärisk uppvärmning. Vissa bakterier bryter ner stenarna på havsbotten och påverkar havsvattnets kemi. Oljeutsläpp och avrinning som innehåller mänskligt avlopp och kemiska föroreningar har en markant effekt på mikrobiellt liv i närheten, liksom att de innehåller patogener och toxiner som påverkar alla former av marint liv . De protistiska dinoflagellaterna kan vid vissa tillfällen genomgå befolkningsexplosioner som kallas blommor eller röda tidvatten , ofta efter förorening av människor. Processen kan producera metaboliter som kallas biotoxiner, som rör sig längs havets näringskedja och fördärvar djurkonsumenter av högre ordning.
Pandoravirus salinus , en art av mycket stora virus, med ett genom mycket större än någon annan virusarter, upptäcktes 2013. Liksom de andra mycket stora virus Mimivirus och Megavirus , Pandoravirus infekterar amöbor, men dess genom innehåller 1,9-2,5 megabaser av DNA, är dubbelt så stort som Megavirus , och det skiljer sig mycket från de andra stora virusen i utseende och genomstruktur.
År 2013 meddelade forskare från Aberdeen University att de påbörjade en jakt på oupptäckta kemikalier i organismer som har utvecklats i djuphavsgravar, i hopp om att hitta "nästa generation" av antibiotika, i väntan på en "antibiotisk apokalyps" med brist på ny infektion- bekämpa droger. Den EU-finansierade forskningen kommer att starta i Atacama-diken och sedan fortsätta med att söka diken utanför Nya Zeeland och Antarktis.
Havet har en lång historia om bortskaffande av mänskligt avfall med antagandet att dess stora storlek gör att det kan absorbera och späda ut allt skadligt material. Även om detta kan vara sant i liten skala, har de stora mängderna avlopp som rutinmässigt dumpats skadat många kustnära ekosystem och gjort dem livshotande. Patogena virus och bakterier förekommer i sådana vatten, såsom Escherichia coli , Vibrio cholerae orsaken till kolera , hepatit A , hepatit E och polio , tillsammans med protozoer som orsakar giardiasis och kryptosporidios . Dessa patogener förekommer rutinmässigt i ballastvattnet i stora kärl och sprids mycket när ballasten släpps ut.
Ursprung och historia
Vattnet i havet trodde man komma från jordens vulkaner , med början för 4 miljarder år sedan, frigjort genom avgasning från smält sten. Nyare arbete tyder på att mycket av jordens vatten kan komma från kometer .
Vetenskapliga teorier bakom havssaltets ursprung började med Sir Edmond Halley 1715, som föreslog att salt och andra mineraler fördes ut i havet av floder efter att nederbörd sköljde ur marken. När de kom till havet koncentrerades dessa salter när mer salt kom över tiden (se hydrologisk cykel ). Halley noterade att de flesta sjöar som inte har havsutlopp (som Döda havet och Kaspiska havet , se endorheisk bassäng ), har hög salthalt. Halley kallade denna process "kontinental vittring".
Halleys teori var delvis korrekt. Dessutom läckte natrium ut ur havsbotten när havet bildades. Närvaron av saltets andra dominerande jon, klorid, härrör från utsläpp av klorid (som saltsyra ) med andra gaser från jordens inre via vulkaner och hydrotermiska ventiler . Natrium- och kloridjonerna blev därefter de vanligaste beståndsdelarna i havssalt.
Havs salthalt har varit stabilt i miljarder år, troligen som en följd av ett kemiskt/ tektoniskt system som tar bort lika mycket salt som avsätts; exempelvis natrium-och klorid sänkor inkluderar evaporite insättningar, por-vatten nedgrävning och reaktioner med havsbotten basalter .
Mänskliga effekter
Klimatförändringar , stigande koldioxidhalter i jordens atmosfär , överflödiga näringsämnen och föroreningar i många former förändrar den globala oceaniska geokemin . Förändringstakten för vissa aspekter överstiger kraftigt de i den historiska och senaste tidens geologiska rekord. Större trender inkluderar en ökande surhet , minskat underjordiskt syre i både strandnära och pelagiska vatten, stigande kvävehalter vid kusten och utbredd ökning av kvicksilver och ihållande organiska föroreningar. De flesta av dessa störningar är antingen direkt eller indirekt knutna till mänskligt förbränning av fossila bränslen, gödningsmedel och industriell verksamhet. Koncentrationerna beräknas öka under de kommande decennierna, med negativa effekter på havsbiota och andra marina resurser.
En av de mest slående särdragen hos detta är försurning av havet , till följd av ökad CO 2 -upptagning av oceanerna relaterad till högre atmosfärskoncentration av CO 2 och högre temperaturer, eftersom det allvarligt påverkar korallrev , blötdjur , pikdjur och kräftdjur (se korallblekning ) .
Mänsklig konsumtion
Att oavsiktligt konsumera små mängder rent havsvatten är inte skadligt, särskilt om havsvattnet tas med en större mängd färskvatten. Att dricka havsvatten för att bibehålla hydrering är dock kontraproduktivt; mer vatten måste utsöndras för att eliminera saltet (via urinen ) än mängden vatten som fås från själva havsvattnet. Under normala omständigheter skulle det anses vara dåligt att konsumera stora mängder ofiltrerat havsvatten.
Den njursystemet reglerar aktivt nivåerna av natrium och klorid i blodet inom ett mycket snävt intervall runt 9 g / l (0,9 vikt-%).
I de flesta öppna vatten varierar koncentrationerna något kring typiska värden på cirka 3,5%, mycket högre än kroppen tål och mest utöver vad njurarna kan bearbeta. En punkt som ofta förbises i påståenden om att njuren kan utsöndra NaCl i baltiska koncentrationer på 2% (i argument för motsatsen) är att tarmen inte kan absorbera vatten vid sådana koncentrationer, så att det inte är någon fördel med att dricka sådant vatten. Att dricka havsvatten ökar tillfälligt blodets NaCl -koncentration. Detta signalerar njuren att utsöndra natrium, men havsvattens natriumkoncentration ligger över njurens maximala koncentrationsförmåga. Så småningom stiger blodets natriumkoncentration till toxiska nivåer, tar bort vatten från celler och stör nervledning , vilket i slutändan producerar dödligt anfall och hjärtarytmi .
Överlevnadsmanualer avråder konsekvent från att dricka havsvatten. En sammanfattning av 163 livflottefärder uppskattade dödsrisken till 39% för dem som drack havsvatten, jämfört med 3% för dem som inte gjorde det. Effekten av havsvattenintag på råttor bekräftade de negativa effekterna av att dricka havsvatten vid uttorkning.
Frestelsen att dricka havsvatten var störst för sjömän som hade förbrukat sin tillgång till färskt vatten och inte kunde fånga tillräckligt med regnvatten för att dricka. Denna frustration beskrevs ökänt av en linje från Samuel Taylor Coleridge 's rimen av den forntida Mariner :
- "Vatten, vatten, överallt,
och alla brädor krympte;
Vatten, vatten, överallt, och
ingen droppe att dricka."
- "Vatten, vatten, överallt,
Även om människor inte kan överleva på havsvatten, hävdar vissa att upp till två koppar om dagen, blandat med färskt vatten i förhållandet 2: 3, inte ger någon dålig effekt. Den franska läkaren Alain Bombard överlevde en havsöverfart i en liten Zodiak -gummibåt med huvudsakligen rått fiskkött, som innehåller cirka 40 procent vatten (som de flesta levande vävnader), samt små mängder havsvatten och andra proviant som skördats från havet. Hans resultat utmanades, men en alternativ förklaring gavs inte. I sin bok från 1948, Kon-Tiki , rapporterade Thor Heyerdahl att han drack havsvatten blandat med färskt i förhållandet 2: 3 under expeditionen 1947. Några år senare hävdade en annan äventyrare, William Willis , att han hade druckit två koppar havsvatten och en kopp färskt per dag i 70 dagar utan att få någon effekt när han förlorade en del av sin vattenförsörjning.
Under 1700 -talet förespråkade Richard Russell medicinsk användning av denna praxis i Storbritannien, och René Quinton utvidgade förespråkandet av denna praxis till andra länder, särskilt Frankrike, under 1900 -talet. För närvarande är det allmänt praktiserat i Nicaragua och andra länder, förmodligen att dra nytta av de senaste medicinska upptäckterna.
De flesta fartyg i havet avsaltar dricksvatten från havsvatten med hjälp av processer som vakuumdestillation eller flerstegs blixtdestillation i en förångare , eller på senare tid omvänd osmos . Dessa energikrävande processer var vanligtvis inte tillgängliga under segeltiden . Större seglingskrigsfartyg med stora besättningar, såsom Nelson 's HMS Victory , utrustades med destillering apparat i sina kök . Djur som fiskar, valar, havssköldpaddor och sjöfåglar , som pingviner och albatrossar har anpassat sig för att leva i en hög saltlösningsmiljö. Till exempel tar havssköldpaddor och saltvattenkrokodiler bort överskott av salt från sina kroppar genom sina tårkanaler .
Mineral extraktion
Mineraler har utvunnits ur havsvatten sedan antiken. För närvarande utvinns de fyra mest koncentrerade metallerna Na , Mg , Ca och K kommersiellt ur havsvatten. Under 2015 i USA kom 63% av magnesiumproduktionen från havsvatten och saltlösning. Brom produceras också från havsvatten i Kina och Japan. Litiumutvinning från havsvatten testades på 1970 -talet, men testerna övergavs snart. Tanken att utvinna uran från havsvatten har övervägts åtminstone från 1960 -talet, men bara några gram uran utvanns i Japan i slutet av 1990 -talet.
Standard
ASTM International har en internationell standard för konstgjort havsvatten : ASTM D1141-98 (Original Standard ASTM D1141-52). Den används i många forskningstestlaboratorier som en reproducerbar lösning för havsvatten, såsom tester på korrosion, oljeföroreningar och utvärdering av beredskap.
Se även
- Saltlösning - En högkoncentrerad lösning av ett salt i vatten
- Saltlösning
- Brackish water - Vatten med salthalt mellan sötvatten och havsvatten
- Färskvatten - Naturligt förekommande vatten med låga mängder lösta salter
- Havsfärg - Förklaring av havets färg och fjärranalys av havsfärg
- Saltvatten - Vatten som innehåller en hög koncentration av lösta salter
- Havsis - Is bildad av fruset havsvatten
- Havsvatten pH - Mätning av surheten eller basen i en vattenlösning
- Ytspänning av havsvatten - Tendensen hos en flytande yta att krympa för att minska ytarean
- Thalassoterapi
- Termohalincirkulation- En del av den stora havscirkulationen som drivs av globala densitetsgradienter skapade av ytvärme och sötvattenflöden
- CORA dataset global ocean salthalt
Referenser
externa länkar
Tabeller
- Tabeller och programvara för termofysiska egenskaper hos havsvatten , MIT
- GW C Kaye, TH Laby (1995). "Fysiska egenskaper hos havsvatten". Tabeller över fysiska och kemiska konstanter (16: e upplagan). Arkiverad från originalet den 8 maj 2019.