องค์ประกอบและความเค็มของน้ำทะเล

น้ำทะเลเป็นสารละลายเจือจางของธาตุธรรมชาติเกือบทุกชนิด ทว่าไอออนหลักหกชนิดของน้ำทะเลมีสัดส่วนที่คงที่เกือบทุกที่ ดังนั้นค่าเดียว—ความเค็ม—จึงสามารถบ่งบอกถึงความเค็มโดยรวมได้

Definition

ความเค็มคือการวัดปริมาณเกลือที่ละลายทั้งหมดในน้ำทะเล ในขณะที่องค์ประกอบของน้ำทะเลหมายถึงชนิดและสัดส่วนของไอออนและธาตุที่ละลายอยู่

Scope

หัวข้อนี้ครอบคลุมถึงไอออนหลักที่เป็นองค์ประกอบส่วนใหญ่ของมวลสารละลายในน้ำทะเล ธาตุรองและธาตุปริมาณน้อยที่พบในความเข้มข้นที่ต่ำกว่ามาก หลักการขององค์ประกอบที่คงที่ คำจำกัดความและการวัดความเค็ม รวมถึงปัจจัยนำเข้าและการกำจัดที่รักษาสมดุลทางเคมีของมหาสมุทรตลอดช่วงเวลาทางธรณีวิทยา

Core questions

• ไอออนที่ละลายชนิดใดที่ครอบงำมวลของน้ำทะเล และเหตุใดสัดส่วนของพวกมันจึงคงที่เกือบตลอดเวลา?
• ความเค็มถูกกำหนดและวัดได้อย่างไร ตั้งแต่การไทเทรตทางเคมีไปจนถึงการนำไฟฟ้า?
• แหล่งใดที่เพิ่มสารที่ละลายลงสู่มหาสมุทร และกระบวนการใดที่กำจัดออกไป?
• เหตุใดธาตุปริมาณน้อยจึงมีการกระจายตัวที่แตกต่างกันมากกว่าไอออนหลักมาก?

Key theories

หลักการของสัดส่วนคงที่

อัตราส่วนของไอออนหลักต่อกันนั้นมีความสม่ำเสมอโดยพื้นฐานทั่วทั้งมหาสมุทรเปิด ดังนั้นการวัดค่าใดค่าหนึ่ง (หรือความเค็มโดยรวม) จะสามารถกำหนดค่าที่เหลือได้ ซึ่งเป็นผลลัพธ์ที่ได้จากการวิเคราะห์ในยุคชาเลนเจอร์

เวลาพำนักและสมดุลทางเคมี

ความเข้มข้นของแต่ละธาตุสะท้อนถึงสมดุลระหว่างปัจจัยนำเข้าจากแม่น้ำ บรรยากาศ และความร้อนใต้พิภพ กับการกำจัดออกสู่ตะกอน โดยที่ธาตุที่ทำปฏิกิริยาจะมีการหมุนเวียนอย่างรวดเร็ว และไอออนที่ไม่ทำปฏิกิริยาจะคงอยู่เป็นเวลาหลายล้านปี

Mechanisms

การผุกร่อนของหินทวีปและการแลกเปลี่ยนความร้อนใต้พิภพที่สันเขากลางมหาสมุทรเป็นแหล่งที่มาของไอออนที่ละลายในทะเล; ไอออนหลักที่ไม่ทำปฏิกิริยาจะสะสมและผสมกันอย่างสม่ำเสมอ ในขณะที่ธาตุปริมาณน้อยที่ทำปฏิกิริยาจะถูกดูดซับบนอนุภาคหรือถูกนำไปใช้โดยสิ่งมีชีวิตและถูกส่งไปยังตะกอน ทำให้แต่ละธาตุมีเวลาพำนักและการกระจายตัวที่เป็นลักษณะเฉพาะ

Clinical relevance

ความเค็มเป็นตัวติดตามพื้นฐานของการหมุนเวียนของมหาสมุทร วัฏจักรของน้ำ และการเปลี่ยนแปลงสภาพภูมิอากาศ และความรู้ที่แม่นยำเกี่ยวกับองค์ประกอบของน้ำทะเลเป็นพื้นฐานในการสอบเทียบการวัดความเค็มและความหนาแน่นทุกครั้งที่ทำในทะเล

History

มาร์เซ็ต (Marcet) เสนอความคงที่ขององค์ประกอบน้ำทะเลในปี 1819; ดิตต์มาร์ (Dittmar) ยืนยันด้วยการวิเคราะห์ตัวอย่างจากเรือชาเลนเจอร์ (Challenger) จำนวน 77 ตัวอย่างอย่างละเอียดในปี 1884 และตารางความเค็มและวิธีการไทเทรตของคนุดเซน (Knudsen) ได้กำหนดมาตรฐานการวัดความเค็มจนกระทั่งวิธีการที่อาศัยการนำไฟฟ้าเข้ามาแทนที่ในช่วงปลายศตวรรษที่ยี่สิบ

Key figures

• Alexander Marcet
• William Dittmar
• Martin Knudsen

Seminal works

• pilson2013
• millero2013

Frequently asked questions

ไอออนหลักในน้ำทะเลมีอะไรบ้าง?

โดยมวลแล้ว ไอออนที่ละลายเด่นคือคลอไรด์และโซเดียม ตามด้วยซัลเฟต แมกนีเซียม แคลเซียม และโพแทสเซียม ซึ่งรวมกันเป็นส่วนใหญ่ของเกลือในน้ำทะเล

เหตุใดความเค็มจึงมีองค์ประกอบเกือบจะเหมือนกันทุกที่?

ไอออนหลักจะผสมกันเร็วกว่าที่จะถูกเพิ่มหรือกำจัดออกไป ดังนั้นแม้ว่าความเค็มรวมจะแตกต่างกันไปในแต่ละภูมิภาค แต่สัดส่วนสัมพัทธ์ของไอออนหลักยังคงเกือบจะคงที่ทั่วทั้งมหาสมุทรเปิด