Công thức tính độ mặn của nước biển?

Đáp án và lời giải chính xác cho câu hỏi: “Công thức tính độ mặn của nước biển?” cùng với kiến thức mở rộng do Top lời giải tổng hợp, biên soạn về độ muối là tài liệu học tập bổ ích dành cho thầy cô và các bạn học sinh tham khảo.

Trả lời câu hỏi: Công thức tính độ mặn của nước biển?

Ta xác định được độ chlor (‰) thì có thể tính được độ mặn (‰) của nước. 

Công thức tính độ mặn của nước biển được tóm gọn như sau:

 Độ mặn (‰) = hàm lượng ion Cl-(g/l) x 1,84.

(Chỉ số 1.84 chính là hệ số thực nghiệm trung bình của các phép đo).

Kiến thức mở rộng về độ muối

1. Độ muối là gì ?

Độ mặn hay độ muối được ký hiệu S‰ (S viết tắt từ chữ salinity - độ mặn) là tổng lượng (tính theo gram) các chất hòa tan chứa trong 1 kg nước. Trong hải dương học, người ta sử dụng độ muối (salinity) để đặc trưng cho độ khoáng của nước biển, nó được hiểu như tổng lượng tính bằng gam của tất cả các chất khoáng rắn hòa tan có trong 1 kg nước biển. Vì tổng nồng độ các ion chính (11 ion, bao gồm: Na⁺, Ca²⁺, Mg²⁺, Fe³⁺, NH⁴⁺, Cl^-, SO₄^2-, HCO^3-, CO₃^2-, NO^2-, NO^3-) chiếm tới 99,99% tổng lượng các chất khoáng hòa tan nên có thể coi độ muối nước biển chính bằng giá trị này. Điều đó cũng có nghĩa là đối với nước biển khơi, độ muối có thể được tính toán thông qua nồng độ của một ion chính bất kỳ.

Độ mặn là lượng muối hòa tan trong nước (xem độ mặn của đất). Thường được đo bằng: g(muối)/kg(nước biển)

Độ mặn là một yếu tố quan trọng trong việc xác định nhiều khía cạnh của hóa học của nước tự nhiên và các quá trình sinh học bên trong nó, và là một biến trạng thái nhiệt động lực, cùng với nhiệt độ và áp suất, chi phối các đặc tính vật lý như mật độ và khả năng nhiệt của nước.

Đường cùng độ mặn được gọi là đường đẳng mặn (isohaline - hoặc đôi khi là isahale).

Độ mặn là một trong những yếu tố nghiêm trọng nhất làm hạn chế năng suất cây trồng nông nghiệp, có ảnh hưởng xấu đến sự nảy mầm, sức sống thực vật và năng suất cây trồng. Mặn hóa ảnh hưởng đến nhiều khu vực thủy lợi chủ yếu là do việc sử dụng nước lợ. Trên khắp thế giới, hơn 45 triệu ha đất bị tưới đã bị hư hại do muối và 1,5 triệu ha được đưa ra sản xuất mỗi năm do mức độ mặn cao trong đất. Độ mặn cao ảnh hưởng đến thực vật bằng nhiều cách: Stress nước, nhiễm độc ion, rối loạn dinh dưỡng, stress oxy hóa, thay đổi quá trình trao đổi chất, xáo trộn màng tế bào, giảm sự phân chia và mở rộng tế bào, độc tính di truyền.

2. Nguồn gốc của muối

Nguồn gốc của muối một phần xuất phát từ miệng núi lửa hoặc đá trên đáy biển. Tuy nhiên, phần lớn muối có nguồn gốc trên đất liền. Để có thể hiểu rõ hơn, chúng ta xem xét chu trình của nước trong tự nhiên.

Nước ngọt từ những cơn mưa không ở dạng tinh khiết 100%. Nó hòa tan CO₂ (một chất có tính axit nhẹ) trong khí quyển trên đường rơi xuống mặt đất. Sau đó, nước mưa chảy trên mặt đất để tiếp cận với đường thoát nước trong khu vực. Tính axit của nước mưa phá vỡ đá, thu giữ ion trong đá và mang chúng ra biển. Khoảng 90% các ion này là natri hoặc clo. Hai loại ion này kết hợp với nhau tạo thành muối.

Nước ngọt chảy tới đại dương bị bốc hơi, tạo thành những đám mây. Tuy nhiên, natri, clo và nhiều ion khác vẫn ở lại. Chúng tích lũy theo thời gian, hình thành nên vị mặn đặc trưng của nước biển. Miệng phun thủy nhiệt dưới đáy đại dương tiếp tục bổ sung thêm nhiều khoáng chất hòa tan (bao gồm cả natri và clo) đóng góp vào độ mặn tự nhiên của biển.

Lượng muối tích tụ ở các dòng sông rất nhỏ, ít hơn 1/200 lượng natri clorua tồn tại trong nước biển. Độ mặn của nước biển cũng khác nhau trên khắp Trái Đất. Ở vùng cực, nước biển không mặn bằng những nơi khác vì chúng được băng tan hòa loãng. Ở vùng nhiệt đới, nhiệt độ cao làm nước bốc hơi mạnh, khiến nước biển mặn hơn.

3. Độ mặn của nước biển có sự thay đổi

Các nhà đại dương học đã dùng đơn vị phần nghìn (^o/_oo) để đo lường về độ mặn (tính chung tất cả các loại muối) và nồng độ của một số thành phần đặc biệt trong nước biển như NaCl, Natri, Magie,... Theo đó, khi nói độ mặn 35 ^o/_oo có nghĩa là 35 pound (15kg) muối trong 1000 pound nước biển. Tương tự, nồng độ NaCl 10 ^o/_oo có nghĩa là có 10 pound NaCl trong 1000 pound nước biển.

Độ mặn của nước biển cũng có sự biến thiên. Nó phụ thuộc vào các yếu tố như mức độ băng tan, lượng nước chảy từ sông suối, mức độ bay hơi, lượng mưa, tuyết rơi, gió, chuyển động của sóng và chuyển động của các dòng hải lưu. Tất cả các yếu tố đó đều gây ra sự khác nhau về độ mặn của nước biển tại nhiều khu vực khác nhau trên thế giới.

4. Nước biển mặn nhất

Vùng biển có độ mặn nhất (40 ^o/_oo) thuộc về biển Đỏ và khu vực vịnh Ba Tư. Đây là 2 khu vực có tốc độ bay hơi của nước biển cao nhất. So sánh giữa các đại dương lớn với nhau, Đại Tây Dương có mức độ mặn của nước biển lớn nhất với độ mặn trung bình vào khoảng 37,9 ^o/_oo. Chỉ tính riêng Bắc Đại Tây Dương, biển Sargasso là khu vực có độ mặn lớn nhất với diện tích vào khoảng 5,18km². Độ mặn khá cao của nước biển tại khu vực này một phần là do nhiệt độ. Vùng biển này có nhiệt độ khá cao (vào khoảng 28^oC). Điều này tạo làm cho nước có tỷ lệ bay hơi cao. Thêm vào đó, khu vực biển này cách đất liền khá xa (cách đảo Canary khoảng 2000 km về phía tây) nên cũng không nhận được nguồn nước ngọt từ sông suối.

Nơi có độ mặn của nước biển thấp nhất thuộc về khu vực biển Bắc cực và Nam Cực. Nguyên nhân đây là khu vực có nhiệt độ thấp, hơn nữa, nước biển luôn được pha loãng bởi băng tan chảy và mưa liên tục. Những vịnh nhỏ ven biển cũng có độ mặn thấp hơn so với mức trung bình. Điển hình như biển Baltic (độ mặn từ 5 đến 15 ^o/_oo), biển Đen (độ mặn dưới 20 ^o/_oo)... Phần lớn những khu vực biển này đều được bổ sung nguồn nước ngọt mới khối lượng vài tỷ tấn mỗi ngày.

Tương tự, độ mặn của những vùng biển dọc theo miền duyên hải của các quốc gia cũng có độ mặn thay đổi tương ứng với thời gian trong năm và vị trí địa lý của nó. Điển hình như khu vực ven biển tại bang Miami, Hoa Kỳ. Độ mặn của nước biển thay đổi từ 34,8 ^o/_oo vào tháng 10 và đạt mức 36,4 ^o/_oo vào tháng 5, tháng 6. Trong khi đó, với những khoảng thời gian tương tự thì bờ biển Astoria, bang Oregon lại có độ mặn của nước biển là 0,3 ^o/_oo vào tháng 4,5 và đạt mức 2,6 vào tháng 10.

Nguyên nhân cho sự khác nhau là do vùng ven biển Miami ít bị pha loãng bởi nước ngọt hơn so với khu vực biển Astoria. Còn vùng biển Astonia lại được pha loãng do nguồn nước ngọt từ sông Columbia cung cấp.

Nhìn chung, thành phần muối chứa trong nước biển từ các nguồn có sẵn từ trước và từ nhiều nguồn trên đất liền. Điều này làm cho độ mặn của nước biển thường vào khoảng từ 22 ^o/_oo đến dưới 38 ^o/_oo. Trên toàn thế giới, độ mặn trung bình của nước biển là khoảng 35 ^o/_oo. Đây là độ mặn trung bình được nhà khoa học William Dittmar ước tính hồi năm 1884 từ việc phân tích 77 mẫu nước biển tại nhiều nơi khác nhau trên thế giới trong cuộc thám hiểm khoa học do Anh thực hiện.

Cuộc thám hiểm khoa học được Chính phủ Anh thực hiện do sự đề xuất của hiệp hội khoa học hoàng gia nhằm nghiên cứu sinh vật biển, kiểm tra các tính chất hóa học và vật lý của biển, khảo sát các chất hóa học dưới đáy đại dương và theo dõi nhiệt độ của nước biển. Cuộc hành trình bắt đầu vào năm 1872 và kết thúc sau 4 năm lênh đênh trên biển với hải trình dài 68.890 hải lý. Cho đến hiện nay, đây là cuộc thám hiểm biển có thời gian trên biển dài nhất.

77 mẫu nước biển do Dittmar từng thu thập lại đã được ông phân tích thành phần hóa học (các thành phần chủ yếu) và được ghi nhận lại. Cho đến nay, đây vẫn là những mẫu nước biển được thu thập lại từ nhiều vùng biển nhất. Trong những nghiên cứu được thực hiện gần đây, các nhà khoa học đã phân tích và thực hiện lấy mẫu lại bằng sự hỗ trợ của các phương tiện khoa học kỹ thuật. Kết quả thu thập được từ những thí nghiệm này cho thấy ghi chú của Dittmar có độ chính xác khá cao. Kết quả thành phần của 77 mẫu nước biển được ghi nhận lại theo bảng bên dưới đây:

5. Sự khác nhau về thành phần nước sông và nước biển

Từ bảng phân tích trên cho thấy, thành phần của nước biển bao gồm nhiều loại hợp chất khác nhau. Natri và Clo (kết hợp thành NaCl, thường được thấy dưới dạng muối ăn) chiếm 85% thành phần chất hòa tan trong nước biển. Đây chính là nhân tố chủ yếu tạo nên vị mặn của nước biển. Qua so sánh với nước từ sông, ta nhận thấy rằng sông suối đã mang đến nước biển lượng Canxi nhiều hơn Clo. Dù vậy, các đại dương vẫn chứa lượng Clo gấp 46 lần so với Canxi.

Bên cạnh đó, nước sông có chứa một lượng Silicat và hợp chất sắt trong khi nước biển thì không. Hợp chất Canxi Bicacbonat chiếm gần 50% các chất rắn hòa tan chứa trong nước sông nhưng vẫn chứa ít hơn 2% so với nước biển.

6. Tầm quan trọng của việc đo độ mặn 

Lượng muối trong nước có ảnh hưởng rất lớn đến các loại sinh vật sống trong một vùng nước và ảnh hưởng đến sự sinh trưởng, phát triển của các loại cây trồng. 

Bên cạnh đó, đo độ mặn nước còn là một phép đo quan trọng trong nước biển hoặc tại những nơi nước ngọt từ sông hoặc suối hòa lẫn với nước biển mặn. Nguyên nhân là bởi mỗi loại sinh vật khác nhau có khả năng sống và tồn tại trong môi trường nước có độ mặn khác nhau. 

Các sinh vật nước mặn có thể tồn tại trong môi trường nước với độ mặn lên tới 40 ppt. Trong khi đó với nhiều sinh vật nước ngọt con số chỉ là không quá 1 ppt.

Hàm lượng muối trong nước còn ảnh hưởng đến nồng độ oxy hòa tan trong nước. Độ hòa tan của oxy trong nước giảm khi lượng muối có dấu hiệu tăng. Ở nước biển mặn, độ hòa tan của oxy thường thấp hơn khoảng 20% so với trong nước ngọt ở cùng nhiệt độ.

⇒ Việc đo độ mặn là rất cần thiết trong nuôi trồng nông sản và thủy hải sản.

Ngoài ra, việc đo độ mặn nước còn mang đến những lợi ích như:

- Ngăn ngừa tình trạng ăn mòn cơ sở hạ tầng, máy móc, đường xá,...

- Giảm thiểu nguy cơ đất bị nhiễm mặn, nhiễm phèn hay xói mòn, ảnh hưởng đến nuôi trồng nông sản và thủy hải sản.

- Đảm bảo an toàn cho cả đời sống sinh hoạt và sản xuất.