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Salinität und Leitfähigkeit


- pH-Wert
- Ionenaktivität
- Elektrolytische Leitfähigkeit
- Salinität
- Coulometrie

   

Die Salinität ist ein Maß für den Salzgehalt in Wasser und wird z.B. in technischen Anlagen zur Entsalzung von Meerwasser benötigt. Insbesondere aber wird die gemessene Salinität von Meerwasser in Datenbanken zur globalen Erfassung und Beobachtung ozeanographischer und klimatischer Kenngrößen gespeichert. Die Messergebnisse müssen daher über lange Zeiträume vergleichbar sein.

Die Leitfähigkeit des Meerwassers hängt von der Konzentration der gelösten Salze ab. Da sie außerdem einfach zu messen ist, ist sie eine praktische Messgröße für den Salzgehalt. Die Umrechung der gemessenen Leitfähigkeit auf den Salzgehalt erfolgt entsprechend der praktischen Salinitätsskala von 1978 (UNESCO Technical Papers in Marine Science 37). Im Wesentlichen ist diese ein Polynom eines Leitfähigkeitverhältnisses R15. R15 ergibt sich aus der gemessenen Leitfähigkeit der Meerwasserprobe und der Leitfähigkeit einer definierten Kaliumchloridlösung und wird auf 15 °C bezogen. Der derart ermittelte Salzgehalt wird Praktische Salinität genannt.

Messgeräte zur Bestimmung der Praktischen Salinität werden mit so genanntem Standard Meerwasser (SSW) kalibriert. Dies ist natürliches Meerwasser aus dem Nordatlantik, das verdünnt wird, bis ein Leitfähigkeitsmessgerät den gleichen Wert wie für die ebenfalls vermessene KCl-Lösung anzeigt (d.h. R15 ist ungefähr 1). SSW dient damit quasi als Primärnormal für das Leitfähigkeitsverhältnis R15. Obwohl die elektrolytische Leitfähigkeit eine auf das SI zurückführbare Messgröße ist, sind die zur Berechnung von R15 gemessenen Leitfähigkeitswerte nicht auf das SI zurückgeführt. Die Messergebnisse der Praktischen Salinität sind damit ebenfalls nicht auf SI-Einheiten zurückgeführt. Nicht aufgrund von Nachlässigkeit - vielmehr versucht man dadurch die Messunsicherheit zu verringern.

Der Gedanke dahinter ist in etwa der folgende: Man nimmt an, unter Verwendung von hochreinem KCl und Reinstwasser, die physikalische Eigenschaft „Leitfähigkeit“ einer KCl-Lösung genauer replizieren zu können als man sie messen kann. Folglich setzt man die KCl-Lösung entsprechend einer rigiden Herstellungsanweisung an und bezieht die Leitfähigkeit von SSW auf die der KCl-Lösung, ohne deren (SI) Wert kennen zu müssen. Zur langfristigen Vergleichbarkeit der Messergebnisse für die Praktische Salinität muss die Leitfähigkeit der Kaliumchloridlösung natürlich immer wieder realisiert (repliziert) werden. Das wird über Vergleichsmessungen der Praktischen Salinität von unterschiedlich alten SSW-Proben überprüft. Allerdings ist SSW nur begrenzt haltbar. Eine langzeitliche, langsame Drift der Praktischen Salinität bei der Herstellung von SSW, weil sich beispielsweise Herstellungsbedingungen ändern, kann auf diese Weise deshalb nicht detektiert werden. D.h. der Nachweis der langfristigen Replizierbarkeit fehlt. Tatsächlich sind daher Messergebnisse der Praktischen Salinität nur im Zeitraum der Haltbarkeit von SSW (bis zu 5 Jahre) nachweislich vergleichbar.

Wird die Leitfähigkeit von SSW mit moderenen primären oder sekundären Messmethoden auf das SI zurückgeführt, kann die Vergleichbarkeit von Messergebnissen der Praktischen Salinität über lange Zeiträume gewährleistet werden. Um diese abschätzen zu können wurden von der PTB koordinierte internationalen Vergleichsmessungen durchgeführt (Euromet Projekt 918 und CCQM P111 Studie). Die relative erweiterte Unsicherheit der darin ermittelten Referenzwerte liegt bei 3 x 10-4 und ist leider um einen Faktor 5 größer, als die Unsicherheit, die den Messergebnissen mit Bezug auf die KCl-Lösung zugeordnet wird.

Ozeanographische Forschung befindet sich damit in einem Dilemma. Der mit geringer Unsicherheit gemessenen Praktischen Salinität fehlt der Nachweis der langfristigen Vergleichbarkeit. Eine langfristig vergleichbar gemessene Praktische Salinität hingegen hat eine für ozeanographische Zwecke zu große Unsicherheit. Eine signifikante Verringerung der Messunsicherheit von auf das SI zurückgeführten Messungen ist derzeit nicht erreichbar. Metrologische Forschung zielt daher momentan darauf ab, die Rückführungskette für die Praktische Salinität über die Dichte zu führen, da diese mit einer ausreichend geringen Unsicherheit gemessen werden kann.


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Letzte Änderung: 20.05.2009,