염분비일정의 법칙

요약 바닷물에 포함된 염의 비율(염분 농도)은 달라져도 염들 사이의 상대적 비율은 항상 일정하다는 법칙이다.

염분이라는 개념은 1865년 덴마크의 화학자 포츠해머(Forchhammer, 1794~1865)에 의해 최초로 도입되었는데, 포츠해머는 해수에 녹아 있는 모든 원소를 정량적으로 측정하려고 시도하지 않고 염소, 황산, 마그네슘, 석회, 칼륨 및 소다와 같은 주요 염류를 정밀하게 추정하고자 하였다. 이 과정에서 포츠해머는 다양한 곳에서 채취해 온 해수 샘플에서 주요 염분의 비율이 일정하다는 것을 발견하였는데, 이를 ‘포츠해머의 원리’ 또는 ‘일정 성분비의 원리’로 불렸다.

이후 약 10년 후인 1884년 독일의 윌리엄 디트마(William Dittmar, 1833~1892)는 챌린저 탐사(1872~1876)를 통해 채취된 전 세계 해양의 해수 77개 샘플을 정밀하게 분석하였다. 그 결과, 각 해역의 염분농도(‰)는 다르지만 바닷물 속에 들어 있는 각 염(Na⁺,  Cl^-  등)들의 비율은 일정하다는 사실을 알아냈다. 이는 전 세계의 바닷물이 골고루 잘 섞이고 있다는 것을 뜻한다. 이로써 포츠해머의 법칙이 증명되었고, ‘염분비 일정의 법칙’이 확립되었다.

바닷물에 녹아 있는 염분 비율은 항상 일정하기 때문에, 한 성분의 양만 알면 바닷물의 염분이 몇 퍼밀(‰)인지를 알 수 있다. 해양학자 크누센은 이를 통해 크누센 실험식[S(‰)=1.80655×Cl]을 얻었다. 이는 모든 염분의 비율이 같기 때문에 염분의 총량은 항상 염소(Cl)의 1.8배가 존재한다는 것을 뜻한다.

이러한 법칙을 이용해 염분을 측정하는 방법이 Mohr-Knudsen 적정법으로 질산은(AgNO3)에 의한 염소 적정법이다. 채수병에 바닷물을 담아온 후 바닷물에 가장 많이 포함되어있는 염소의 양을 염화은으로 적정을 하는데, 질산은에 포함된 은이온(Ag+)이 해수 중의 염소(Cl-)와 결합하여 앙금을 이루는데 이를 이용해 염소의 양을 측정한 후, 다른 성분과의 비율로 환산하여 전체의 염분의 양을 측정하는 방법이다.

염분비 일정의 법칙은 일부 수환경에서는 예외일 수 있다. 강과 바다가 만나는 하구가 그 예로 강물에 포함된 염류의 구성비가 해수 내 염분 구성비와 다르기 때문이다. 따라서 대규모 담수가 유입되는 큰 강의 하구 부근에서는 염분비 일정의 법칙이 성립하지 않을 수 있다.