פעילות מדידת מליחות מקורות מים טבעיים ע"י רפרקטומטר

ציוד נדרש

• רפרקטומטר מלח (סולם עד 10%)
• דגימות מים למדידה

מטרות הפעילות

• להכיר את עקרון הפעולה של רפרקטומטר מלח.
• ללמוד כיצד לכייל רפרקטומטר מלח.
• למדוד את מליחותם של מקורות מים טבעיים שונים בישראל.
• להשוות את רמות המליחות בין מקורות המים השונים ולדון בהבדלים.
• להבין את החשיבות של מדידת מליחות בהקשרים סביבתיים.

מבוא

מים הם מרכיב חיוני לחיים על פני כדור הארץ, והם קיימים במגוון מקורות טבעיים: אוקיינוסים, ימים, אגמים, נהרות ומעיינות. הרכב המים במקורות אלה אינו אחיד, ואחד המאפיינים החשובים שלהם הוא מליחות – ריכוז המלחים המומסים במים.

מליחות משפיעה באופן משמעותי על תכונות המים (כמו צפיפות ונקודת קיפאון), על החיים המתקיימים בהם ועל תהליכים גיאולוגיים וכימיים. מדידת מליחות חשובה במגוון תחומים, החל ממחקר אוקיינוגרפי ועד ניהול משאבי מים וחקלאות ימית.

כמות המלח המומסת במים וסוג המלח משפיעים על התכונות האופטיות של המים ובפרט, על מקדם השבירה. ככל שיש יותר מלח במים, מקדם השבירה שלהם גבוה יותר. לכן ניתן באמצעות מידת השבירה של האור, למדוד את כמות המלח המומס במים.

על רקע התכונה הזו, ניתן למדוד בקלות את המליחות של תמיסת מלח ע"י רפרקטומטר (מד מקדם שבירה).

רפרקטומטר (מד מקדם שבירה)

מכשיר המדידה מבוסס על עקרון שבירת האור. שם המכשיר נגזר מהמילה Refraction, שמשמעותה שבירת אור באנגלית. כאשר אור עובר מחומר אחד לשני (למשל, מאוויר למים), הוא משנה את כיוונו – תופעה זו נקראת שבירה. זווית השבירה תלויה במקדם השבירה של שני החומרים.

ישנם רפרקטומטרים שמודדים סוכר ומשתמשים בהם לבישול בירה ובתעשיית המזון והמשקאות. בחקלאות משתמשים ברפרקטומטר סוכר למדוד את רמת הסוכר בפירות לפני הקטיף או את אחוז המים בדבש אצל הכוורנים.

ברפרקטומטר מלח משתמשים כדי למדוד את מליחות המים באקווריום, במחקר ימי ואוקיינוגריפה ובבריכות שחייה וספא. רפרקטומטרי מלח נוחים לשימוש, ניידים ואינם דורשים מקור מתח חיצוני, מה שהופך אותם לכלי שימושי למדידות שדה.

טווח המדידה של הרפרקטומטר הוא עד 10% מלח (100 חלקים לאלף – ppt) ואי הוודאות במדידה היא 1 ppt שזה 0.1% מלח.

גורמים נוספים שמשפיעים על מקדם השבירה

• טמפרטורת המים. ברפרקטומטר יש דו מתכת אשר מושפע מהטמפרטורה של הדגימה ומתאים את המדידה לפי הטמפרטורה. לכן יש לחכות כמה שניות בעת המדידה.
• צבע האור הנכנס. יש למדוד באמצעות אור לבן.

מליחות מקורות מים טבעיים בישראל

לישראל יש גישה למגוון מקורות מים טבעיים בעלי רמות מליחות שונות:

• מעיינות מליחים: קיימים מספר מעיינות בישראל בעיקר באזור ים המלח שמימיהם מכילים ריכוזים גבוהים של מלחים, בסדרי גדל של 0.1%-0.5% מלח (1-5 ppt)
• הים התיכון וים סוף: ים פתוח בעל מליחות אופיינית של כ-3.9%-4.1% (39-41 ppt).
• ים המלח: אגם מלוח קיצוני, אחד המלוחים בעולם, עם מליחות של כ-34% (340 ppt).

ים המלח הינו מלוח מדי עבור הרפרקטומטר ועל מנת למדוד את המליחות שלו יש לדלל את מי הים כמתואר בפעילות זו.

הוראות ביצוע

חלק א': כיול הרפרקטומטר

1. הכן את הרפרקטומטר: פתח את מכסה הפריזמה של הרפרקטומטר וודא שהיא נקייה ויבשה. נקה אותה בעדינות עם מטלית רכה אם יש צורך.
2. טפטף מים מתוקים: באמצעות פיפטה או טפטפת, טפטף 2-3 טיפות של מים מתוקים על פני הפריזמה. ודא שהמים מכסים את כל שטח הפריזמה ללא בועות אוויר.
3. סגור את המכסה: סגור בעדינות את מכסה הפריזמה. המים צריכים להתפשט באופן אחיד בין הפריזמה למכסה.
4. כוון את הפוקוס: כוון את העינית של הרפרקטומטר עד שתראה את הסקלה הפנימית בצורה ברורה.
5. בצע את הכיול:
   • החזק את הרפרקטומטר מול מקור אור טבעי או מלאכותי בהיר.
   • הבט דרך העינית ושים לב לקו הגבול בין האזור הכחול הבהיר לאזור הכהה.
   • עבור מים מזוקקים, קו הגבול צריך להיות בדיוק על קו ה-"0‰" (אפס פרומיל או אפס אחוז מליחות) בסקלה.
   • אם קו הגבול אינו על האפס, השתמש במברג הכיול הקטן (בדרך כלל מצורף למכשיר) כדי לסובב את בורג הכיול (מכוסה במכסה שחור עגול) עד שקו הגבול יתייצב על "0‰".
6. נקה את הפריזמה: לאחר הכיול, פתח את המכסה ונגב בעדינות את הפריזמה ואת פנים המכסה עם מטלית רכה ויבשה.

חלק ב': מדידת מליחות מקורות מים טבעיים

1. באמצעות פיפטה נקייה, טפטף 2-3 טיפות של דגימת המים על פני הפריזמה. ודא שהמים מכסים את כל השטח.
2. סגור בעדינות את המכסה. החזק את הרפרקטומטר מול מקור אור והבט דרך העינית.
3. קרא את ערך המליחות על הסקלה הפנימית בנקודה שבה קו הגבול הכחול פוגש את הסקלה. רשום את התוצאה ביחידות המתאימות (פרומיל – ‰ או אחוז – %).
4. פתח את המכסה ונגב היטב את הפריזמה ואת פנים המכסה עם מטלית רכה ויבשה לפני מדידת הדגימה הבאה.

שאלות לדיון

• מהו עקרון הפעולה של רפרקטומטר מלח?
• מדוע חשוב לבצע כיול לרפרקטומטר לפני השימוש?
• מהן יחידות המידה המקובלות למליחות?
• מהם הגורמים העיקריים המשפיעים על מליחות מקורות מים טבעיים?
• כיצד משפיעה המליחות על החיים במים וסביבתן? מה יכולות להיות ההשלכות הסביבתיות של שינויים במליחות מקורות מים?
• כיצד משפיעה המליחות של המים על התכונות הפיזיקליות של המים כמו מקדם שבירה, צפיפות, מוליכות?

מאמרים קשורים

• פעילות – מדידת מליחות ים המלח ע"י רפרקטומטר מלח
• הכל על מלח! (אולי לא הכל אבל לא מעט)