Sähkönjohtavuus (limnologia)

Sähkönjohtavuus on vesistöjen tutkimuksessa yksi luonnonveden ominaisuutta ilmaiseva suure, jolla pyritään selvittämään vesistöön liuenneiden mineraalien eli suolojen aiheuttamaa sähkönjohtavuutta. Sähkönjohtavuudesta voidaan epäsuorasti päätellä suolojen yhteispitoisuus vedessä ja suuri veden sähkönjohtavuusarvo merkitsee korkeaa veden suolapitoisuutta.
Mittaaminen.
Yksikkö.
Sähkönjohtavuus, jonka SI-tunnus on σ tai γ, on resistiivisyyden ρ käänteisluku. Silloin sähkönjohtavuuden yksikkö on 
formula_1
eli "siemensiä metriä kohti", missä siemens formula_2 on ohmin formula_3 käänteisluku. Veden sähkönjohtavuus on niin pientä, että sen arvot ilmoitetaan yleensä millisiemensinä metriltä eli mS/m. Aikaisemmin se ilmoitettiin mikrosiemensinä senttimetriltä eli µS/cm. Nämä vastaavat toisiaan 1 mS/m = 10 µS/cm.
Mittaaminen.
Sähkönjohtavuuden laajan asteikon takia tulee ensin määrittää näytteen sähkönjohtavuuden kertaluokka. Sen mukaan valitaan mittalaitteiston elektrodit ja astiat (astiavakio). Mittarin puhdistuksen ja kalibroinnin jälkeen voidaan suodatettu ja mahdollisesti hallitusti laimennettu liuos asettaa mittalaitteeseen. Koska sähkönjohtavuus riippuu veden lämpötilasta, tempperoidaan se 25 °C lämpöiseksi. Elektrodit huuhdellaan kahdesti puhdistetulla vedellä ja kahdesti näytteellä. Sitten suoritetaan mittaus. Mikäli lämpötilaa ei voida säätää, tulee suorittaa tulosten muunto lämpötilan mukaisella korjauskertoimella.
Vesistöjen ja vesien sähkönjohtavuusarvoja.
Suomalaiset järvet ovat vähäsuolaisia, koska kova kallioperä on heikosti rapautuvaa. Sen vuoksi veden sähkönjohtavuus vaihtelee suppealla alueella 5–10 mS/m. Suomalaiset jokivedet johtavat sähköä 10–20 mS/m, mutta jos joet virtaavat viljeltyjen alueiden läpi, kohoaa sähkönjohtavuus arvoon 15–20 mS/m. Itämerellä Suomen rannikon tuntumassa sähkönjohtavuus on jo moninkertainen 1000–1200 mS/m eli 1,0–1,2 S/m. Itämeren suolapitoisuus on pääasiallinen syy suureen sähkönjohtavuuden eroon makeaan veteen verrattuna. Atlantilla, missä on merisuolaa 35 grammaa litrassa, on sähkönjohtavuus 4800 mS/m eli 4,8 S/m.
Erittäin puhdistetun veden, jollainen on esimerkiksi ionivaihdettu vesi, sähkönjohtavuus on 5,50·10−6 mS/m = 0,00550 μS/m eli 0,00000550 mS/m. Hyvälaatuinen juomavesi sisältää yleensä vain vähän suoloja ja epäpuhtauksia. Sen sähkönjohtavuus on tavallisesti 0,0005–0,05 mS/m. Uima-altaan vesi puskuroidaan hieman emäksiseksi ja siihen lisätään klooria. Nämä toimenpiteet nostavat suolojen määrää ja lisäävät veden sähkönjohtavuuden 0,25–0,30 mS/m. Yhteiskunnan jätevesiin jää suoloja luonnonvesiä selvästi enemmän. Tämä havaitaan sähkönjohtavuuden kohoamisena ja sen tavallisia arvoja ovat 50–100 mS/m.
Sähkönjohtavuuden syitä.
Järvien ja lampien veden sähkönjohtavuutta lisäävät lähinnä katioinien natriumin, kaliumin, kalsiumin ja magnesiumin sekä anionien kloridien ja sulfaattien pitoisuudet. Suomalaisten järvien alusvesien sähkönjohtavuus kohoaa hieman talvella, koska happipitoisuuden pienetyessä alkavat pohjaan laskeutuneet ravinteet liueta takaisin veteen ja kohottavat siten alusveden suolapitoisuutta. Sähkönjohtavuus kasvaa pääsääntöisesti liikuttaessa pinnalta järven pohjaan päin. Tämä johtuu orgaanisten ainesten hajoamisessa vapautuneista suoloista.
Pitkällä aikavälillä vesiemme sähkönjohtavuus on kohonnut kulttuurivaikutusten lisääntyessä. Kulttuurivaikutuksiin voidaan lukea sade- eli hulevesien johtaminen vesistöihin, peltojen väkilannoittaminen, maanteiden suolaus ja puhdistettujenkin jätevesien määrän kasvaminen. Sähkönjohtavuuden kasvu on kuitenkin pysähtynyt 1990-luvulla.
Koska jätevedet johtavat sähköä luonnonvesiä paremmin, voidaan jätevesien kulkeutumista vesistöissä tarkkailla seuraamalla sähkönjohtavuuden kasvua tai vähenemistä. Esimerkiksi Tampereen kaupungin jätevedet kertyvät joka talvi Lehtisaaren syvänteeseen, koska järvessä on selvä lämpötilakerrostuminen ja alusveteen kertynyt aines vaihtuu vasta kevään täyskierrossa. Samaa periaatetta, vaikkakin sähkönjohtavuudeltaan päinvastainen ilmiö, on jokivesien seuraaminen merellä. Jokiveden sähkönjohtavuus on alempi kuin merivedellä, joten jokiveden sekoittumista voi seurata merellä kilometrien päähän. Siellä jokiveden ja meriveden välinen ero on niin suuri, että ero vesityyppien välillä selviää sähkönjohtavuudella helposti.