El rocío marino son partículas de aerosol formadas a partir del océano , principalmente por eyección a la atmósfera al estallar burbujas en la interfaz aire-mar. [1] El aerosol marino contiene materia orgánica y sales inorgánicas que forman aerosol de sal marina (SSA). [2] SSA tiene la capacidad de formar núcleos de condensación de nubes (CCN) y eliminar los contaminantes antropogénicos en aerosol de la atmósfera. [3]
El rocío marino es directamente (e indirectamente, a través de SSA) responsable de un grado significativo de los flujos de calor y humedad entre la atmósfera y el océano, [4] [5] que afectan los patrones climáticos globales y la intensidad de las tormentas tropicales. [6] El rocío marino también influye en el crecimiento de las plantas y la distribución de especies en los ecosistemas costeros [7] y aumenta la corrosión de los materiales de construcción en las zonas costeras. [8]
Generacion
Formación
Cuando el viento, las olas y las olas rompientes mezclan el aire con la superficie del mar, el aire se reagrupa para formar burbujas, flota hacia la superficie y estalla en la interfaz aire-mar. [9] Cuando estallan, liberan hasta mil partículas de rocío marino, [9] [10] que varían en tamaño desde nanómetros a micrómetros y pueden ser expulsadas hasta 20 cm de la superficie del mar. [9] Las gotas de película constituyen la mayoría de las partículas más pequeñas creadas por el estallido inicial, mientras que las gotas de chorro son generadas por un colapso de la cavidad de la burbuja y son expulsadas de la superficie del mar en forma de chorro vertical. [11] [10] En condiciones de viento, las gotas de agua se arrancan mecánicamente de las crestas de las olas rompientes. Las gotas de rocío de mar generadas a través de un mecanismo de este tipo se denominan gotas de espuma [10] y suelen ser de mayor tamaño y tienen menos tiempo de residencia en el aire. El impacto de las olas en la superficie del mar también genera rocío marino en forma de gotas de salpicadura [10] [12] . La composición del rocío marino depende principalmente de la composición del agua a partir de la cual se produce, pero en términos generales es una mezcla de sales y materia orgánica . Varios factores determinan el flujo de producción de la espuma del mar, sobre todo la velocidad del viento, oleaje altura, período de oleaje, la humedad, y diferencial de temperatura entre la atmósfera y la superficie del agua. [13] La producción y la tasa de distribución del tamaño de los SSA son por tanto sensibles al estado de mezcla. [14] Un área menos estudiada de generación de rocío marino es la formación de rocío marino como resultado del impacto de las gotas de lluvia en la superficie del mar . [10]
Variación espacial
Además de las condiciones locales que influyen en la formación del rocío marino, también existen patrones espaciales consistentes en la producción y composición del rocío marino. Debido a que el rocío marino se genera cuando el aire se mezcla con el océano, los gradientes de formación se establecen por la turbulencia del agua superficial. [13] La acción de las olas a lo largo de las costas es generalmente donde la turbulencia es mayor, por lo que es aquí donde la producción de rocío marino es mayor. Las partículas generadas en áreas costeras turbulentas pueden viajar horizontalmente hasta 25 km dentro de la capa límite planetaria . [13] A medida que disminuye la distancia desde la costa, la producción de rocío marino desciende a un nivel sostenido casi exclusivamente por los casquetes blancos. [13] La proporción de la superficie del océano que es lo suficientemente turbulenta como para producir una cantidad significativa de rocío marino se denomina fracción de capa blanca. [9] El único otro mecanismo de producción de rocío marino en el océano abierto es a través de la acción directa del viento, donde los vientos fuertes rompen la tensión superficial del agua y levantan partículas en el aire. [9] Sin embargo, las partículas de agua de mar generadas de esta manera suelen ser demasiado pesadas para permanecer suspendidas en la atmósfera y, por lo general, se depositan de nuevo en el mar a unas pocas docenas de metros de transporte. [9]
Variación temporal
Durante los meses de invierno, el océano suele experimentar condiciones tormentosas y ventosas que generan más inundaciones de aire en el mar y, por lo tanto, más rocío marino. [15] Los meses de verano más tranquilos dan como resultado una menor producción general de rocío de mar. [15] Durante el pico de la productividad primaria en el verano, el aumento de la materia orgánica en la superficie del océano genera aumentos posteriores en la pulverización marina. Dado que el rocío de mar conserva las propiedades del agua de la que se produjo, la composición del rocío de mar experimenta variaciones estacionales extremas. Durante el verano, el carbono orgánico disuelto (COD) puede constituir del 60 al 90% de la masa del rocío marino. [15] A pesar de que se produce mucho más rocío de mar durante la temporada de invierno tormentoso, la composición es casi toda sal debido a la baja producción primaria. [15]
Materia orgánica
La materia orgánica del rocío marino consiste en carbono orgánico disuelto [16] (DOC) e incluso en microbios, como bacterias y virus. [17] La cantidad de materia orgánica en el rocío marino depende de procesos microbiológicos, [18] aunque aún se desconoce el efecto total de estos procesos. [19] [20] La clorofila-a se usa a menudo como un sustituto de la producción primaria y el contenido de materia orgánica en el rocío marino, pero su confiabilidad para estimar las concentraciones de COD es controvertida. [20] La biomasa a menudo ingresa al rocío marino a través de la muerte y lisis de las células de las algas, a menudo causadas por infecciones virales . [19] Las células se rompen en DOC que se impulsa a la atmósfera cuando estallan las burbujas de la superficie. Cuando la productividad primaria alcanza su punto máximo durante el verano, las floraciones de algas pueden generar una enorme cantidad de materia orgánica que finalmente se incorpora al rocío marino. [15] [19] En las condiciones adecuadas, la agregación del DOC también puede formar tensioactivo o espuma marina .
Interacciones climáticas
Con vientos fuertes, la capa de evaporación de gotas (DEL) influye en el intercambio de calor de energía superficial del océano. [21] El flujo de calor latente del rocío marino generado en el DEL ha sido citado como una adición importante a los esfuerzos de modelado climático, particularmente en simulaciones que evalúan el balance de calor aire / mar en relación con huracanes y ciclones formados durante eventos de vientos fuertes. [5] Durante la formación de las cápsulas blancas, las gotas de rocío de mar exhiben las mismas propiedades que la superficie del océano, pero se adaptan rápidamente al aire circundante. Algunas gotas de rocío de mar se reabsorben inmediatamente en el mar, mientras que otras se evaporan por completo y aportan partículas de sal como el sulfuro de dimetilo (DMS) a la atmósfera, donde pueden transportarse a través de la turbulencia a las capas de nubes y servir como CCN. [14] La formación de estos CCN como DMS también tiene implicaciones climáticas, debido a su influencia en la formación de nubes y la interacción con la radiación solar. [14] Además, la contribución del DMS del rocío marino a la atmósfera está relacionada con el ciclo global del azufre . [22] Comprender el forzamiento total de fuentes naturales como el rocío marino puede iluminar las limitaciones críticas planteadas por la influencia antropogénica y puede combinarse con la química , la biología y la física de los océanos para predecir la variabilidad atmosférica y oceánica futura. [14]
La proporción de materia orgánica en el rocío marino puede afectar la reflectancia , determinar el efecto de enfriamiento general de los SSA, [19] y alterar levemente la capacidad de los SSA para formar CCN (17). Incluso pequeños cambios en los niveles de SSA pueden afectar el presupuesto de radiación global y tener implicaciones para el clima global. [19] SSA tiene un albedo bajo , pero su presencia superpuesta en la superficie del océano más oscura afecta la absorción y reflectancia de la radiación solar entrante. [19]
Flujo de entalpía
La influencia del rocío del mar en el intercambio de calor y humedad de la superficie alcanza su punto máximo durante las épocas de mayor diferencia entre las temperaturas del aire y del mar. [21] Cuando la temperatura del aire es baja, el flujo de calor sensible a la pulverización marina puede ser casi tan grande como el flujo de calor latente de la pulverización en latitudes altas. [5] Además, el rocío marino mejora el flujo de entalpía aire / mar durante los vientos fuertes como resultado de la redistribución de la temperatura y la humedad en la capa límite marina . [6] Las gotas de rocío marino inyectadas en el aire equilibran térmicamente ~ 1% de su masa. Esto conduce a la adición de calor sensible antes de la reentrada del océano, aumentando su potencial de entrada de entalpía significativa. [6]
Efectos dinámicos
Los efectos del transporte de rocío marino en la capa límite atmosférica aún no se comprenden completamente [10] . Las gotas de rocío de mar alteran los flujos de impulso aire-mar al ser aceleradas y desaceleradas por los vientos [10] . En vientos con fuerza de huracán, se observa que hay alguna reducción en el flujo de impulso aire / mar [9] . Esta reducción en el flujo de impulso se manifiesta como una saturación del coeficiente de arrastre de aire / mar . Algunos estudios han identificado los efectos de la pulverización como una de las posibles razones de la saturación del coeficiente de arrastre de aire / mar. [23] [24] [25] Se ha demostrado a través de varios estudios numéricos y teóricos que el rocío del mar, si está presente en cantidades significativas en la capa límite atmosférica, conduce a la saturación de los coeficientes de arrastre aire-mar. [26] [27]
Ecología
Ecosistemas costeros
La deposición de sal del rocío del mar es el factor principal que influye en la distribución de las comunidades vegetales en los ecosistemas costeros. [28] Las concentraciones de iones del rocío marino depositado en la tierra generalmente reflejan sus concentraciones en el océano, excepto que el potasio es a menudo más alto en el rocío marino. [7] La deposición de sales en la tierra generalmente disminuye con la distancia al océano, pero aumenta al aumentar la velocidad del viento. [7] La deposición de sal del rocío marino se correlaciona con una disminución en la altura de la planta y cicatrización significativa, reducción de brotes, disminución de la altura del tallo y muerte del tejido en el lado de barlovento de arbustos y árboles. [29] [30] La variación en la deposición de sal también influye en la competencia entre plantas y establece gradientes de tolerancia a la sal. [29]
Si bien las sales contenidas en el rocío marino pueden inhibir gravemente el crecimiento de las plantas en los ecosistemas costeros, al seleccionar especies tolerantes a la sal, el rocío marino también puede aportar nutrientes vitales a estos hábitats. Por ejemplo, un estudio mostró que el rocío marino en Gales, Reino Unido, entrega aproximadamente 32 kg de potasio por hectárea a las dunas de arena costeras cada año. [9] Debido a que los suelos de dunas lixivian nutrientes muy rápidamente, la fertilización por aspersión marina podría ser muy influyente para los ecosistemas de dunas, especialmente para las plantas que son menos competitivas en ambientes con nutrientes limitados.
Comunidades microbianas
Los virus, las bacterias y el plancton son omnipresentes en el agua de mar, y esta biodiversidad se refleja en la composición del rocío marino. [13] En términos generales, el rocío de mar tiene concentraciones de microbios ligeramente más bajas que el agua a partir de la cual se produce. Sin embargo, la comunidad microbiana en el rocío marino a menudo es distinta de las playas de agua y arena cercanas, lo que sugiere que algunas especies están más inclinadas hacia el transporte SSA que otras. El rocío de mar de una playa puede contener miles de unidades taxonómicas operativas (OTU). [13] Se han descubierto casi 10,000 OTU diferentes en el rocío marino entre San Francisco, CA y Monterey, CA, y solo el 11% de ellas se encuentran ubicuamente. [13] Esto sugiere que el rocío marino en cada región costera probablemente tiene su propio conjunto único de diversidad microbiana, con miles de nuevas OTU aún por descubrir. Muchas de las OTU más comunes se han identificado en los siguientes taxones: Cryptophyta (orden), Stramenopiles (orden) y OM60 (familia). [13] Muchos incluso han sido identificados con el género: Persicirhabdus, Fluviicola, Synecococcus, Vibrio y Enterococcus. [13]
Los científicos han conjeturado que una corriente de microorganismos transportados por el aire rodea el planeta por encima de los sistemas meteorológicos pero por debajo de las rutas aéreas comerciales. [31] Algunos de estos microorganismos itinerantes son arrastrados por las tormentas de polvo terrestres, pero la mayoría se origina a partir de los microorganismos marinos en el rocío del mar. En 2018, un equipo de científicos informó que cientos de millones de virus y decenas de millones de bacterias se depositan diariamente en cada metro cuadrado del planeta. [32] [33]
Resistencia química
El rocío de mar es en gran parte responsable de la corrosión de los objetos metálicos cerca de la costa, ya que las sales aceleran el proceso de corrosión en presencia de abundante oxígeno y humedad atmosférica . [8] Las sales no se disuelven directamente en el aire, sino que se suspenden como partículas finas o se disuelven en gotitas microscópicas de agua en el aire. [34]
La prueba de niebla salina es una medida de la resistencia del material o resistencia a la corrosión, particularmente si el material se usará al aire libre y debe funcionar en un soporte de carga mecánica o en un papel crítico. Estos resultados son a menudo de gran interés para las industrias marinas , cuyos productos pueden sufrir una aceleración extrema de la corrosión y el consiguiente fallo debido a la exposición al agua salada. [35]
Ver también
- La erosión costera
- Modificación de la reflectividad de la nube
- Aire del mar
- Intrusión de agua salada
- Ola de viento
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