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Agua de mar en el estrecho de Malaca
Parte de una serie sobre
Salinidad del agua
Diagrama de salinidad del agua.png
Niveles de salinidad
Agua dulce (<0.05%)
Agua salobre (0.05–3%)
Agua salina (3-5%)
Salmuera (> 5% hasta 26% -28% máx.)
Cuerpos de agua
Diagrama de temperatura-salinidad de los cambios en la densidad del agua.
Salinidad del océano en diferentes latitudes en el Atlántico y el Pacífico

El agua de mar , o agua salada , es agua del mar o del océano . En promedio, el agua de mar en los océanos del mundo tiene una salinidad de aproximadamente el 3,5% (35 g / l, 35 ppt, 599 mM). Esto significa que cada kilogramo (aproximadamente un litro por volumen) de agua de mar tiene aproximadamente 35 gramos (1.2 oz) de sales disueltas (predominantemente sodio ( Na+
) y cloruro ( Cl-
) iones ). La densidad media en la superficie es de 1.025 kg / l. El agua de mar es más densa que el agua dulce y el agua pura (densidad 1.0 kg / la 4 ° C (39 ° F)) porque las sales disueltas aumentan la masa en una proporción mayor que el volumen. El punto de congelación del agua de mar disminuye a medida que aumenta la concentración de sal. Con una salinidad típica, se congela a aproximadamente -2 ° C (28 ° F). [1] El agua de mar más fría aún en estado líquido jamás registrada se encontró en 2010, en una corriente debajo de un glaciar antártico : la temperatura medida fue -2,6 ° C (27,3 ° F). [2] El pH del agua de mar se limita típicamente a un rango entre 7,5 y 8,4. [3]Sin embargo, no existe una escala de pH de referencia universalmente aceptada para el agua de mar y la diferencia entre las mediciones basadas en diferentes escalas de referencia puede ser de hasta 0,14 unidades. [4]

Geoquímica [ editar ]

Salinidad [ editar ]

Más información: Salinidad § Agua de mar
Salinidad media anual de la superficie del mar expresada en la Escala práctica de salinidad para el océano mundial . Datos del Atlas mundial de los océanos [5]

Aunque la gran mayoría del agua de mar tiene una salinidad de entre 31 g / kg y 38 g / kg, es decir, del 3,1 al 3,8%, el agua de mar no es uniformemente salina en todo el mundo. Cuando se produce una mezcla con la escorrentía de agua dulce de las desembocaduras de los ríos, cerca de glaciares que se derriten o grandes cantidades de precipitación (por ejemplo, monzón ), el agua de mar puede ser sustancialmente menos salina. El mar abierto más salino es el Mar Rojo , donde las altas tasas de evaporación , las escasas precipitaciones y la escorrentía de los ríos y la circulación confinada dan como resultado agua inusualmente salada. La salinidad en cuerpos de agua aislados puede ser considerablemente mayor aún, unas diez veces mayor en el caso del Mar Muerto.. Históricamente, se utilizaron varias escalas de salinidad para aproximar la salinidad absoluta del agua de mar. Una escala popular fue la "Escala práctica de salinidad", donde la salinidad se midió en "unidades prácticas de salinidad (PSU)". El estándar actual para la salinidad es la escala de "Salinidad de referencia" [6] con la salinidad expresada en unidades de "g / kg".

Propiedades termofísicas del agua de mar [ editar ]

La densidad del agua de mar superficial varía entre 1020 y 1029 kg / m 3 , según la temperatura y la salinidad. A una temperatura de 25 ° C, una salinidad de 35 g / kg y una presión de 1 atm, la densidad del agua de mar es de 1023,6 kg / m 3 . [7] [8] En las profundidades del océano, a alta presión, el agua de mar puede alcanzar una densidad de 1050 kg / m 3 o más. La densidad del agua de mar también cambia con la salinidad. Las salmueras generadas por las plantas desaladoras de agua de mar pueden tener salinidades de hasta 120 g / kg. La densidad de la salmuera de agua de mar típica de 120 g / kg de salinidad a 25 ° C y presión atmosférica es 1088 kg / m 3 . [7] [8] pH del agua de marestá limitado al rango de 7.5 a 8.4. La velocidad del sonido en el agua de mar es de unos 1500 m / s (mientras que la velocidad del sonido suele ser de unos 330 m / s en el aire a aproximadamente 101,3 kPa de presión, 1 atmósfera) y varía con la temperatura, la salinidad y la presión del agua. La conductividad térmica del agua de mar es de 0,6 W / mK a 25 ° C y una salinidad de 35 g / kg. [9] La conductividad térmica disminuye al aumentar la salinidad y aumenta al aumentar la temperatura. [10]

Composición química [ editar ]

El agua de mar contiene más iones disueltos que todos los tipos de agua dulce. [11] Sin embargo, las proporciones de solutos difieren dramáticamente. Por ejemplo, aunque el agua de mar contiene aproximadamente 2,8 veces más bicarbonato que el agua de río, el porcentaje de bicarbonato en el agua de mar como proporción de todos los iones disueltos es mucho menor que en el agua de río. Los iones de bicarbonato constituyen el 48% de los solutos del agua de río, pero solo el 0,14% del agua de mar. [11] [12] Diferencias como estas se deben a los tiempos de residencia variables de los solutos de agua de mar; el sodio y el cloruro tienen tiempos de residencia muy largos, mientras queel calcio (vital para la formación de carbonatos ) tiende a precipitar mucho más rápidamente. [12] Los iones disueltos más abundantes en el agua de mar son sodio, cloruro, magnesio , sulfato y calcio. [13] Su osmolaridad es de aproximadamente 1000 mOsm / l. [14]

Se encuentran pequeñas cantidades de otras sustancias, incluidos aminoácidos en concentraciones de hasta 2 microgramos de átomos de nitrógeno por litro, [15] que se cree que desempeñaron un papel clave en el origen de la vida .

Diagrama que muestra las concentraciones de varios iones de sal en el agua de mar. La composición del componente salino total es: Cl-
55%, Na+
30,6%, ASÍ2−
47,7%, Mg2+
3,7%, Ca2+
1,2%, K+
1,1%, otros 0,7%. Tenga en cuenta que el diagrama solo es correcto cuando está en unidades de peso / peso, no peso / vol o vol / vol.
Composición elemental del agua de mar
(salinidad = 3,5%) [ cita requerida ]
ElementoPorcentaje en masa
Oxígeno85,84
Hidrógeno10,82
Cloro1,94
Sodio1.08
Magnesio0,1292
Azufre0.091
Calcio0,04
Potasio0,04
Bromo0,0067
Carbón0,0028
Composición molar total del agua de mar (salinidad = 35) [16]
ComponenteConcentración (mol / kg)
H2O53,6
Cl-0.546
N / A+0,469
Mg2+0.0528
ASI QUE2− 40.0282
California2+0.0103
K+0.0102
C T0,00206
Br-0,000844
B T0,000416
Sr2+0,000091
F-0,000068

Componentes microbianos [ editar ]

La investigación realizada en 1957 por la Institución de Oceanografía Scripps tomó muestras de agua en lugares pelágicos y neríticos en el Océano Pacífico. Se utilizaron cultivos y recuentos microscópicos directos, y los recuentos directos en algunos casos mostraron hasta 10 000 veces los obtenidos de los cultivos. Estas diferencias se atribuyeron a la aparición de bacterias en agregados, los efectos selectivos de los medios de cultivo y la presencia de células inactivas. Se observó una marcada reducción en el número de cultivos bacterianos por debajo de la termoclina , pero no por observación microscópica directa. Gran cantidad de spirilliSe observaron formas semejantes al microscopio, pero no se cultivaron. La disparidad en los números obtenidos por los dos métodos es bien conocida en este y otros campos. [17] En la década de 1990, las técnicas mejoradas de detección e identificación de microbios al sondear solo pequeños fragmentos de ADN , permitieron a los investigadores que participaban en el Censo de la vida marina identificar miles de microbios previamente desconocidos que generalmente solo estaban presentes en pequeñas cantidades. Esto reveló una diversidad mucho mayor de lo que se sospechaba anteriormente, por lo que un litro de agua de mar puede contener más de 20.000 especies. Mitchell Sogin, del Laboratorio de Biología Marina, cree que "la cantidad de diferentes tipos de bacterias en los océanos podría eclipsar entre cinco y diez millones".[18]

Las bacterias se encuentran en todas las profundidades de la columna de agua , así como en los sedimentos, algunas son aeróbicas, otras anaeróbicas. La mayoría nadan libremente, pero algunos existen como simbiontes dentro de otros organismos, ejemplos de estos son bacterias bioluminiscentes. Las cianobacterias jugaron un papel importante en la evolución de los procesos oceánicos, permitiendo el desarrollo de estromatolitos y oxígeno en la atmósfera.

Algunas bacterias interactúan con las diatomeas y forman un vínculo crítico en el ciclo del silicio en el océano. Una especie anaeróbica, Thiomargarita namibiensis , juega un papel importante en la descomposición de las erupciones de sulfuro de hidrógeno de los sedimentos de diatomeas frente a la costa de Namibia, generadas por altas tasas de crecimiento de fitoplancton en la zona de afloramiento de la corriente de Benguela , que eventualmente caen al lecho marino.

Las arqueas parecidas a bacterias sorprendieron a los microbiólogos marinos por su supervivencia y su prosperidad en ambientes extremos, como los respiraderos hidrotermales en el fondo del océano. Bacterias marinas alcalotolerantes como Pseudomonas y Vibrio spp. sobreviven en un rango de pH de 7,3 a 10,6, mientras que algunas especies solo crecerán a un pH de 10 a 10,6. [19] Las arqueas también existen en aguas pelágicas y pueden constituir hasta la mitad de la biomasa del océano , claramente desempeñando un papel importante en los procesos oceánicos. [20] En 2000, los sedimentos del fondo del océano revelaron una especie de Archaea que descompone el metano , un importantegas de efecto invernadero y uno de los principales contribuyentes al calentamiento atmosférico. [21] Algunas bacterias descomponen las rocas del fondo marino, lo que influye en la química del agua de mar. Los derrames de petróleo y las escorrentías que contienen aguas residuales humanas y contaminantes químicos tienen un efecto marcado en la vida microbiana en las cercanías, además de albergar patógenos y toxinas que afectan todas las formas de vida marina . Los dinoflagelados protistas pueden en ciertos momentos sufrir explosiones poblacionales llamadas floraciones o mareas rojas , a menudo después de la contaminación causada por humanos. El proceso puede producir metabolitos conocidos como biotoxinas, que se mueven a lo largo de la cadena alimentaria del océano y contaminan a los consumidores animales de orden superior.

Pandoravirus salinus , una especie de virus muy grande, con un genoma mucho más grande que el de cualquier otra especie de virus, fue descubierto en 2013. Al igual que los otros virus muy grandes Mimivirus y Megavirus , Pandoravirus infecta amebas, pero su genoma, que contiene 1,9 a 2,5 megabases de ADN, es dos veces más grande que el de Megavirus , y difiere mucho de los otros virus grandes en apariencia y estructura del genoma.

En 2013, investigadores de la Universidad de Aberdeen anunciaron que estaban iniciando una búsqueda de sustancias químicas no descubiertas en organismos que han evolucionado en fosas de aguas profundas, con la esperanza de encontrar "la próxima generación" de antibióticos, anticipando un "apocalipsis de antibióticos" con escasez de nuevas infecciones. lucha contra las drogas. La investigación financiada con fondos europeos comenzará en la fosa de Atacama y luego continuará con la búsqueda de trincheras frente a Nueva Zelanda y la Antártida. [22]

El océano tiene una larga historia de eliminación de desechos humanos en el supuesto de que su gran tamaño lo hace capaz de absorber y diluir todo el material nocivo. [23] Si bien esto puede ser cierto a pequeña escala, las grandes cantidades de aguas residuales que se vierten de forma rutinaria han dañado muchos ecosistemas costeros y los han vuelto potencialmente mortales. Los virus y bacterias patógenos se encuentran en estas aguas, como Escherichia coli , Vibrio cholerae, la causa del cólera , hepatitis A , hepatitis E y poliomielitis , junto con protozoos que causan giardiasis y criptosporidiosis.. Estos patógenos se encuentran habitualmente presentes en el agua de lastre de los grandes buques y se propagan ampliamente cuando se descarga el lastre. [24]

Origen e historia [ editar ]

Ver también: Origen del agua en la Tierra

Las teorías científicas detrás de los orígenes de la sal marina comenzaron con Sir Edmond Halley en 1715, quien propuso que la sal y otros minerales eran transportados al mar por los ríos después de que la lluvia los arrastrara del suelo. Al llegar al océano, estas sales se concentraron a medida que llegaba más sal con el tiempo (ver Ciclo hidrológico ). Halley señaló que la mayoría de los lagos que no tienen salidas al océano (como el Mar Muerto y el Mar Caspio , ver la cuenca endorreica ), tienen un alto contenido de sal. Halley denominó este proceso "meteorización continental".

La teoría de Halley era parcialmente correcta. Además, el sodio se filtró del fondo del océano cuando se formó el océano. La presencia del otro ión dominante de la sal, el cloruro, resulta de la desgasificación del cloruro (como ácido clorhídrico ) con otros gases del interior de la Tierra a través de volcanes y respiraderos hidrotermales . Los iones de sodio y cloruro se convirtieron posteriormente en los componentes más abundantes de la sal marina.

La salinidad del océano se ha mantenido estable durante miles de millones de años, probablemente como consecuencia de un sistema químico / tectónico que elimina tanta sal como se deposita; por ejemplo, los sumideros de sodio y cloruro incluyen depósitos de evaporita , enterramiento de agua intersticial y reacciones con basaltos del fondo marino . [12] : 133

Se pensaba que el agua del mar provenía de los volcanes de la Tierra , desde hace 4 mil millones de años, liberada por desgasificación de la roca fundida. [25] ( págs . 24-25 ) Un trabajo más reciente sugiere que gran parte del agua de la Tierra puede provenir de los cometas . [26]

Impactos humanos [ editar ]

El cambio climático , el aumento del dióxido de carbono atmosférico , el exceso de nutrientes y la contaminación en muchas formas están alterando la geoquímica oceánica global. Las tasas de cambio para algunos aspectos superan en gran medida las del registro geológico histórico y reciente. Las principales tendencias incluyen un aumento de la acidez , reducción del oxígeno del subsuelo en aguas cercanas a la costa y pelágicas, aumento de los niveles de nitrógeno costero y aumentos generalizados del mercurio y los contaminantes orgánicos persistentes. La mayoría de estas perturbaciones están relacionadas directa o indirectamente con la combustión de combustibles fósiles humanos, los fertilizantes y la actividad industrial. Se proyecta que las concentraciones crecerán en las próximas décadas, con impactos negativos en la biota oceánica y otros recursos marinos. [27]

Una de las características más llamativas de esto es la acidificación de los océanos , resultante de una mayor absorción de CO 2 de los océanos relacionada con una mayor concentración atmosférica de CO 2 y temperaturas más altas, [28] porque afecta gravemente a los arrecifes de coral , moluscos , equinodermos y crustáceos (ver blanqueamiento de coral ).

Consumo humano [ editar ]

Artículo principal: intoxicación por agua de mar
Ver también: Desalinización

El consumo accidental de pequeñas cantidades de agua de mar limpia no es dañino, especialmente si el agua de mar se toma junto con una mayor cantidad de agua dulce. Sin embargo, beber agua de mar para mantener la hidratación es contraproducente; se debe excretar más agua para eliminar la sal (a través de la orina ) que la cantidad de agua obtenida del propio agua de mar. [29]
En circunstancias normales, se consideraría desaconsejado consumir grandes cantidades de agua de mar sin filtrar.

El sistema renal regula activamente los niveles de sodio y cloruro en la sangre dentro de un rango muy estrecho de alrededor de 9 g / L (0,9% en peso).

En la mayoría de las aguas abiertas, las concentraciones varían un poco alrededor de los valores típicos de aproximadamente el 3,5%, mucho más alto de lo que el cuerpo puede tolerar y más de lo que el riñón puede procesar. Un punto que con frecuencia se pasa por alto en las afirmaciones de que el riñón puede excretar NaCl en concentraciones bálticas del 2% (en argumentos en contrario) es que el intestino no puede absorber agua en tales concentraciones, por lo que no hay ningún beneficio en beber esa agua. Beber agua de mar aumenta temporalmente la concentración de NaCl en sangre. Esto le indica al riñón que excrete sodio, pero la concentración de sodio del agua de mar está por encima de la capacidad máxima de concentración del riñón. Finalmente, la concentración de sodio en la sangre aumenta a niveles tóxicos, lo que elimina el agua de las células e interfiere con la conducción nerviosa .finalmente produciendo convulsiones fatalesy arritmia cardíaca . [ cita requerida ]

Los manuales de supervivencia aconsejan constantemente no beber agua de mar. [30] Un resumen de 163 viajes en balsa salvavidas estimó el riesgo de muerte en un 39% para quienes bebían agua de mar, en comparación con el 3% para quienes no la bebían. El efecto de la ingesta de agua de mar en ratas confirmó los efectos negativos de beber agua de mar cuando están deshidratadas. [31]

La tentación de beber agua de mar fue mayor para los marineros que habían gastado su suministro de agua dulce y no podían capturar suficiente agua de lluvia para beber. Esta frustración describió famoso por una línea de Samuel Taylor Coleridge Es La escarcha del marino antiguo :

"Agua, agua, por todas partes,
y todas las tablas se encogieron;
agua, agua, por todas partes,
ni gota para beber".

Aunque los humanos no pueden sobrevivir con agua de mar, algunas personas afirman que hasta dos tazas al día, mezcladas con agua dulce en una proporción de 2: 3, no produce efectos nocivos. El médico francés Alain Bombard sobrevivió a una travesía oceánica en un pequeño bote de goma Zodiak utilizando principalmente carne de pescado cruda, que contiene aproximadamente un 40 por ciento de agua (como la mayoría de los tejidos vivos), así como pequeñas cantidades de agua de mar y otras provisiones extraídas del océano. Sus hallazgos fueron cuestionados, pero no se dio una explicación alternativa. En su libro de 1948, Kon-Tiki , Thor Heyerdahl informó que bebió agua de mar mezclada con agua fresca en una proporción de 2: 3 durante la expedición de 1947. [32] Unos años más tarde, otro aventurero, William Willis, afirmó haber bebido dos tazas de agua de mar y una taza de agua fresca por día durante 70 días sin efectos negativos cuando perdió parte de su suministro de agua. [33]

Durante el siglo XVIII, Richard Russell defendió el uso médico de la práctica en el Reino Unido, [34] y René Quinton amplió la defensa de la práctica en otros países, especialmente Francia, en el siglo XX. Actualmente, la práctica es ampliamente utilizada en Nicaragua y otros países, supuestamente aprovechando los últimos descubrimientos médicos [35] y. [36]

La mayoría de los buques oceánicos desalinizan el agua potable del agua de mar mediante procesos como la destilación al vacío o la destilación instantánea de varias etapas en un evaporador o, más recientemente, la ósmosis inversa . Estos procesos que consumen mucha energía generalmente no estaban disponibles durante la Era de la Vela . Los buques de guerra de vela más grandes con tripulaciones grandes, como el HMS  Victory de Nelson , fueron equipados con aparatos de destilación en sus galeras . [37] Animales como peces, ballenas, tortugas marinas y aves marinas , como pingüinos ylos albatros se han adaptado a vivir en un hábitat muy salino. Por ejemplo, las tortugas marinas y los cocodrilos de agua salada eliminan el exceso de sal de sus cuerpos a través de sus conductos lagrimales . [38]

Extracción de minerales [ editar ]

Los minerales se han extraído del agua de mar desde la antigüedad. Actualmente, los cuatro metales más concentrados, Na , Mg , Ca y K , se extraen comercialmente del agua de mar. [39] Durante 2015 en los Estados Unidos, el 63% de la producción de magnesio provino de agua de mar y salmueras. [40] El bromo también se produce a partir del agua de mar en China y Japón. [41] La extracción de litio del agua de mar se intentó en la década de 1970, pero pronto se abandonaron las pruebas. La idea de extraer uranio. del agua de mar se ha considerado al menos desde la década de 1960, pero solo se extrajeron unos pocos gramos de uranio en Japón a fines de la década de 1990. [42]

Estándar [ editar ]

ASTM International tiene un estándar internacional para agua de mar artificial : ASTM D1141-98 (Estándar original ASTM D1141-52). Se utiliza en muchos laboratorios de pruebas de investigación como una solución reproducible para agua de mar, como pruebas de corrosión, contaminación por aceite y evaluación de detergencia. [43]

Ver también [ editar ]

  • Salmuera  : una solución altamente concentrada de sal en agua.
  • Minería de salmuera
  • Agua salobre  : agua con salinidad entre agua dulce y agua de mar.
  • Agua dulce: agua de  origen natural con bajas cantidades de sales disueltas.
  • Color del océano  : explicación del color de los océanos y radiometría del color del océano.
  • Agua salina
  • Hielo marino  : hielo formado a partir de agua de mar congelada
  • PH del agua de mar  : medida de la acidez o basicidad de una solución acuosa
  • Tensión superficial del agua de mar  : tendencia de una superficie líquida a encogerse para reducir el área de la superficie.
  • Talasoterapia
  • Circulación termohalina  : una parte de la circulación oceánica a gran escala impulsada por gradientes de densidad global creados por el calor de la superficie y los flujos de agua dulce.
  • Conjunto de datos CORA salinidad global del océano

Referencias [ editar ]

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  • Artículos técnicos en ciencias marinas 44, Algoritmos para el cálculo de propiedades fundamentales del agua de mar, ioc-unesco.org, UNESCO 1983

Mesas

  • Tablas y software para propiedades termofísicas del agua de mar , MIT
  • GW C Kaye, TH Laby (1995). "Propiedades físicas del agua de mar". Tablas de constantes físicas y químicas (16ª ed.). Archivado desde el original el 8 de mayo de 2019.