Água do mar - Seawater
| Parte de uma série sobre |
| Salinidade da água |
|---|
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| Níveis de salinidade |
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Água doce (<0,05%) Água salobra (0,05–3%) Água salina (3–5%) Salmoura (> 5% até 26% -28% máx.) |
| Corpos de água |
A água do mar , ou água salgada , é a água do mar ou oceano . Em média, a água do mar nos oceanos do mundo tem uma salinidade de cerca de 3,5% (35 g / l, 35 ppt, 600 mM). Isso significa que cada quilograma (cerca de um litro por volume) de água do mar tem aproximadamente 35 gramas (1,2 oz) de sais dissolvidos (predominantemente sódio ( Na+
) e cloreto ( Cl-
) íons ). A densidade média na superfície é 1,025 kg / l. A água do mar é mais densa do que a água doce e a água pura (densidade 1,0 kg / l a 4 ° C (39 ° F)) porque os sais dissolvidos aumentam a massa em uma proporção maior do que o volume. Em comparação, a maioria dos níveis de soro fisiológico em humanos são aproximadamente um quarto disso, por exemplo, o sangue é 9g / l (0,9% p / v). O ponto de congelamento da água do mar diminui à medida que a concentração de sal aumenta. Na salinidade típica, ele congela a cerca de -2 ° C (28 ° F). A água do mar mais fria ainda no estado líquido já registrada foi encontrada em 2010, em um riacho sob uma geleira da Antártica : a temperatura medida foi de -2,6 ° C (27,3 ° F). O pH da água do mar é normalmente limitado a uma faixa entre 7,5 e 8,4. No entanto, não existe uma escala de pH de referência universalmente aceita para água do mar e a diferença entre as medições com base em diferentes escalas de referência pode ser de até 0,14 unidades.
Geoquímica
Salinidade
Embora a grande maioria da água do mar tenha uma salinidade entre 31 g / kg e 38 g / kg, ou seja, 3,1–3,8%, a água do mar não é uniformemente salina em todo o mundo. Onde a mistura ocorre com o escoamento de água doce da foz dos rios, próximo ao derretimento de geleiras ou grandes quantidades de precipitação (por exemplo, Monção ), a água do mar pode ser substancialmente menos salina. O mar aberto mais salino é o Mar Vermelho , onde altas taxas de evaporação , baixa precipitação e baixo escoamento do rio e circulação confinada resultam em água excepcionalmente salgada. A salinidade em corpos d'água isolados pode ser consideravelmente maior - cerca de dez vezes maior no caso do Mar Morto . Historicamente, várias escalas de salinidade foram usadas para aproximar a salinidade absoluta da água do mar. Uma escala popular era a "Escala de Salinidade Prática", onde a salinidade era medida em "unidades práticas de salinidade (PSU)". O padrão atual de salinidade é a escala de "Salinidade de Referência" com a salinidade expressa em unidades de "g / kg".
Propriedades termofísicas da água do mar
A densidade da água do mar superficial varia de cerca de 1020 a 1029 kg / m 3 , dependendo da temperatura e salinidade. A uma temperatura de 25 ° C, salinidade de 35 g / kg e pressão de 1 atm, a densidade da água do mar é 1023,6 kg / m 3 . Nas profundezas do oceano, sob alta pressão, a água do mar pode atingir uma densidade de 1050 kg / m 3 ou superior. A densidade da água do mar também muda com a salinidade. Salmouras geradas por usinas de dessalinização de água do mar podem ter salinidades de até 120 g / kg. A densidade da salmoura típica de água do mar de 120 g / kg de salinidade a 25 ° C e a pressão atmosférica é de 1088 kg / m 3 . O pH da água do mar está limitado à faixa de 7,5 a 8,4. A velocidade do som na água do mar é de cerca de 1.500 m / s (enquanto a velocidade do som é geralmente em torno de 330 m / s no ar a cerca de 101,3 kPa de pressão, 1 atmosfera) e varia com a temperatura, salinidade e pressão da água. A condutividade térmica da água do mar é de 0,6 W / mK a 25 ° C e uma salinidade de 35 g / kg. A condutividade térmica diminui com o aumento da salinidade e aumenta com o aumento da temperatura.
Composição química
A água do mar contém mais íons dissolvidos do que todos os tipos de água doce. No entanto, as proporções de solutos diferem dramaticamente. Por exemplo, embora a água do mar contenha cerca de 2,8 vezes mais bicarbonato do que a água do rio, a porcentagem de bicarbonato na água do mar como proporção de todos os íons dissolvidos é muito menor do que na água do rio. Os íons bicarbonato constituem 48% dos solutos da água do rio, mas apenas 0,14% da água do mar. Diferenças como essas são devidas aos tempos de residência variáveis dos solutos da água do mar; o sódio e o cloreto têm tempos de residência muito longos, enquanto o cálcio (vital para a formação de carbonato ) tende a precipitar muito mais rapidamente. Os íons dissolvidos mais abundantes na água do mar são sódio, cloreto, magnésio , sulfato e cálcio. Sua osmolaridade é de cerca de 1000 mOsm / l.
Pequenas quantidades de outras substâncias são encontradas, incluindo aminoácidos em concentrações de até 2 microgramas de átomos de nitrogênio por litro, que se acredita terem desempenhado um papel fundamental na origem da vida .
| Elemento | Porcentagem em massa |
|---|---|
| Oxigênio | 85,84 |
| Hidrogênio | 10,82 |
| Cloro | 1,94 |
| Sódio | 1.08 |
| Magnésio | 0,1292 |
| Enxofre | 0,091 |
| Cálcio | 0,04 |
| Potássio | 0,04 |
| Bromo | 0,0067 |
| Carbono | 0,0028 |
| Componente | Concentração (mol / kg) |
|---|---|
| H 2O |
53,6 |
| Cl- |
0,546 |
| N / D+ |
0,469 |
| Mg2+ |
0,0528 |
| TÃO2− 4 |
0,0282 |
| Ca2+ |
0,0103 |
| K+ |
0,0102 |
| C T | 0,00206 |
| Br- |
0,000844 |
| B T | 0,000416 |
| Sr2+ |
0,000091 |
| F- |
0,000068 |
Componentes microbianos
Uma pesquisa em 1957 pelo Scripps Institution of Oceanography amostrou água em locais pelágicos e neríticos no Oceano Pacífico. Foram utilizadas contagens microscópicas diretas e culturas, as contagens diretas em alguns casos mostrando até 10.000 vezes as obtidas nas culturas. Essas diferenças foram atribuídas à ocorrência de bactérias em agregados, aos efeitos seletivos dos meios de cultura e à presença de células inativas. Uma redução acentuada no número de culturas bacterianas foi observada abaixo da termoclina , mas não por observação microscópica direta. Um grande número de formas semelhantes a espirilos foram observadas ao microscópio, mas não sob cultivo. A disparidade nos números obtidos pelos dois métodos é bem conhecida neste e em outros campos. Na década de 1990, técnicas aprimoradas de detecção e identificação de micróbios por meio da sondagem de pequenos fragmentos de DNA permitiram aos pesquisadores que participaram do Censo da Vida Marinha identificar milhares de micróbios até então desconhecidos, geralmente presentes apenas em pequenos números. Isso revelou uma diversidade muito maior do que se suspeitava anteriormente, de modo que um litro de água do mar pode conter mais de 20.000 espécies. Mitchell Sogin, do Laboratório de Biologia Marinha, acredita que "o número de diferentes tipos de bactérias nos oceanos pode eclipsar de 5 a 10 milhões".
As bactérias são encontradas em todas as profundidades da coluna d'água , bem como nos sedimentos, algumas aeróbicas, outras anaeróbicas. A maioria é de natação livre, mas alguns existem como simbiontes dentro de outros organismos - exemplos destas sendo bactérias bioluminescentes. As cianobactérias desempenharam um papel importante na evolução dos processos oceânicos, possibilitando o desenvolvimento de estromatólitos e oxigênio na atmosfera.
Algumas bactérias interagem com as diatomáceas e formam um elo crítico no ciclo do silício no oceano. Uma espécie anaeróbia, Thiomargarita namibiensis , desempenha um papel importante na quebra de erupções de sulfeto de hidrogênio de sedimentos diatomáceas na costa da Namíbia e geradas por altas taxas de crescimento de fitoplâncton na zona de ressurgência da Corrente de Benguela , eventualmente caindo para o fundo do mar.
Archaea semelhante a uma bactéria surpreendeu os microbiologistas marinhos por sua sobrevivência e prosperidade em ambientes extremos, como as fontes hidrotermais no fundo do oceano. Bactérias marinhas alcalotolerantes , como Pseudomonas e Vibrio spp. sobreviver em uma faixa de pH de 7,3 a 10,6, enquanto algumas espécies crescerão apenas em pH 10 a 10,6. As arquéias também existem em águas pelágicas e podem constituir até metade da biomassa do oceano , claramente desempenhando um papel importante nos processos oceânicos. Em 2000, sedimentos do fundo do oceano revelaram uma espécie de Archaea que decompõe o metano , um importante gás de efeito estufa e um dos principais contribuintes para o aquecimento atmosférico. Algumas bactérias quebram as rochas do fundo do mar, influenciando a química da água do mar. Derramamentos de óleo e escoamento contendo esgoto humano e poluentes químicos têm um efeito marcante na vida microbiana nas proximidades, além de abrigar patógenos e toxinas que afetam todas as formas de vida marinha . Os dinoflagelados protistas podem, em certos momentos, sofrer explosões populacionais chamadas de florescências ou marés vermelhas , geralmente após a poluição causada pelo homem. O processo pode produzir metabólitos conhecidos como biotoxinas, que se movem ao longo da cadeia alimentar do oceano, contaminando os consumidores de animais de ordem superior.
Pandoravirus salinus , uma espécie de vírus muito grande, com um genoma muito maior do que qualquer outra espécie de vírus, foi descoberto em 2013. Como os outros vírus muito grandes Mimivírus e Megavírus , o Pandoravírus infecta amebas, mas seu genoma, contendo 1,9 a 2,5 megabases de DNA, é duas vezes maior que o do megavírus e difere muito dos outros grandes vírus na aparência e na estrutura do genoma.
Em 2013, pesquisadores da Universidade de Aberdeen anunciaram que estavam começando uma busca por produtos químicos não descobertos em organismos que evoluíram em fossas marinhas profundas, na esperança de encontrar "a próxima geração" de antibióticos, antecipando um "apocalipse antibiótico" com escassez de novas infecções- combate às drogas. A pesquisa financiada pela UE começará na Fossa do Atacama e, em seguida, seguirá para as trincheiras da Nova Zelândia e da Antártica.
O oceano tem uma longa história de eliminação de dejetos humanos, partindo do pressuposto de que seu vasto tamanho o torna capaz de absorver e diluir todo o material nocivo. Embora isso possa ser verdade em pequena escala, a grande quantidade de esgoto despejado rotineiramente danificou muitos ecossistemas costeiros e os tornou potencialmente fatais. Vírus e bactérias patogênicas ocorrem nessas águas, como Escherichia coli , Vibrio cholerae, a causa da cólera , hepatite A , hepatite E e poliomielite , junto com protozoários que causam giardíase e criptosporidiose . Esses patógenos estão rotineiramente presentes na água de lastro de grandes embarcações e se espalham amplamente quando o lastro é descarregado.
Origem e história
Acreditava-se que a água do mar provinha dos vulcões da Terra , que começaram há 4 bilhões de anos, liberados pela desgaseificação da rocha derretida. Trabalhos mais recentes sugerem que grande parte da água da Terra pode vir de cometas .
As teorias científicas por trás das origens do sal marinho começaram com Sir Edmond Halley em 1715, que propôs que o sal e outros minerais fossem carregados para o mar pelos rios depois que as chuvas o lavassem do solo. Ao chegar ao oceano, esses sais se concentraram à medida que mais sal chegava ao longo do tempo (ver Ciclo hidrológico ). Halley observou que a maioria dos lagos que não têm saídas para o oceano (como o Mar Morto e o Mar Cáspio , veja a bacia endorreica ), tem alto teor de sal. Halley chamou esse processo de "intemperismo continental".
A teoria de Halley estava parcialmente correta. Além disso, o sódio foi eliminado do fundo do oceano quando o oceano se formou. A presença do outro íon dominante do sal, o cloreto, resulta da liberação de gás do cloreto (como ácido clorídrico ) com outros gases do interior da Terra por meio de vulcões e fontes hidrotermais . Os íons sódio e cloreto posteriormente se tornaram os constituintes mais abundantes do sal marinho.
A salinidade do oceano tem se mantido estável por bilhões de anos, provavelmente como consequência de um sistema químico / tectônico que remove tanto sal quanto é depositado; por exemplo, sumidouros de sódio e cloreto incluem depósitos de evaporito , soterramento de poros e reações com basaltos do fundo do mar .
Impactos humanos
Mudanças climáticas , níveis crescentes de dióxido de carbono na atmosfera da Terra , excesso de nutrientes e poluição em muitas formas estão alterando a geoquímica oceânica global . As taxas de mudança para alguns aspectos excedem em muito as do registro geológico histórico e recente. As principais tendências incluem aumento da acidez , redução do oxigênio subterrâneo em águas próximas à costa e pelágicas, aumento dos níveis de nitrogênio costeiros e aumento generalizado de mercúrio e poluentes orgânicos persistentes. A maioria dessas perturbações está ligada direta ou indiretamente à combustão de combustível fóssil humano, fertilizantes e atividades industriais. Projeta-se que as concentrações aumentem nas próximas décadas, com impactos negativos na biota oceânica e em outros recursos marinhos.
Uma das características mais marcantes disso é a acidificação dos oceanos , resultante do aumento da absorção de CO 2 dos oceanos relacionada à maior concentração atmosférica de CO 2 e temperaturas mais altas, porque afeta severamente recifes de corais , moluscos , equinodermos e crustáceos (ver branqueamento de corais ) .
Consumo humano
O consumo acidental de pequenas quantidades de água do mar limpa não é prejudicial, especialmente se a água do mar for levada junto com uma quantidade maior de água doce. No entanto, beber água do mar para manter a hidratação é contraproducente; mais água deve ser excretada para eliminar o sal (via urina ) do que a quantidade de água obtida da própria água do mar. Em circunstâncias normais, seria considerado imprudente consumir grandes quantidades de água do mar não filtrada.
O sistema renal regula ativamente os níveis de sódio e cloreto no sangue dentro de uma faixa muito estreita em torno de 9 g / L (0,9% por peso).
Na maioria das concentrações de águas abertas variam um pouco em torno de valores típicos de cerca de 3,5%, muito mais alto do que o corpo pode tolerar e muito além do que o rim pode processar. Um ponto frequentemente esquecido nas alegações de que o rim pode excretar NaCl em concentrações do Báltico de 2% (em argumentos ao contrário) é que o intestino não consegue absorver água em tais concentrações, de modo que não há benefício em beber tal água. Beber água do mar aumenta temporariamente a concentração de NaCl no sangue. Isso sinaliza ao rim para excretar sódio, mas a concentração de sódio da água do mar está acima da capacidade máxima de concentração do rim. Eventualmente, a concentração de sódio no sangue aumenta para níveis tóxicos, removendo água das células e interferindo na condução nervosa , produzindo, em última instância, convulsão fatal e arritmia cardíaca .
Os manuais de sobrevivência aconselham consistentemente contra o consumo de água do mar. Um resumo de 163 viagens de bote salva-vidas estimou o risco de morte em 39% para aqueles que beberam água do mar, em comparação com 3% para aqueles que não beberam. O efeito da ingestão de água do mar em ratos confirmou os efeitos negativos de beber água do mar quando desidratado.
A tentação de beber água do mar era maior para os marinheiros que haviam gasto seu suprimento de água doce e não conseguiam captar água da chuva suficiente para beber. Essa frustração foi descrita por uma frase de Samuel Taylor Coleridge , The Rime of the Ancient Mariner :
- "Água, água, por toda parte,
E todas as tábuas encolheram;
Água, água, por toda parte,
Nem gota para beber."
- "Água, água, por toda parte,
Embora os humanos não possam sobreviver com água do mar, algumas pessoas afirmam que até duas xícaras por dia, misturadas com água doce na proporção de 2: 3, não produzem efeitos nocivos. O médico francês Alain Bombard sobreviveu a uma travessia do oceano em um pequeno barco de borracha Zodiak usando principalmente carne de peixe crua, que contém cerca de 40% de água (como a maioria dos tecidos vivos), bem como pequenas quantidades de água do mar e outras provisões colhidas do oceano. Suas descobertas foram contestadas, mas uma explicação alternativa não foi dada. Em seu livro de 1948, Kon-Tiki , Thor Heyerdahl relatou beber água do mar misturada com água doce na proporção de 2: 3 durante a expedição de 1947. Poucos anos depois, outro aventureiro, William Willis , afirmou ter bebido duas xícaras de água do mar e uma xícara de água doce por dia por 70 dias, sem efeitos prejudiciais, quando perdeu parte de seu suprimento de água.
Durante o século 18, Richard Russell defendeu o uso médico dessa prática no Reino Unido, e René Quinton expandiu a divulgação dessa prática para outros países, notadamente a França, no século XX. Atualmente, é amplamente praticado na Nicarágua e em outros países, supostamente aproveitando as últimas descobertas médicas.
A maioria dos navios oceânicos dessaliniza água potável da água do mar usando processos como destilação a vácuo ou destilação instantânea em vários estágios em um evaporador ou, mais recentemente, osmose reversa . Esses processos de uso intensivo de energia geralmente não estavam disponíveis durante a Era da Vela . Navios de guerra maiores com grandes tripulações, como o HMS Victory de Nelson , foram equipados com aparelhos de destilação em suas galés . Animais como peixes, baleias, tartarugas marinhas e aves marinhas , como pinguins e albatrozes, se adaptaram a viver em um habitat altamente salino. Por exemplo, tartarugas marinhas e crocodilos de água salgada removem o excesso de sal de seus corpos por meio de seus dutos lacrimais .
Extração mineral
Os minerais são extraídos da água do mar desde os tempos antigos. Atualmente, os quatro metais mais concentrados - Na , Mg , Ca e K - são extraídos comercialmente da água do mar. Durante 2015, nos EUA, 63% da produção de magnésio veio da água do mar e salmouras. O bromo também é produzido a partir da água do mar na China e no Japão. A extração de lítio da água do mar foi tentada na década de 1970, mas os testes logo foram abandonados. A ideia de extrair urânio da água do mar foi considerada pelo menos a partir dos anos 1960, mas apenas alguns gramas de urânio foram extraídos no Japão no final dos anos 1990.
Padrão
ASTM International tem um padrão internacional para água do mar artificial : ASTM D1141-98 (Padrão Original ASTM D1141-52). É usado em muitos laboratórios de teste de pesquisa como uma solução reproduzível para água do mar, como testes de corrosão, contaminação de óleo e avaliação de detergência.
Veja também
- Salmoura - Uma solução altamente concentrada de um sal em água
- Mineração de salmoura
- Água salobra - Água com salinidade entre a água doce e a água do mar
- Água doce - água que ocorre naturalmente com baixas quantidades de sais dissolvidos
- Cor do oceano - Explicação da cor dos oceanos e sensoriamento remoto da cor do oceano
- Água salina - água que contém uma alta concentração de sais dissolvidos
- Gelo marinho - gelo formado a partir da água do mar congelada
- PH da água do mar - Medida da acidez ou basicidade de uma solução aquosa
- Tensão superficial da água do mar - Tendência da superfície de um líquido a encolher para reduzir a área de superfície
- Talassoterapia
- Circulação termohalina - uma parte da circulação oceânica em grande escala que é impulsionada por gradientes de densidade global criados pelo calor da superfície e fluxos de água doce
- Salinidade global do oceano do conjunto de dados CORA
Referências
links externos
Mesas
- Tabelas e software para propriedades termofísicas da água do mar , MIT
- GW C. Kaye, TH Laby (1995). “Propriedades físicas da água do mar”. Tabelas de constantes físicas e químicas (16ª ed.). Arquivado do original em 8 de maio de 2019.