Origen Geofísico del Agua de Mar

Las primeras hipótesis sobre el origen de la salinidad del agua de mar (Boyle, 1673 y posteriormente Lavoisier), establecían que ésta provenía del lavado de la corteza terrestre por la acción de los ríos que, posteriormente desembocan en el mar depositando sales.

La principal objeción a esta hipótesis está basada en las profundas diferencias que existen entre los elementos contenidos en el agua de mar, y aquellos minerales que constituyen la corteza terrestre y que están disueltos en el agua de los ríos.

Salinidad: (Agua de mar) Cantidad total de sustancias sólidas expresadas en gramos y contenidas en 1 Kg. de agua de mar, cuando todos los carbonatos se han convertido en óxido, el bromo y yodo han sido sustituidos por el cloro, y la materia orgánica ha sido completamente oxidada.

Tabla de Contenido

Origen del Agua de Mar

Según las hipótesis de geofísicos la edad de la atmósfera y de los océanos es de 4000 millones de años. Los océanos se habrían generado por actividad volcánica a partir de la misma masa gaseosa arrancada al sol; dicha masa al condensarse dio como resultado el agua líquida y la corteza sólida.

La Tierra tiene 4600 millones de años y se formó a partir de pequeños trozos desprendidos de la gran masa gaseosa. En los primeros 1000 millones de años ocurre un proceso de desgasificación a través de actividad volcánica que inyecta agua en la atmósfera y que se precipita en los océanos.

La corteza que se solidificó en la Tierra es de 180 km de espesor y permite el volcanismo. A partir del rift de las dorsales centro – oceánicas (lugares en que el fondo del océano está expandiéndose a velocidad de varios centímetros por año), emergen lavas basálticas con aguas juveniles que contienen en solución muchos de los principales componentes del agua de mar: Cloro, Bromo, Yodo, Carbono y Nitrógeno.

Aguas juveniles:

Moléculas de agua que inicialmente se encuentran atrapadas químicamente en el magma (en combinaciones estables) y que no se intercambian en el ciclo hidrológico hasta ser liberadas por erupciones volcánicas.

Dorsal Oceánica

Fondo marino
corteza terrestre
zona volcánica en el océano

Según una antigua leyenda Escandinava, el mar es salado porque en alguna parte del fondo oceánico un molino mágico está constantemente moliendo sal y lanzándola hacia afuera.

El molino, como se hace visible en la teoría geofísica de las corrientes de convección, es el rift centro – oceánico que se extiende a lo largo de 64000 Km a través de todas las principales cuencas oceánicas.

La existencia de agua al estado líquido es una de las características más originales e importantes de nuestro planeta. En sus tres estados (sólido – líquido – gaseoso), el agua libre se divide en tres fracciones de masa desigual:

  •  Agua oceánica que es la fracción más importante: 97%
  •  Aguas continentales superficiales (ríos, lagos, glaciares, inlandsis, humedad del suelo) que totalizan 3%.
  • Agua atmosférica en la forma de vapor de agua: 0.001%.

Propiedades químicas del agua del océano.

El océano está formado por una compleja solución salina, con una concentración constante. El agua del mar es una solución en la que se encuentran un gran número de elementos químicos, gases disueltos y nutrientes.

Las sales disueltas son electrolitos en solución acuosa ionizada, lo cual da al agua de mar propiedades físico – químicas complejas. Entre las sales más importantes, se distinguen:

salinidad en el océano
Proporción de Sales Disueltas en el Océano
salinidad oceánica
concentración de sales

La salinidad global de una muestra semejante es de 35o/oo. Otros elementos que se encuentran en solución son:

– Elementos raros: yodo, sílice, estroncio, aluminio, hierro, cobre, oro, etc.

– Gases disueltos: oxígeno, nitrógeno y dióxido de carbono.

– Sales nutritivas (fosfatos) y sustancias orgánicas disueltas o coloidales.

Sales nutritivas esenciales para la vida animal y vegetal (fosfatos) y sustancias orgánicas disueltas o coloidales.

Debido a procesos químicos reguladores (por su estructura molecular, el agua de mar posee poder de disolución de las sustancias iónicas), los principales elementos se mantienen en proporciones constantes (intercambio de cationes y aniones).

Así, la composición química del agua de mar es constante debido a:

– Factores de solubilidad que hacen precipitar algunas sales que aparecen en exceso y las incorporan a los sedimentos.

– Debido a la circulación general de las masas de agua oceánicas ya que este fenómeno continuo en el tiempo y en el espacio, asegura una agitación y mezcla constante del agua.

– La actividad biológica de seres vivos que fijan selectivamente ciertas sales solubles (particularmente carbonatos y silicatos) y las transforman en sales insolubles (como parte de sus cuerpos, conchas, etc.) y que a su muerte, se incorporan a los sedimentos.

Desde el punto de vista físico, la principal consecuencia de la presencia de sales disueltas en el agua de mar es el descenso del punto de congelación. Para 35 % de salinidad el agua de mar tiene un punto de congelación de –1.91°C.

91 Cc
sales minerales en los océanos

Distribución de la Salinidad en el océano

El promedio de salinidad en el océano es de 34.7 % y el rango de variación va aproximadamente de 33 % a 37 %. Las variaciones generales de la salinidad están zonificadas del Ecuador a los polos.

Los valores son bajos en el Ecuador, más altos en las regiones subtropicales y latitudes medias y bajos en las regiones polares. Los principales procesos responsables de esta distribución son: la evaporación, la precipitación y, la mezcla.

Cuando la evaporación excede la precipitación, la salinidad es más alta; en áreas de mucha precipitación son bajos, como en el Ecuador. La distribución de la salinidad es zonal, pero las corrientes marinas pueden introducir alteraciones en este esquema.

Los valores más altos ocurren en regiones con alta evaporación como el este del Mediterráneo (39o/oo) y el Mar Rojo (41o/oo); también en mares borderos como el Caribe y el Mediterráneo. Los valores más bajos ocurren localmente cerca de las costas donde desembocan grandes ríos, y en regiones polares donde se funde el hielo.

La evaporación neta (diferencia entre precipitación y evaporación), muestra una correlación lineal con la salinidad superficial. La curva de salinidad superficial para todos los océanos sigue la curva de evaporación, marcando un máximo a 25°N de 35,79o/oo, un mínimo de 34.54o/oo a 5°N, un máximo secundario a 20-25°S de 35.69o/oo decreciendo bruscamente hacia los polos.

Propiedades térmicas del agua de mar

El agua tiene un alto calor específico y esta propiedad es significativa cuando se observa el comportamiento térmico del océano que es capaz de almacenar por un tiempo la energía térmica solar actuando como una reserva de calor.

La variación de la temperatura en los océanos es menor que en la tierra, por lo tanto, las amplitudes térmicas son menores en los océanos. La fuente de energía radiante de los océanos es el sol que emite un espectro de radiación de diferente frecuencia: 50% infrarroja, 41% de luz visible, 9% ultravioleta, rayos x y gamma.

La radiación infrarroja pasa a través de la atmósfera y es absorbida en el agua. Dicha absorción es superficial, se hace en el primer metro de agua. Así, el recalentamiento solar ocurre en los primeros metros del océano y la energía calórica es llevada a la profundidad sólo por conducción y mezcla vertical.

Por lo tanto: «En el océano la energía radiante es gradualmente absorbida a través de la superficie hacia la profundidad. Casi la mitad de la energía es absorbida en el primer metro, incluyendo la totalidad de la radiación infrarroja».

Repartición de la temperatura superficial del mar

La distribución es zonal con algunas modificaciones producidas por las corrientes marinas y la presencia de masas continentales. El rango de variación de la temperatura varía entre –2ºc y 30ºc, desde el Polo al Ecuador.

El calor específico del agua es mucho más grande que el de la tierra. Se necesita más calor incidente en el agua para provocar el mismo calentamiento que en la tierra.

Por otra parte, la penetración de calor es más profunda en el agua que en la tierra. El agua posee movimientos verticales que le permiten almacenar calor. En consecuencia, el océano juega un rol de regulador térmico y en éste las variaciones de temperatura son menos marcadas que en los continentes.

todos los océanos
"Temperatura media anual del agua de superficie a latitudes características (ºC)":

De acuerdo a los datos citados anteriormente, y analizando el mapa de isotermas superficiales de los océanos, se observa que:

Las diferencias entre los océanos son menores en las altas latitudes del hemisferio sur (60º-70º) debida a la extensa comunicación de los océanos a través del océano austral. En el hemisferio norte las diferencias mayores de salinidad entre océanos, son un rasgo de continentalidad.

En las latitudes australes, la temperatura es mucho más baja que en las latitudes boreales, hecho ligado al enfriamiento por los hielos de origen terrestre (icebergs) y por la masa del inlandsis antártico.

Entre 50º-60º Sur las aguas superficiales del Atlántico y del océano Indico tiene temperaturas inferiores a aquellas del Pacífico. Esto de debe a que el continente Antártico avanza hacia el norte en los sectores Indico y Atlántico, la costa de la Antártica oriental se encuentra en promedio a 66º Sur, aquella de la Antártica occidental (Pacífico) a 73º Sur: de esta excentricidad de la Antártica respecto del polo, deriva una excentricidad de las isotermas de superficie que tienden a ser paralelas a las costas del continente.

Se observan fuertes anomalías térmicas positivas en las aguas del noroeste europeo y fuertes anomalías térmicas negativas en las costas del Perú, Chile y suroeste africano (debido a la surgencia de aguas subsuperficiales).

Estructura térmica del océano

Se describe por un sistema de 3 capas que están muy bien definidas en las latitudes medias y bajas, no así en las latitudes polares en que no hay una clara distinción.

a) Capa superficial muy mezclada por la acción del viento. Tiene un espesor de hasta 500 metros. En ella la variación de temperatura es mínima por lo que constituye una capa isoterma.

b) Termoclima: capa en que la temperatura desciende bruscamente con la profundidad en el cuerpo de agua. La termoclina permanente en los océanos ocurre entre 200 y 1000 metros de profundidad y separa una capa superior de aguas temperadas homogéneas, de aguas muy frías y densas de la profundidad. La temperatura al final de la termoclina es del orden de 5ºc.

c) Capa inferior: Hasta 4000 metros, en que la temperatura cambia muy lentamente hasta llegar a 1ºc.

La termoclima actúa como una barrera de densidad a la circulación vertical. Sobre ella se encuentran aguas cálidas superficiales de baja densidad (capa de mezcla) y por debajo de ella las aguas frías y densas de profundidad.

A gran profundidad, la temperatura al igual que la salinidad, es baja y muy uniforme, siendo para el conjunto de los océanos entre 2ºc y 0ºc. De esto resulta que tres cuartas partes del volumen de los océanos tiene una temperatura comprendida entre 0ºc y 6ºc, así la temperatura promedio general es de 3.25ºc.

Densidad del agua de mar:

La densidad tiene gran significado en la circulación oceánica. Se expresa en gramos por centímetro cúbico. La densidad del agua depende fundamentalmente de la temperatura y la salinidad.

El agua pura (destilada) alcanza un máximo de densidad a 4ºc y es igual a 1. Por otra parte, cuando se agregan iones a un volumen fijo de agua su masa aumenta.

Así, un aumento de salinidad produce un aumento en la densidad del agua, por lo tanto, como el agua de mar es una solución (contiene sales en disolución) es más densa.

La salinidad también afecta la temperatura a la cual el agua de mar se congela; así, a medida que la salinidad aumenta se requiere una temperatura de congelación más baja. El punto de congelación disminuye regularmente de 0ºc en el agua pura a –1.9ºc en el agua salada a 35o/oo.

La temperatura también afecta la densidad del agua de mar. Así, la densidad disminuye con el aumento de la temperatura y mientras más fría sea, el agua será más densa.

La densidad del agua de mar de 35o/oo de salinidad es de 1.0267. Por convención se utiliza la denominación de «s t» para expresar los valores de densidad. Un valor sigma t expresa para 1 cm3 el número de miligramos que sobrepasa la unidad; en el caso señalado, el valor es de 26.7 s t.

Comparación cuantitativa del efecto en la densidad por cambios de temperatura y salinidad: La importancia de la temperatura y la salinidad como factores que influencian la salinidad del agua, se puede remarcar al hacer una comparación cuantitativa del efecto en la densidad por cambios en la salinidad y la temperatura.

De este modo, un cambio de salinidad de 1 o/oo tiene más efecto en la densidad que un cambio de 1ºc.

Por ejemplo:
La diferencia de densidad producida por un cambio de salinidad de 1o/oo es de 0.001 gr/cm3. La diferencia de densidad producida por un cambio de temperatura de 1ºc, es entre 0.00005 y 0.00035 gr/cm3.

Sin embargo, cuando consideramos las aguas superficiales del océano como un todo, observamos que la temperatura es el factor más importante porque sus variaciones (entre –2 y 35ºc) son mucho mayores que las variaciones de salinidad (33o/oo a 37o/oo).

Distribución de la densidad

En profundidad la densidad aumenta desde la superficie hacia el fondo del océano. La distribución de la densidad en profundidad está comandada por la temperatura. En el siguiente gráfico observamos el rápido aumento de la densidad con la profundidad formándose una picnoclina, capa de agua en la cual la densidad aumenta bruscamente.

La importancia de la densidad deriva del hecho de que las aguas más densas tienden a hundirse y las menos densas a colocarse encima. Se generan así corrientes convectivas por diferencias de densidad; el agua más densa y pesada tiende a bajar y el agua más liviana y menos densa tiende a subir.

En el océano, los movimientos verticales a gran escala entre la superficie y el fondo están inhibidos por el fuerte contraste de densidad entre la capa superior de baja densidad y la capa inferior más densa. Sin embargo, en las regiones polares, las aguas de superficie son mucho más frías y por lo tanto, más densas, en consecuencia existen pocas variaciones de temperatura entre la superficie y el fondo.

La estabilidad del océano: Está determinada por la distribución de la densidad en profundidad. La temperatura es el factor más importante en la determinación de la estabilidad del océano.