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La espuma marina está formada por partículas de aerosol formadas a partir del océano, principalmente por expulsión a la atmósfera de la Tierra a través de burbujas que estallan en la interfaz aire-mar [1]. La espuma marina contiene tanto materia orgánica como sales inorgánicas que forman aerosoles de sal marina (SSA). [2] Los SSA tienen la capacidad de formar núcleos de condensación de nubes (CCN) y eliminar contaminantes de aerosoles antropogénicos de la atmósfera. [3] También se ha descubierto que la espuma marina gruesa inhibe el desarrollo de relámpagos en las nubes de tormenta. [4]
La espuma marina es directamente (e indirectamente, a través de la SSA) responsable de un grado significativo de los flujos de calor y humedad entre la atmósfera y el océano, [5] [6] afectando los patrones climáticos globales y la intensidad de las tormentas tropicales. [7] La espuma marina también influye en el crecimiento de las plantas y la distribución de las especies en los ecosistemas costeros [8] y aumenta la corrosión de los materiales de construcción en las zonas costeras. [9]
Cuando el viento, las crestas blancas y las olas rompientes mezclan aire en la superficie del mar, el aire se reagrupa para formar burbujas, flota en la superficie y estalla en la interfaz aire-mar. [10] Cuando estallan, liberan hasta mil partículas de rocío marino, [10] [11] que varían en tamaño desde nanómetros a micrómetros y pueden ser expulsadas hasta 20 cm de la superficie del mar. [10] Las gotas de película constituyen la mayoría de las partículas más pequeñas creadas por la explosión inicial, mientras que las gotas de chorro se generan por un colapso de la cavidad de la burbuja y son expulsadas de la superficie del mar en forma de un chorro vertical. [12] [11] En condiciones de viento, las gotas de agua se arrancan mecánicamente de las crestas de las olas rompientes. Las gotas de rocío marino generadas a través de este mecanismo se denominan gotas de espuma [11] 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 gotitas salpicadas [11] [13] . La composición del rocío marino depende principalmente de la composición del agua de la que se produce, pero en términos generales es una mezcla de sales y materia orgánica . Varios factores determinan el flujo de producción de rocío marino, especialmente la velocidad del viento, la altura del oleaje , el período del oleaje, la humedad y el diferencial de temperatura entre la atmósfera y el agua superficial. [14] La tasa de producción y distribución de tamaño de las SSA son, por lo tanto, sensibles al estado de mezcla. [15] 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 . [11]
Además de las condiciones locales que influyen en la formación de la espuma marina, también hay patrones espaciales consistentes en la producción y composición de la espuma marina. Debido a que la espuma marina se genera cuando el aire se mezcla con el océano, los gradientes de formación se establecen por la turbulencia del agua superficial. [14] La acción de las olas a lo largo de las costas es generalmente donde la turbulencia es mayor, por lo que aquí es donde la producción de espuma marina es más alta. Las partículas generadas en áreas costeras turbulentas pueden viajar horizontalmente hasta 25 km dentro de la capa límite planetaria . [14] A medida que la distancia desde la costa disminuye, la producción de espuma marina disminuye a un nivel sostenido casi exclusivamente por crestas blancas. [14] La proporción de la superficie del océano lo suficientemente turbulenta como para producir una espuma marina significativa se llama fracción de cresta blanca. [10] El único otro mecanismo de producción de espuma marina en el océano abierto es a través de la acción directa del viento, donde los vientos fuertes realmente rompen la tensión superficial del agua y levantan partículas al aire. [10] 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 nuevamente en el mar a pocas docenas de metros de su transporte. [10]
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. [16] Los meses de verano más tranquilos dan como resultado una menor producción general de rocío marino. [16] Durante el pico de productividad primaria en el verano, el aumento de materia orgánica en la superficie del océano impulsa aumentos posteriores en el rocío marino. Dado que el rocío marino conserva las propiedades del agua a partir de la cual se produjo, la composición del rocío marino experimenta una variación estacional extrema. Durante el verano, el carbono orgánico disuelto (COD) puede constituir el 60-90% de la masa del rocío marino. [16] Aunque se produce mucho más rocío marino durante la tormentosa temporada de invierno, la composición es casi toda sal debido a la baja producción primaria. [16]
La materia orgánica en la espuma marina consiste en carbono orgánico disuelto [17] (COD) e incluso microbios mismos, como bacterias y virus. [18] La cantidad de materia orgánica en la espuma marina depende de procesos microbiológicos, [19] aunque el efecto total de estos procesos aún se desconoce. [20] [21] La clorofila-a se usa a menudo como un indicador de la producción primaria y el contenido de materia orgánica en la espuma marina, pero su confiabilidad para estimar las concentraciones de carbono orgánico disuelto es controvertida. [21] La biomasa a menudo ingresa a la espuma marina a través de la muerte y lisis de las células de las algas, a menudo causadas por infecciones virales . [20] Las células se descomponen en el carbono orgánico disuelto que es impulsado a la atmósfera cuando las burbujas de la superficie estallan. Cuando la productividad primaria alcanza su punto máximo durante el verano, las floraciones de algas pueden generar una enorme cantidad de materia orgánica que eventualmente se incorpora a la espuma marina. [16] [20] En las condiciones adecuadas, la agregación del carbono orgánico disuelto también puede formar surfactante o espuma marina .
Con vientos fuertes, la capa de evaporación de gotitas (DEL) influye en el intercambio de calor de energía superficial del océano. [22] El flujo de calor latente de la espuma marina generada en la capa de evaporación de gotitas se ha citado como una adición importante a los esfuerzos de modelado climático, particularmente en simulaciones que evalúan el equilibrio térmico aire/mar en relación con huracanes y ciclones formados durante eventos de vientos fuertes. [6] Durante la formación de crestas blancas, las gotitas de espuma marina exhiben las mismas propiedades que la superficie del océano, pero se adaptan rápidamente al aire circundante. Algunas gotitas de espuma marina 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 turbulencias a capas de nubes y servir como núcleos de condensación de nubes . [15] La formación de estos núcleos de condensación de nubes como el sulfuro de dimetilo también tiene implicaciones climáticas, debido a su influencia en la formación de nubes y la interacción con la radiación solar. [15] Además, la contribución del DMS de la espuma marina a la atmósfera está vinculada al ciclo global del azufre . [23] La comprensión del forzamiento total de fuentes naturales como la espuma del mar puede arrojar luz sobre las limitaciones críticas que plantea la influencia antropogénica y puede combinarse con la química , la biología y la física de los océanos para predecir la variabilidad futura de los océanos y la atmósfera. [15]
La proporción de materia orgánica en la espuma marina puede afectar la reflectancia , determinar el efecto de enfriamiento general de las SSA, [20] y alterar ligeramente la capacidad de las SSA para formar núcleos de condensación de nubes (17). Incluso pequeños cambios en los niveles de SSA pueden afectar el presupuesto de radiación global, lo que lleva a implicaciones para el clima global. [20] La SSA tiene un albedo bajo , pero su presencia superpuesta a la superficie más oscura del océano afecta la absorción y la reflectancia de la radiación solar entrante. [20]
La influencia de la pulverización marina en el intercambio de calor y humedad de la superficie alcanza su punto máximo durante los momentos de mayor diferencia entre las temperaturas del aire y del mar. [22] Cuando la temperatura del aire es baja, el flujo de calor sensible de la pulverización marina puede ser casi tan grande como el flujo de calor latente de la pulverización en latitudes altas. [6] Además, la pulverización marina mejora el flujo de entalpía aire/mar durante vientos fuertes como resultado de la redistribución de la temperatura y la humedad en la capa límite marina . [7] Las gotas de pulverización marina inyectadas en el aire equilibran térmicamente ~1% de su masa. Esto conduce a la adición de calor sensible antes de la reentrada al océano, lo que mejora su potencial para una entrada de entalpía significativa. [7]
Los efectos del transporte de la pulverización marina en la capa límite atmosférica aún no se comprenden por completo. [11] Las gotas de pulverización marina alteran los flujos de momento aire-mar al ser aceleradas y desaceleradas por los vientos. [11] En vientos con fuerza de huracán, se observa que hay cierta reducción en el flujo de momento aire/mar. [10] Esta reducción en el flujo de momento se manifiesta como saturación del coeficiente de arrastre aire/mar . Algunos estudios han identificado los efectos de la pulverización como una de las posibles razones de la saturación del coeficiente de arrastre aire/mar. [24] [25] [26] Se ha demostrado a través de varios estudios numéricos y teóricos que la pulverización marina, si está presente en cantidades significativas en la capa límite atmosférica, conduce a la saturación de los coeficientes de arrastre aire-mar. [27] [28]
La deposición de sal de la espuma marina es el factor principal que influye en la distribución de las comunidades vegetales en los ecosistemas costeros. [29] Las concentraciones de iones de la espuma marina depositada en la tierra generalmente reflejan sus concentraciones en el océano, excepto que el potasio es a menudo más alto en la espuma marina. [8] La deposición de sales en la tierra generalmente disminuye con la distancia al océano, pero aumenta con el aumento de la velocidad del viento. [8] La deposición de sal de la espuma marina se correlaciona con una disminución en la altura de la planta y una cicatrización significativa, reducción de los brotes, disminución de la altura del tallo y muerte de tejido en el lado barlovento de arbustos y árboles. [30] [31] La variación en la deposición de sal también influye en la competencia entre plantas y establece gradientes de tolerancia a la sal. [30]
Si bien las sales presentes en la espuma marina pueden inhibir gravemente el crecimiento de las plantas en los ecosistemas costeros, al seleccionar especies tolerantes a la sal, la espuma marina también puede aportar nutrientes vitales a estos hábitats. Por ejemplo, un estudio mostró que la espuma marina en Gales, Reino Unido, aporta aproximadamente 32 kg de potasio por hectárea a las dunas de arena costeras cada año. [10] Debido a que los suelos de las dunas lixivian los nutrientes muy rápidamente, la fertilización con espuma marina podría ser muy influyente en los ecosistemas de dunas, especialmente para las plantas que son menos competitivas en entornos con nutrientes limitados.
Los virus, las bacterias y el plancton son omnipresentes en el agua de mar, y esta biodiversidad se refleja en la composición de la espuma marina. [14] En términos generales, la espuma marina tiene concentraciones de microbios ligeramente inferiores a las del agua que la produce. Sin embargo, la comunidad microbiana en la espuma marina suele ser distinta a la del agua y las playas arenosas cercanas, lo que sugiere que algunas especies están más predispuestas a transportarse a través de la SSA que otras. La espuma marina de una playa puede contener miles de unidades taxonómicas operativas (OTU). [14] Se han descubierto casi 10 000 OTU diferentes en la espuma marina solo entre San Francisco (California) y Monterey (California), y solo el 11 % de ellas se encuentran en todas partes. [14] Esto sugiere que la espuma marina 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). [14] Muchos incluso han sido identificados en los géneros: Persicirhabdus, Fluviicola, Synecococcus, Vibrio y Enterococcus. [14]
Los científicos han conjeturado que una corriente de microorganismos transportados por el aire circula por el planeta por encima de los sistemas meteorológicos pero por debajo de las rutas aéreas comerciales. [32] Algunos de estos microorganismos peripatéticos son arrastrados por las tormentas de polvo terrestres, pero la mayoría se originan en los microorganismos marinos presentes en la espuma 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 alrededor del planeta. [33] [34]
La espuma marina es en gran medida 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 atmosférico y humedad. [9] Las sales no se disuelven en el aire directamente, sino que se suspenden como partículas finas o se disuelven en gotitas de agua microscópicas en el aire. [35]
La prueba de niebla salina es una medida de la resistencia del material a la corrosión, en particular si el material se utilizará al aire libre y debe desempeñar una función de soporte de carga mecánica o de otro tipo. Estos resultados suelen ser de gran interés para las industrias marinas , cuyos productos pueden sufrir una aceleración extrema de la corrosión y fallas posteriores debido a la exposición al agua salada. [36]
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