El agua de mar , o agua de mar , es agua de un mar u océano . En promedio, el agua de mar en los océanos del mundo tiene una salinidad de alrededor del 3,5% (35 g/L, 35 ppt, 600 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/L a 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 aún en estado líquido más fría jamás registrada se encontró en 2010, en un arroyo bajo un glaciar antártico : la temperatura medida fue de -2,6 °C (27,3 °F). [2]
El pH del agua de mar normalmente se limita 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 mediciones basadas en diferentes escalas de referencia puede ser de hasta 0,14 unidades. [4]
Aunque la gran mayoría del agua de mar tiene una salinidad de entre 31 y 38 g/kg, es decir, entre 3,1 y 3,8 %, el agua de mar no es uniformemente salina en todo el mundo. Cuando la mezcla se produce con escorrentías de agua dulce de las desembocaduras de los ríos, cerca de glaciares que se derriten o grandes cantidades de precipitación (por ejemplo, monzones ), 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 bajas precipitaciones y la escasa escorrentía de los ríos y la circulación confinada dan como resultado un agua inusualmente salada. La salinidad en masas de agua aisladas puede ser aún mucho mayor: en el caso del Mar Muerto, unas diez veces más . Históricamente, se utilizaron varias escalas de salinidad para aproximar la salinidad absoluta del agua de mar. Una escala popular era la "Escala de Salinidad Práctica", donde la salinidad se medía en "unidades de salinidad práctica (PSU)". El estándar actual para la salinidad es la escala de "Salinidad de Referencia" [6] con la salinidad expresada en unidades de "g/kg".
La densidad del agua de mar superficial oscila entre 1.020 y 1.029 kg/m 3 , dependiendo de 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 1023,6 kg/m 3 . [7] [8] En lo profundo del océano, bajo 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 desalinizadoras de agua de mar pueden tener salinidades de hasta 120 g/kg. La densidad de una salmuera de agua de mar típica de 120 g/kg de salinidad a 25 °C y presión atmosférica es de 1088 kg/m 3 . [7] [8]
El valor del pH en la superficie de los océanos en la época preindustrial (antes de 1850) era de aproximadamente 8,2. [9] Desde entonces, ha ido disminuyendo debido a un proceso provocado por el hombre llamado acidificación de los océanos que está relacionado con las emisiones de dióxido de carbono : entre 1950 y 2020, el pH promedio de la superficie del océano cayó de aproximadamente 8,15 a 8,05. [10]
El valor del pH del agua de mar es naturalmente tan bajo como 7,8 en aguas oceánicas profundas como resultado de la degradación de la materia orgánica en estas aguas. [11] Puede llegar a 8,4 en aguas superficiales en áreas de alta productividad biológica . [12]
La medición del pH se complica por las propiedades químicas del agua de mar, y en la oceanografía química existen varias escalas de pH distintas . [13] No existe una escala de pH de referencia universalmente aceptada para el agua de mar y la diferencia entre mediciones basadas en diferentes escalas de referencia puede ser de hasta 0,14 unidades. [4]
El agua de mar contiene más iones disueltos que todos los tipos de agua dulce. [14] 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 sólo el 0,14% del agua de mar. [14] [15] Diferencias como estas se deben a los diferentes tiempos de residencia de los solutos del agua de mar; el sodio y el cloruro tienen tiempos de residencia muy largos, mientras que el calcio (vital para la formación de carbonatos ) tiende a precipitar mucho más rápidamente. [15] Los iones disueltos más abundantes en el agua de mar son el sodio, el cloruro, el magnesio , el sulfato y el calcio. [16] Su osmolaridad es de aproximadamente 1000 mOsm/L. [17]
Se encuentran pequeñas cantidades de otras sustancias, incluidos aminoácidos en concentraciones de hasta 2 microgramos de átomos de nitrógeno por litro, [18] que se cree que desempeñaron un papel clave en el origen de la vida .
Una investigación realizada en 1957 por el Instituto Scripps de Oceanografía tomó muestras de agua tanto en ubicaciones pelágicas como neríticas en el Océano Pacífico. Se utilizaron recuentos microscópicos directos y cultivos; en algunos casos los recuentos directos mostraron hasta 10.000 veces los obtenidos a partir de cultivos. Estas diferencias se atribuyeron a la aparición de bacterias en agregados, efectos selectivos de los medios de cultivo y la presencia de células inactivas. Se observó una marcada reducción en el número de cultivos bacterianos debajo de la termoclina , pero no mediante observación microscópica directa. Se observaron grandes cantidades de formas parecidas a espirilos al microscopio, pero no en cultivo. La disparidad en las cifras obtenidas por los dos métodos es bien conocida en este y otros campos. [20] En la década de 1990, las técnicas mejoradas de detección e identificación de microbios mediante el sondeo de solo pequeños fragmentos de ADN permitieron a los investigadores que participaban en el Censo de Vida Marina identificar miles de microbios previamente desconocidos que generalmente están presentes solo en pequeñas cantidades. Esto reveló una diversidad mucho mayor de lo que se sospechaba anteriormente, de modo que un litro de agua de mar puede contener más de 20.000 especies. Mitchell Sogin, del Laboratorio de Biología Marina, considera que "el número de diferentes tipos de bacterias en los océanos podría superar entre cinco y diez millones". [21]
Las bacterias se encuentran a todas las profundidades de la columna de agua , así como en los sedimentos, siendo algunas aeróbicas, otras anaeróbicas. La mayoría nadan libremente, pero algunos existen como simbiontes dentro de otros organismos, por ejemplo bacterias bioluminiscentes. Las cianobacterias desempeñaron 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 fundamental en el ciclo del silicio en el océano. Una especie anaeróbica, Thiomargarita namibiensis , desempeña un papel importante en la descomposición de las erupciones de sulfuro de hidrógeno de los sedimentos de diatomeas frente a la costa de Namibia y se genera por altas tasas de crecimiento de fitoplancton en la zona de afloramiento de la corriente de Benguela , que eventualmente cae al fondo marino.
Archaea , parecida a una bacteria, sorprendió a los microbiólogos marinos por su supervivencia y prosperidad en ambientes extremos, como los respiraderos hidrotermales en el fondo del océano. Bacterias marinas alcalotolerantes como Pseudomonas y Vibrio spp. sobrevivir en un rango de pH de 7,3 a 10,6, mientras que algunas especies crecerán sólo en un pH de 10 a 10,6. [22] Las arqueas también existen en aguas pelágicas y pueden constituir hasta la mitad de la biomasa del océano , desempeñando claramente un papel importante en los procesos oceánicos. [23] En 2000, los sedimentos del fondo del océano revelaron una especie de Archaea que descompone el metano , un importante gas de efecto invernadero y un importante contribuyente al calentamiento atmosférico. [24] Algunas bacterias descomponen las rocas del fondo del mar, influyendo en la química del agua de mar. Los derrames de petróleo y las escorrentías que contienen aguas residuales humanas y contaminantes químicos tienen un marcado efecto sobre la vida microbiana en las cercanías, además de albergar patógenos y toxinas que afectan a todas las formas de vida marina . Los dinoflagelados protistas pueden en ciertos momentos sufrir explosiones demográficas llamadas floraciones o mareas rojas , a menudo después de una contaminación causada por el hombre. El proceso puede producir metabolitos conocidos como biotoxinas, que se mueven a lo largo de la cadena alimentaria del océano, contaminando 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 , el Pandoravirus infecta amebas, pero su genoma, que contiene de 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 genómica.
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 marinas profundas, con la esperanza de encontrar "la próxima generación" de antibióticos, anticipando un "apocalipsis de los antibióticos" con escasez de nuevas infecciones. lucha contra las drogas. La investigación financiada por la UE comenzará en la fosa de Atacama y luego buscará fosas frente a Nueva Zelanda y la Antártida. [25]
El océano tiene una larga historia de eliminación de desechos humanos bajo el supuesto de que su gran tamaño lo hace capaz de absorber y diluir todo el material nocivo. [26] Si bien esto puede ser cierto a pequeña escala, las grandes cantidades de aguas residuales vertidas habitualmente han dañado muchos ecosistemas costeros y los han convertido en una amenaza para la vida. En estas aguas se encuentran virus y bacterias patógenos, como Escherichia coli , Vibrio cholerae, causante del cólera , hepatitis A , hepatitis E y polio , junto con protozoos que causan giardiasis y criptosporidiosis . Estos patógenos están habitualmente presentes en el agua de lastre de grandes buques y se propagan ampliamente cuando se descarga el lastre. [27]
La velocidad del sonido en el agua de mar es de aproximadamente 1.500 m/s (mientras que la velocidad del sonido suele ser de alrededor de 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. [28] La conductividad térmica disminuye al aumentar la salinidad y aumenta al aumentar la temperatura. [29]
Se pensaba que el agua del mar provenía de los volcanes de la Tierra , que comenzaron hace 4 mil millones de años, liberados por la desgasificación de la roca fundida. [30] : 24–25 Trabajos más recientes sugieren que gran parte del agua de la Tierra puede provenir de cometas . [31]
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 las lluvias los arrastraban 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 , véase cuenca endorreica ), tienen un alto contenido de sal. Halley denominó este proceso "erosión continental".
La teoría de Halley era en parte correcta. Además, el sodio se filtró del fondo del océano cuando se formó el océano. La presencia del otro ion 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 . Posteriormente, los iones de sodio y cloruro se convirtieron en los constituyentes más abundantes de la sal marina.
La salinidad del océano se ha mantenido estable durante miles de millones de años, muy 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 , entierro en agua de poros y reacciones con basaltos del fondo marino . [15] : 133
El cambio climático , los crecientes niveles de dióxido de carbono en la atmósfera terrestre , el exceso de nutrientes y la contaminación en muchas formas están alterando la geoquímica oceánica global . Las tasas de cambio en algunos aspectos superan con creces las del registro geológico histórico y reciente. Las principales tendencias incluyen una acidez cada vez mayor , una reducción del oxígeno subterráneo en aguas cercanas a la costa y pelágicas, un 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 quema de combustibles fósiles, los fertilizantes y la actividad industrial. Se prevé que las concentraciones aumenten en las próximas décadas, con impactos negativos en la biota oceánica y otros recursos marinos. [32]
Una de las características más llamativas de esto es la acidificación de los océanos , resultante del aumento de la absorción de CO 2 de los océanos relacionado con una mayor concentración atmosférica de CO 2 y temperaturas más altas, [33] porque afecta gravemente a los arrecifes de coral , moluscos , equinodermos y crustáceos (ver blanqueamiento de corales ).
El consumo accidental de pequeñas cantidades de agua de mar limpia no es perjudicial, 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 que se obtiene del propio agua de mar. [34] En circunstancias normales, se consideraría desaconsejable 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 masa).
En la mayoría de las aguas abiertas, las concentraciones varían algo alrededor de valores típicos de alrededor del 3,5%, mucho más de lo que el cuerpo puede tolerar y más allá de lo que el riñón puede procesar. Un punto que frecuentemente se pasa por alto cuando se afirma 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 dicha agua. Sin embargo, la salinidad de las aguas superficiales del Báltico nunca es del 2%. Es del 0,9% o menos y, por tanto, nunca superior al de los fluidos corporales. 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. Con el tiempo, la concentración de sodio en la sangre aumenta a niveles tóxicos, eliminando agua de las células e interfiriendo con la conducción nerviosa , lo que en última instancia produce convulsiones fatales y arritmia cardíaca . [ cita necesaria ]
Los manuales de supervivencia desaconsejan constantemente beber agua de mar. [35] Un resumen de 163 viajes en balsas salvavidas estimó el riesgo de muerte en un 39% para quienes bebían agua de mar, en comparación con un 3% para quienes no lo hacían. El efecto de la ingesta de agua de mar en ratas confirmó los efectos negativos de beber agua de mar cuando están deshidratadas. [36]
La tentación de beber agua de mar era mayor para los marineros que habían agotado su suministro de agua dulce y no podían capturar suficiente agua de lluvia para beber. Esta frustración fue descrita célebremente en una frase de The Rime of the Ancient Mariner de Samuel Taylor Coleridge :
Agua, agua, por todas partes,
y todas las tablas se encogieron;
Agua, agua, por todas partes,
Ni una 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 producen ningún efecto nocivo. El médico francés Alain Bombard sobrevivió a una travesía oceánica en un pequeño bote inflable Zodiak utilizando principalmente carne de pescado cruda, que contiene aproximadamente un 40% 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 La expedición Kon-Tiki , Thor Heyerdahl informó haber bebido agua de mar mezclada con agua fresca en una proporción de 2:3 durante la expedición de 1947. [37] Unos años más tarde, otro aventurero, William Willis , afirmó haber bebido dos tazas de agua de mar y una taza de agua fresca al día durante 70 días sin efectos nocivos cuando perdió parte de su suministro de agua. [38]
Durante el siglo XVIII, Richard Russell defendió el uso médico de esta práctica en el Reino Unido, [39] y René Quinton amplió la defensa de esta práctica a otros países, especialmente Francia, en el siglo XX. Actualmente, se practica ampliamente en Nicaragua y otros países, supuestamente aprovechando los últimos descubrimientos médicos. [40] [41]
La mayoría de los buques oceánicos desalan agua potable del agua de mar mediante procesos como la destilación al vacío o la destilación flash de múltiples etapas en un evaporador o, más recientemente, la ósmosis inversa . Estos procesos que consumen mucha energía no solían estar disponibles durante la Era de la Vela . Los buques de guerra más grandes con grandes tripulaciones, como el HMS Victory de Nelson , estaban equipados con aparatos de destilación en sus galeras . [42] Animales como peces, ballenas, tortugas marinas y aves marinas , como pingüinos y albatros , se han adaptado a vivir en un hábitat con alto contenido salino. Por ejemplo, las tortugas marinas y los cocodrilos de agua salada eliminan el exceso de sal de su cuerpo a través de sus conductos lagrimales . [43]
Los minerales se extraen 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. [44] Durante 2015 en los EE. UU. , el 63% de la producción de magnesio provino de agua de mar y salmueras. [45] El bromo también se produce a partir de agua de mar en China y Japón. [46] 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 a finales de la década de 1990 sólo se extrajeron unos pocos gramos de uranio en Japón . [47] La cuestión principal no es la viabilidad tecnológica, sino que los precios actuales en el mercado del uranio de otras fuentes son entre tres y cinco veces más bajos que el precio más bajo alcanzado por la extracción de agua de mar. [48] [49] Cuestiones similares obstaculizan el uso de uranio reprocesado y, a menudo, se plantean contra el reprocesamiento nuclear y la fabricación de combustible MOX por considerarlos económicamente inviables.
ASTM International tiene una norma internacional para agua de mar artificial : ASTM D1141-98 (Norma 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 petróleo y evaluación de detergencia. [50]
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