Practica. Propiedades del agua del mar

PRACTICA 07

PROPIEDADES DEL AGUA DE MAR

Código: Oceanografía A. G1-P07. Propiedades del agua de mar-X. Xxxx

INTRODUCCIÓN

De acuerdo a la ecuación de estado del agua de mar, la densidad es una función de la temperatura, la salinidad y la presión. Es cierto que la densidad de un paquete de agua aumenta cuando éste es transportado desde la superficie del océano al fondo del mismo; pero ello no romperá la estratificación, puesto que la ganancia en densidad con la profundidad está conectada de forma natural con la disposición de los fluidos bajo la acción de la gravedad. Es más, el mismo paquete retornará a la densidad original si es devuelto a la superficie, y cambiará su densidad cada vez que se desplace verticalmente (en proporción al cambio de presión que experimente).

Con pocas excepciones (tales como estuarios, que tienen una salinidad muy baja, o cuencas de evaporación, donde la salinidad puede subir hasta valores de 40 o más), la salinidad del océano se sitúa en el rango de 33 a 37. La salinidad se define como el contenido de sal en gramos por kilogramo, o en partes por mil. Un valor de 35 ups significa un contenido de sal de 3,5%. Las publicaciones oceanográficas antiguas lo darían en 35 °/oo (partes por mil); hoy en día no se aconseja expresarla así.

Al igual que en el agua pura, la densidad del agua de mar disminuye con el aumento de la temperatura si su salinidad se mantiene constante. Si la temperatura se mantiene constante, la densidad del agua de mar aumenta con el aumento de la salinidad.

Para el agua pura, la disminución de la temperatura da como resultado un aumento de la densidad. Sin embargo, a temperaturas por debajo de los 4°C un descenso de la temperatura da como resultado un descenso de la densidad. Para salinidad cero (esto es, bajo condiciones de agua dulce), el agua alcanza su máxima densidad a 4°C. A otras salinidades, la máxima densidad ocurre a temperaturas más bajas; a medida que la salinidad se incrementa, el punto de máxima densidad se mueve hacia bajas temperaturas.

El punto de congelación cambia desde 0°C en agua dulce hasta -2,25°C a una salinidad de 40. A esta salinidad, la temperatura a la cual se alcanza la densidad máxima está bien por debajo del punto de congelación; el punto de cruce entre las dos curvas ocurre cerca de una salinidad de 25 y una σt de 20 (densidad). En otras palabras, el hielo con una salinidad mayor de 25 es más denso que el agua de mar y por lo tanto no puede flotar; debería hundirse hasta el fondo, y bajo un enfriamiento continuado el océano finalmente debería convertirse en un bloque de sólido hielo. En realidad, la mayor parte de la sal se desprende durante el proceso de congelación, y el hielo marino nunca tiene una salinidad mucho mayor de 15. La congelación del agua de mar, por lo tanto, todavía produce hielo que flota, acompañado de un incremento en la salinidad del agua que queda bajo el hielo. Esta agua tendrá una temperatura muy cercana a la de congelación, que puede ser tan baja como -2,25°C. Esto explica por qué se encuentran temperaturas inferiores a 0°C a grandes profundidades en las regiones polares de los océanos de la Tierra.

OBJETIVO

Con esta práctica se pretende que los estudiantes de Ingeniería Pesquera adquieran los conocimientos básicos para:

1. Realizar cálculos para obtener calorías, gramos de material disuelto y concentración de iones en el agua de mar.
2. Obtener una descripción física tridimensional de un sistema, mediante el análisis gráfico de la distribución espacial de temperatura, salinidad y densidad. Esto incluye:

• Obtener una distribución de valores de temperatura en el plano X-Y
• Obtener un perfil vertical de temperatura y salinidad
• Calcular la densidad a partir de la temperatura y salinidad
• Obtener e interpretar la información de un diagrama de dispersión T-S

DESARROLLO DE LA PRACTICA

Metodología

1. Cálculos para obtener calorías, gramos de material disuelto y concentración de iones en el agua de mar.

Para obtener la cantidad de calor o energía se requiere que el agua experimente una serie de cambios de fase (por ejemplo, de hielo a agua, o de agua a gas, etc.). Deberá tener en cuenta que, para derretir 1 gramo de hielo, se requieren 80 calorías de calor; para condensar 1 gramo de agua se requiere 540 calorías. Si estamos interesados en ir en la dirección opuesta, debemos quitar la cantidad equivalente de calor.

La salinidad puede ser aproximada a la masa (en gramos) de todo el material disuelto en un kilogramo de agua. Aunque la salinidad difiere a través de procesos como dilución, evaporación y formación de hielo, un fenómeno interesante conocido como la constancia de su composición se aplica al agua de mar. Las proporciones entre los seis principales iones permanecen constantes independientemente de la salinidad. Por ejemplo, la proporción concentración [Na+]/[Cl-] es casi siempre la misma (ver Tabla 7.1). Es importante que utilice este principio, si la salinidad de un volumen de agua es conocida, la concentración de cloro (llamada clorinidad) será calculada fácilmente:

S (°/oo) = 1,806555 * [Cl-] (°/oo)

Una vez calculada la clorinidad, se pueden calcular las concentraciones de los otros cinco iones principales.

TABLA 7.1 concentraciones de los seis iones principales del agua de mar.

Concentraciones para agua de mar con S = 34,7 °/oo

Ejercicios de laboratorio

1. Bajo condiciones estándar, ¿cuántas calorías se requieren para convertir 2,0 g de hielo a agua de 25°C de temperatura?
2. ¿Cuántos gramos de material disuelto hay en 3 litros de agua de mar con una densidad de 1,025 g/cm3 y salinidad de 37 °/oo?
3. ¿Cuál es la concentración en partes por millón (ppm) de ion cloro en una botella de 3 litros de agua de mar con S = 35°/oo?
4. ¿Cuál es la concentración en partes por millón (ppm) de ion potasio en el agua de mar con S = 35°/oo? Para dar respuesta a esta pregunta tendrá en cuenta la Tabla 7.1.

1. Obtención de una distribución de valores de temperatura en el plano X-Y

Para confeccionar un mapa de isolíneas, se sitúan en el plano de la sección escogida los puntos en los que se han tomado los datos, y en cada punto el valor de la variable que hemos escogido para representar el valor que le corresponde. De esta manera obtenemos una malla de datos reales observados; a partir de los valores máximo y mínimo que toma la variable en el retículo (o en el conjunto del muestreo), y de la precisión de las medidas, definiremos los valores exactos que queremos localizar en el espacio mediante interpolación; dichos valores deberán mostrar un incremento constante entre ellos para la correcta visualización de los gradientes. No debemos inferir valores supuestos para las variables de interés fuera del polígono definido por nuestro conjunto de observaciones. Hecha la interpolación se dibujarán las líneas que unen los puntos con el mismo valor de la variable. Es importante que haya un número suficiente de isolíneas que dé una buena idea de la distribución general de los gradientes. Alrededor de seis isolíneas por gráfica puede ser un buen valor de referencia. Finalmente hay que recordar que sólo tiene sentido dibujar isolíneas cuando éstas reflejan una variabilidad significativa (en el sentido de no aleatoriedad) en el espacio.

Ejercicio de laboratorio

1. Con los datos que corresponden a trece estaciones entre Quilca y punta El Carmen, construya un mapa de isolíneas para representar la temperatura de verano.

[pic 1]

Distribución de los valores de temperatura en el plano X - Y.

1. Obtención de una distribución vertical (x-z) de temperatura y de salinidad

Para obtener una distribución vertical de la temperatura y de la salinidad, la variable independiente (z, profundidad) se coloca en el semieje negativo de las ordenadas, y la variable dependiente (temperatura o salinidad, en este caso) en el de las abscisas.

Ejercicio de laboratorio

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