Agua salada

El agua de mar, o agua salada, 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 superficie es de 1,025 kg/l. El agua de mar es más densa que el agua dulce y el agua pura (densidad de 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. A la salinidad típica, se congela a aproximadamente -2 ° C (28 ° F). El agua de mar más fría aún en estado líquido jamás registrada se encontró en 2010, en un arroyo debajo de un glaciar antártico: la temperatura medida fue de -2,6 ° C (27,3 ° F). El pH del agua de mar generalmente se limita a un rango entre 7.5 y 8.4. Sin embargo, no existe una escala de pH de referencia universalmente aceptada para el agua de mar y la diferencia entre las mediciones basadas en diferentes escalas de referencia puede ser de hasta 0,14 unidades.

Geoquímica

Salinidad

Aunque la gran mayoría del agua de mar tiene una salinidad de entre 31 g/kg y 38 g/kg, es decir, del 3,1 al 3,8 %, el agua de mar no es uniformemente salina en todo el mundo. Cuando se mezcla con la escorrentía de agua dulce de las desembocaduras de los ríos, cerca de glaciares que se derriten o grandes cantidades de precipitación (por ejemplo, Monzón), 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 cuerpos de agua aislados puede ser considerablemente mayor, unas diez veces mayor en el caso del Mar Muerto. Históricamente, se utilizaron varias escalas de salinidad para aproximar la salinidad absoluta del agua de mar. Una escala popular fue la "Escala práctica de salinidad" donde la salinidad se midió en "con la salinidad expresada en unidades de "g/kg".

Propiedades termofísicas del agua de mar

La densidad del agua de mar superficial oscila entre 1020 y 1029 kg/m , dependiendo de la temperatura y la salinidad. A una temperatura de 25 °C, salinidad de 35 g/kg y 1 atm de presión, la densidad del agua de mar es de 1023,6 kg/m . En lo profundo del océano, bajo alta presión, el agua de mar puede alcanzar una densidad de 1050 kg/m o superior. La densidad del agua de mar también cambia con la salinidad. Las salmueras generadas por las plantas desaladoras de agua de mar pueden tener salinidades de hasta 120 g/kg. La densidad de una salmuera típica de agua de mar de 120 g/kg de salinidad a 25 °C y presión atmosférica es de 1088 kg/m .El pH del agua de mar está limitado al rango de 7.5 a 8.4. La velocidad del sonido en el agua de mar es de unos 1.500 m/s (mientras que la velocidad del sonido suele ser de unos 330 m/s en el aire a una presión de aproximadamente 101,3 kPa, 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. La conductividad térmica disminuye al aumentar la salinidad y aumenta al aumentar la temperatura.

Composición química

El agua de mar contiene más iones disueltos que todos los tipos de agua dulce. Sin embargo, las proporciones de solutos difieren dramáticamente. Por ejemplo, aunque el agua de mar contiene unas 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 solo el 0,14% del agua de mar. Diferencias como estas se deben a los diferentes tiempos de residencia de los solutos de agua de mar; el sodio y el cloruro tienen tiempos de residencia muy largos, mientras que el calcio (vital para la formación de carbonato) tiende a precipitar mucho más rápidamente. Los iones disueltos más abundantes en el agua de mar son el sodio, el cloruro, el magnesio, el sulfato y el calcio. Su osmolaridad es de unos 1000 mOsm/l.

Se encuentran pequeñas cantidades de otras sustancias, incluidos aminoácidos en concentraciones de hasta 2 microgramos de átomos de nitrógeno por litro, que se cree que jugaron un papel clave en el origen de la vida.

Componentes microbianos

La investigación realizada en 1957 por la Institución Scripps de Oceanografía tomó muestras de agua en lugares pelágicos y neríticos en el Océano Pacífico. Se utilizaron conteos microscópicos directos y cultivos, siendo los conteos directos en algunos casos hasta 10 000 veces mayores que los obtenidos a partir de cultivos. Estas diferencias se atribuyeron a la presencia de bacterias en agregados, efectos selectivos de los medios de cultivo y la presencia de células inactivas. Se notó una marcada reducción en el número de cultivos bacterianos por debajo de la termoclina, pero no por observación microscópica directa. Se observaron grandes cantidades de formas parecidas a espirilos al microscopio, pero no bajo cultivo. La disparidad en los números obtenidos por los dos métodos es bien conocida en este y otros campos.En la década de 1990, las técnicas mejoradas de detección e identificación de microbios mediante el sondeo de pequeños fragmentos de ADN permitieron que los investigadores que participaban en el Censo de Vida Marina identificaran miles de microbios previamente desconocidos, que generalmente estaban presentes solo en pequeñas cantidades. Esto reveló una diversidad mucho mayor de lo que se sospechaba anteriormente, por lo que un litro de agua de mar puede albergar más de 20.000 especies. Mitchell Sogin, del Laboratorio de Biología Marina, cree que "la cantidad de diferentes tipos de bacterias en los océanos podría eclipsar entre cinco y diez millones".

Las bacterias se encuentran en 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; ejemplos de estos son bacterias bioluminiscentes. Las cianobacterias jugaron 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 crítico en el ciclo del silicio en el océano. Una especie anaeróbica, Thiomargarita namibiensis , juega 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 generada por las altas tasas de crecimiento de fitoplancton en la zona de afloramiento de la corriente de Benguela, que eventualmente cae al fondo del mar.

Las Archaea, parecidas a bacterias, sorprendieron a los microbiólogos marinos por su supervivencia y prosperidad en ambientes extremos, como los respiraderos hidrotermales en el fondo del océano. Las bacterias marinas alcalotolerantes como Pseudomonas y Vibrio spp. sobreviven en un rango de pH de 7,3 a 10,6, mientras que algunas especies crecerán solo a un pH de 10 a 10,6. 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. En 2000, los sedimentos del fondo del océano revelaron una especie de Archaea que descompone el metano, un importante gas de efecto invernadero y uno de los principales contribuyentes al calentamiento atmosférico.Algunas bacterias descomponen las rocas del fondo del mar, lo que influye en la química del agua de mar. Los derrames de petróleo y la escorrentía que contiene aguas residuales humanas y contaminantes químicos tienen un efecto marcado en la vida microbiana en los alrededores, además de albergar patógenos y toxinas que afectan a todas las formas de vida marina. Los dinoflagelados protistas pueden experimentar en ciertos momentos explosiones demográficas llamadas floraciones o mareas rojas, a menudo después de la contaminación causada por el hombre. El proceso puede producir metabolitos conocidos como biotoxinas, que se mueven a lo largo de la cadena alimenticia 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 , Pandoravirus infecta a las amebas, pero su genoma, que contiene de 1,9 a 2,5 megabases de ADN, es dos veces más grande que el 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 comenzando 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 antibiótico" con escasez de nuevas infecciones. lucha contra las drogas. La investigación financiada por la UE comenzará en la fosa de Atacama y luego pasará a buscar trincheras frente a Nueva Zelanda y la Antártida.

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. Si bien esto puede ser cierto a pequeña escala, las grandes cantidades de aguas residuales que se vierten habitualmente han dañado muchos ecosistemas costeros y los han convertido en una amenaza para la vida. Virus y bacterias patógenos ocurren en tales aguas, 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 los grandes buques y se propagan ampliamente cuando se descarga el lastre.

Origen e historia

Se pensaba que el agua del mar provenía de los volcanes de la Tierra, hace 4 mil millones de años, liberada por la desgasificación de la roca fundida. Trabajos más recientes sugieren que gran parte del agua de la Tierra puede provenir de los cometas.

Las teorías científicas sobre 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 arrastraran 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, ver cuenca endorreica), tienen un alto contenido de sal. Halley llamó a este proceso "meteorización continental".

La teoría de Halley era parcialmente correcta. Además, el sodio se lixivió del fondo del océano cuando se formó el océano. La presencia del otro ion dominante de la sal, el cloruro, resulta de la liberación de gases del cloruro (como ácido clorhídrico) con otros gases del interior de la Tierra a través de volcanes y fumarolas 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, enterramiento de agua intersticial y reacciones con basaltos del lecho marino.

Impactos humanos

El cambio climático, el aumento de los niveles de dióxido de carbono en la atmósfera de la Tierra, el exceso de nutrientes y la contaminación en muchas formas están alterando la geoquímica oceánica mundial. Las tasas de cambio de algunos aspectos superan con creces las del registro geológico histórico y reciente. Las principales tendencias incluyen un aumento de la acidez, oxígeno subterráneo reducido tanto en aguas pelágicas como cercanas a la costa, aumento de los niveles de nitrógeno costero y aumentos generalizados de mercurio y contaminantes orgánicos persistentes. La mayoría de estas perturbaciones están vinculadas directa o indirectamente a la quema humana de combustibles fósiles, fertilizantes y actividad industrial. Se prevé que las concentraciones crezcan en las próximas décadas, con impactos negativos en la biota oceánica y otros recursos marinos.

Una de las características más llamativas de esto es la acidificación de los océanos, como resultado de una mayor absorción de CO ₂ de los océanos relacionada con una mayor concentración atmosférica de CO ₂ y temperaturas más altas, porque afecta gravemente a los arrecifes de coral, moluscos, equinodermos y crustáceos (ver blanqueamiento de corales) .

Consumo humano

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 de la propia agua de mar. 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 peso).

En la mayoría de las aguas abiertas, las concentraciones varían un poco alrededor de los 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 con frecuencia se pasa por alto en las afirmaciones de que el riñón puede excretar NaCl en concentraciones bálticas del 2% (en argumentos contrarios) es que el intestino no puede absorber agua en tales concentraciones, por lo que no hay ningún beneficio en beber esa agua. Beber agua de mar aumenta temporalmente la concentración de NaCl en la 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. Eventualmente, la concentración de sodio en la sangre se eleva a niveles tóxicos, eliminando el agua de las células e interfiriendo con la conducción nerviosa, lo que finalmente produce convulsiones fatales y arritmia cardíaca.

Los manuales de supervivencia desaconsejan constantemente beber agua de mar. 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.

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 de manera célebre por una línea 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 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 de goma Zodiak utilizando principalmente carne de pescado cruda, que contiene aproximadamente un 40 por ciento 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, Kon-Tiki , Thor Heyerdahl informó que bebió agua de mar mezclada con agua dulce en una proporción de 2:3 durante la expedición de 1947.Unos años más tarde, otro aventurero, William Willis, afirmó haber bebido dos tazas de agua de mar y una taza de agua fresca por día durante 70 días sin efectos negativos cuando perdió parte de su suministro de agua.

Durante el siglo XVIII, Richard Russell abogó por el uso médico de esta práctica en el Reino Unido, y René Quinton amplió la defensa de esta práctica a otros países, especialmente a Francia, en el siglo XX. Actualmente, se practica ampliamente en Nicaragua y otros países, supuestamente aprovechando los últimos descubrimientos médicos.

La mayoría de los buques transoceánicos desalinizan el agua potable del agua de mar mediante procesos como la destilación al vacío o la destilación instantánea de varias etapas en un evaporador o, más recientemente, la ósmosis inversa. Estos procesos intensivos en energía generalmente no estaban disponibles durante la Era de la Vela. Los buques de guerra de vela más grandes con grandes tripulaciones, como el HMS  Victory de Nelson , estaban equipados con aparatos de destilación en sus galeras. Animales como peces, ballenas, tortugas marinas y aves marinas, como pingüinos y albatros, se han adaptado a vivir en un hábitat de alta salinidad. Por ejemplo, las tortugas marinas y los cocodrilos de agua salada eliminan el exceso de sal de sus cuerpos a través de los conductos lagrimales.

Extracción de minerales

Los minerales se han extraído 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. Durante 2015 en EE.UU. el 63% de la producción de magnesio provino de agua de mar y salmueras. El bromo también se produce a partir del agua de mar en China y Japón. 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 solo se extrajeron unos pocos gramos de uranio en Japón a fines de la década de 1990. El problema principal no es la viabilidad tecnológica, sino que los precios actuales en el mercado de 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.Problemas similares obstaculizan el uso de uranio reprocesado y, a menudo, se presentan contra el reprocesamiento nuclear y la fabricación de combustible MOX como económicamente inviables.

Estándar

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 aceite y evaluación de detergencia.