Rocío de mar

Las spray marina son partículas de aerosol formadas a partir del océano, principalmente por expulsión a la atmósfera de la Tierra mediante el estallido de burbujas en la interfaz aire-mar. El spray marino contiene materia orgánica y sales inorgánicas que forman aerosoles de sal marina (SSA). El SSA tiene la capacidad de formar núcleos de condensación de nubes (CCN) y eliminar contaminantes antropogénicos en aerosol de la atmósfera. También se ha descubierto que la espuma marina espesa inhibe la formación de relámpagos en las nubes de tormenta.

El rocío marino es directa (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, lo que afecta los patrones climáticos globales y la intensidad de las tormentas tropicales. Las salpicaduras de mar también influyen en el crecimiento de las plantas y la distribución de especies en los ecosistemas costeros y aumentan la corrosión de los materiales de construcción en las zonas costeras.

Generación

Formación

Cuando el viento, las crestas blancas y las olas rompientes mezclan aire con la superficie del mar, el aire se reagrupa para formar burbujas, flota hacia la superficie y estalla en la interfaz aire-mar. Cuando estallan, liberan hasta mil partículas de espuma marina, cuyo tamaño varía desde nanómetros hasta micrómetros y pueden ser expulsadas hasta 20 cm de la superficie del mar. Las gotas de película constituyen la mayoría de las partículas más pequeñas creadas por el estallido inicial, mientras que las gotas de chorro se generan por el colapso de la cavidad de la burbuja y se expulsan de la superficie del mar en la forma de un chorro vertical. En condiciones de viento, las gotas de agua se desprenden mecánicamente de las crestas de las olas rompientes. Las gotas de espuma marina generadas mediante este mecanismo se denominan gotas de espuma y suelen ser de mayor tamaño y tener menos tiempo de residencia en el aire. El impacto de las olas en la superficie del mar también genera espuma marina en forma de gotas de salpicadura . La composición del spray de mar depende principalmente de la composición del agua de la que se produce, pero a grandes rasgos es una mezcla de sales y materia orgánica. Varios factores determinan el flujo de producción de espuma marina, especialmente la velocidad del viento, la altura del oleaje, el período del oleaje, la humedad y la diferencia de temperatura entre la atmósfera y el agua superficial. Por lo tanto, la producción y la tasa de distribución de tamaño de los SSA son sensibles al estado de mezcla. Un área menos estudiada de la generación de espuma marina es la formación de espuma marina como resultado del impacto de las gotas de lluvia en la superficie del mar .

Variación espacial

Además de las condiciones locales que influyen en la formación de la espuma marina, también existen patrones espaciales consistentes en la producción y composición de la espuma marina. Debido a que el rocío marino se genera cuando el aire se mezcla con el océano, los gradientes de formación se establecen por la turbulencia del agua superficial. La acción de las olas a lo largo de las costas es generalmente donde la turbulencia es mayor, por lo que es aquí donde la producción de espuma marina es mayor. Las partículas generadas en zonas costeras turbulentas pueden viajar horizontalmente hasta 25 km dentro de la capa límite planetaria. A medida que disminuye la distancia desde la costa, la producción de espuma marina disminuye a un nivel sustentado casi exclusivamente por las olas de espuma blanca. La proporción de la superficie del océano que es lo suficientemente turbulenta como para producir una cantidad significativa de rocío marino se llama fracción de capa blanca. El único otro mecanismo de producción de rocío marino en mar abierto es a través de la acción directa del viento, donde los vientos fuertes rompen la tensión superficial del agua y elevan partículas al aire. Sin embargo, las partículas de agua de mar generadas de esta manera suelen ser demasiado pesadas para permanecer suspendidas en la atmósfera y normalmente se depositan de nuevo en el mar a unas pocas docenas de metros del transporte.

Variación temporal

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. Los meses de verano más tranquilos dan como resultado una menor producción general de espuma marina. Durante el pico de productividad primaria en el verano, el aumento de materia orgánica en la superficie del océano genera aumentos posteriores en la pulverización del mar. Dado que la espuma del mar conserva las propiedades del agua de la que se produjo, la composición de la espuma del mar experimenta variaciones estacionales extremas. Durante el verano, el carbono orgánico disuelto (COD) puede constituir entre el 60 y el 90 % de la masa de espuma marina. Aunque durante la tormentosa temporada invernal se produce mucha más espuma marina, debido a la baja producción primaria, la composición es casi exclusivamente salina.

Materia orgánica

La materia orgánica del rocío marino se compone de carbono orgánico disuelto (DOC) e incluso de los propios microbios, como bacterias y virus. La cantidad de materia orgánica en la espuma del mar depende de procesos microbiológicos, aunque aún se desconoce el efecto total de estos procesos. La clorofila-a se utiliza a menudo como indicador de la producción primaria y el contenido de materia orgánica en las espumas marinas, pero su confiabilidad para estimar las concentraciones de carbono orgánico disuelto es controvertida. La biomasa a menudo llega al mar a través de la muerte y lisis de células de algas, a menudo causadas por infecciones virales. Las células se descomponen en carbono orgánico disuelto que es impulsado a la atmósfera cuando estallan las burbujas en la superficie. Cuando la productividad primaria alcanza su punto máximo durante el verano, la proliferación de algas puede generar una enorme cantidad de materia orgánica que eventualmente se incorpora a la espuma del mar. En las condiciones adecuadas, la agregación del carbono orgánico disuelto también puede formar tensioactivos o espuma de mar.

Interacciones climáticas

Con vientos fuertes, la capa de evaporación de gotas (DEL) influye en el intercambio de calor de energía superficial del océano. El flujo de calor latente del rocío marino generado en la capa de evaporación de las gotas se ha citado como una adición importante a los esfuerzos de modelización climática, particularmente en simulaciones que evalúan el equilibrio térmico del aire y el mar en relación con huracanes y ciclones formados durante eventos de vientos fuertes. Durante la formación de las espumas blancas, las gotas de agua marina exhiben las mismas propiedades que la superficie del océano, pero se adaptan rápidamente al aire circundante. Algunas gotas de rocío marino 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 ser transportadas a través de la turbulencia a las capas de nubes y servir como núcleos de condensación de nubes. 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 su interacción con la radiación solar. Además, la contribución del DMS marino a la atmósfera está relacionada con el ciclo global del azufre. Comprender el forzamiento total de fuentes naturales como la espuma del mar puede iluminar las limitaciones críticas planteadas por la influencia antropogénica y puede combinarse con la química, la biología y la física de los océanos para predecir la futura variabilidad oceánica y atmosférica.

La proporción de materia orgánica en el rocío marino puede afectar la reflectancia, determinar el efecto de enfriamiento general de las SSA 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 y tener implicaciones para el clima global. El 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.

Flujo de entalpía

La influencia del rocío del mar 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. Cuando la temperatura del aire es baja, el flujo de calor sensible del rocío marino puede ser casi tan grande como el flujo de calor latente del rocío en latitudes altas. Además, el rocío marino 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. Las gotas de agua marina inyectadas en el aire equilibran térmicamente ~1% de su masa. Esto conduce a la adición de calor sensible antes del reingreso al océano, lo que mejora su potencial para una entrada significativa de entalpía.

Efectos dinámicos

Los efectos del transporte del rocío marino en la capa límite atmosférica aún no se comprenden completamente. Las gotas de rocío marino alteran los flujos de impulso aire-mar al ser aceleradas y desaceleradas por los vientos. En vientos con fuerza de huracán, se observa que hay cierta reducción en el flujo de impulso aire/mar. Esta reducción en el flujo de impulso se manifiesta como una saturación del coeficiente de resistencia aire/mar. Algunos estudios han identificado los efectos de la pulverización como una de las posibles razones de la saturación del coeficiente de resistencia del aire/mar. Se ha demostrado mediante varios estudios numéricos y teóricos que las salpicaduras de mar, si están presentes en cantidades significativas en la capa límite atmosférica, conducen a la saturación de los coeficientes de resistencia aire-mar.

Ecología

Ecosistemas costeros

La deposición de sal procedente del rocío marino es el factor principal que influye en la distribución de las comunidades de plantas en los ecosistemas costeros. Las concentraciones de iones de la espuma marina depositada en la tierra generalmente reflejan sus concentraciones en el océano, excepto que el potasio suele ser mayor en la espuma marina. La deposición de sales en la tierra generalmente disminuye con la distancia al océano, pero aumenta con la velocidad del viento. La deposición de sal procedente del rocío marino se correlaciona con una disminución en la altura de las plantas y cicatrices significativas, reducción de los brotes, disminución de la altura del tallo y muerte del tejido en el lado de barlovento de los arbustos y árboles. La variación en la deposición de sal también influye en la competencia entre plantas y establece gradientes de tolerancia a la sal.

Si bien las sales contenidas en el rocío marino pueden inhibir gravemente el crecimiento de las plantas en los ecosistemas costeros, al seleccionar especies tolerantes a la sal, el rocío marino también puede aportar nutrientes vitales a estos hábitats. Por ejemplo, un estudio demostró que las salpicaduras de mar en Gales, Reino Unido, aportan aproximadamente 32 kg de potasio por hectárea a las dunas de arena costeras cada año. Debido a que los suelos de las dunas lixivian nutrientes muy rápidamente, la fertilización por aspersión marina podría ser muy influyente para los ecosistemas de dunas, especialmente para las plantas que son menos competitivas en ambientes con nutrientes limitados.

Comunidades microbianas

Los virus, las bacterias y el plancton están omnipresentes en el agua de mar, y esta biodiversidad se refleja en la composición de la espuma del mar. En términos generales, el spray marino tiene concentraciones de microbios ligeramente más bajas que el agua de la que se produce. Sin embargo, la comunidad microbiana en el rocío marino a menudo es distinta de la del agua y las playas arenosas cercanas, lo que sugiere que algunas especies están más predispuestas hacia el transporte SSA que otras. El rocío marino de una playa puede contener miles de unidades taxonómicas operativas (OTU). Se han descubierto casi 10.000 OTU diferentes en la espuma del mar solo entre San Francisco, CA y Monterey, CA, y solo el 11% de ellas se han encontrado de forma ubicua. Esto sugiere que el rocío marino en cada región costera probablemente tenga 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). Muchos incluso han sido identificados por género: Persicirhabdus, Fluviicola, Synecococcus, Vibrio y Enterococcus.

Los científicos han conjeturado que una corriente de microorganismos transportados por el aire circula alrededor del planeta por encima de los sistemas climáticos pero por debajo de las rutas aéreas comerciales. Algunos de estos microorganismos peripatéticos son arrastrados por las tormentas de polvo terrestres, pero la mayoría se originan a partir de microorganismos marinos en la espuma del mar. En 2018, un equipo de científicos informó que diariamente se depositan cientos de millones de virus y decenas de millones de bacterias en cada metro cuadrado del planeta.

Resistencia química

La espuma del mar 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 y humedad atmosféricos. Las sales no se disuelven directamente en el aire, sino que se suspenden como partículas finas o se disuelven en gotas microscópicas de agua suspendidas en el aire.

La prueba de niebla salina es una medida de la resistencia del material o la resistencia a la corrosión, especialmente si el material se utilizará en exteriores y debe desempeñar un papel de soporte de carga mecánica o de otro modo crítico. 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.