Apa de mare - Seawater
| Parte dintr-o serie pe |
| Salinitatea apei |
|---|
 |
| Nivelurile de salinitate |
|
Apă dulce (<0,05%) Apă salată (0,05-3%) Apă salină (3-5%) Saramură (> 5% până la 26% -28% maxim) |
| Corpuri de apă |
Apa de mare sau apa sarata este apa dintr-o mare sau ocean . În medie, apa de mare din oceanele lumii are o salinitate de aproximativ 3,5% (35 g / l, 35 ppt, 600 mM). Aceasta înseamnă că fiecare kilogram (aproximativ un litru în volum) de apă de mare are aproximativ 35 de grame (1,2 oz) de săruri dizolvate (predominant sodiu ( Na+
) și clorură ( Cl-
) ioni ). Densitatea medie la suprafață este de 1,025 kg / l. Apa de mare este mai densă decât apa dulce și cea pură (densitate 1,0 kg / l la 4 ° C (39 ° F)) deoarece sărurile dizolvate măresc masa cu o proporție mai mare decât volumul. În comparație, majoritatea nivelurilor saline fiziologice umane sunt aproximativ un sfert din aceasta, de exemplu sângele este de 9g / l (0,9% g / v). Punctul de îngheț al apei de mare scade odată cu creșterea concentrației de sare. La salinitate tipică, îngheață la aproximativ −2 ° C (28 ° F). Cea mai rece apă de mare încă în stare lichidă înregistrată vreodată a fost găsită în 2010, într-un pârâu sub un ghețar antarctic : temperatura măsurată a fost de -2,6 ° C (27,3 ° F). PH-ul apei de mare este de obicei limitat la un interval cuprins între 7,5 și 8,4. Cu toate acestea, nu există o scală de referință universal acceptată pentru apa de mare și diferența dintre măsurători bazate pe diferite scale de referință poate fi de până la 0,14 unități.
Geochimie
Salinitate
Deși marea majoritate a apei de mare are o salinitate cuprinsă între 31 g / kg și 38 g / kg, adică 3,1-3,8%, apa de mare nu este în mod uniform salină în întreaga lume. În cazul în care amestecul are loc cu scurgerea apei dulci din gurile râurilor, în apropierea ghețarilor care se topesc sau a unor cantități mari de precipitații (de exemplu, musonul ), apa de mare poate fi mult mai puțin salină. Marea deschisă cea mai salină este Marea Roșie , unde ratele ridicate de evaporare , precipitațiile scăzute și scurgerea scăzută a râului și circulația limitată duc la ape neobișnuit de sărate. Salinitatea în corpuri de apă izolate poate fi considerabil mai mare - de aproximativ zece ori mai mare în cazul Mării Moarte . Din punct de vedere istoric, mai multe scale de salinitate au fost folosite pentru a aproxima salinitatea absolută a apei de mare. O scară populară a fost „Scala practică de salinitate” unde salinitatea a fost măsurată în „unități practice de salinitate (PSU)”. Standardul actual pentru salinitate este scala „Salinitate de referință”, cu salinitatea exprimată în unități de „g / kg”.
Proprietățile termofizice ale apei de mare
Densitatea apei de mare suprafață variază de la aproximativ 1020-1029 kg / m 3 , în funcție de temperatura și salinitatea. La o temperatură de 25 ° C, salinitate de 35 g / kg și 1 atm presiune, densitatea apei de mare este de 1023,6 kg / m 3 . Adânc în ocean, sub presiune ridicată, apa de mare poate atinge o densitate de 1050 kg / m 3 sau mai mare. Densitatea apei de mare se schimbă și odată cu salinitatea. Saramurile generate de instalațiile de desalinizare a apei de mare pot avea salinități de până la 120 g / kg. Densitatea saramurii tipice a apei de mare de 120 g / kg de salinitate la 25 ° C și presiunea atmosferică este de 1088 kg / m 3 . PH-ul apei de mare este limitat la 7,5 - 8,4. Viteza sunetului în apă de mare este de aproximativ 1500 m / s ( în timp ce viteza sunetului este de obicei în jurul valorii de 330 m / s în aer la aproximativ presiune 101.3kPa, 1 atmosferă), și variază în funcție de temperatura apei, salinitate și presiune. Conductivitatea termică a apei de mare este de 0,6 W / mK la 25 ° C și o salinitate de 35 g / kg. Conductivitatea termică scade odată cu creșterea salinității și crește odată cu creșterea temperaturii.
Compoziție chimică
Apa de mare conține mai mulți ioni dizolvați decât toate tipurile de apă dulce. Cu toate acestea, raporturile solutilor diferă dramatic. De exemplu, deși apa de mare conține aproximativ 2,8 ori mai mult bicarbonat decât apa râului, procentul de bicarbonat din apa de mare ca raport al tuturor ionilor dizolvați este mult mai mic decât în apa râului. Ionii de bicarbonat constituie 48% din substanțele dizolvate ale râului, dar doar 0,14% pentru apa de mare. Diferențe ca acestea se datorează timpilor de ședere variați ai solutelor din apa de mare; sodiul și clorura au perioade de ședere foarte lungi, în timp ce calciul (vital pentru formarea carbonatului ) tinde să precipite mult mai repede. Cei mai abundenți ioni dizolvați în apa de mare sunt sodiul, clorura, magneziul , sulfatul și calciul. Osmolaritatea sa este de aproximativ 1000 mOsm / l.
Se găsesc cantități mici de alte substanțe, inclusiv aminoacizi la concentrații de până la 2 micrograme de atomi de azot pe litru, despre care se crede că au jucat un rol cheie în originea vieții .
55%, Na+
30,6%, SO2−
47,7%, Mg2+
3,7%, Ca2+
1,2%, K+
1,1%, Altele 0,7%. Rețineți că diagrama este corectă numai atunci când în unități de greutate / greutate, nu greutate / vol sau vol / vol.
| Element | Procent din masă |
|---|---|
| Oxigen | 85,84 |
| Hidrogen | 10,82 |
| Clor | 1,94 |
| Sodiu | 1,08 |
| Magneziu | 0,1292 |
| Sulf | 0,091 |
| Calciu | 0,04 |
| Potasiu | 0,04 |
| Brom | 0,0067 |
| Carbon | 0,0028 |
| Componenta | Concentrație (mol / kg) |
|---|---|
| H 2O |
53.6 |
| Cl- |
0,546 |
| N / A+ |
0,469 |
| Mg2+ |
0,0528 |
| ASA DE2− 4 |
0,0282 |
| Ca2+ |
0,0103 |
| K+ |
0,0102 |
| C T | 0,00206 |
| Fr- |
0,000844 |
| B T | 0,000416 |
| Sr.2+ |
0,000091 |
| F- |
0,000068 |
Componente microbiene
Cercetările efectuate în 1957 de Institutul de Oceanografie Scripps au prelevat probe de apă atât în locații pelagice, cât și în zone neritice din Oceanul Pacific. Au fost utilizate numărări și culturi microscopice directe, numărările directe în unele cazuri prezentând până la 10 000 de ori decât cele obținute din culturi. Aceste diferențe au fost atribuite apariției bacteriilor în agregate, efectelor selective ale mediului de cultură și prezenței celulelor inactive. O reducere marcată a numărului de culturi bacteriene a fost observată sub termoclină , dar nu prin observare microscopică directă. Un număr mare de forme asemănătoare spirililor au fost văzute la microscop, dar nu în cultură. Disparitatea numărului obținut prin cele două metode este bine cunoscută în acest domeniu și în alte domenii. În anii 1990, tehnicile îmbunătățite de detectare și identificare a microbilor prin sondarea doar a unor fragmente mici de ADN , au permis cercetătorilor care participă la Recensământul vieții marine să identifice mii de microbi necunoscuți anterior, de obicei prezenți doar în număr mic. Acest lucru a dezvăluit o diversitate mult mai mare decât se bănuia anterior, astfel încât un litru de apă de mare poate conține mai mult de 20.000 de specii. Mitchell Sogin de la Marine Biological Laboratory consideră că „numărul diferitelor tipuri de bacterii din oceane ar putea eclipsa de la cinci la 10 milioane”.
Bacteriile se găsesc la toate adâncimile în coloana de apă , precum și în sedimente, unele fiind aerobe, altele anaerobe. Majoritatea înot liber, dar unele există ca simbionți în alte organisme - exemple dintre acestea fiind bacteriile bioluminescente. Cianobacteriile au jucat un rol important în evoluția proceselor oceanice, permițând dezvoltarea stromatoliților și a oxigenului în atmosferă.
Unele bacterii interacționează cu diatomeele și formează o legătură critică în ciclul siliciului în ocean. O specie anaerobă, Thiomargarita namibiensis , joacă un rol important în descompunerea erupțiilor de hidrogen sulfurat din sedimentele diatomee de pe coasta namibiană și generate de ratele ridicate de creștere a fitoplanctonului în zona de upwelling a curentului Benguela , care, în cele din urmă, cade pe fundul mării.
Archaea asemănătoare bacteriilor a surprins microbiologii marini prin supraviețuirea și prosperarea lor în medii extreme, cum ar fi orificiile hidrotermale de pe fundul oceanului. Bacterii marine alcalotolerante precum Pseudomonas și Vibrio spp. supraviețuiește într-un interval de pH de la 7,3 la 10,6, în timp ce unele specii vor crește doar la pH de la 10 la 10,6. Archaea există, de asemenea, în apele pelagice și poate constitui până la jumătate din biomasa oceanului , jucând în mod clar un rol important în procesele oceanice. În 2000, sedimentele de pe fundul oceanului au dezvăluit o specie de Archaea care descompune metanul , un important gaz cu efect de seră și un factor major al încălzirii atmosferice. Unele bacterii descompun rocile fundului mării, influențând chimia apei de mare. Vărsările de petrol și scurgerile care conțin canalizare umană și poluanți chimici au un efect marcat asupra vieții microbiene din vecinătate, precum și adăpostesc agenți patogeni și toxine care afectează toate formele de viață marină . Dinoflagelatele protiste pot suferi, în anumite momente, explozii ale populației numite înfloriri sau maree roșii , adesea după poluarea cauzată de om. Procesul poate produce metaboliți cunoscuți sub numele de biotoxine, care se deplasează de-a lungul lanțului alimentar oceanic, afectând consumatorii de animale de ordin superior.
Pandoravirus salinus , o specie de virus foarte mare, cu un genom mult mai mare decât cel al oricărei alte specii de virus, a fost descoperit în 2013. La fel ca și ceilalți virusuri foarte mari Mimivirus și Megavirus , Pandoravirus infectează amibele, dar genomul său, conținând 1,9 până la 2,5 megabazele de ADN sunt de două ori mai mari decât cele ale Megavirusului și diferă foarte mult de ceilalți viruși mari prin aspect și structura genomului.
În 2013, cercetătorii de la Universitatea Aberdeen au anunțat că încep o vânătoare de substanțe chimice nedescoperite în organisme care au evoluat în tranșee de adâncime, în speranța că vor găsi „următoarea generație” de antibiotice, anticipând o „apocalipsă antibiotică” cu lipsă de infecție nouă- combaterea drogurilor. Cercetarea finanțată de UE va începe în tranșeaua Atacama și apoi va continua să caute tranșee din Noua Zeelandă și Antarctica.
Oceanul are o lungă istorie de eliminare a deșeurilor umane, presupunând că dimensiunea sa vastă îl face capabil să absoarbă și să dilueze toate materialele nocive. Deși acest lucru poate fi adevărat la scară redusă, cantitățile mari de canalizare care sunt aruncate în mod obișnuit au afectat multe ecosisteme de coastă și le-au pus în pericol viața. Virusii și bacteriile patogene apar în astfel de ape, cum ar fi Escherichia coli , Vibrio cholerae cauza holerei , hepatitei A , hepatitei E și poliomielitei , alături de protozoari care cauzează giardioză și criptosporidioză . Acești agenți patogeni sunt prezenți în mod obișnuit în apa de balast a vaselor mari și sunt răspândite pe scară largă atunci când balastul este descărcat.
Originea și istoria
Se credea că apa din mare provine de la vulcanii Pământului , începând cu 4 miliarde de ani în urmă, eliberată prin degazarea din roca topită. Lucrări mai recente sugerează că o mare parte din apa Pământului ar putea proveni din comete .
Teoriile științifice din spatele originilor sării de mare au început cu Sir Edmond Halley în 1715, care a propus ca sarea și alte minerale să fie transportate în mare de râuri după ce precipitațiile au spălat-o din pământ. La atingerea oceanului, aceste săruri s-au concentrat pe măsură ce a ajuns mai multă sare în timp (vezi Ciclul hidrologic ). Halley a remarcat faptul că majoritatea lacurilor care nu au debituri oceanice (cum ar fi Marea Moartă și Marea Caspică , vezi bazinul endoreic ), au un conținut ridicat de sare. Halley a numit acest proces „meteorizare continentală”.
Teoria lui Halley era parțial corectă. În plus, sodiul s-a scurs din fundul oceanului când s-a format oceanul. Prezența celuilalt ion dominant al sării, clorura, rezultă din dezgazarea clorurii (sub formă de acid clorhidric ) cu alte gaze din interiorul Pământului prin vulcani și guri de aerisire hidrotermale . Ionii de sodiu și clorură au devenit ulterior cei mai abundenți constituenți ai sării de mare.
Salinitatea oceanului a fost stabilă de miliarde de ani, cel mai probabil ca o consecință a unui sistem chimic / tectonic care elimină atâta sare cât este depusă; de exemplu, chiuvetele de sodiu și clorură includ depozite de evaporită , înmormântarea porilor cu apă și reacții cu bazaltele de pe fundul mării .
Impacturile umane
Schimbările climatice , creșterea nivelului de dioxid de carbon în atmosfera Pământului , excesul de nutrienți și poluarea sub multe forme modifică geochimia oceanică globală . Ratele de schimbare pentru unele aspecte depășesc cu mult cele din înregistrarea geologică istorică și recentă. Tendințele majore includ o creștere a acidității , reducerea oxigenului subteran atât în apele apropiate de țărm, cât și în apele pelagice, creșterea nivelului de azot de coastă și creșterea pe scară largă a mercurului și a poluanților organici persistenți. Majoritatea acestor perturbații sunt legate direct sau indirect de combustia fosilă umană, de îngrășăminte și de activitatea industrială. Se preconizează că concentrările vor crește în deceniile următoare, cu impact negativ asupra biotei oceanului și a altor resurse marine.
Una dintre cele mai izbitoare caracteristici a acestui fapt este acidificarea oceanelor , rezultată din absorbția crescută de CO 2 a oceanelor, datorită concentrației atmosferice mai mari de CO 2 și a temperaturilor mai ridicate, deoarece afectează grav recifele de corali , moluștele , echinodermele și crustaceii (vezi albirea coralilor ) .
Consumul uman
Consumul accidental de cantități mici de apă de mare curată nu este dăunător, mai ales dacă apa de mare este luată împreună cu o cantitate mai mare de apă dulce. Cu toate acestea, consumul de apă de mare pentru menținerea hidratării este contraproductiv; trebuie eliminată mai multă apă pentru a elimina sarea (prin urină ) decât cantitatea de apă obținută din apa de mare însăși. În circumstanțe normale, s-ar considera necorespunzător consumul unor cantități mari de apă de mare nefiltrată.
Sistemul renal reglează activ nivelurile de sodiu și clorură din sânge într-un interval foarte restrâns în jurul valorii de 9 g / L (0,9% în greutate).
În majoritatea apelor deschise, concentrațiile variază oarecum în jurul valorilor tipice de aproximativ 3,5%, mult mai mari decât poate tolera corpul și mai mult decât ceea ce poate prelucra rinichiul. Un punct frecvent trecut cu vederea în afirmațiile potrivit cărora rinichiul poate elimina NaCl în concentrații baltice de 2% (în argumentele contrare) este că intestinul nu poate absorbi apa la astfel de concentrații, astfel încât nu există niciun beneficiu în consumul unei astfel de apă. Consumul de apă de mare crește temporar concentrația de NaCl din sânge. Acest lucru indică rinichiului să elimine sodiu, dar concentrația de sodiu a apei de mare este peste capacitatea maximă de concentrare a rinichilor. În cele din urmă, concentrația de sodiu din sânge crește la niveluri toxice, eliminând apa din celule și interferând cu conducerea nervilor , producând în cele din urmă convulsii fatale și aritmie cardiacă .
Manualele de supraviețuire recomandă în mod consecvent să nu beți apă de mare. Un rezumat al celor 163 de călătorii cu plute de salvare a estimat riscul de deces la 39% pentru cei care au băut apă de mare, comparativ cu 3% pentru cei care nu au făcut-o. Efectul aportului de apă de mare asupra șobolanilor a confirmat efectele negative ale consumului de apă de mare atunci când sunt deshidratate.
Tentația de a bea apă de mare a fost cea mai mare pentru marinarii care și-au cheltuit aprovizionarea cu apă dulce și nu au putut captura suficientă apă de ploaie pentru băut. Aceasta frustrare a fost descris faimos de o linie de Samuel Taylor Coleridge e Balada bătrânului marinar :
- "Apă, apă, peste tot,
Și toate scândurile s-au micșorat;
Apă, apă, peste tot,
Nici vreo picătură de băut."
- "Apă, apă, peste tot,
Deși oamenii nu pot supraviețui cu apă de mare, unii oameni susțin că până la două căni pe zi, amestecate cu apă proaspătă într-un raport 2: 3, nu produc niciun efect negativ. Medicul francez Alain Bombard a supraviețuit unei traversări oceanice într-o barcă mică de cauciuc Zodiak folosind în principal carne de pește crudă, care conține aproximativ 40% apă (la fel ca majoritatea țesuturilor vii), precum și cantități mici de apă de mare și alte provizii recoltate din ocean. Descoperirile sale au fost contestate, dar nu a fost oferită o explicație alternativă. În cartea sa din 1948, Kon-Tiki , Thor Heyerdahl a raportat că a băut apă de mare amestecată cu proaspătă într-un raport de 2: 3 în timpul expediției din 1947. Câțiva ani mai târziu, un alt aventurier, William Willis , a susținut că a băut două căni de apă de mare și o ceașcă de proaspăt pe zi timp de 70 de zile fără efecte nefaste când a pierdut o parte din alimentarea cu apă.
În secolul al XVIII-lea, Richard Russell a susținut utilizarea medicală a acestei practici în Marea Britanie, iar René Quinton a extins susținerea acestei practici în alte țări, în special Franța, în secolul al XX-lea. În prezent, este practicat pe scară largă în Nicaragua și în alte țări, presupunând că profită de cele mai recente descoperiri medicale.
Majoritatea navelor oceanice desalinizează apa potabilă din apa de mare folosind procese precum distilarea sub vid sau distilarea rapidă în mai multe etape într-un evaporator sau, mai recent, osmoza inversă . Aceste procese care consumă multă energie nu erau de obicei disponibile în epoca pânzei . Navele de război mai mari cu echipaje mari, precum HMS Victory ale lui Nelson , au fost echipate cu aparate de distilare în galerele lor . Animalele precum peștii, balenele, țestoasele marine și păsările marine , precum pinguinii și albatrosii s-au adaptat pentru a trăi într-un habitat salin ridicat. De exemplu, broaștele țestoase de mare și crocodilii de apă sărată elimină excesul de sare din corpul lor prin canalele lacrimale .
Extracția mineralelor
Mineralele au fost extrase din apa de mare din cele mai vechi timpuri. În prezent, cele mai concentrate patru metale - Na , Mg , Ca și K - sunt extrase comercial din apa de mare. În 2015, în SUA 63% din producția de magneziu a provenit din apă de mare și saramură. Bromul este produs și din apa de mare din China și Japonia. Extragerea cu litiu din apa de mare a fost încercată în anii 1970, dar testele au fost curând abandonate. Ideea extragerii de uraniu din apa de mare a fost luată în considerare cel puțin din anii 1960, însă doar câteva grame de uraniu au fost extrase în Japonia la sfârșitul anilor '90.
Standard
ASTM International are un standard internațional pentru apa de mare artificială : ASTM D1141-98 (Standardul original ASTM D1141-52). Este utilizat în multe laboratoare de testare de cercetare ca soluție reproductibilă pentru apa de mare, cum ar fi teste de coroziune, contaminarea cu ulei și evaluarea detergenței.
Vezi si
- Saramură - O soluție foarte concentrată de sare în apă
- Exploatarea saramurii
- Apă salată - Apă cu salinitate între apa dulce și apa de mare
- Apă dulce - Apă naturală, cu cantități mici de săruri dizolvate
- Culoarea oceanului - Explicația culorii oceanelor și a teledetecției culorii oceanului
- Apă salină - Apă care conține o concentrație mare de săruri dizolvate
- Gheață de mare - Gheață formată din apă de mare înghețată
- PH - ul apei de mare - Măsurarea acidității sau bazicității unei soluții apoase
- Tensiunea superficială a apei de mare - Tendința unei suprafețe lichide de a se micșora pentru a reduce suprafața
- Talasoterapie
- Circulația termohalină - O parte a circulației oceanice pe scară largă care este condusă de gradienții de densitate globală creați de fluxurile de căldură de suprafață și apă dulce
- Set de date CORA salinitate oceanică globală
Referințe
linkuri externe
Mese
- Mese și software pentru proprietățile termofizice ale apei de mare , MIT
- GW C Kaye, TH Laby (1995). "Proprietățile fizice ale apei de mare". Tabelele constantelor fizice și chimice (ediția a XVI-a). Arhivat din original la 8 mai 2019.