5.3: Patrones de salinidad
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Muchas sustancias diferentes se disuelven en el océano, pero seis iones comprenden aproximadamente el 99.4% de todos los iones disueltos en el agua de mar. Estos seis iones principales son (Cuadro 5.3.1):
El cloruro y el sodio, los componentes de la sal de mesa (cloruro de sodio NaCl), constituyen más del 85% de los iones en el océano, razón por la cual el agua de mar tiene un sabor salado (Figura\(\PageIndex{1}\)). Además de los constituyentes principales, existen numerosos constituyentes menores; radionucleótidos, compuestos orgánicos, metales etc. Estos constituyentes menores se encuentran en concentraciones de ppm (partes por millón) o ppb (partes por billón), a diferencia de los iones principales que son mucho más abundantes (ppt) (Cuadro 5.3.2). Para poner esto en perspectiva, 1 ppm = 1 mg/kg, o el equivalente a 1 cucharadita de azúcar disuelta en 14,000 latas de refresco. ¡1 ppb = 1 μg/kg, o el equivalente a 1 cucharadita de una sustancia disuelta en cinco piscinas olímpicas! Estos constituyentes menores representan numerosas sustancias, pero en conjunto constituyen menos del 1% de los iones en el agua de mar. Algunos de estos pueden ser importantes como minerales y oligoelementos vitales para los organismos vivos, pero no tienen mucho impacto en la salinidad general. Pero dado el vasto tamaño de los océanos, incluso los materiales que se encuentran en abundancia traza pueden representar embalses bastante grandes. Por ejemplo, el oro es un oligoelemento en el agua de mar, que se encuentra en concentraciones de partes por billón, sin embargo, si pudieras extraer todo el oro en solo un km 3 de agua de mar, ¡valdría alrededor de 20 millones de dólares!
Debido a que los seis iones principales en el agua de mar comprenden más del 99% de la salinidad total, los cambios en la abundancia de los constituyentes menores tienen poco efecto sobre la salinidad general. Además, la regla de proporciones constantes establece que aunque la salinidad absoluta del agua oceánica pueda diferir en diferentes lugares, las proporciones relativas de los seis iones principales dentro de esa agua son siempre constantes. Por ejemplo, no importa la salinidad total de una muestra de agua de mar, 55% de la salinidad total será por cloruro, 30% por sodio, y así sucesivamente. Dado que la proporción de estos iones principales no cambia, llamamos a estos iones conservadores.
Dadas estas proporciones constantes, para calcular la salinidad total puedes simplemente medir la concentración de solo uno de los iones principales y usar ese valor para calcular el resto. Tradicionalmente el cloruro ha sido el ion medido porque es el más abundante, y por lo tanto el más simple de medir con precisión. Multiplicar la concentración de cloruro por 1.8 da la salinidad total. Por ejemplo, mirando Figura\(\PageIndex{1}\), 19.25 g/kg (ppt) cloruro x 1.8 = 35 ppt. Hoy en día, para mediciones rápidas de salinidad, a menudo se utiliza la conductividad eléctrica en lugar de determinar las concentraciones de cloruro (ver cuadro a continuación).
Medición de la salinidad
Existen varios métodos disponibles para medir la salinidad del agua. Las mediciones más precisas utilizan análisis químicos directos del agua de mar en un entorno de laboratorio, pero hay varias maneras de obtener mediciones inmediatas de salinidad en el campo. Para una estimación rápida de la salinidad, se puede utilizar un refractómetro de mano (derecha).
Este instrumento mide el grado de flexión, o refracción, de los rayos de luz a medida que pasan a través de un fluido. Cuanto mayor sea la cantidad de sales disueltas en la muestra, mayor será el grado de refracción de la luz. El observador atrapa una gota de agua en la pantalla azul, y mira a través del ocular. La línea divisoria entre las secciones azul y blanca de la escala (recuadro) se puede utilizar para leer la salinidad.
Para mediciones más precisas, la mayoría de los oceanógrafos utilizan un instrumento que mide la conductividad eléctrica. Se pasa una corriente eléctrica entre dos electrodos sumergidos en agua, y cuanto mayor sea la salinidad, más fácilmente se conducirá la corriente (los iones en el agua de mar conducen las corrientes eléctricas). Las sondas de conductividad a menudo se agrupan en un instrumento llamado CTD, que significa Conductividad, Temperatura y Profundidad, que son los parámetros más comúnmente medidos. Los CTD modernos pueden equiparse con una serie de sondas que miden parámetros como la luz, la turbidez (claridad del agua), los gases disueltos, etc. Los CTD pueden ser instrumentos grandes (abajo), pero las sondas de salinidad pequeñas de mano también están ampliamente disponibles.
Para mediciones de salinidad a gran escala, los oceanógrafos pueden utilizar satélites, como el satélite Aquarius, que pudo medir diferencias de salinidad superficiales tan pequeñas como 0.2 PSU ya que mapeaba la superficie del océano cada siete días (abajo).
Es importante tener en cuenta que si bien la regla de proporciones constantes se aplica a la mayor parte del océano, puede haber ciertas áreas costeras donde mucha descarga de ríos puede alterar ligeramente estas proporciones. Además, es importante recordar que la regla de proporciones constantes sólo se aplica a los iones mayores. Las proporciones de los iones menores pueden fluctuar, pero recuerde que hacen una contribución muy pequeña a la salinidad general. Debido a que las concentraciones de los iones menores no son constantes, estos se denominan iones no conservadores.
¿Por qué los principales iones se encuentran en proporciones constantes? Hay un aporte constante de iones procedentes de la escorrentía de los ríos y otros procesos, generalmente en proporciones muy diferentes de lo que se encuentra en el océano. Entonces, ¿por qué no cambian las proporciones en los océanos? La mayoría de los iones vertidos por los ríos tienen tiempos de residencia bastante bajos (ver sección 5.2) en comparación con los iones en el agua de mar, generalmente porque se utilizan en procesos biológicos. Estos bajos tiempos de residencia no permiten que los iones se acumulen y alteren la salinidad. Además, el tiempo de mezcla del océano mundial es de alrededor de 1000 años, lo que es muy corto en comparación con los tiempos de residencia de los iones principales, que pueden durar decenas de millones de años. Entonces, durante el tiempo de residencia de un solo ion, el océano se ha mezclado en numerosas ocasiones, y los iones principales se han distribuido uniformemente por todo el océano.
Variaciones en la salinidad
La salinidad total en mar abierto promedia 33-37 ppt, pero puede variar significativamente en diferentes ubicaciones. Pero dado que las mayores proporciones de iones son constantes, las diferencias regionales de salinidad deben deberse más a la entrada y eliminación de agua que a la adición o eliminación de iones. La entrada de agua dulce viene a través de procesos como precipitación, escorrentía de la tierra y derretimiento del hielo. La eliminación de agua dulce proviene principalmente de la evaporación y congelación (cuando el agua de mar se congela, el hielo resultante es principalmente agua dulce y se excluyen las sales, lo que hace que el agua restante sea aún más salada). Por lo tanto, las diferencias en las tasas de precipitación, evaporación, descarga de ríos y formación de hielo juegan un papel importante en las variaciones regionales de salinidad. Por ejemplo, el Mar Báltico tiene una salinidad superficial muy baja de alrededor de 10 ppt, debido a que es un cuerpo de agua mayormente cerrado con mucha entrada fluvial. Por el contrario, el Mar Rojo es muy salado (alrededor de 40 ppt), debido a la falta de precipitación y al ambiente caluroso que conduce a altos niveles de evaporación.
Uno de los grandes cuerpos de agua más salados de la Tierra es el Mar Muerto, entre Israel y Jordania. La salinidad en el Mar Muerto ronda los 330 ppt, que es casi diez veces más salada que el océano. Esta salinidad extremadamente alta es el resultado de las condiciones cálidas y áridas en el Medio Oriente que conducen a altas tasas de evaporación. Además, en la década de 1950 el flujo del río Jordán fue desviado lejos del Mar Muerto, por lo que ya no hay entrada significativa de agua dulce. Sin entrada y alta evaporación, el nivel del agua en el Mar Muerto está retrocediendo a una velocidad de aproximadamente 1 m por año. La alta salinidad hace que el agua sea muy densa, lo que crea fuerzas de flotación que permiten a las personas flotar fácilmente en la superficie. Pero la alta salinidad también significa que el agua es demasiado salada para la mayoría de los organismos vivos, por lo que solo los microbios pueden llamarla hogar; de ahí el nombre del Mar Muerto. Pero por más salado que pueda ser el Mar Muerto, no es el cuerpo de agua más salado de la Tierra. Esa distinción pertenece actualmente a Gaet'ale Pond en Etiopía, ¡con una salinidad de 433 ppt!
Variaciones latitudinales
Si bien las condiciones locales son importantes para determinar los patrones de salinidad en cualquier ubicación, hay algunos patrones globales que requieren más investigación. La temperatura es más alta en el ecuador, y la más baja cerca de los polos, por lo que esperaríamos mayores tasas de evaporación, y por tanto mayor salinidad, en las regiones ecuatoriales (Figura\(\PageIndex{2}\)). Este suele ser el caso, pero en la figura por debajo de la salinidad justo a lo largo del ecuador parece ser un poco menor que en latitudes ligeramente superiores. Esto se debe a que las regiones ecuatoriales también obtienen un alto volumen de lluvia de forma regular, lo que diluye el agua superficial a lo largo del ecuador. Por lo que las salinidades más altas se encuentran en latitudes subtropicales, cálidas con alta evaporación y menor precipitación. En los polos hay poca evaporación, lo que, aunado al derretimiento del hielo y la nieve, produce una salinidad superficial relativamente baja. La imagen de abajo muestra alta salinidad en el mar Mediterráneo; esta se encuentra en una región cálida con alta evaporación, y el mar está aislado en gran parte de la mezcla con el resto del agua del Atlántico Norte, lo que lleva a una alta salinidad. Salinidades más bajas, como las del sudeste asiático, son el resultado de precipitaciones y altos volúmenes de entrada fluvial.
La figura\(\PageIndex{3}\) muestra las diferencias globales medias entre evaporación y precipitación (evaporación-precipitación). Los colores verdes representan áreas donde la precipitación excede la evaporación, mientras que las regiones marrones son donde la evaporación es mayor que las precipitaciones. Obsérvese la correlación entre precipitación, evaporación y salinidad superficial como se ve en la Figura\(\PageIndex{2}\).
Variación vertical
Además de la variación geográfica en la salinidad, también hay cambios en la salinidad con la profundidad. Como hemos visto, la mayoría de las diferencias en la salinidad se deben a variaciones en la evaporación, precipitación, escorrentía y capa de hielo. Todos estos procesos ocurren en la superficie oceánica, no a la profundidad, por lo que las diferencias más pronunciadas en salinidad deben encontrarse en las aguas superficiales. La salinidad en aguas más profundas permanece relativamente uniforme, ya que no se ve afectada por estos procesos superficiales. Algunos perfiles representativos de salinidad se muestran en la Figura\(\PageIndex{4}\). En la superficie, los 200 m superiores más o menos muestran una salinidad relativamente uniforme en lo que se llama la capa mixta. Los vientos, las olas y las corrientes superficiales agitan el agua superficial, provocando una gran mezcla en esta capa y condiciones de salinidad bastante uniformes. Debajo de la capa mixta hay un área de cambio rápido de salinidad sobre un pequeño cambio de profundidad. Esta zona de cambio rápido se llama haloclina, y representa una transición entre la capa mixta y el océano profundo. Por debajo de la haloclina, la salinidad puede mostrar poca variación hasta el fondo marino, ya que esta región está muy alejada de los procesos superficiales que impactan la salinidad. En la siguiente figura, observe la baja salinidad superficial en latitudes altas, y la mayor salinidad superficial a latitudes bajas como se discutió anteriormente. Sin embargo, a pesar de las diferencias superficiales, la salinidad en profundidad en ambos lugares puede ser muy similar.
