Post on 08-Apr-2018
transcript
8/6/2019 des Agua de Mar
http://slidepdf.com/reader/full/des-agua-de-mar 1/31
Densidad del agua de mar
Expansión térmica α ΔΤ = ΔV/V
α = α (p, T, S)
ρ = ρ (p, T, S)
Contracción halina β ΔS = -ΔV/V
β = β (p, T, S)
Compresibilidad κ Δp = -ΔV/Vκ = κ (p, T, S)
Circulación General II – 2010 – 4. Propiedades físico‐químicas 1
8/6/2019 des Agua de Mar
http://slidepdf.com/reader/full/des-agua-de-mar 2/31
[p] = [kg/m3] [m/s2] [m] = kg/m s2 = Pascal
si ρ = 1025 kg/m3 y h = 100 m
p = 100.45 x 104 Pa
ρ h
z
Presión hidrostática
pz = ρ g h ρ = ∫ ρ dz
ρ = ρ (p)
104 Pa = 1 decibar
Circulación General II – 2010 – 4. Propiedades físico‐químicas 2
8/6/2019 des Agua de Mar
http://slidepdf.com/reader/full/des-agua-de-mar 3/31
Estructura vertical de temperatura en
aguas de gran profundidad
TT SS
El efecto de la presión sobre la temperatura
> p
> T
Temperatura potencial (θ): la temperatura que una parcela de agua llevada
sin intercambiar calor hasta la superficie (adiabaticamente)
TT
3000 m
10000 m
Circulación General II – 2010 – 4. Propiedades físico‐químicas 3
8/6/2019 des Agua de Mar
http://slidepdf.com/reader/full/des-agua-de-mar 4/31
Temperatura potencial Atl Sur (30W)
Circulación General II – 2010 – 4. Propiedades físico‐químicas 4
http://iridl.ldeo.columbia.edu/SOURCES/.LEVITUS94/.ANNUAL/
8/6/2019 des Agua de Mar
http://slidepdf.com/reader/full/des-agua-de-mar 5/31
NaCl
Punto de fusión 1074 K (801 °C)
Punto de ebullición 1738 K (1465 °C)
Densidad 2,2 ×103 kg/m3
Solubilidad 35,9 g en 100g de agua
Excelente aislante eléctrico
La molécula de agua y sales en solución
H H
O
+ +
-
agua
Cl - Na+
-
-
--
- +
-
---
agua de mar
Buen conductor eléctrico
Circulación General II – 2010 – 4. Propiedades físico‐químicas 5
8/6/2019 des Agua de Mar
http://slidepdf.com/reader/full/des-agua-de-mar 6/31
Principal composición del agua de mar35ppm
Cationes g/Kg mEq/Kg
Sodio 10.752 467.56
Potasio 0.39 9.98
Magnesio 1.295 106.50
Calcio 0.416 20.76
Sr 0.013 0.3
Total 605.1
Aniones
Cloro 19.345 545.59
Bromo 0.066 0.83
Fluor 0.0013 0.07
Sulfato 2.701 56.23
Bicarbonato 0.145 2.3
Total 605.02
Salinidad
Principales Constituyentes (35 ppm)por m
3(aprox. 1026 Kg) de agua de mar
NaCl 28.014 Kg
MgCl2 3.812
MgSO4 1.752
CaSO4 1.283
K2SO4 0.816
CaCO3 0.122
Kbr 0.101SrSO4 0.028
H2BO3 0.028
Total 35.956
La salinidad se define como la masa de sales disueltas (en gramos) porkg de agua de mar. La salinidad es adimensional, aunque habitualmente
nos referimos a Unidades Prácticas de Salinidad (ups)
Masa de sales disueltas (gr)
Masa de agua de mar (Kg)
Circulación General II – 2010 – 4. Propiedades físico‐químicas 6
8/6/2019 des Agua de Mar
http://slidepdf.com/reader/full/des-agua-de-mar 7/31
“Constancia” de las proporciones
Las sales disueltas se encuentran en concentraciones relativascasi constantes en todo el océano
Salinidad = 1.80655 x Clorinidad
Sales disueltas en las
aguas de mar(átomos):
55.3 % Cloro
30.8 % Sodio3.7 % Magnesio
2.6 % Sulfuro
1.2 % Calcio1.1 % Potasio
Circulación General II – 2010 – 4. Propiedades físico‐químicas 7
8/6/2019 des Agua de Mar
http://slidepdf.com/reader/full/des-agua-de-mar 8/31
28 30 32 34 36
Salinidad
2
3
4
5
o n u
t i v i a
( m m h o s / m )
20°C
10°C
-2°C
La resistencia eléctrica de un
conductor de longitud l y sección q:
R = r l/q [ohm]
donde r es la resistencia específica.
La inversa de r es la conductividad que
se mide en (ohms/cm) .
En oceanografía suele medirse laconductividad en mmho / cm = mS / cm.
-1
Conocida la temperatura de una muestra de agua de mar, la relaciónentre la conductividad y salinidad permite la determinación de estaúltima mediante mediciones eléctricas, rápidas y de muy alta precisión.
Conductividad eléctrica
Circulación General II – 2010 – 4. Propiedades físico‐químicas 8
8/6/2019 des Agua de Mar
http://slidepdf.com/reader/full/des-agua-de-mar 9/31
0 100 200 300 400 500 600 700 800
Minutos (calorías)
-40
-20
0
20
40
60
80
100
120
T e
m p e r a t u r a ( ° C )
1°/min
1°/0.5 min
80'
540 '1°/0.44'
Curva de calentamiento de 1 gramo de agua dulcea la que se le entrega 1 caloría por minuto
Calor específico
Cp = 1 cal gr -1 °C-1
≈ 4200 J/Kg ºC
Circulación General II – 2010 – 4. Propiedades físico‐químicas 9
8/6/2019 des Agua de Mar
http://slidepdf.com/reader/full/des-agua-de-mar 10/31
T ρ m a x
T c
Temperatura de máxima densidad Trmáx y temperatura del punto de congelamiento Tc, en función de la salinidad.La escala de temperatura en grados centígrados (°C).A salinidad = 24.695 ambas temperaturas coinciden.
24.695
0 5 10 15 20 25 30 35
Salinidad
-4
-3
-2
-1
0
1
2
3
4
T e m p e r a t u r a (
C )
0 ° C
2 0 ° C
Variaciones del Calor Específico del agua de mar a presión constante,
en función de la temperatura (°C)y la salinidad.
0 10 20 30 40
Salinidad
4 0 0 0
4 1 0 0
4 2 0 0
C
a o r e s p e í f o
J o u l e s / K g )
Calor específicoQ = ρ Cp T
ΔQ = ρ Cp ΔT
Temperatura decongelamiento y demáxima densidad
C a
l o r e s p e c í f i c o ( J / K
g º C )
Circulación General II – 2010 – 4. Propiedades físico‐químicas 10
8/6/2019 des Agua de Mar
http://slidepdf.com/reader/full/des-agua-de-mar 11/31
10 20 30 40
Salinidad
5
10
15
20
25
30
S i g m a - T
0 5 10 15 20 25
Temperatura (°C)
5
10
15
20
25
30
S i g m a - T
T =20°C
T = 0°C
S = 35
S = 20
Densidad del agua de mar
sigma -T = (ρ0,T,S - 1000) [Kg/m3]
ρ = 1027 kg/m3 sigma -T = 27 kg/m3
ρ = ρ (p, T, S) [Kg/m3]
Circulación General II – 2010 – 4. Propiedades físico‐químicas 11
8/6/2019 des Agua de Mar
http://slidepdf.com/reader/full/des-agua-de-mar 12/31
Variaciones de densidad (ΔσT) en función de variaciones de temperatura y salinidad
Circulación General II – 2010 – 4. Propiedades físico‐químicas 12
8/6/2019 des Agua de Mar
http://slidepdf.com/reader/full/des-agua-de-mar 13/31
Temperatura superficial
Circulación General II – 2010 – 4. Propiedades físico‐químicas 13
8/6/2019 des Agua de Mar
http://slidepdf.com/reader/full/des-agua-de-mar 14/31
Salinidad superficial
Circulación General II – 2010 – 4. Propiedades físico‐químicas 14
8/6/2019 des Agua de Mar
http://slidepdf.com/reader/full/des-agua-de-mar 15/31
Densidad superficial
Circulación General II – 2010 – 4. Propiedades físico‐químicas 15
8/6/2019 des Agua de Mar
http://slidepdf.com/reader/full/des-agua-de-mar 16/31
Oxígeno disuelto superficial
Circulación General II – 2010 – 4. Propiedades físico‐químicas 16
8/6/2019 des Agua de Mar
http://slidepdf.com/reader/full/des-agua-de-mar 17/31
Saturación de Oxígeno disuelto superficial
8/6/2019 des Agua de Mar
http://slidepdf.com/reader/full/des-agua-de-mar 18/31
Nitrato superficial
Circulación General II – 2010 – 4. Propiedades físico‐químicas 18
8/6/2019 des Agua de Mar
http://slidepdf.com/reader/full/des-agua-de-mar 19/31
Fosfato superficial
Circulación General II – 2010 – 4. Propiedades físico‐químicas 19
8/6/2019 des Agua de Mar
http://slidepdf.com/reader/full/des-agua-de-mar 20/31
Silicato superficial
Circulación General II – 2010 – 4. Propiedades físico‐químicas 20
8/6/2019 des Agua de Mar
http://slidepdf.com/reader/full/des-agua-de-mar 21/31
Espacio temperatura – salinidad 1
Circulación General II – 2010 – 4. Propiedades físico‐químicas 21
8/6/2019 des Agua de Mar
http://slidepdf.com/reader/full/des-agua-de-mar 22/31
Espacio temperatura – salinidad 2
Circulación General II – 2010 – 4. Propiedades físico‐químicas 22
8/6/2019 des Agua de Mar
http://slidepdf.com/reader/full/des-agua-de-mar 23/31
Espacio temperatura – salinidad 3
Circulación General II – 2010 – 4. Propiedades físico‐químicas 23
8/6/2019 des Agua de Mar
http://slidepdf.com/reader/full/des-agua-de-mar 24/31
33 34 35 36 37 38
Salinidad (ups)
0
5
10
15
20
25
30
T
m p e r a t u
r a P o t n c a ( C )
2 8
2 7
2 6
2 5
2 4 2 2 2 3
Espacio temperatura – salinidad 4
llí í neas deneas de σσ
constanteconstante0 5 10 15 20 25
- 4 0 0 0
- 3 0 0 0
- 2 0 0 0
- 1 0 0 0
0
P r o f u n d i d a d ( m
)
34 34.5 35 35.5 36 36.5 37
24.5 25 25.5 26 26.5 27 27.5 28
S
S 33 34 35 36 37 38
Salinidad (ups)
0
5
10
15
20
25
30
T
m p e r a t u
r a P o t n c a ( C )
-2-50
-99
-149
-199
-298
-397
-496
-743
-990
-1484-1976-2957
-3934
2 8
2 7
2 6
2 5
2 4 2 2 2 3
Circulación General II – 2010 – 4. Propiedades físico‐químicas 24
8/6/2019 des Agua de Mar
http://slidepdf.com/reader/full/des-agua-de-mar 25/31
u
u
1
2
1 m2
Cuando el fluido esta en movimiento y el flujo es "laminar"(es decir en láminas o capas, sin movimientos turbulentos),si existen diferencias de velocidad entre las láminas, existe
una fuerza tangencial que, de acuerdo a Newton, esproporcional a la variación de velocidad con la distancia.En este caso se dice que el fluido es "Newtoniano".
F = µ du / dz
dz
µ es el coeficiente dinámico de viscosidad molecular. En el agua de mar µ depende(débilmente) de la temperatura y la salinidad. El valor de µ es del orden de 10 Kg /m s.
-3
El coeficiente cinemático es ν = μ / ρ = 106 m2 /s
Viscosidad molecular
Circulación General II – 2010 – 4. Propiedades físico‐químicas 25
8/6/2019 des Agua de Mar
http://slidepdf.com/reader/full/des-agua-de-mar 26/31
0 5 10 15 20 25 30
Temperatura (°C)
70
72
74
76
78
e s n i ó n
S u p e r f i i a l ( i n
a s / m )
S=34-36S=30
S=0
0 5 10 15 20 25 30 35
Salinidad
70
72
74
76
78
-2°C
30°C
10°C
20°C
t (dinas / cm) = 75.64 - 0.144 T + 0.0399 [ (S - 0.03) / 1.8050)]
Tensión superficial
Circulación General II – 2010 – 4. Propiedades físico‐químicas 26
8/6/2019 des Agua de Mar
http://slidepdf.com/reader/full/des-agua-de-mar 27/31
Composición de agua de río y de agua de marconcentraciones en mEq/l
Ríos Mar Sales Ríos- 35ppm cíclicas s.c.
ones Positivos (cationes)
Sodio Na+
0.27
468 0.19 0.08
Potasio K+
0.06 10 0.00 0.06
Magnesio Mg++
0.34 107 0.04 0.30Calcio Ca
++0.75 20 0.01 0.74
Total Cationes 1.42 605 0.24 1.18
ones negativos (aniones)
Cloro Cl-
0.22 546.5 0.22 0.00Bicarbonato HCO3
-0.96 2.3 0.00 0.96
Sulfato SO4--
0.24 56.2 0.02 0.22
Total Aniones 1.42 605.0 0.24 1.18
Origen de las sales disueltas
Circulación General II – 2010 – 4. Propiedades físico‐químicas 27
8/6/2019 des Agua de Mar
http://slidepdf.com/reader/full/des-agua-de-mar 28/31
Constituyente Tasa agua mar/ Tiempo de residencia
agua río - s.c. 106
años
Agua 0.965 0.044Sales totales 500.0 22.0
HCO3-
2.4 0.11
Ca++
27.0 1.2K+ 170.0 7.5
SO4-- 250.0 11.0
Na+
5900.0 260.0Cl
- infinito infinito
Tiempos de residencia
los principales constituyentes del agua de mar
Circulación General II – 2010 – 4. Propiedades físico‐químicas 28
8/6/2019 des Agua de Mar
http://slidepdf.com/reader/full/des-agua-de-mar 29/31
La concentración de gases noblesEl factor de pérdida es la tasa entre la concentración relativa de un gas noble en
el sol sobre la concentración relativa en meteoritos supuestamente similares amaterial del manto.
Circulación General II – 2010 – 4. Propiedades físico‐químicas 29
8/6/2019 des Agua de Mar
http://slidepdf.com/reader/full/des-agua-de-mar 30/31
Balance geoquímicoLos elementos volátiles en exceso
Circulación General II – 2010 – 4. Propiedades físico‐químicas 30
8/6/2019 des Agua de Mar
http://slidepdf.com/reader/full/des-agua-de-mar 31/31
Edad del océano profundoDeterminación empleando 14C
Tiempo en años transcurridos desde que una parcela de agua situada actualmente a 3000 m
de profundidad estuvo en contacto con la atmósfera.Circulación General II – 2010 – 4. Propiedades físico‐químicas 31