Propiedades Físicas y Químicas de nuestros Oceanos

El agua del océano es un líquido complejo, en el que flotan millones de partículas orgánicas e inorgánicas y en donde coexiste un número indeterminado de seres vivos. El agua de mar, es decir, del océano, se reconoce comúnmente por el gusto salado del que carecen las aguas de la mayoría de los ríos, lagos, arroyos y lagunas del mundo, pero tiene otras propiedades que lo distinguen.

Las propiedades del agua del océano son atributos o cualidades elementales que los expertos estudian e investigan. Son físicas si son medibles y generalmente observables, o químicas si se determinan al observar su comportamiento durante una reacción química.

El agua de mar es una solución de minerales, sales disueltas y elementos diversos. 

Químicamente, consiste en dos átomos de hidrógeno unidos a un átomo de oxígeno, como toda agua, pero hay ciertas propiedades, además de la salinidad, que la diferencian del agua dulce.

Temperatura

La temperatura es la medida objetiva que expresa el grado de calor o frío de un cuerpo o un ambiente. El océano global tiene una temperatura que no es constante ni uniforme, sino que varía según la profundidad y la extensión horizontal. El agua se calienta básicamente por la radiación del Sol, que transmite energía a la superficie. El océano absorbe esta energía y la almacena; una vez que llega el invierno y la temperatura del aire disminuye, también la del océano, que libera calor a la atmósfera según su capacidad calorífica.

En la mayoría de las regiones, la temperatura disminuye a mayor profundidad, ya que la cantidad de radiación solar se reduce. Por el contrario, es mayor ahí en donde hay mayor energía o contenido de calor. Las aguas de mayor temperatura tienden a ser las de la superficie del Golfo Pérsico en verano, mientras que las más frías se hallan en las zonas polares, donde pueden alcanzar alrededor de -2 ºC.

Por lo general, la temperatura del agua oceánica se expresa en grados centígrados.

Densidad

En Física, expresa la relación entre la masa y el volumen de un cuerpo; es masa por unidad de volumen. La densidad del agua de mar está en función de la presión, temperatura y salinidad. Si la temperatura y la presión son constantes, la densidad varía según la salinidad. En la mayor parte del océano global, la densidad depende de la temperatura del agua.

La medida varía de 1020 a 1029 kg/m3 en la superficie del océano; de hecho, tiende a ser menor en la superficie, y a 10,000 metros de profundidad alcanza alrededor de 1,050-1,070 kg/m3. Las variaciones se registran sobre todo en la superficie del mar, donde el agua está sujeta a cambios debido a las precipitaciones, la fusión del hielo o el calor de la atmósfera. La densidad puede aumentar por enfriamiento, evaporación o formación de hielo marino. Si el agua se calienta, la densidad se reduce. Por el contrario, las aguas más densas suelen encontrarse en las regiones polares, en donde el aire es más frío y hay presencia de hielo flotante.

Reflexión y refracción de la luz

En los últimos años se ha generalizado en las playas el uso de visores submarinos, con los que se puede observar los maravillosos escenarios que ofrece el fondo del mar. El buceador admira, sin necesidad de sumergirse a grandes profundidades, la diversidad de colores y formas de las algas, las elegantes esponjas, los señoriales corales y abanicos de mar, las gráciles estrellas marinas, los misteriosos peces que se mueven rápidamente por estos interesantes paisajes submarinos.

La posibilidad de observar toda esta fascinante vida submarina se debe en primer lugar a las radiaciones luminosas que llegan del Sol, que tienen la propiedad física de propagarse en el medio líquido, y en segundo lugar, al visor, que pone una capa de aire entre los ojos y el agua del mar.

Esta propiedad de la luz de dispersarse en el agua del mar no es igual en las diferentes zonas oceánicas y en las distintas profundidades. Se ha podido comprobar que en los mares con aguas frías la luz penetra menos y, a una profundidad de 400 metros, la oscuridad del agua oceánica es comparable con la de la noche menos iluminada.

La propagación de las radiaciones luminosas en el océano se explica por las propiedades fisicoquímicas del agua y por las características físicas de la luz, que a su vez tienen gran importancia en los fenómenos biológicos que se suceden en el mar.

Los factores fisicoquímicos que influyen sobre las propiedades de la luz son la transparencia, es decir, la cantidad de luz que se transmite en el agua del mar; la absorción, o sea el grado de radiación retenida, y la turbidez, que consiste en la reducción de la claridad del agua por la presencia de materia suspendida.

Las propiedades físicas de la luz son: la reflexión, proceso por el que la superficie del agua del mar devuelve a la atmósfera una cantidad de la luz que incide sobre ella; la refracción, el cambio de dirección que sufre la luz al entrar a un medio de diferente densidad, y la extinción, que es el grado en que disminuye la luz al ir penetrando en el medio marino.

El agua de los océanos se encuentra formando capas horizontales que tienen propiedades ópticas muy semejantes, por lo que la cantidad de luz que penetra depende de la que incide y de la que se refleja, siendo las características de la superficie del mar elementos importantes para esta penetración. En mares con espuma producida por una agitación intensa y en los que están cubiertos por hielos, la reflexión es mayor y, por lo tanto, la penetración de la luz menor.

El ángulo con el que inciden los rayos sobre el agua cambia durante el día: penetra más luz al término de la mañana y al inicio de la tarde, en todas las latitudes, debido a que el ángulo de incidencia se incrementa cuando el Sol pasa del mediodía.

En el agua del mar el índice de refracción se modifica de acuerdo con la salinidad y la temperatura, siendo mayor cuando se incrementa la concentración de sales y disminuye la temperatura.

Cuando un rayo de luz solar incide en el agua del mar, parte de sus radiaciones son absorbidas y transformadas en calor, y la otra parte es dispersada por las propias moléculas del agua, así como por las partículas en suspensión o por los microorganismos que viven en ella.

http://bibliotecadigital.ilce.edu.mx/sites/ciencia/volumen1/ciencia2/17/htm/sec_7.html

Color

Está claro que el agua es transparente y totalmente incolora (¡y además insípida!). Se trata del agua pura destilada claro! Pero el agua del mar lleva disuelta innumerable cantidad de sales, y elementos en suspensión. En ella viven organismos microscópicos y no tan microscópicos. En el agua también se reflejan las distintas tonalidades de los fondos, de sus rocas y también del entorno cercano de la costa.

Si preguntamos a la gente ¿de qué color es el agua del mar? prácticamente todo el mundo responderá azul, debido a la reflexión del color azul del cielo sobre el agua. Aunque la reflexión del cielo contribuye al color azul del agua del mar, no es la principal razón de su color, este color se debe a la absorción por las moléculas de agua de los fotones "rojos" provenientes de la luz incidente, siendo uno de los únicos ejemplos en la naturaleza producidos por la vibración y la dinámica electrónica. El agua, al igual que el cielo, no absorbe bien el color azul, esta luz es transmitida a través del agua y por esa razón la vemos de ese color, porque no lo absorbe.

En realidad cuando almacenas grandes cantidades de agua, ella misma tiene un ligero color azul. La luz azul turquesa de color azul es causado por la debilidad de la absorción en la parte roja del espectro visible.

 Si hay suficiente profundidad, adquiere un colorido que es característico de cada zona. En las latitudes del norte suele ser de un tono azul muy oscuro o verde intenso debido a la presencia de Phytoplancton que con su clorofila da esa tonalidad verdosa al océano.

En las islas tropicales veremos aguas muy puras con impresionantes tonalidades de azules turquesas. Obviamente lo que el agua contenga jugará un papel determinante en el color que percibamos. De ahí que según sea el fondo; arena, algas, rocas... así observaremos el color del agua.

http://www.fondear.org/infonautic/mar/El_Mar/Agua_Color/Aguas_Color.htm

Propagación del sonido

El sonido es producido por el movimiento vibratorio de las moléculas de una sustancia elástica. La energía mecánica de propagación del sonido se absorbe en el medio por el cual se propaga, y que puede ser gaseoso, líquido o sólido, produciéndose una variación en la intensidad del sonido, que es mayor o menor según el medio en el que se absorbe. Esta absorción se debe a la fricción de las ondas con el medio, y a su transformación en calor.

En el agua, los sonidos se propagan con mayor rapidez y menor pérdida de energía que en el aire; las ondas sonoras y ultrasonoras se transmiten en el mar a una velocidad entre 1 400 y 1 600 metros por segundo, mientras que en la atmósfera la velocidad de propagación es de 340 metros por segundo. Esto se debe a que el agua del mar no se encuentra comprimida, es decir, no se puede reducir a un menor volumen, por lo que la absorción de las ondas sonoras es mínima, contrariamente a lo que sucede en la atmósfera, en donde los sonidos se absorben a distancias muy cortas.

Es notable la diferencia de volumen del sonido cuando se golpean entre sí dos objetos duros en el aire o dentro del agua, y también se puede observar que, al introducir la cabeza en el agua del mar, se oye desde muy lejos el ruido de los motores de las embarcaciones.

Por las características del agua del mar la velocidad de propagación del sonido cambia de acuerdo con las variaciones de temperatura, salinidad y presión. Cuanto más altas sean estas características del agua, tanto mayor será su velocidad. Por ejemplo, en agua dulce, a una temperatura de 30ºC, es de 1 509.6 metros por segundo, mientras que en el agua del mar, con la misma temperatura, pero con una concentración de sales de 35%, será de 1 546.2 metros por segundo.

Los oceanógrafos han estimado que cuando la temperatura aumenta en un grado centígrado, la velocidad del sonido lo hace en 2.5 metros por segundo; si la salinidad se incrementa en 1%, la velocidad presentará 1.4 metros por segundo de más; y si la presión sube 10 atmósferas, al bajar 100 metros de profundidad, el sonido registra 1.8 metros por segundo de ascenso.

El efecto de la temperatura es considerablemente mayor que el de la salinidad y la presión en las aguas superficiales, debido a que en ellas alcanza sus máximos valores y presenta rápidas variaciones; pero conforme aumenta la profundidad, la acción de este factor pierde importancia.

Se debe tomar en cuenta que la presión es una función de la profundidad y, por lo tanto, en aguas bien mezcladas, la velocidad del sonido aumentará con la profundidad.

En los primeros 50 metros de profundidad se encuentra que la acción de la presión sobre la velocidad del sonido es mínima, y como la temperatura suele mantenerse constante, el incremento de la velocidad del sonido es poco, a menos que se presente un cambio de la temperatura, lo que ocasionará una variación proporcional en la velocidad.

Por debajo de los 50 metros y hasta los 300 metros, la disminución de la velocidad es rápida por serlo también la de la temperatura; pero a partir de esta profundidad la acción de la temperatura es contrarrestada por el aumento de la presión y de la salinidad, y esto se traduce en un crecimiento de la velocidad, el cual se acentúa conforme se acerca al fondo, por ser dominante en este estrato el efecto de la presión.

En lugares con fondos poco profundos es posible medir con exactitud estos factores desde la superficie hasta el fondo y conocer con precisión la distancia que recorre el sonido; pero en las grandes profundidades surgen errores en la apreciación de esta distancia. A poca profundidad, el error puede llegar a ser del orden de 10 a 20 centímetros, mientras que en los fondos superiores a los 5 000 metros, éste alcanza de 30 a 40 metros, siempre y cuando se haya registrado cuidadosamente la velocidad del sonido a través de las sucesivas capas de agua.

Al atravesar los estratos del mar, el sonido experimenta fenómenos de reflexión y de refracción como los que fueron descritos para la luz.

La superficie y el fondo del mar, así como cualquier objeto sumergido de tamaño considerable provocan la reflexión del sonido, mientras que los estratos que forman el agua del mar son los responsables de que cambie la velocidad del sonido, provocando que la dirección de las ondas se desvíe dando lugar a la refracción.

http://bibliotecadigital.ilce.edu.mx/sites/ciencia/volumen1/ciencia2/17/htm/sec_8.html

Salinidad

Se refiere a la concentración de sal en el agua. Por lo general, la salinidad expresa la cantidad proporcional de sales que contiene el líquido. ¿Y de dónde provienen las sales? De las rocas terrestres. A medida que la lluvia y otros agentes externos erosionan las rocas, partículas atómicas cargadas eléctricamente, principalmente de sodio y cloruro, son arrastrados hasta el océano, en donde al unirse le dan al agua un sabor salado.

La salinidad del agua oceánica se mide por la cantidad total de materiales sólidos en gramos contenidos en un kilogramo de agua de mar, cuando todo el carbonato se ha convertido en óxido, el bromo y el yodo sustituidos por cloro y la materia orgánica se ha oxidado por completo. La salinidad promedio del agua de mar es de 35 g/kg, o bien, de 3.1-3.8 por ciento. A mayor temperatura, el agua se expande y se hace menos densa, lo que reduce la salinidad. A menor temperatura, mayor densidad y salinidad.

http://www.geoenciclopedia.com/propiedades-del-oceano/

PH

La acidificación de los océanos es un proceso que hace que disminuya el nivel de pH de los mismos, es decir, que aumente la concentración de iones H+ disueltos en el agua.

El pH de las aguas en general y del océano en particular no es constante ni en el tiempo ni en el espacio y se ve afectado por varias variables naturales, encontrándose en un equilibrio dinámico. Algunas de esas variables son la temperatura del agua y la concentración de CO2 en la atmósfera. La acidez del océano está por tanto relacionada con el ciclo del carbono, uno de los susbsitemas más importantes de la biosfera.

Actualmente se está observando una rápida acidificación en los océanos del mundo debida según se cree a las actividades humanas desde la revolución industrial y relacionada con la emisión de gases de efecto invernadero. Desde que se tienen registros, antes de la revolución industrial (s.XVIII) hasta la fecha, el pH marino ha pasado de 8,179 a 8,104. Puede parecer un cambio pequeño pero hay que tener en cuenta que el pH es una escala logarítmica y ese cambio supone un aumento del 30% de la concentración media de protones en el agua marina.

Por otra parte debe siempre considerarse la velocidad del cambio. Aunque dos o tres siglos nos parezcan muchísimo tiempo desde nuestro punto de vista humano, en una escala geológica, que es en la que se desarrollan este tipo de alteraciones globales, un cambio así suponen una alteración muy busca del parámetro estudiado.

La causa de la presente acidificación de las aguas es uno de los efectos del aumento de emisiones de gases de efecto invernadero, concretamente, del CO2. De forma natural y como parte del ciclo del carbono, el océano actúa como sumidero para torno al 25-30% del CO2. Este efecto es a priori positivo ya que reduce la intensidad del cambio climático, pero parece que nada sale gratis en la naturaleza. El dióxido de Carbono se disuelve en el océano y provoca un aumento de la acidez del mismo al combinarse con agua para formar ácido carbónico que se ioniza parcialmente en protones e iones bicarbonato.

De hecho la acidez de agua marina es determinada en buena medida por la concentración de CO2 disuelta en la misma. Dado que la concentración de este gas en el agua depende en buena medida de la concentración del mismo en la atmósfera, se deduce que el aumento (antropogénico o de otra causa) de la concentración de CO2 atmosférico causará un aumento de la concentración de CO2 en el agua y por tanto una disminución del PH de la misma.

Esquema simplificado de la parte oceánica del ciclo del carbono

https://triplenlace.com/2012/07/23/la-acidificacion-de-los-oceanos-causas-y-efectos/