¿Cómo se mide la salinidad en el agua de mar? (Geagotas de Ciencia 8)

in #spanish6 years ago (edited)
En esta oportunidad comparto alguna información de cómo se mide la salinidad en los mares y océanos, incluyendo un poco de historia. Conocer la concentración de las especies presentes en cualquier substrato es importante para su caracterización. En este Post se ha énfasis en la medición del contenido de sal o la salinidad en el agua marina.

Les invito a sumergirse en esta gota de conocimiento.

¡Buena Lectura!


¿Cómo se mide la salinidad en el agua de mar?

(Geagotas de Ciencias 8)

La parte anecdótica

Aunque tengo años como graduada e incluso laborando como químico, no fue hasta mi formación en oceanografía, cuando empecé a conocer el mundo marino, todas nuevas y hasta cierto punto desconocidas. No niego que me resultó un tanto complicado, sobre todo biología marina y oceanografía física, porque no estaban vinculadas con mis actividades y nunca había recibido información sobre esas áreas del conocimiento. Así que esto se convirtió en un gran reto para mí.

"El agua marina" fotos capturadas con cámara Samsung ST72/ST73 Tomadas en las islas de Magdalena por @geadriana en Quebec, Canadá. Composición generada en PowertPoint.

Evidentemente cada uno se vuelve especialista en un área específica, la ciencia es muy amplia y siempre se requiere del trabajo en equipo, cada profesional tiene un enfoque diferente. Incluso dentro de la oceanografía hay muchas áreas o líneas de experticia, tengo amigos que se dedican a actividades de campo, otros solo a análisis en laboratorios. Se puede trabajar con algas, peces, sedimentos, hielo. Cada parte es un mundo. En fin, me tocó estudiar bastante. Por ejemplo, en mi vida había analizado aguas marinas, ni idea de lo que era el fitoplancton o el zooplancton, y aunque mi interés de investigación no estaba orientado a eso igual esa muy importante conocer términos. En biología marina, cuando los biólogos hablaban de familias y especies con sus nombres científicos en latín, no entendía nada. Sin embargo, siempre dije que ese no era mi objetivo, pero que era interesante conocer un poco al menos, sin adentrarme, porque eso realmente sería convertirme en bióloga y ese no era mi propósito. Creo que nadie comprendió lo que decía hasta que algunos fueron a mi defensa doctoral, donde si trabajé con especies, pero en este caso eran especies químicas y minerales, sedimentología y paleoceanografía. Ahora ellos eran los que no entendían los términos que yo empleaba. Eso es lo maravilloso de la ciencia y por eso es necesario el trabajo en equipo, donde cada quién tiene su rol.

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"Algunas actividades en misiones marinas" fotos capturadas con cámara Samsung ST72/ST73 Tomadas en las misiones Old Harry (Canadá) y Bajo Cumberland (Venezuela) por @geadriana. Composición generada en PowertPoint.

Entre todas las cosas que aprendí se encuentran los métodos para determinar salinidad, para mí hasta ese entonces desconocido.

Algo de ciencia

Una definición sencilla de salinidad

En sus inicios la salinidad se definía como una medida de la masa en gramos de sales disueltas, en un kilogramo de agua. Las principales sales disueltas son y (los mismos de la sal común que empleamos en la cocina o sal de mesa, como muchos suelen decirle). En la práctica la masa de sales disuelta es difícil de determinar. Por ejemplo, es casi imposible medir material volátil como gases, ni se puede secar completamente el agua de mar, pues los cloruros se pierden en la fase final del secado. En consecuencia, esta definición operacional es difícil de aplicar. Boyle (en los años 1600) fue el primer químico que intentó determinar la salinidad del agua de mar, empleando evaporación. Sin embargo, este método poseía varios problemas, uno de los mayores era la hidratación de los cristales. Además, la presencia de sedimentos y materia orgánica en el residuo originaba valores elevados de la salinidad. Esto aunado a la perdida en la evaporación del agua de ciertas sustancias y la descomposición de otras, originó que los resultados obtenidos fueran poco exactos y precisos.

Una definición más completa de salinidad y un criterio para medirla

En 1884, Dittmar, basándose en 77 muestras de agua de mar recogidas alrededor del mundo durante la expedición del CHALLENGER (PRIMERA GRAN CAMPAÑA OCEANOGRÁFICA MUNDIAL), mostró que la mayoría de los iones en el agua de mar están presentes en una impresionante relación constante de unos a otros. Dittmar encontró en un principio que, aunque la cantidad total de concentración de sales disueltas varía de un lugar a otro, tanto en dirección horizontal, como en vertical, e incluso sufre oscilaciones en un mismo punto del océano, con el transcurso del tiempo; la relación de los componentes más abundantes permanecía casi constante en la mayoría de los océanos. Esto indica mezcla a través de miles de años, lo que indica también, circulación. Mientras que en otros lugares permanece la variación entre estos elementos (unos más que otros), por lo que hay procesos que continúan concentrando, como en el Mar Mediterráneo o Mar Muerto, o diluyendo el agua, por ejemplo, cerca de la desembocadura de los grandes ríos. El factor fundamental que determina las variaciones de salinidad en un área marítima concreta es la pérdida o ganancia de agua.

Tabla 1. Relaciones de los iones mayores en función del contenido de cloruro (en masa), datos tomados de Milleno y Sohn (1992), oceanografía química, CRC.

Especie iónica
Océano Atlántico
Océano Pacífico
center>Océano Índico
Sodio
0,5552
0,5555
0,5554
Potasio
0,0206
0,0206
0,0207
Magnesio
0,0669
0,0668
0,0670

Como se observa en la tabla anterior, estos porcentajes permanecen constantes sin importar la salinidad de las aguas, por ello la salinidad se puede medir, justamente midiendo la concentración de una de sus sales. Este descubrimiento permitió expresar el contenido de sales de una muestra de agua de mar en función del contenido de la clorinidad, parámetro que resulta fácil de determinar en el laboratorio. Hay más de 70 elementos disueltos en agua de mar, pero solamente 6 totalizan el > 99% de todas las sales disueltas; todos estos elementos están en forma de iones - átomos o grupos de átomos cargados eléctricamente. Estos son: sulfatos, cloruros, calcio, sodio, magnesio y potasio. En 1902, Sorensen introduce la definición de la clorinidad como la masa en gramos de halógenos contenidos en un kilogramo de agua de mar, los iones bromuros e ioduros, siendo reemplazados, número por número, por los iones cloruros.

La salinidad se definió entonces, como: S (o/oo) = 0,03 + 1,805 Cl (o/oo)
El símbolo °/oo se lee “partes por mil"; un contenido salino de 3,5% es equivalente a 35 °/oo, o 35 gramos de sal por kilogramo de agua marina. El hecho de que la ecuación de 1902 diera un valor de salinidad de 0,03 °/oo para cero de clorinidad causó preocupación en el mundo científico. Esto representó un problema en las mediciones de laboratorio.

Las Naciones Unidas en 1969 (UNESCO) decidieron repetir la determinación base e introdujeron una nueva definición, conocida como salinidad absoluta: S (o/oo) = 1,80655 Cl (o/oo). Las definiciones de 1902 y 1969 dan idénticos resultados a la salinidad de 35 o/oo y no difieren significativamente para la mayoría de las aplicaciones. La definición de salinidad se revisó nuevamente cuando las técnicas para determinar la salinidad de las mediciones de conductividad, temperatura y presión se desarrollaron.

Salinidad Práctica

En la actualidad la definición anterior de salinidad ha sido reemplazada por la escala de Salinidad Práctica. Mediante el uso de esta escala la salinidad de una muestra de agua de mar se define como el cociente entre la conductividad eléctrica de la muestra y la de una muestra estándar de cloruro de potasio (KCl).
Un par de definiciones:

Conductividad: una medida de la facilidad de un material para conducir o transmitir una carga eléctrica.

Unidad practica de salinidad (psu): Se usa para describir la concentración de sales disueltas en el agua. La Escala Práctica de Salinidad de la Unesco de 1978, define a la salinidad en función de una razón (cociente entre dos cantidades), de manera que resulta adimensional. En el pasado la salinidad se expresaba en término de partes por mil, (ppm o %o). Así una salinidad de 35 ppm, significa 35 gramos de sal por cada 1000 gramos de agua de mar.
La salinidad práctica está fundamentada en la estrecha relación que existe entre la conductividad eléctrica y la salinidad (UNESCO, 1979; 1981). En acuerdos internacionales se decidió que la nueva salinidad práctica se definía en términos de la relación K15 a condiciones controladas de laboratorio (temperatura fija).

K15 =conductividad eléctrica de agua de mar (t= 15 °C; p=1 atm)/Solución de KCl (t= 15 °C; p=1 atm)x masa KCl 32,4356 g-3

Como la salinidad practica se obtiene a partir de un cociente, entonces no tiene unidades físicas. Sin embargo, por costumbre, se acepta que se designe como unidades de salinidad práctica USP. La abreviación de esta expresión en idioma inglés se ha popularizado igualmente, así una salinidad S=35 es tan válida como una S=35 psu o usp.

Sin embargo, cuando se tienen que hacer observaciones a bordo de un barco y aún en laboratorios, no siempre es posible mantener PERFECTAMENTE CONTROLADAS la temperatura y la presión. Por ello una nueva alternativa surgió, y en lugar de usar una solución de KCl los laboratorios actuales utilizan el AGUA ESTANDAR DE MAR (AEM). El AEM viene en ampollas certificadas con una etiqueta, p.e.; S=35 y el valor de K15 y se usa básicamente para calibrar el salinómetro. Así ahora, en lugar de medir la relación K15, se mide la razón Rt que se define como el cociente entre la conductividad eléctrica del agua y la solución de AEM a la temperatura del laboratorio. Actualmente la medición de la salinidad se realiza por conductimetría, lo cual permite realizar medidas en sitio pues el electrodo se puede introducir a la profundidad deseada, y si el interés se basa en agua superficial se recolecta la muestra y se mide a bordo inmediatamente.

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"Un conductímetro" foto capturada con smartphone por @geadriana.

El CTD

Es un equipo o instrumento que genera señales cuando esta descendiendo hacia el fndo del mar de forma continua. Sus siglas en inglés designa las variables conductividad (conductivity); temperatura (temperature) y profundidad (depth). Aunque en realidad este equipo mide temperatura, conductividad y presion. Y luego con la conductividad se calcula la salinidad y con las presión la profundidad. A este equipo se pueden incorporar otros sensores y de esta manera se pueden medir otras variables, como por ejemplo pH, oxígeno disuelto, entre otros. Y como se indica en la fotografía siguiente, se pueden observar en tiempo real las medidas.

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Algunas Referencias Consultadas

-Gross, M. G. 1987. Oceanography: A view of the Earth. 4th ed. Prentice Hall, Inc., Englewood Cliffs, NJ, 164 pp.

-Figueredo, J. E. & Marino Dávila, M. 2004. Química Física del ambiente y de los Procesos Medio Ambientales. Editorial Reverté. Impreso en España, 591 pp.

-Libes, S. 1992. An introduction to marine biogeochemistry, pp.

-Manahan, S. E. 2001. Fundamentals of Environmental Chemistry.

-Murray, J. 2004. Chemical oceanography.

-Stewart, R. H. 2008. Introduction to physical oceanography.

¡Hasta la Geagota que viene!



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Nuevamente felicitaciones estimada @geadriana, un post de calidad desde lo académico, interesante tus aportes sobre la salinidad del agua de mar, muy ilustrativas tus publicaciones.

Muchas gracias por tus palabras. Realmente encantada por tu visita y comentarios. Saludos Cordiales

Es interesante saber la metodología para saber el grado de salinidad del agua y establecer criterios para la desalinización y potabilización de agua para consumo humano o sistemas de riego.

Si realmente son temas muy interesantes. Agradecida por tu comentario y tu visita. Es lo hermoso del conocimiento poder compartirlo

Saludos cordiales

Hola @geadriana, me encanta tu presentación, es un tema muy interesante. Quien mejor que tu para contarnos sobre este tema. Mis sinceras felicitaciones doctora. Saludos y un abrazo.

Muchas gracias por tu comentario y tu ánimo apreciado profesor @abdulmath

Muy buena publicación sobre Ciencias de la Tierra y específicamente sobre tu área de conocimiento..! ¡Votado por Engranaje!

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