é a água do mar
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ORIGEM DA ÁGUA DO MAR Aula 01 Profa.Karen PLANETA TERRA oceanos lagos rios neve gelo Agua dos poros das rochas HIDROSFERA Envoltório descontínuo de água 273 litros água para cada 1cm2 superfície Terra Mar – 268,45 L Doce – 0,1 L Gelo – 4,5 L Vapor – 0,003 L Registro Geológico Água líquida tem existido na superfície do planeta por longos períodos de tempo As formações ferríferas bandadas (FFB) grandes depósitos estão confinados a um intervalo de tempo restrito da história da Terra (1,8 – 2,5 Ga), Fe, Si e oxigênio Natureza Extensão Época do surgimento do oceano primitivo ainda são conjecturas. O subseqüente desenvolvimento dos oceanos que conhecemos atualmente ◦ é um assunto especulativo onde cuidadosamente se eliminam as improbabilidades ◦ Oceano está em equilíbrio dinâmico: Quantidade elemento introduzido por unid. tempo é equilibrada por quantidade igual depositada nos sedimentos Quantidades introduzidas = suas quantidades na crosta ◦ as concentrações da maioria dos constituintes da água do mar devem ser estabilizadas por ciclos geoquímicos. Embora estes ciclos ajudem a explicar a composição do oceano atual, eles não dão indicação nenhuma sobre a origem inicial da água. •A Terra sempre teve um oceano? • ou mares se formaram gradualmente depois do planeta sólido ter se formado? • O oceano inicial e a atmosfera eram similares ao atual ou eles sofreram evolução química? Não existem amostras preservadas da atmosfera nem do oceano primitivo !! Composição atmosférica e oceânica atual nós estamos aqui a partir delas Composição de meteoritos e cometas materiais que originaram a Terra Composição dos gases e fluidos vulcânicos fontes de gases atuais Historia das rochas sedimentares na Terra - o registro do passado Estudos teóricos e experimentais - preenchem as lacunas nas registradas pelos anteriores A origem e evolução dos OCEANOS está intimamente relacionada com a origem e evolução da TERRA e da ATMOSFERA ORIGEM DA TERRA O universo se formou há ~15 bilhões de anos atrás Uma massa inicial de átomos gerou uma grande detonação (Big Bang) e espalhou material em todas as direções O Sol, a Terra e outros planetas se formaram a partir da nucleossíntese, condensação e acresção de partículas que se colidiram e produziram corpos cada vez maiores Proto-planeta Terra muito quente (pequeno campo gravitacional) Atmosfera primitiva : H e He Resfriamento inicial da Terra Formação da crosta (Fe, Mg, silicatos Al) Envolvendo manto denso (silicatos Fe, Mg) Núcleo sólido + denso (Fe, Ni) Aumento do campo gravitacional (aumento raio Terra) Atividade vulcânica CO2, vapor d`agua e outros gases degaseificação do manto Sem oxigênio livre ORIGEM DA ATMOSFERA Gas Abundance Nitrogen 78.08% Oxygen 20.95% Argon 0.93% Water vapour variable Carbon dioxide 350 ppm Neon 18 PPM Helium 5 PPM Krypton 1 PPM dizem muito pouco sobre as condições da Terra inicial Isto porque os principais constituintes da atmosfera atual são N e O. Xenon 80 ppb [atmosfera] atual não reflete aquela da Methane 2 PPM atmosfera da Terra inicial 500 ppb Hydrogen Nitrous oxide 300 ppb Carbon monoxide 150 ppb Primeiros 100 milhões de anos da Terra inicial existia algum ferro metálico no manto superior hoje todo o Fe metálico está no núcleo todo o Fe do manto está ligado com alunimossilicatos Conseqüentemente o manto inicial e os gases vulcânicos que emanavam dele devem ter sido muito mais redutores do que hoje Os gases vulcânicos iniciais muito mais redutores, com H2 e CO2 sendo quase tão importantes quanto a água composição inicial da atmosfera H2O e CO2, e menores quantidades de H2, CH4, NH3 e gases nobres Não existe gás oxigênio nos gases vulcânicos, nem hoje nem no passado Qualquer pequena quantidade de oxigênio que possa ter se formado Fotodissociação da água deve ter sido consumida durante a oxidação de Fe+2 reduzido na solução ORIGEM DOS OCEANOS A retenção de componentes voláteis da Terra temperatura Se Terra NUNCA mais quente que hoje: preservação atmosfera e oceano primitivo Se Terra MUITO mais quente que hoje: perda de todos voláteis originais Pista da história termal : quantidade de gases nobres Empobrecimento gases nobres elementos não metálicos, muito estáveis (He, Ne, Ar, Kr, Xe, Rn) superficie da Terra, pelo menos uma vez, mais quente atmosfera e oceano não podem ser remanescentes da Terra primordial Devem ter se acumulado na superficie depois da Terra ter resfriado para temperaturas próximas às atuais [gases nobres]: toda água no oceano e atmosfera primitiva deve ter sido mantida dentro da Terra solida (manto) Suposição razoável?? Embora o manto não esteja acessível para amostragem meteoritos rochosos : composição similar ao manto uma estimativa do conteúdo de água do manto [água no manto] = 0,5% Massa água oceanos = 1,4x1024g meteoritos Massa água manto = 4,5x1027 g Massa oceano/massa manto = 0,033% 10x > que perda (0,033%) requerida para explicar formação do oceano atual Manto como fonte adequada de agua para os oceanos: HIPOTESE RAZOAVEL ! Hipósete de degaseificação a partir do manto Vapor d`água Ultimo volátil a ser liberado Formação de nuvens e precipitação vapor d’água Acumulação de água líquida Pode condensar com o resfriamento da superficie da Terra Teoria alternativa Fonte de água para os oceanos a partir de bolas de gelo provenientes de cometas -bolas de gelo medindo ~ 9 m de diâmetro -atingem a atmosfera numa taxa de 20/s nesta taxa, a Terra pode ter recebido 0,0025 mm de água por ano % volume atual oceanos em 4 bilhões de anos de bombardeamento teria gerado água suficiente para preencher os oceanos com seu volume atual Preenchimento gradual por escape gases Rápido preenchimento por impacto de cometas Proto-oceano destruído por bombardeamento de meteoritos Balanço Geoquímico [gases nobres] superfície da Terra seca e desprovida de atmosfera sem sedimentos não deve ter existido intemperismo químico a Terra foi coberta por rochas cristalinas originais Com o desenvolvimento do oceano e da atmosfera denudação da Terra sólida iniciou, sedimentos foram formados sais dissolvidos acumular no mar Em qualquer unidade de tempo geológico: a quantidade de material derivado de intemperismo e erosão de rochas expostas material derivado de atividade vulcânica + = quantidade depositada como sedimento no oceano + aqueles que se acumulam na atmosfera, hidrosfera e biosfera e aqueles perdidos para o espaço interestelar Requisito para conservação de massa (massa total rocha intemperizada) X [elemento na rocha] = (massa do sedimento) X [elemento sedimento] + (massa oceano) X [elemento oceano] + (massa atmosfera) X [elemento atmosfera] Pela equação: elementos formadores de cátions na água do mar (Na, K, Mg, Ca, ...) podem ter sido derivados de material rochoso intemperizado Entretanto, para outros constituintes da hidrosfera e atmosfera (voláteis,ex: H2O, CO2, Cl) esta fonte é inadequada Excesso de Voláteis Rubey(1951) Massa dos elementos ou compostos em 1020g atmosfera e oceano rochas sedimentares TOTAL H2O 14600 2100 16700 CO2 Cl 1,5 276 920 30 921,5 306 N 39 4 43 S 13 15 28 intemperismo de rocha excesso de volateis 130 16570 11 5 910,5 301 0,6 42,4 6 22 71x 4x 127x 82x 60x Quantidade destes voláteis derivadas de outra fonte (e não intemperismo de rocha) Atualmente, os vulcões e fumarolas hidrotermais exalam gases do interior da Terra para dentro da atmosfera Estes gases são constituídos principalmente de H2O com menores quantidades de CO2, S, N e HCl S Todos voláteis S estes gases representam materiais novos trazidos pelo manto composição relativa é similar ao excesso de voláteis Rubey (1951) estimou que a descarga de fontes termais dos continentes + oceanos gera: ~ 66 x 1015g de água por ano Continuamente sobre 4 bilhões de anos de tempo geológico Produz 2,6x1026g de água 100x maior que o necessário para preencher oceano atual volume total do oceano pode ser considerado desta fonte Salinidade nos Oceanos Histórico e Distribuição História da salinidade O oceano sempre teve a salinidade atual? ou devem ter existido grandes variações de salinidade ao longo do tempo geológico? Constituintes da água do mar atual Mistura complexa com mais de 100 constituintes diferentes Porém somente 6 íons contam para 99% do material dissolvido: cloreto (55%), sódio (30,6%), sulfato (7,7%), magnésio (3,7%), cálcio (1,2%) e potássio (1,2%) principais cátions da água do mar Na+, K+, Mg+2, Ca+2 derivados do intemperismo das rochas da crosta terrestre O ânion dominante nos oceanos é o Cl- Somente uma parte do Cl- vem do intemperismo Então, de onde ele vem? Vulcanismo! HCl importante gás vulcânico inicio da formação da Terra atividade vulcânica muito maior : grandes quantidades HCl eram dissolvidas nos oceanos HCl : excesso de voláteis [HCl] na água do mar não pode explicada pelo intemperismo das rochas O problema da salinidade no passado, conseqüentemente, depende principalmente do escape de cloreto e vapor d’água Se Cl e H2O escaparam em uma razão constante através do tempo geológico então a salinidade deve ter sido relativamente constante Não existe evidência para sugerir que as razões Cl/H2O tenham variado significativamente no passado. Conseqüentemente, somos levados a concluir que a água do mar sempre teve uma salinidade não muito diferente da atual. O cenário geral que emerge é o de uniformidade. A salinidade do oceano e as áreas relativas de crosta oceânica e continental provavelmente não variaram muito ao longo do tempo geológico. O volume total do oceano e o volume de crosta continental, por outro lado, aumentaram gradualmente durante os últimos 4.5 bilhões de anos Independentemente destas mudanças dados mostram que a relação entre os elementos maiores constituintes da água do mar permaneceram constantes ao longo do tempo Existe um aspecto da história que sofreu drásticas mudanças Estas mudanças são o resultado da origem e posterior evolução da vida na Terra Que só foram possíveis devido aos controles geoquimícos da composição da atmosfera e oceanos primitivos Observa-se que os processos de vida atual têm um profundo efeito no ciclo de vários elementos (C, P, N) Antes de haver vida, o ambiente na Terra era muito diferente estas diferenças são devidas, principalmente à ausência de oxigênio na atmosfera primitiva Constituintes da água do mar Mistura complexa com mais de 100 constituintes diferentes Porém somente 6 íons contam para 99% do material dissolvido: cloreto (55%), sódio (30,6%), sulfato (7,7%), magnésio (3,7%), cálcio (1,2%) e potássio (1,2%) Estas proporções variam conforme os fatores climáticos Água do mar – salinidade varia entre 33 e 37 ppt Salinidade normal – 35ppt Parts Per Thousand (‰) Salinidade + T + P = parâmetro definitivo da água do mar Variações na salinidade: ◦ Evaporação ◦ Congelamento ◦ precipitação Fontes de sal nos oceanos A maior parte dos sais do oceano são derivados de processos graduais como: ◦ intemperismo e erosão de rochas igneas continentais ◦ consumo de montanhas e minerais lixiviados pelas chuvas e transportados ara o oceano. Outras fontes dos sais incluem: ◦ material sólido e gasoso que escapa do interior da Terra através de erupções vulcânicas ◦ material originado na atmosfera O quanto “salgado” é a água do mar Alguns cientistas estimam que os oceanos contem aproximadamente 50 quadrilhões de toneladas de sólidos dissolvidos. Se todo o sal do mar fosse removido e espalhado pela superfície da Terra, poderia formar uma camada de mais da altura ~de um prédio de 40 andares ! evaporação 1m3 1000g água do mar 1m3 5g água doce Assim a água do mar é 200 vezes mais salgada que a água doce de um lago. Isto tem aguçado a curiosidade dos cientistas desde a antiguidade HISTÓRICO Filósofos gregos e romanos Desde a pré-história: sal pela evaporação solar O porque da salinidade intrigava os filósofos Desenvolveram improváveis explicações: • Aristóteles (384-322 a.c) • água doce se torna salina quando filtrada através de cinzas ! • Outros: • mar formado por “suor” que provinha da transpiração da Terra sob ação do calor do sol ! • Seneca(3a.c.-65d.c.) • salinidade nos oceanos era constante, apesar da contribuição contínua dos rios e chuvas devido a evaporação Contribuição dos árabes (final Idade Média) Expansão império árabe: ◦ viagens e descobrimentos por navegadores ◦ interesse no oceano e geografia Deduções precisas, ◦ porém intercaladas com explicações mitológicas e fantásticas mar originado da umidade primitiva ◦ A qual tinha sido devorada pelo sol em suas revoluções ◦ suas partes puras tinham sido removidas ◦ oceano atual-meramente um resíduo salino e amargo Séculos 17 e 18 Início estudo científico dos oceanos ◦ (século17) Boyle(1670) ◦ primeiras tentativas para determinar salinidade através da evaporação de volume conhecido de água do mar método insatisfatório Marsilli (1711) ◦ Determinou que águas profundas mais densas que superficiais Lavoisier (1743-1794) ◦ determinou, através de evaporação lenta, que o sal marinho era constituído por cloreto de sódio Bouillon-Lagrange e Vogel (1813) ◦ descobriram que 1kg de água do mar continha: 25,1g cloreto de sódio 3,5g cloreto de magnésio 5,78g sulfato de magnésio 0,2g cloreto de cálcio e magnésio 0,15g sulfato de cálcio Século 19 Métodos anteriores deixaram muito a desejar ◦ separações não quantitativas e raramente concordantes Murray(1818) ◦ método gravimétrico para determinação de ‘ácidos e bases’ determinava concentração dos elementos e não dos compostos com maior precisão Forchhammer(1865) ◦ a razão dos vários elementos dissolvidos era constante em amostras do Atlântico Norte.; ◦ salinidade a soma de todos os constituintes da água (baixa exatidão) Campanha CHALLENGER ◦ determinar a composição exata do sal na água do mar saída 12/1872 chegada 05/1876 Dittmar, em 1884 ◦ acurada análise de 77 amostras de água do mar ◦ apenas 6 elementos explicavam 99% dos sais dissolvidos no oceano e suas abundâncias relativas eram constantes Isto foi fundamental para o estudo da química dos oceanos, permitindo determinar a salinidade através da medição de apenas 1 destes elementos Até 1960 media-se a abundância do íon cloreto (55% do total e fácil de medir) Dittmar ◦ sugeriu o uso do Cl- e Br para este propósito: ◦ “sólidos totais podem ser determinados multiplicando seu conteúdo de Cl- (g/kg) por 1,8058” Conselho para a Exploração do Mar (1899) ◦ comissão presidida por Knudsen para definir sistematicamente a salinidade Método de secagem de resíduo a bordo do navio: dificuldades práticas Então a Comissão definiu a clorinidade: ◦ Salinidade = 1,8050 Cl + 0,03 Massa em gramas de ions cloreto que podem ser precipitados a partir de 1000g de água do mar por Ag Clorinidade via titulação volumétrica utilizando nitrato de prata: ◦ medições a bordo eram muito lentas, utilizaram-se, então, ◦ as técnicas de condutividade (Nansen,1902) Congresso Internacional em Estocolmo: Knudsen sugeriu uso da Água do Mar Padrão, para padronização da solução de nitrato de prata Etiqueta da Água do Mar Padrão Ampôla de 250ml da Água do Mar Padrão Definição de salinidade (ppt ou ‰): “a quantidade total (g) de material sólido dissolvido em 1kg de água do mar quando todo o carbonato foi convertido para óxido, todo o brometo e iodeto substituído por cloreto e toda matéria orgânica tenha sido oxidada” Século 20 Pequeno ajuste na definição de clorinidade no final dos anos 20, permanecendo até final anos 50 Desenvolvimento de equipamentos mais precisos e confiáveis SALINÔMETRO sistemas de medição contínua in situ, sondas CTD ◦ implantaram-se progressivamente durante os anos 70 Final anos 50 até final anos 70: Aumento na habilidade de medir T, Condutividade e profundidade Necessidade de calibrar equipamentos eletrônicos com padrões da água do mar Água do Mar padrão ◦ fabricada pelo Laboratório de Hidrografia de Copenhague de 1902 a 1975 ◦ depois pelo Instituto Oceanográfico da GrãBretanha 1978 ◦ comitê da UNESCO estabeleceu uma nova definição de salinidade (Escala Prática de Salinidade / PSS-78) ◦ salinidade é definida com base num padrão de KCl ◦ pode ser produzido em qualquer laboratório químico competente O algorítimo da UNESCO é o padrão de salinidade utilizado atualmente • Permite cálculos de salinidade a partir de medidas de condutividade (R), temperatura (15C) e pressão (1atm) R = condutividade amostra de águas do mar condutividade da solução padrão de KCl • Permite cálculos de diferença de densidade em qualquer massa d’água Distribuição da salinidade Águas superficiais (33 a 37 ‰) ◦ Sofrem maiores variações de salinidade Regiões tropicais: maior salinidade devido a maior evaporação Regiões temperadas: variações sazonais Águas profundas (34 a 35 ‰) ◦ Salinidade praticamente constante ◦ Salinidades menores que águas superficiais São formadas nos pólos Salinidade superficial Alta salinidade Influxo água doce Maior evaporação Formação de gelo Concentração sal por remoção de água Evaporação Formação gelo no mar Baixa salinidade Maior precipitação Descarga de rios Degelo Diluição sal por adição água doce Aporte fluvial Precipitação derretimento de gelo Salinidade nos oceanos é ~uniforme ◦ Devido mistura águas pela circulação ◦ Exceções principais: áreas adjacentes aos continentes ◦ Diluição por água doce áreas de circulação restrita ◦ Evaporação aumenta salinidade Maior ou menor salinidade Depende região Alta salinidade Baixa salinidade Áreas afetadas ventos (25N e 25S) Regiões costeiras - rios Regiões polares - geleiras Baixas latitudes Atlantico Norte é o mais salino, com salinidade média de 37,9‰ Baixas salinidades -mares polares, sais diluidos pelo derretimento de gelo e continua precipitação. As águas mais salinas (40‰ ) ocorrem no Mar Vermelho e no Golfo Pérsico, onde as taxas de evporação são muito altas. O conteúdo de sal nos oceanos abertos, raramente é menor que 33‰ e maior que 38‰ Nas bacias oceânicas, uma salinidade máxima de 36‰ ocorre entre as latitudes de 20º N e 20º S A salinidade média da água do mar, 35‰, ocorre no Equador Um mínimo de salinidade de 31‰ corresponde a latitude 60º N. Enquanto as salinidades mais baixas no Hemisfério Sul são ~33‰ em latitude 60º S Temperatura + Salinidade Importante parâmetros físicos da água do mar Propriedade conservativa das Massas d’água Densidade Águas superficiais Águas profundas Posição dentro coluna d’água (+T, + S, + Densas) (-T, -S, - Densas) Prever movimento águas Atlântico Sul Obrigada , Boa Noite !!
