Salinidade Tópicos
Propaganda
Salinidade Vanessa Hatje 1 Tópicos • • • • • • Definição Métodos de determinação Padrão de distribuição espaço-temporal Fontes e sumidoros de sal Salinidade na zona costeira Definição e classificação de estuários 2 1 Salinidade Toda água do rio, lago, chuva e mar tem salinidade….. i.e. apresenta sais dissolvidos em sua composição. Experimento prático de adicionar sal em um copo de água 3 Salinidade Salinidade é a massa total, expressa em gramas, de todas as substâncias dissolvidas em um kilo de água do mar quando todo o carbonato tem sido substituido por uma quantidade equivalente de óxido, todo brometo e iodeto tem sido substituído por cloreto e todos os compostos orgânicos têm sido oxidados em uma temperatura de 480oC. -Determinação experimental: secar e pesar.....problemas??? 4 2 Evaporação da água para pesar o sal é um método impreciso Sais menos solúveis atingem a saturação primeiro e precipitam. A ordem de ppt é função da solubilidade e não da abundância. Ordem de precipitação 5 Problemas associados a este método gravimétrico • Água retida secagem em altas temperaturas: – Decomposição de sais (perda de HCl dos cristais de MgCl2) – Vaporização e a decomposição de matéria orgânica – Expulsão do CO2 (gás) do carbonato 6 3 Água de mar com salinidade de 35,1716 /Cl (‰) gramas Antes da evaporação Depois da evaporação HCO3- 0,1070 0,0137 CO32- 0,0161 0,0043 CO2 0,0005 0,000 Br- 0,0672 (Cl-) 0,0298 total 0,1908 0,0478 Gramas perdidas de HCO3- CO32- Br- 0,1430 Gramas de B(OH)3 perdidas 0,0275 Total de sal perdido 0,1705 Gramas totais (35,1716 ) – sais perdidos (0,1705) = 35,0011 Quantidade de material perdido depende do método de secagem 7 Como poderia ser determinada a salinidade? • Determinar todos os componentes da água do mar é caro e lento • Constância na proporção dos elementos: – Concentração de 1 elemento pode ser usada para deduzir a salinidade total – Os halogênios são os mais fáceis de medir (Cl-, I- e Br-) – Titulações com nitrato de prata para determinar Cl• Forchammer (1865) definiu a salinidade como: S = 1,812 Cl (‰) Reagem com o nitrato de prata Clorinidade é a quantidade de halogênios (Cl-, Br-, I- e F-) na água do mar e é expressa em gramas/kilograma ou 8 ‰. 4 Estudo das relações entre Cl e S • Determinação da salinidade (evaporação) e clorinidade (titulação) em 9 amostras reais (Báltico, Atlântico e mar do Norte): S (‰) = 1,805 Cl (‰) + 0,030 Definição usada na oceanografia durante 65 anos Problemas em baixas salinidades!!!! Cl = O ppm; S = 0.03 ppm A interseção 0,030 é explicada pelo fato das águas do mar Báltico apresentarem maiores relações entre os seus constituintes (Mg/Cl, Ca/Cl, etc) em relação as águas oceânicas. Isso se deve ao escoamento superficial elevado na bacia que alimenta o mar Báltico, baixando sua salinidade. 9 1950’ a condutividade • Condutividade: conveniente, preciso • Razões de condutividade entre amostra/padrão, usando água do mar padrão para fazer as calibrações Água do mar foi calibrada para clorinidade e não condutividade!!! S = 1,80655 Cl Joint Panel for Oceanographic Tables and Standards (JPOTS) • Amostras coletadas ao redor do mundo para a determinação da composição química, Cl (‰) e razões de condutividade • 1969: salinidade in situ usando salinômetros comerciais • Necessidade de utilizar outro padrão para a salinidade (KCl a 15°C, 1 atm e massa 32,4356g em 1L de solução) 10 5 1978: Scala prática de salinidade (PSU) • Favorece a relação S – razão de condutividade (K15) • Águas com a mesma condutividade tem a mesma salinidade, mesmo que a composição seja diferente A salinidade prática é relacionada ao K15 pela equação - 15C◦ e 1atm K15 = condutividade da amostra de água do mar condutividade da solução padrão de KCl S = 0.0080 - 0.1692 K151/2 + 25.3851 K15 + 14.0941 K153/2 - 7.0261 K152 + 2.7081 K155/2 11 Observações: 1. Você não necessita decorar a equação; 2. A definição é uma razão, a salinidade é adimensional; 3. Na prática utiliza-se computadores para a conversão de K15 para salinidade, e para converter razões de condutividade em temperaturas e pressões medidas in situ; 4. Um valor de salinidade determinado pela condutividade, depende da temperatura e da pressão nas quais ela é medida; 5. O teor total de sais dissolvidos em gramas por kilograma de água do mar é 1,00510 * S, onde S é a salinidade prática. 12 6 Determinações da salinidade • Medidas exatas e precisas: salinidade determinada por condutividade usando um salinômetro de bancada ou de campo (CTD, sonda multi - parâmetros). • A calibração deve ser feita usando padrões (KCl ou água do mar padrão) rastreáveis ao NIST. 13 Precisão de medidas de salinidade determinadas por diferentes métodos 1) Composição dos componentes maiores ± 0.01 2) Evaporação ± 0.01 3) Clorinidade ± 0.002 5) Densidade ± 0.004 6) Condutividade ± 0.001 7) Índice de refração ± 0.05 14 7 CTD é o instrumento mais utilizado para medir salinidade, temperatura, pressão, profundidade. CTD significa Condutividade –Temperatura – Depth (profundidade). O CTD pode ser fixo ou utilizado para fazer perfis verticais. Alguns CTDs são tão rápidos que podem fazer até 24 medidas por segundo! 15 Hydrolab – sonda multiparâmetros 16 8 5-4 Salinidade • Porque o mar é salgado? • Porque o mar não é doce como os rios que deságuam no oceano? • Porque a água do mar tem uma composição química tão uniforme? Salinidade nos oceanos está em condição de “steady-state” ou estacionária pois a quantidade de sal adicionada (fontes) no sistema é igual a quantidade removida 17 (sumidouros) 5-4 Salinidade Água do mar é uma solução complexa com sais minerais e matéria orgânica Fontes de sal: • Intemperismo de rochas e substrato oceânico • Intemperismo envolve as reações químicas entre rochas e água/chuva ácida, produzida pela interação de CO2 e água • Erosão • Vulcanismo 18 9 5-4 Salinidade • Sumidoros de sal: – Evaporação • Água se torna hipersalina: precipitados (evaporitos). – “Spray” marinho – Adsorção de íons em argilas e minerais autigênicos. – Formação de conchas 19 Variações temporais e espaciais da salinidade • Salinidade é conservativa: controles físicos – Salinidade aumenta: congelamento e evaporação – Salinidade diminui: precipitação, escoamento e descongelamento • Oceano aberto – Balanço evaporação – precipitação • Latitude controla a taxa destes processos • Zona costeira – Aporte fluvial – Lençol freático • Zonas polares – degelo 20 10 Controles da variação da salinidade na superfície Variação anual da salinidade é 0.5, com a salinidade variando de 33 a 37. Maiores salinidades são observadas no Mediterrâneo 39 e no Mar Vermelho 21 41. Variação da salinidade na superfície – verão HN Porque a salinidade é mais alta no Atlântico N do que no Pacífico N? 22 11 23 Variação da salinidade em 2000m – inverno HN - Menor salinidade: refletindo a baixa salinidade de regiões polares (áreas de formação) 24 12 Mudança da salinidade nos últimos 40 anos • Oceanos: 96% água do planeta – 86% evaporação – 78% precipitação Controle do ciclo hidrológico • Linha entre Groelândia e o sul da América do Sul – 50°S - 60°N – Mímimas e máximas de E-P nos dois hemisférios – 40 anos coletando dados Curry et al., 2003 Nature, 426, 826p. 25 2005 Science, 308, 1772p. – Estoque de água doce doCurry NAe Mauritzen, aumentou 19.000 Águas superficiais do Oceano Atlântico Tropical estão se tornando mais salgadas (0.1 - 0.4)..... Taxa de evaporação aumentou 5-10% nas últimas 4 décadas. Oceanos aumentaram 1°C. 1967-1972 1980-1984 1995-2000 Água doce está sendo perdida nas baixas latitudes e está se acumulando nos pólos numa velocidade maior do que a circulação do oceano pode compensar Consequentemente, as águas de fundo do Atlântico Norte estão apresentando salinidades mais baixas 26 http://www.whoi.edu/institutes/occi/currenttopics/abruptclimate_rcurry_pr.html 13 Efeito de larga escala • O aquecimento da superfície da terra: ↑ evaporação e ↑ salinidade em baixas latitudes, e assim, transportando mais vapor de água doce para os pólos. • Mudanças climaticas recentes: alterando o sistema planetário que controla a evaporação, precipitação e o ciclo de água doce no globo. 27 E se a salinidade no Atlântico Norte diminuir muito? Contraste de densidade impulsiona a MOC Atlântica (transporte de calor): - Água vai parar de afundar e circulação termohalina diminui MOC Meridional Overturning Circulation 28 14 • Isso já aconteceu na história....e causou um esfriamento na região do Atlântico Norte e secas em várias áreas do HN em períodos de tempo que variaram de anos a décadas. • O degelo das capotas polares no Ártico também são fontes adicionais de água doce. • Um esfriamento do Atlântico Norte iria reduzir o processo de degelo, diminuir o aporte de água doce para o Atlântico Norte e a circulação termohalina voltaria. • Entretanto, o aquecimento global e a aceleração do ciclo de água continuaria a colocar mais água doce para as altas latitudes. 29 Ambientes costeiros • Condições costeiras x oceânicas – Forçantes: maré, aporte fluvial, vento – Variações espaciais e temporais são maiores – Influência antrópica: • • • • Carga de sólidos dissolvidos e particulados Contaminantes orgânicos e inorgânicos Descarga de líquidos Portos, barragens Maiores gradientes são observados em estuário. Mas o que são estuários? 30 15 Conceitos e características • Aestuarium = maré, onda abrupta de grande altura • Estuários: encontro do rio com o mar • Conexão livre com o oceano • Ambiente de transição: – complexo e vulnerável • Biologicamente produtivos – nutrientes 31 Estuários • Inicialmente: receptor de esgotos Metade do século XIX • Crescimento econômico: – – – – – Acesso ao interior Portos Férteis: pesca Alta taxa de renovação de água Receptor de esgotos 32 16 Zona Costeira: estuários • 70% da polulação mundial • 2/3 das grandes cidades • Ambiente altamente impactado – Contaminação orgânica e inorgânica – Alta taxa de sedimentação/dragagem – Perda de habitat • 70% estuários americanos estão impactados 33 Definição e Terminologia • Um estuário pode ser definido de várias maneiras, i.e. química, física, geologia • Pritchard (1955) e Cameron & Pritchard (1963): “estuário é um corpo d’água costeiro semifechado, com uma livre ligação com o oceano aberto, no interior da qual a água do mar é mensuravelmente diluída pela água doce oriunda da drenagem continental” 34 17 Distribuição horizontal da salinidade isolinhas Limite intrusao salina 35 Miranda et al., 2002 • Estuário inferior ou marinho; estuário médio, estuário superior ou fluvial • Os limites entre os vários setores do estuário estão sujeitos a variação da maré, descarga fluvial, e ventos • A extensão horizontal da pluma estuarina depende do fluxo de água doce e da circulação costeira. – Ex: rio Amazonas (20% de toda água de origem continental) pluma no oceano Atlântico 36 18 Dyer, 1997: adaptação ao Pritchard “ Estuário é um corpo de água costeiro semifechado com ligação livre com o oceano aberto, estendendo-se rio acima até o limite da influência da maré, sendo que em seu interior a água do mar é mensuravelmente diluída pela água doce oriunda da drenagem continental.” O estuário se compõe das zonas de mistura, de maré e do rio 37 Perillo, 1995: visão ecológica “ Estuário é um corpo de água costeiro semifechado, estendendo-se até o limite efetivo da influência da maré. Dentro dele a água do mar é diluída significativamente com a água fluvial proveniente da drenagem continental, podendo sustentar espécies biológicas eurihalinas durante uma parte ou por todo o seu ciclo de vida.” 38 19 Delimitação funcional do estuário • Zona fluvial: movimentos unidirecionais de água cuja origem é a drenagem continental • Zona de mistura: mistura da água doce e água do mar • Zona de Turbidez Máxima: zona de transição, onde a velocidade resultante dos movimentos convergentes é nula. Região de alta concentração de MS • Zona de salinidade mínima: 0-5, altamente reativa 39 Delimitação funcional do estuário Limite do efeito da maré Influência fluvial S<1 Zona de turbidez máxima Zona de mistura 1<S<35 Pluma estuarina 40 20 Classificação dos estuários • Variedade de condições hidrográficas, topográficas e climáticas • Classificação: comparar estuários e estabelecer princípios de funcionamento – Geomorfologia – Estratificação de salinidade – Gênese 41 Classificação: estratificação salina Estabelece o padrão de circulação, estratificação e processo de mistura • Cunha salina • Parcialmente ou moderadamente misturado • Verticalmente bem misturado • Tipo fiorde 42 21 A transição entre os diversos tipos de estuário depende da descarga do rio, da amplitude de maré e de características geométricas como a razão largura/profundidade 43 Cunha Salina • micromaré e grande descarga fluvial • Ocorre na saída de rios que desembocam no mar. • Circulação controlada pelo aporte fluvial, criando um gradiente que separa a água doce na superfície da água salgada. • Ex: Mississippi, Columbia e Hudson. 44 22 Parcialmente misturado • O fluxo da maré promove um meio de eliminar a cunha salina. • Ciclos de maré – Sizígia e quadratura • Mistura da água doce e salgada • Ex: Punget Sound and San Francisco Bay. 45 Verticalmente Bem Misturado • Tem uma forte mistura causada pela ação das marés e pequeno aporte fluvial. • A coluna d’água fica verticalmente bem misturada • A mistura é tão completa que a salinidade é a mesma da superfície ao fundo e decresce do oceano para o rio. • Ex: Delaware Bay e Port Jackson 46 23 Fiordes • Bacia fina e alongada em forma de U e tem uma barreira que separa esta bacia do oceano. • Apresentam moderado aporte fluvial e pequena mistura por marés. • Ex: Alaska, Chile, Nova Zelândia, e nos países da Escandinávia. 47 Classificação geomorfológica • Podem ser classificados em: – Estuário de planície costeira – Fiordes – Tectônicos – Construídos por barras – Estuários de deltas e rias 48 24 Estuários de Planície Costeira • Final da era glacial • Inundação de vales rasos • Seção transversal aumenta mar • Trópico e sub-trópico • Depende de fluxo fluvial e altura de maré • Ex: São Francisco, das Contas, Potengi 49 Estuários tectônicos • Estuários formados devido a grandes “cracks” ou buracos, ou falhas formadas na crosta, devido a dobramentos, falhamentos ou subsidência. • São criados quando o mar ‘enche estes buracos” ou bacias formadas pelo afundamento de terra. • Ex: Baía de São Francisco. 50 25 Estuários construídos por barras • Estuários formados com a inundação de vales primitivos mas a sedimentação recente ocasionou a formação de barras. Cananéia-Iguape • Regiões que podem sofrer processos erosivos, produzindo grande quantidade de sedimento • Rasos, com sistema de canais e lagoas – Erosão/desaparecimento sazonal • Vento é o agente + importante para a mistura das águas 51 Fiordes • Peso/movimento de geleiras Milford Sound, Nova Zelândia • Tem uma barreira/soleira rasa • Pouca troca entre a água de fundo do fiorde com o oceano • Camada de mistura = barra • Camada profunda isohalina • São estreitos, com altos paredões 52 26 Tipos de estuários 53 27
