El Océano cubre el 71% de la superficie de la Tierra, contiene el 97% del agua del planeta y, en él, se desarrollan el 50% de las especies existentes
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| TEMA 1 El Océano cubre el 71% de la superficie de la Tierra, contiene el 97% del agua del planeta y, en él, se desarrollan el 50% de las especies existentes. Oceanografía Océano: el medio ambiente marino. Grafía: una ciencia descriptiva El estudio científico de todos los aspectos del medio ambiente marino. Química Densidad, sustancias disueltas, contaminación. GEOGRAFÍA DE LOS OCÉANOS Cubren el 70,8% de la superficie de la Tierra. Están interconectados (“océano mundial”). Tiene un enorme volumen y tamaño (contiene el 97% del agua de la Tierra). CARACTERÍSTICAS FÍSICAS DE LOS OCÉANOS  LOS OCÉANOS T  oman CO2 y produce el 70% del O2 que respiramos.Los estudios de distribución de OD en SW demostró que el parámetro OD servía, junto con la Tº y la S, para caracterizar masas de agua en el océano. Se pudo demostrar que los cambios en contenido de O2 en aguas que no estaban en contacto con la atmósfera estaban íntimamente relacionados con procesos biológicos de síntesis y de respiración. A diferencia de otros gases atmosféricos, el CO2 es reactivo en el medio lo que añade una dificultad en el estudio del sistema, dificultad que fue solventada en una gran serie de trabajos sobre el sistema del equilibrio del CO2 en SW.  Por analogía con los procesos que afectan a las plantas terrestres, las plantas marinas y el fitoplancton requieren de los elementos micronutrientes (N y P) para su crecimiento. Esto siempre se supuso así, sin embargo, no fue hasta el desarrollo de métodos fotométricos rápidos para el análisis del nitrato y fosfato, que fue posible investigar la relación existente entre la fertilidad del SW y su contenido en micronutrientes. Los análisis para estos micronutrientes determinaron los movimientos de las masas de aguas en los océanos, demostrando que la alta fertilidad que presentan ciertas regiones está asociada con afloramientos. El desarrollo del método del Carbono-14 para determinar la PP ha servido para desarrollar nuevas perspectivas en el estudio de la fertilidad del SW. Ha quedado demostrado que numerosos componentes orgánicos disueltos en el SW (vitamina B12) juegan un importante papel en la determinación de la sucesión de las especies fitoplanctónicas. La introdución de rosetas con CTD para el registro en continuo de la S, Tº y P, ha permitido establecer, para la columna de agua, la dependencia experimental de algunos procesos químicos con estas variables fisicoquímicas. ORIGEN DE LOS OCÉANOS Como resultado de la estratificación por densidad de los materiales de la Tierra a medida que se enfriaba, el agua de los océanos fue expulsada en forma de vapor (gases) desde el interior de la Tierra. ¿Por qué el océano es salado?  EL ORIGEN DE LA VIDA   EL SW  El agua tiene muchas propiedades térmicas únicas y disolventes únicas. El SW está formado por moléculas de agua que contienen sustancias disueltas. El océano está estratificado en capas por diferencias de S y densidad. EFECTOS TERMOSTÁTICOS GLOBALES Moderada Tº sobre la superficie de la Tierra.
Efecto Marino.
Efecto Continental.
El agua tiene + capacidad calorífica que la Tierra. PROCESOS QUE AFECTAN A LA S ↓ S – adición de agua dulce al océano.
↑ S – eliminación de SW.
NADW – agua noratlántica profunda  CAMBIOS EN LA CIRCULACIÓN PROFUNDA El Atlántico Norte es sensible. La fusión de los glaciares. Agua superficiales + cálidas. Tema 2 Transporte de materiales a los océanos: la vía de los ríos, la vía glacial y la vía hidrotermal Mucho del material que es movilizado durante la meteorización de la corteza terrestre y las actividades antropogénicas, es dispersado por los ríos. Los ríos transportan el material hacia el margen continente-mar, por tanto, se consideran como transportadores de una gran variedad de señales químicas al océano mundial. 1. Señales químicas transportadas por los ríos. Los ríos contienen grandes cantidades de componentes orgánicos e inorgánicos en formas disueltas y particuladas.
 La fuerza de las fuentes depende de variables ambientales complejas, generalmente interrelacionadas, que operan en una cuenca determinada:
Variables que controlan la magnitud de las fuentes. Se trató de encontrar los extremos finales de las aguas superficiales relacionando su S y sus relaciones iónicas. Estas se pueden establecer en función de los cationes principales en el agua dulce Ca2+ y agua altamente salina Na+. La misma tendencia se puede observar si se usan los aniones HCO- para el agua dulce y Cl- para aguas altamente salines. Extremo final dominado por la precipitación o lluvia, el contenido iónico es relativamente muy bajo y la relación Na/ (Na+Ca) y Cl/ (Cl+HCO3-) es baja. Condiciones en las que se favorece son baja meteorización y baja evaporación. Extremo final dominado por la composición del lecho, caracterizado por tener un alto contenido total y relativamente bajas relaciones Na/ (Na+Ca) y Cl/ (Cl+HCO3-). Se forma con condiciones de alta intensidad de meteorización y bajas velocidades de evaporación. Extremo final dominado por la evaporación-cristalización, tiene un muy alto contenido iónico total y también relativa altas relaciones Na/ (Na+Ca) y Cl/ (Cl+HCO3-). Las condiciones en las que se forma son alta intensidad de meteorización y altas velocidades de evaporación. Parece discutible al existencia de los extremos (1, precipitación o lluvia) y (3, evaporación-cristalización). En caso de los ríos que responderían a estos extremos no serían + de un 2%. El 98% de los ríos mundiales responden a aguas superficiales dominadas por la composición de las rocas del lecho. Así, el factor principal que controla las concentraciones de los iones mayoritarios en las aguas es la composición de las rocas de origen.  Clasificación de las aguas superficiales de acuerdo con Gibbs. El agua en la parte central del "boomerang" está dominado por la meteorización de los minerales de silicato. Progresiva evaporación y precipitación os TDS ↑ de calcita y enriquecer el agua de Na + mientras se agotan en Ca2 +. Por lo tanto tales aguas residen en la parte superior del boomerang. Las aguas de la parte inferior está dominada por el agua de lluvia de las zonas costeras donde Na +> Ca +. Las aguas de la zona del Mar Muerto Jordania River-Israel de ilustrar el efecto de la evaporación progresiva, pero fuera de la parcela boomerang. El río Amazonas y sus afluentes ejemplificar agua con grandes componentes de agua de lluvia. La composición química del río Mississippi es controlado por la meteorización química de las rocas, mientras que el Río Grande refleja los efectos de la concentración por evaporación o la afluencia de las salmueras de NaCl. La salmuera es agua con una alta concentración de sal (NaCl) disuelta. Existen ríos y lagos salados en donde no hay vida por el exceso de sal y de donde se extrae la salmuera, principalmente para obtener su sal evaporando el agua en salinas. La salmuera puede ser venenosa para algunos animales que beben de esta. Por extensión, también se llama salmuera a disoluciones altamente concentradas de otras sales. Son ejemplos de ello la salmuera de cloruro de calcio y la de dicromato sódico. La salmuera se distingue del agua salobre en que esta última tiene una menor concentración de sal. Las rocas sedimentarias son las que liberan mayores cantidades de Ca2+, Mg2+, SO4 2- y HCO3–. Los productos de meteorización química se originan principalmente a partir de las rocas sedimentarias, 90% del total de los productos, siendo el 66% a partir de depósitos de carbonato. El grado en que las rocas son meteorizadas, sigue la secuencia general evaporizas > rocas carbonatad > rocas cristalinas. Sin embargo, esto puede variar según factores climáticos y topográficos. -------- Las rocas ígneas constituyen alrededor del 95% de los 10km superior de la corteza continental. Los sedimentos y rocas sedimentarias constituyen 2/3rds cubrir en la corteza continental (y la mayor parte del fondo del océano). En general, las rocas sedimentarias son + solubles y por tanto son susceptibles de (química) meteorización. Las rocas sedimentarias + solutos por tanto, contribuir a las aguas del río. En 1º lugar, tenemos que saber qué minerales se encuentran en rocas sedimentarias, y cómo el agua de lluvia puede disolverlos. El agua de lluvia contiene gases disueltos (particularmente CO2 y SO2, que a partir de soluciones ácidas diluidas) que lo hace ligeramente ácida (pH entre 5 y 7). Cuando la lluvia cae sobre la tierra, la acidez es neutralizado por la reacción con los minerales en suelos y rocas:  calcita (mineral sedimentario común) iones de calcio y  albita (mineral común metamórfica ígnea) caolinita (una arcilla) + sílice Aunque se trata de generalizaciones amplias, representan el mundo real y suficientemente bien explicar el proceso por el cual la lluvia se convierte en agua de río. (Los ↑ excepcionalmente grandes en Ca2+ y HCO3 - entre la lluvia y agua de río surgen del hecho de que ambos OS estos iones puede ser producido a partir de la erosión de los carbonatos y del calcio teniendo minerales de silicato.) -------  Si tienen + ión bicarbonato que el dado por la relación, entonces está teniendo lugar  Si tienen + Ca, está teniendo lugar la disolución del gypsum. El Río Grande es el único de los grandes ríos con esta alta concentración de Ca. Si los ríos son la principal fuente de las sales disueltas en el SW, ¿por qué el agua de mar no es simplemente una versión concentrada de la composición media de los ríos? De los constituyentes disueltos entran en los océanos de ríos, algunos son derivados de la meteorización, mientras que otros se reciclan sales marinas. El punto + importante es el comportamiento químico del agua a medida que se mueve a través del ciclo hidrológico. Se trata de un disolvente. Recoge las sales en solución durante la meteorización en la tierra, y precipita las sales (en diferentes cantidades y en diferentes tasas) después de llegar al mar de nuevo. ¿Se puede explicar las concentraciones de Cloruros en el SW a través de la meteorización? calcita (mineral sedimentario común) iones de calcio y albita (mineral común metamórfica ígnea) caolinita (una arcilla) + sílice ¿Por qué los silicatos que constituyen una gran parte de las rocas igneas y metamórficas se encuentran en tan bajas concentraciones en el SW? calcita (mineral sedimentario común) iones de calcio y albita (mineral común metamórfica ígnea) caolinita (una arcilla) + sílice No hay una clara relación para algunos metales traza con la química de las rocas que constituyen el lecho. No se ha establecido para el Ni, Cu y Zn con la litología. ¿Qué factores controlan las concentraciones de los metales traza en las aguas fluviales? Existen otros factores a considerar que determinan la especiación de los elementos en su forma particulada y disuelta: la naturaleza de las disoluciones donde se produce la meteorización. Los mecanismos de lixiviación implicados en la meteorización de las rocas continentales están principalmente controlados la cantidad de ácido carbónico y ácidos orgánicos que se producen por la actividad biológica y, en menor proporción, por los ácidos minerales. Estos últimos son + importantes en las zonas que reciben lluvia ácida. Si la lixiviación orgánica predomina, la solubilidad de muchos elementos traza podrá ↑ como consecuencia de la formación de complejos con ligandos orgánicos y la estabilización de coloides que contienen metales con MO.  Los ríos generalmente disminuyendo en gradiente (pendiente) aguas abajo. Comúnmente, las corrientes trenzadas tienen gradientes + pronunciados que los meandros arroyos.  Nivel de base es el punto + bajo hasta que la erosión puede ocurrir. El nivel del mar es el "último" nivel de base en tierra, pero puede haber muchos factores locales que afectan el nivel de base. Deltas: principales construcciones de sedimentos. Ríos sedimento loco a los lagos y océanos, donde construyen deltas. Los antiguos griegos reconocieron por primera vez estos accidentes geográficos + importantes. Importantes volúmenes de sedimento fino se acumulan allí (grueso material aguas arriba).  Esquema idealizado de un estuario típico mostrando 3 divisiones. Estas divisiones se desplazan con las estaciones, la meteorología y las mareas. ¿Por qué decimos que el estuario es un reactor químico? ¿Por qué decimos que el estuario es un filtro químico? El filtro estuarino opera sobre el material disuelto y particulado que fluye y puede modificar y atrapar a los componentes transportados dentro de la zona de mezcla. Modificación de las señales: procesos físicos, químicos y biológicos modifican la especiación de las formas disueltas y particuladas.
El sedimento no es un comportamiento estático sino que está sujeto a procesos físicos, químicos y biológicos, entre ellos la bioturbación y la diagénisis. Estos procesos reciclan los componentes depositados en el compartimento. Los procesos de reciclaje incluyen:
Los sedimentos juegan un importante papel biogeoquímico en los estuarios, pueden actuar como el tercer miembro de los procesos de mezcla estuarina: SW, agua de río y sedimento.   Esquema idealizado de los diferentes tipos de estuarios. Los puntos indican la concentración de sedimento. ¿Cómo influye el tiempo de residencia en la especiación química? Características del Estuario que influyen sobre la Especiación:
 ¿Cuáles son las características de las reacciones químicas en los estuarios? Características del Estuario que influyen sobre la Especiación:
Reactividad estuarina. Un factor que modifica la reactividad estuarina es la mezcla física de aguas dulces y salines de composiciones marcadamente diferentes a lo largo del gradiente de S. Si no existiera ningún proceso biogeoquímico (reactividad) que provocara la adición u eliminación de un componente, la mezcla física de los “extremos iniciales” resultaría en una relación lineal entre las concentraciones de un componente y las proporciones a las que se encuentran los distintos tipos de agua que sufren la mezcla (el gradiente de S). Los extremos finales permanecerían constantes respecto del tiempo de flujo estuarino ya que no hay otras fuentes o sumideros de los componentes. ¿Qué es un diagrama de mezcla? ¿qué representa la relación teórica de dilución lineal? ¿qué información nos permite conocer los diagramas de mezcla? A partir de la relación que da la mezcla física se tiene una base para comparar los efectos de los procesos biogeoquímicos reactivos que afectan a la distribución de un componente en un estuario. A esta técnica se le denomina gráficos de mezcla o diagramas de mezcla. E  n estos diagramas, las concentraciones de un componente en las muestras, que generalmente debe incluir a las aguas que forman los extremos iniciales, se representan frente al índice de mezcla conservativa, es decir, componentes cuyas concentraciones están controladas por la mezcla física.La S es el índice conservativo de mezcla que se utiliza con mayor frecuencia, pero se pueden utilizar otros parámetros (clorinidad…). La relación teórica de dilución lineal (TDL) une las concentraciones de los 2 miembros iniciales de las series de mezcla; en estas condiciones se dice que el comportamiento es conservativo o no reactivo.  Características químicas de ríos y del SW  Ejemplo del comportamiento de la materia suspendida en estuarios y formación del máximo de turbidez.  ¿Cuál es la naturaleza de estas partículas? Minerales: arcillas, cuarzo, feldespato, carbonatos, derivados de partículas d erosión costera. Óxidos de Fe y Mn. Partículas Orgánicas de plantas. Partículas de origen antropogénicos como cenizas, materiales de construcción… Material biogénico. ¿Qué procesos determinan e influyen en la adsorción/desorción? La fuerza iónica del medio. La presencia de agentes complejantes inorgánicos. La competición por los sitios de adsorción. La materia orgánica disuelta. La formación de una cubierta orgánica sobre las partículas. El tamaño de las partículas. Resumen d los procesos que afectan a la especiación química en las interfases río-océano. Componentes geoquímicos:
Componentes biológicos:
Componentes hidrodinámicos:
GLACIARES. El área total cubierta por glaciares es de 15.800.000 Km2 casi como el total del continente Sudamericano. 97% del agua en la tierra está en los océanos, las ¾ del agua restante están en los glaciares y en los hielos polares (principalmente agua dulce). Un glaciar es una masa de hielo que fluye debido a gravedad. El glaciar se forma cuando la cantidad de nieve acumulada por precipitación durante años alcanza excede la capacidad de eliminación por deshielo u otros procesos. HIELO PERPETUO. El hielo glacial tiene un elevado tiempo de fusión, tiene propiedades como las rocas o cristales. Contiene también burbujas y partículas sólidas. M  ovimiento del glaciar. Cuando los glaciares llegan a un cierto espesor, comienzan a contraerse bajo su propio peso, lo que resulta un movimiento por el flujo plástico (movimiento muy lento de material aparentemente sólido; unos pocos cm / día a varios m / día). Este movimiento es o bien cuesta abajo o hacia el exterior de las zonas de mayor espesor. Siempre y cuando el espesor se mantiene por precipitación en la zona de los fondos de acumulación de flujo. Los glaciares acumulan nieve cada año. La precipitación anual deje constancia de espesor, como un anillo de árbol. Las burbujas de aire atrapadas en los núcleos de hielo nos da un registro climático directo. Otros datos (grosor, contenido de limo) también nos da información del clima.Glaciares: Registros excelente clima  Las burbujas de aire atrapadas en los núcleos de hielo nos da un registro climático directo.  Variación isotópica en el océano reflejar volúmenes de hielo en la continente. COMPOSICIÓN DE RÍOS  Mar Báltico       La profundidad de Gotland en el Mar Báltico  Caudal de los ríos en el mar Báltico  Tema 3 Transporte de materiales a los océanos: la vía atmosférica Fuentes de Aerosoles Fuentes naturales: - La corteza terrestre - Los océanos - La actividad volcánica - La biosfera - El espacio exterior Fuentes antropogénicas. Quema de combustibles fósiles, minería y procesado de los minerales, incineración de residuos, producción de compuestos químicos, usos agrícolas, industriales… Observaciones del Ciclo del Polvo. 20-30% de las fuentes son áreas cuya desertización ha sido inducida por la actividad humana: Tierras agrícolas erosionadas, zonas salinizadas, lugares donde ha existido un sobrepastaje, zonas deforestadas, zonas urbanizadas… El cambio del uso de la tierra ha incrementado la carga de polvo en la atmósfera. Características del aerosol mineral Características de los materiales y los suelos. Las partículas que se levantan de los suelos son > 50 µm. Millones de toneladas de ellas pueden ser transportadas. - Fragmentos de roca mineral. - Constituyentes de los suelos. - Virus, polen,.. - Contaminantes (p.e. Hemisferio Norte). - Partículas de Sal (áreas costeras, océanos)… Distribución de Tallas del Polvo. El rango de tamaño de partículas de polvo que son transportadas grandes distancias en la atmósfera es de 0.1 a 20 µm. El diámetro medio es de 2.5 a 3 µm. Las partículas pueden formar agregados según su mineralogía. Tiempo de Residencia de las Partículas en la atmósfera, ¿de qué depende?   MINERALOGÍA. El polvo consiste en una mezcla de minerales: Cuarzo, minerales de arcilla, calcita, gibsita y óxidos de hierro. Pueden encontrarse de forma individual o formando agregados de distintos minerales. A lo largo del transporte, como la distribución en tamaño de las partículas cambia puede ocurrir la deposición de determinadas especies minerales. Composición Química de los aerosoles minerales  Características Químicas. El polvo es altamente alcalino debido al alto contenido de carbonato en los suelos de las regiones áridas y semiáridas. Puede neutralizar la acidez de la deposición atmosférica, p.e. lluvia ácida, en algunas partes del mundo. La superficie del polvo puede adsorber cantidades considerables de nitrato y sulfato: 10-50% del sulfato atmosférico 40-80% del nitrato atmosférico Los factores que influyen en este proceso son: pH de los constituyentes, mineralogía, humedad y talla de las partículas. Las partículas + pequeñas son las + efectivas. ¿Cómo se miden las concentraciones de particulas en la atmósfera? |
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