Densidad del agua de mar y presión.

La densidad de un material se da en unidades de masa por unidad de volumen y se expresa en kilogramos por metro cúbico en el sistema SI de unidades. En oceanografía la densidad del agua de mar se ha expresado históricamente en gramos por centímetro cúbico. La densidad del agua de mar es función de la temperatura, la salinidad y la presión. Debido a que los oceanógrafos requieren que las mediciones de densidad sean precisas hasta el quinto lugar decimal, la manipulación de los datos requiere escribir muchos números para registrar cada medición. Además, el efecto de la presión puede despreciarse en muchos casos utilizando la temperatura potencial. Estos dos factores llevaron a los oceanógrafos a adoptar una unidad de densidad llamada sigma- t ( σ t ). Este valor se obtiene restando 1.0 de la densidad y multiplicando el resto por 1,000. La σ t no tiene unidades y es una densidad abreviada del agua de mar controlada por la salinidad y temperatura solo. La σ t de agua de mar aumenta con el aumento de la salinidad y la disminución de la temperatura.

La relación entre presión y la densidad se demuestra observando el efecto de la presión sobre la densidad del agua de mar a 35 psu y 0 ° C. Debido a que una columna de agua de mar de un metro (tres pies) produce una presión de aproximadamente un decibar (0.1 atmósfera), la presión en decibares es aproximadamente igual a la profundidad en metros. (Un decibar es una décima parte de una barra, que a su vez es igual a 105newtons por metro cuadrado.)



Los valores asociados con el cambio en la densidad del agua de mar con la profundidad se enumeran en la tabla.



La densidad cambia con la profundidad (agua de mar 35 partes por mil y 0 ° C)
profundidad (m) presión (decibares) densidad (g / cm3)
0 0 1.02813
1,000 1,000 1.03285
2,000 2,000 1.03747
4,000 4,000 1.04640
6,000 6,000 1.05495
8,000 8,000 1.06315
10,000 10,000 1.07104

El aumento de los valores de densidad demuestra la compresibilidad del agua de mar bajo las tremendas presiones presentes en las profundidades Oceano . Si el agua de mar fuera incompresible, cada centímetro cúbico de agua en la columna de agua se expandiría y los valores de densidad en todas las profundidades serían iguales. Si la presión promedio que se produce a una profundidad de 4.000 metros (unos 13.100 pies, la profundidad media aproximada del océano) se reemplazó de alguna manera con la presión media que se produjo a 2.000 metros (unos 6.600 pies) y el área de los océanos se mantuvo constante, habría un aumento medio del nivel del mar de unos 36 metros (120 pies).

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La temperatura de densidad máxima y el punto de congelación del agua disminuyen a medida que se agrega sal al agua, y la temperatura de densidad máxima disminuye más rápidamente que el punto de congelación. A salinidades inferiores a 24,7 psu, la densidad máxima se alcanza antes del punto de hielo, mientras que en las salinidades más altas, más típicas de los océanos abiertos, la densidad máxima nunca se alcanza de forma natural. Por ejemplo, a 5 psu se encuentra una densidad máxima entre 0 y 10 ° C (32 y 50 ° F). (Su posición real es a 3 ° C [37,4 ° F], donde el σ t El valor es 4.04 para 5 psu.) Esta capacidad del agua de baja salinidad y, por supuesto, el agua dulce de pasar a través de un máximo de densidad hace que ambos se comporten de manera diferente a los sistemas marinos cuando el agua se enfría en la superficie y se produce un vuelco impulsado por la densidad.



Durante el otoño un lago se enfría en su superficie, el agua superficial se hunde y el vuelco convectivo procede a medida que la densidad del agua superficial aumenta con la temperatura decreciente. Cuando el agua superficial alcanza los 4 ° C (39,2 ° F), la temperatura de densidad máxima para el agua dulce, el vuelco convectivo impulsado por la densidad ha llegado al fondo del lago y el vuelco cesa. Un mayor enfriamiento de la superficie produce agua menos densa y el lago se estratifica de manera estable con respecto a la densidad controlada por temperatura. Solo una capa superficial relativamente poco profunda se enfría por debajo de 4 ° C. Cuando esta capa superficial se enfría hasta el punto de hielo, 0 ° C, se forma hielo a medida que calor latente de fusión se extrae. En un lago profundo, la temperatura en profundidad se mantiene en 4 ° C. En la primavera, el agua de la superficie se calienta y el hielo se derrite. Se reanuda un vuelco convectivo poco profundo hasta que el lago vuelve a ser isotérmico a 4 ° C. El calentamiento continuo de la superficie produce una columna de agua estable.

En el agua de mar en la que la salinidad supera los 24,7 psu, el vuelco convectivo también se produce durante el ciclo de enfriamiento y penetra a una profundidad determinada por la salinidad y la densidad de temperatura controlada del agua enfriada. Dado que no se pasa ningún máximo de densidad, el vuelco convectivo impulsado térmicamente es continuo hasta que se alcanza el punto de hielo donde se forma el hielo marino con la extracción del calor latente de fusión. Dado que la sal se excluye en gran medida del hielo en la mayoría de los casos, la salinidad del agua debajo del hielo aumenta ligeramente y un vuelco convectivo impulsado tanto por la sal como por la temperatura continúa a medida que se forma el hielo marino.

El vuelco continuo requiere que un gran volumen de agua se enfríe hasta un nuevo punto de hielo dictado por el aumento de salinidad antes de que se forme hielo adicional. De esta manera se forma agua de mar muy densa, fría y de elevada salinidad. Zonas como el mar de Weddell en Antártida producen el agua más densa de los océanos. Esta agua, conocida como Agua del Fondo Antártico, se hunde hasta las profundidades más profundas de los océanos. El vuelco continuo ralentiza la velocidad a la que se forma el hielo marino, lo que limita el espesor estacional del hielo. Otros factores que controlan el espesor del hielo son la velocidad a la que se conduce el calor a través de la capa de hielo y el aislamiento que proporciona la nieve sobre el hielo. El hielo marino estacional rara vez supera los 2 metros (aproximadamente 7 pies) de espesor. Durante la temporada más cálida, el hielo marino derretido suministra una capa de agua dulce a la superficie del mar y, por lo tanto, estabiliza la columna de agua ( ver hielo marino ).



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Los procesos superficiales que alteran la temperatura y la salinidad del agua de mar contribuyen al proceso de impulsar la circulación vertical de los océanos. Conocida como circulación termohalina, reemplaza continuamente el agua de mar en profundidad con agua de la superficie y reemplaza lentamente el agua de la superficie en otros lugares con agua que se eleva desde profundidades más profundas.