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Salinidade

Vanessa Hatje

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Tópicos

• Definição• Métodos de determinação• Padrão de distribuição espaço-temporal• Fontes e sumidoros de sal• Salinidade na zona costeira• Definição e classificação de estuários

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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

Salinidade

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Salinidade é a massa total, expressa em gramas, de todas as substâncias dissolvidas em um kilo de água do mar quandotodo o carbonato tem sido substituido por uma quantidadeequivalente de óxido, todo brometo e iodeto tem sidosubstituído por cloreto e todos os compostos orgânicos têmsido oxidados em uma temperatura de 480oC.

Salinidade

-Determinação experimental: secar e pesar.....problemas???

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Evaporação da água para pesar o sal é um método impreciso

Ordem de precipitação

Sais menos solúveis atingem a saturação primeiro e precipitam.A ordem de ppt éfunção da solubilidade e não da abundância.

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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

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Gramas totais (35,1716 ) – sais perdidos (0,1705) = 35,0011

0,1705Total de sal perdido0,0275Gramas de B(OH)3 perdidas0,1430Gramas perdidas de HCO3

- CO32- Br-

0,04780,1908total(Cl-) 0,02980,0672Br-

0,0000,0005CO2

0,00430,0161CO32-

0,01370,1070HCO3-

Depois da evaporação

Antes da evaporação

gramas

Água de mar com salinidade de 35,1716 /Cl (‰)

Quantidade de material perdido depende do método de secagem

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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 (‰)

Clorinidade é a quantidade de halogênios (Cl-, Br-, I- e F-) na água do mar e é expressa em gramas/kilograma ou‰.

Reagem com o nitrato de prata

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• 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

Estudo das relações entre Cl e S

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.

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1950’ a condutividade• Condutividade: conveniente, preciso• Razões de condutividade entre amostra/padrão, usando água

do mar padrão para fazer as calibrações

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)

Água do mar foi calibrada para clorinidade e não condutividade!!!

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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

S = 0.0080 - 0.1692 K151/2 + 25.3851 K15 + 14.0941 K15

3/2

- 7.0261 K152 + 2.7081 K15

5/2

K15 = condutividade da amostra de água do marcondutividade da solução padrão de KCl

A salinidade prática é relacionada ao K15 pela equação- 15C◦ e 1atm

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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 K15para 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 émedida;

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.

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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 (KClou água do mar padrão) rastreáveis ao NIST.

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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

Precisão de medidas de salinidade

determinadas por diferentes métodos

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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!

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Hydrolab – sonda multiparâmetros

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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

(sumidouros)

• 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?

5-4 Salinidade

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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 pelainteração de CO2 e água

• Erosão

• Vulcanismo

5-4 Salinidade

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• Sumidoros de sal:

– Evaporação• Água se torna hipersalina: precipitados (evaporitos).

– “Spray” marinho

– Adsorção de íons em argilas e minerais autigênicos.

– Formação de conchas

5-4 Salinidade

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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

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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 41.

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Variação da salinidade na superfície – verão HN

Porque a salinidade é mais alta no Atlântico N do que no Pacífico N?

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Variação da salinidade em 2000m – inverno HN- Menor salinidade: refletindo a baixa salinidade de regiões polares (áreas de formação)

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Mudança da salinidade nos últimos 40 anos

• Oceanos: 96% água do planeta– 86% evaporação– 78% precipitação

• 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– Estoque de água doce do NA aumentou 19.000

Controle dociclo hidrológico

Curry et al., 2003 Nature, 426, 826p.Curry e Mauritzen, 2005 Science, 308, 1772p.

26http://www.whoi.edu/institutes/occi/currenttopics/abruptclimate_rcurry_pr.html

1967-1972 1980-1984 1995-2000

Águas superficiais doOceano Atlântico Tropical estão se tornando mais salgadas (0.1 - 0.4).....

Consequentemente, as águas de fundo do Atlântico Norte estão apresentando salinidades mais baixas

Taxa de evaporação aumentou 5-10% nas últimas4 décadas. Oceanos

aumentaram 1°C.

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

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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.

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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

MOCMeridionalOverturningCirculation

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• 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.

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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?

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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

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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

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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

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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”

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Distribuição horizontal da salinidade

isolinhas

Miranda et al., 2002

Limite intrusao salina

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• 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 estuarinadepende do fluxo de água doce e da circulação costeira. – Ex: rio Amazonas (20% de toda água de origem

continental) pluma no oceano Atlântico

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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

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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.”

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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

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Delimitação funcional do estuárioLimite do efeito da maré

Influência fluvialS<1

Zona de turbidezmáxima

Zona de mistura 1<S<35

Pluma estuarina

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• Variedade de condições hidrográficas, topográficas e climáticas

• Classificação: comparar estuários e estabelecer princípios de funcionamento– Geomorfologia– Estratificação de salinidade– Gênese

Classificação dos estuários

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Classificação: estratificação salinaEstabelece o padrão de circulação, estratificação e

processo de mistura

• Cunha salina

• Parcialmente ou moderadamente misturado

• Verticalmente bem misturado

• Tipo fiorde

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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

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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.

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Parcialmente misturado

• O fluxo da marépromove um meio de eliminar a cunha salina.

• Ciclos de maré– Sizígia e quadratura

• Mistura da água doce e salgada

• Ex: Punget Sound andSan Francisco Bay.

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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 PortJackson

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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.

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Classificação geomorfológica

• Podem ser classificados em: – Estuário de planície costeira– Fiordes– Tectônicos– Construídos por barras– Estuários de deltas e rias

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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

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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.

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Estuários construídos por barras

• Estuários formados com a inundação de vales primitivos mas a sedimentação recente ocasionou a formação de barras.

• 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

Cananéia-Iguape

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Fiordes

• Peso/movimento de geleiras

• 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

Milford Sound, Nova Zelândia

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Tipos de estuários