cap 2 salinidade estuários - ocquim.qui.ufba.bre1rios.pdf · evaporação da água para pesar o...
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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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