Composição da Água do Mar

Composição da Água do Mar

Na água do mar estão dissolvidos vários tipos de sólidos e gases, os quais podem ser divididos em quatro classes: conservativos, ou seja, que ocorrem em concentrações elevadas (maiores que 1mg kg-1); nutrientes, os quais são essenciais para o crescimento dos vegetais marinhos; elementos-traço, que ocorrem em concentrações muito pequenas; e gases dissolvidos.

Apesar dos elementos conservativos serem mais abundantes dentre as substâncias dissolvidas, isso não significa que as outras três categorias também não sejam importantes.

Portanto, lembre-se que a vida (da forma que a conhecemos) não poderia ter se desenvolvido ou sobrevivido se não existissem os gases dissolvidos, os nutrientes e os elementos-traço encontrados na água do mar.

Devido aos sais dissolvidos, a água do mar é uma solução, sendo composta de duas partes: o solvente (água) e o soluto (sais). Quando um sal se dissolve na água quebra-se em íons, chamados cátions (quando positivos) e ânions (quando negativos). Portanto, quando o cloreto de sódio (NaCl) que é o principal sal da água do mar é posto em água, ele se divide em cátions Na+ e ânions Cl.

1          SALINIDADE

Em 1 quilograma de água do mar há em média, 35 gramas de compostos dissolvidos, chamados sais inorgânicos.

Portanto, 96,5% da água do mar é constituída de água pura e 3,5% de sais (Figura 1).

Apesar da quantidade de sais presentes na água do mar parecer pouca, se toda a água pura que compõe o oceano fosse retirada, formar-se-ia uma camada de 60 metros de altura de sais espalhados pelas áreas oceânicas, cobrindo aproximadamente 3/4 da superfície do planeta. Haja sal!

composição da água do mar

Figura 1 – A ilustração mostra a relação entre o peso da água pura (quadrado grande) para o peso médio de sais (quadrado preto no canto inferior direito) encontrados na água do mar.

Os sais inorgânicos correspondem em média a 3,5% do peso da solução.

Definimos salinidade como o peso (em gramas) dos sais dissolvidos em 1 quilograma de água do mar depois que todo o brometo tiver sido substituído pelo cloreto, todo o carbonato for convertido a óxido e toda a matéria orgânica for destruída.

A unidade mais usada até poucos anos atrás era “partes por mil” (%0), mas a Mesa Redonda em Padrões e Tabelas Oceanográficas da IAPSO e outras instituições, recomendaram o uso da Escala Prática de Salinidade (PSU).

Portanto, embora ainda seja utiliza a unidade “partes por mil”, está havendo uma lenta mudança para PSU ou para a utilização do valor da salinidade sem unidade (o qual será adotado nesta e nas próximas postagens).

A salinidade varia de 34 a 37 em ambientes de oceano aberto, com média próxima de 35.

Em regiões costeiras, a salinidade varia muito devido à descarga da água doce de rios, à precipitação pluvial ou à formação ou derretimento de gelo.

A salinidade pode alcançar valores tão altos quanto 40 nas águas superficiais do mar Vermelho (evaporação excessiva) ou tão baixas quanto 20 no mar Báltico (grande descarga de água doce).

Observe a tabela 1 abaixo e note que a proporção relativa entre os íons abundantes no oceano permanece constante.

Os elementos mais importantes (elementos conservativos) são apenas seis, apesar de corresponderem a 99,28% em peso de todo o material dissolvido.

tabela água do mar

Tabela 1 – Constituintes conservativos da água do mar com salinidade de 34,8.

Para a Oceanografia a maior importância deste fato é que basta medir apenas UM ELEMENTO para se conhecer todos os mais importantes.

Os outros constituintes da água do mar não apresentam a mesma proporção relativa constante por participarem de processos biológicos ou de poluição, inclusive fornecendo informações sobre tais processos.

Determinar a salinidade é muito útil, pois auxilia na identificação das massas de água.

Além disso, também pode ser utilizada para o cálculo da densidade, determinando a estabilidade vertical da água (explicarei sobre isso na próxima postagem!).

A importância (para nós, biólogos) de conhecermos a salinidade é que nos faz compreender os padrões anatômicos (que são as formas e estruturas), fisiológicos e comportamentais dos organismos marinhos.

1.1        Alteração na Razão dos Constituintes Conservativos

Há uma constância na proporção relativa dos constituintes conservativos da água do mar, porém, dependendo das condições ambientais, essa proporção pode ser alterada.

Um bom exemplo de locais onde essa proporção se altera são nas regiões onde o fluxo de água doce é muito alto como em baías fechadas, lagunas ou estuários, ou seja, há menos sais dissolvidos na água do mar, nessas regiões!

Em baías com pouca concentração de oxigênio, ou seja, anóxicas, as regiões onde a circulação de fundo é muito pequena, pode haver alteração na combinação dos principais íons devido a oxidação bacteriana.

Em áreas com grande precipitação, tais alterações também ocorrem.

Em águas intersticiais do fundo oceânico, onde há várias interações com as partículas do sedimento, pode haver consideráveis mudanças na proporção dos maiores elementos da água do mar.

Além das alterações mencionadas acima, alterações iônicas ainda podem ocorrer em locais próximos aos orifícios e fendas submarinas devido à liberação de água quente com grande variedade de substâncias dissolvidas.

1.2        Distribuição Horizontal e Vertical

A distribuição horizontal da salinidade na água do mar varia conforme a latitude, sendo menor na região do equador devido à grande precipitação pluvial e uma evaporação relativamente menos intensa do que em regiões tropicais (Figura 2).

tabela salinidade

Figura 2 – Evaporação (E) e precipitação (P) em função da latitude

Essa variação na distribuição da salinidade entre regiões equatoriais e tropicais ocorre, pois, as regiões equatoriais do planeta são ciclônicas, ou seja, de baixa pressão atmosférica onde o ar quente se eleva produzindo nuvens e chuvas (abordarei esse assunto em breve!). Já nos trópicos, a salinidade é mais alta, pois os ventos alísios (que são ventos constantes e comuns nesta região) geram grande evaporação na superfície oceânica e, além disso, a região é anticiclônica ou seja, de alta pressão, ocasionando precipitação pluvial relativamente pequena. Nos polos, a água do mar é menos salina devido ao degelo.

Note, na figura 3, a diferença da evaporação com relação à precipitação pluvial. A curva mostrada no gráfico é similar à da distribuição horizontal da salinidade nos oceanos.

gráfico salinidade

Figura 3 – Diferença (E-P) e salinidade superficial (S) em função da latitude.

Referente à distribuição vertical, a salinidade é, normalmente, mais alta na superfície e menor em direção ao fundo em latitudes médias e baixas. Porém, o inverso ocorre em latitude altas (Figura 4).

gráfico água do mar

Figura 4 – Perfil da salinidade em função da profundidade, em latitudes polares e tropicais.

Perceba que a salinidade é mais alta na superfície (na latitude tropical, ou seja, em baixas latitudes) devido à evaporação. Já na latitude polar (altas latitudes) a salinidade superficial é mais baixa devido ao degelo. Lembre-se que a água doce por ser menos densa permanece na superfície! J

1.3        Como os sais oceânicos se originaram?

Os sais encontrados na água do mar foram originados pela crosta terrestre e pelo interior do planeta. Os cátions – que são íons com carga positiva – provém, principalmente, da decomposição de rochas ígneas, ou seja, vulcânicas.

Essas rochas são fragmentadas em pedaços menores devido à sua decomposição físico-química, liberando os íons que são carregados para o mar através dos rios.

Os ânions – o que são íons com carga negativa – estão presentes no interior do planeta e são liberados na forma de gases através de erupções vulcânicas.

Estes íons vão para a atmosfera e retornam junto com a água das chuvas. Além disso, os íons também podem ser dissolvidos diretamente na água do mar durante uma erupção vulcânica submarina.

Certos ânions (como os íons cloreto (Cl) ou enxofre (S-2)), ao serem carregados pelas águas de rios, as tornam ácidas.

Essa acidez dissolve mais facilmente as rochas do leito do rio sobre as quais eles passam, o que favorece a liberação dos cátions.

1.4        Ciclos Biogeoquímicos

Os oceanógrafos acreditam que a composição química do oceano tem sido praticamente a mesma nos últimos 1,5 bilhão de anos devido as evidências químicas e geológicas.

Assumindo que os rios – principal fonte de sais para os oceanos – fluem na mesma taxa durante os últimos l,5 bilhão de anos, a água do mar deveria ser mais salgada do que realmente é.

Atualmente, os rios carregam 0,000005% dos sais totais dos oceanos por ano, ou seja, para que a salinidade atingisse os valores encontrados hoje nos oceanos, seriam necessários “apenas”
20 milhões de anos.

Portanto, para que os oceanos preservem a mesma salinidade, deve haver um balanço entre a entrada e saída dos sais.

Perceba que os sais são removidos da água do mar de diversas maneiras.

A principal delas é por meio da formação de sedimentos, havendo numerosas reações químicas.

Maresia – gotículas de água salgada que são transportadas pelo vento –chegam à região costeira e são depositadas na forma de um filme de sais sobre o solo, rochas e vegetação.

Este transporte colabora também para a retirada de sais do oceano.

Lembre-se que os sais marinhos também são retirados dos oceanos através dos seres marinhos, os quais concentram sais e, ao serem pescados, levam consigo estes sais.

Pelo fato das contínuas remoções e entradas de elementos químicos da água do mar, é possível expormos um ciclo para cada um dos elementos.

Este ciclo foi denominado de biogeoquímico. O tempo de residência é o tempo médio que esses elementos permanecem nos oceanos, antes de serem removidos.

O período de permanência pode variar muito, desde
260 milhões de anos – para o sódio – até cerca de apenas 80 anos para o cério (tabela 2).

elementos quimicos mar

Tabela 2 – Tempo de residência dos elementos químicos da água do mar.

2          NUTRIENTES

No ambiente marinho os nutrientes são importantíssimos por serem essenciais para a vida vegetal. Lembre-se que os nutrientes também são vitais para os vegetais terrestres. Sem os nutrientes, o fitoplâncton (algas unicelulares que flutuam passivamente na água do mar) não cresce e não se reproduz, afetando TODA a teia trófica.

Durante a fotossíntese, os nutrientes são incorporados no tecido orgânico, retornando ao meio ambiente durante a excreção ou morte dos organismos.

As bactérias decompositoras são as principais responsáveis pela reposição dos nutrientes ao ambiente. Os nutrientes também entram nos oceanos através dos rios, os quais carregam estes nutrientes que são retirados do solo por onde a água passa.

Os principais nutrientes inorgânicos são os íons que contêm fósforo (P) e nitrogênio (N), como, por exemplo, os fosfatos (PO43-) e nitratos (NO3-) respectivamente.

A sílica, na forma de silicato (composto formado de silício e oxigênio (SixOy), pode ser também considerada um nutriente importante, pois as diatomáceas – grupo importante que pertence ao fitoplâncton –, utilizam o silicato para construir suas frústulas (carapaças). A concentração de nutrientes no tecido vegetal determina a proporção relativa (desses nutrientes) usada na fotossíntese.

A fotossíntese pode ser caracterizada pela seguinte equação química:

fotossíntese

Note que para cada molécula de fosfato necessária para formar carboidratos, são utilizadas 16 moléculas de nitrato.

Há um padrão característico na distribuição vertical dos principais nutrientes inorgânicos: são normalmente a) incomuns em águas superficiais e b) abundantes em grandes profundidades (figura 5).

Essa diferença na concentração de nutrientes ocorre pois nas camadas superficiais iluminadas pelo sol, o fitoplâncton consome rapidamente todo o nutriente disponível.

Porém, em profundidades onde não há luz para a realização da fotossíntese, não há consumo, e a concentração de nutrientes torna-se maior.

Além disso, nas regiões mais profundas, a concentração também é alta devido à morte e ao afundamento de animais e vegetais que habitam as camadas mais superiores da coluna d’água.

concentração de nutrientes

Figura 5 – Perfil típico da concentração de nutrientes na água do mar em função da profundidade.

A concentração de nutrientes é baixa nas regiões de oceano aberto.

Porém, nas regiões costeiras, a concentração é elevada devido ao aporte de nutrientes de origem continental.

A ressurgência é um fenômeno natural que ocorre em determinadas regiões do planeta, havendo a movimentação de águas do oceano profundo para águas superficiais.

Este movimento transporta uma grande quantidade de nutrientes à superfície, enriquecendo-a e a tornando altamente produtiva (alta produtividade primária feita devido à floração/bloom fitoplanctônico).

Nas áreas de ressurgência, a pesca é potencialmente muito rica.

A quantidade de nutrientes nas águas costeiras tem aumentado de forma terrível nas últimas décadas.

Este aumento é proveniente de dejetos de origem urbana e do uso cada vez maior de fertilizantes na lavoura, causando a eutrofização do ambiente litorâneo.

Ambientes eutrofizados geram um aumento da produção primária e tornam este ambiente nocivo para muitos organismos marinhos devido à diminuição do oxigênio dissolvido e à redução na transparência da água (o que dificulta a penetração da luz solar e, consequentemente, prejudica a fotossíntese), entre outros fatores.

3          ELEMENTOS-TRAÇO

Os elementos-traço são aqueles encontrados em concentrações muito pequenas (milhares de vezes menos abundantes do que os nutrientes), tabela 3.

tabela elementos

Tabela 3 – Elementos-traço da água do mar. Todos os valores estão em partes por bilhão.

Apesar de serem encontrados em tão baixas concentrações, os elementos-traço possuem, muitas vezes, um papel significativo na química da água.

Além disso, eles também são indispensáveis para o metabolismo de alguns invertebrados marinhos.

4          GASES DISSOLVIDOS

A salinidade leva em conta todos os sólidos dissolvidos na água do mar, excluindo a matéria orgânica.

Além disso, também não inclui os volumes dos gases que existem na solução.

Assim como os elementos químicos do planeta estão dissolvidos em águas oceânicas, os gases atmosféricos como o nitrogênio, oxigênio, argônio, gás carbônico (dióxido de carbono), neônio, hélio, hidrogênio, entre outros, também estão.

Os gases nitrogênio, oxigênio, argônio e gás carbônico não são os mais abundantes somente na atmosfera.

Eles também são abundantes no oceano, mas suas proporções variam e, é através da interface ar-água onde ocorre a principal troca de gases na água do mar.

4.1        Nitrogênio

O nitrogênio é o mais abundante dos gases dissolvidos na água do mar, podendo ser encontrado em altas concentrações (em algumas áreas oceânicas) devido à precipitação pluvial.

O nitrogênio na forma elementar (N2) não é um nutriente, porém as cianobactérias possuem a capacidade de aproveitar o nitrogênio na forma elementar para o seu metabolismo.

4.2        Oxigênio

O oxigênio possui pouca solubilidade na água do mar. À temperatura de 0°C e salinidade de 35, esse gás pode ser dissolvido em até 8 mL/L, porém, no ar, nessa mesma temperatura, esse valor atinge 210 mL/L). Em temperaturas mais elevadas, como 20°C (e mesma salinidade), a solubilidade do oxigênio é de apenas 5,4 mL/L. Portanto, saiba que o gás oxigênio pode ser considerado como fator limitante aos seres vivos em diversos ambientes marinhos.

A quantidade de oxigênio nos oceanos é consequência de dois processos: a) dissolução do oxigênio da atmosfera na água do mar e b) fotossíntese realizada pelos vegetais. Portanto, o gás oxigênio está presente em maiores concentrações nas camadas superficiais (figura 6), podendo haver supersaturação. Existe uma região denominada zona de mínimo oxigênio em certa profundidade do oceano aberto, onde a concentração do gás oxigênio é a menor na coluna d’água. Essa baixa concentração é causada por atividade biológica – respiração de animais e vegetais, e pela oxidação da matéria orgânica morta realizada por bactérias.

bactérias

Figura 6 – Perfis das concentrações de oxigênio e gás carbônico em função da profundidade.

A zona de mínimo oxigênio ocorre aos 200 metros de profundidade no oceano Pacífico.

Já no oceano Atlântico, esta zona situa-se por volta dos 300 metros enquanto que no Índico, a profundidade da zona de mínimo oxigênio atinge 800 metros.

Logo abaixo dessa zona, a quantidade de oxigênio começa a aumentar novamente até o fundo.

Águas profundas não costumam ser anóxicas devido à baixa temperatura – permitindo maior solubilidade – e devido também à existência de pouca biomassa animal – fazendo com que o consumo deste gás seja menor.

Além disso, a concentração de oxigênio em águas profundas é sempre muito alta pois as águas profundas dos oceanos provêm de regiões polares (lembre-se que quanto menor a temperatura, maior será a solubilidade deste gás na água do mar!).

Uma das principais causas da alta concentração de oxigênio nas águas polares e baixa quantidade desse gás em águas equatoriais é devido às altas temperaturas próximas ao equador.

4.3        Gás Carbônico

A solubilidade do gás carbônico (ou dióxido de carbono) na água do mar é diferente da do oxigênio: além de fazer parte do metabolismo animal e vegetal, também reage com a água. O dióxido de carbono dificilmente é considerado como fator limitante para os vegetais marinhos já que em geral é encontrado em grande quantidade.

O gás carbônico reage com a água para formar o ácido carbônico:

ácido carbônico

O ácido carbônico se desassocia originando um íon hidrogênio (hidreto) e um íon bicarbonato:

íon bicarbonato

O íon bicarbonato pode ainda se dissociar em outro íon hidrogênio e íon carbonato:

íon hidrogênio

Este sistema tende a permanecer em equilíbrio.

Portanto, se o gás carbônico é removido do meio pela fotossíntese, por exemplo, haverá a produção de mais dióxido de carbono, ou seja, as reações serão deslocadas para a produção de CO2, havendo diminuição de bicarbonato e carbonato no meio em questão.

Este sistema complexo torna a água do mar uma substância tampão, onde o pH varia muito pouco.

Note na figura 6 que a concentração do gás carbônico na coluna d’água é menor que a concentração do oxigênio, pois na superfície do mar, o consumo de gás carbônico pelos vegetais é muito alto.

Referências e leituras sugeridas:

Lalli, C.M. & Parsons, T.R. 1995. Biological Oceanography: an Introduction. Butterworth-Heinemann Ltd., Oxford.

Begon, M.; Townsend, C.R. & Harper, J.L. 2005. Ecology: from individuals to ecosystems. 4th ed. Blackwell, Oxford.

Schmiegelow, J. M. M.. O Planeta Azul

 

Observação:

Para maiores informações acessem também: https://nossomeioporinteiro.wordpress.com/

Este artigo é de responsabilidade da bióloga Maryta ([email protected]).

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