PROPIEDADES FISICAS DEL MAR

El agua constituye el 96.5 % de la masa del océano. La molécula del agua tiene particularidades únicas que son necesarios considerarlos para comprender con exactitud las propiedades de los océanos y sus procesos dinámicos. Los otros 3.5% lo constituyen partículas en suspensión y sales disueltas de casi todos los elementos conocidos en la Tierra. Sin embargo, solamente seis elementos constituyen el 99% de los sólidos disueltos en el agua del océano. Estos componentes mayores son el cloro, sodio, magnesio, sulfuro, calcio y potasio.

El agua pura se compone de dos átomos de hidrógeno y un átomo de oxigeno, una forma muy simple, aunque con propiedades notables. El factor primario responsable de estas propiedades es usualmente su estructura atómica. Los dos átomos de hidrógeno no están distribuidos simétricamente, están unidos al oxigeno en un de lado de la molécula formando un ángulo entre sí de 105º. Así, las cargas hacen que la molécula de agua sea un dipolo 1. A causa del dipolo y el consiguiente enlace de hidrógeno, los puntos de congelación y ebullición del agua es mucho más alto que otras moléculas parecidas como H 2 T e, H2Se y H2S.

Con todo, nuestra comprensión del agua aún no es completa. En la actualidad sabemos:

• El ángulo entre los dos átomos de hidrógeno es de 104,6º (-105º)
• El Hidrógeno y el Oxigeno tiene enlace covalente, compartiendo electrones en las capas exteriores de los átomos. (Otros enlaces tienen enlace iónico, algunos átomos pierden electrones y otros ganan electrones como el de Cloruro de Sodio, NaCI.).
• La carga negativa se concentra alrededor del núcleo del oxigeno, la carga positiva alrededor del núcleo del hidrógeno. Esto es, una molécula dipolo.
• La polaridad del agua hace que se comporte como un ion.
• El enlace de hidrógeno entre las moléculas de agua pueden ser muy fuertes. La fuerza electrostática entre la carga positiva y negativa es grande. Las moléculas del agua tienden a interactuar fuertemente el uno al otro así como también con otros iones.
• Debido al enlace de hidrógeno, el agua líquida es una mezcla de moléculas de agua individuales y grupos de enlaces de moléculas de agua.
• Cuando en algunos compuestos iónicos disueltos en el agua, el ion cargado es rodeado por moléculas de agua dipolos, se conoce como hidratación.

Algunas propiedades inusuales del agua son debido a las propiedades de dipolo. Se presenta una comparación de compuestos químicamente similares:

Si comparamos estos valores a los de algunos compuestos parecidos al agua, veremos que los puntos de congelación y ebullición del agua son singularmente altos.

Debido a su naturaleza polar, las moléculas de agua forman enlaces entre si, a nivel de los hidrógenos. Si consideramos el cloruro de sodio, un compuesto que contiene enlaces iónicos, al colocar esa sustancia en el agua se reduce la atracción electrostática entre los iones de cloruro y sodio en unas 80 veces. A más y más iones de sodio y cloro liberados, debido al debilitamiento de la atracción electrostática que los mantiene juntos, estos llegan a estar rodeada por laS moléculas polares de agua, es decir, están hidratas.

1.3.1. Puntos de Congelación y ebullición del Agua

El agua tiene: Puntos de congelación - 0ºC, punto de ebullición - 100ºC.

1.3.2. Capacidad de Calor

Otro resultado directo del enlace de hidrógeno es la alta capacidad de calor del agua. Una caloría es la cantidad de calor requerida para elevar la temperatura de 1 g de agua en 1ºC. La capacidad de calor del agua es grande comparada al de la mayoría de otras sustancias.

1.3.3. Calor Latente de Licuefacción y Vaporización

La inusualmente alta capacidad de calor del agua está estrechamente relacionada con su alto calor latente de licuefacción y calor latente de vaporización. La conversión de sólido a líquido se realiza a una temperatura llamada punto de congelación y un líquido cambia a gas a una temperatura definida como un punto de ebullición.

En la temperatura donde ocurre el cambio de estado de cualquier sustancia no hay aumento de temperatura aún se esté agregando continuamente calor. Esta calor es usado totalmente para romper todos los enlaces necesarios hasta completar el cambio de estado. La cantidad de dicho calor necesario para realizar este cambio de estado (de sólido a líquido) a 1 g. de una sustancia en el punto de licuefacción es el calor latente de licuefacción. El calor aplicado para efectuar un cambio de estado al punto de ebullición es el calor latente de vaporización.

El calor latente de licuefacción para convertir 1g. de hielo a 1g. de agua es de 80 Cal, y es más alto para el agua que para cualquier otra sustancia. El calor latente de vaporización necesaria para convertir agua a vapor es de 540 Cal.

Después del mercurio, el agua tiene la tensión superficial más alta de todos los líquidos. La tensión superficial es una manifestación de la presencia del enlace de hidrógeno. Las moléculas de agua que están en la superficie son atraídas fuertemente por las moléculas de agua que están debajo de estas, por los enlaces hidrógeno.

Si el diámetro del recipiente disminuye a un tubo muy fino, la combinación de la fuerza de cohesión que mantiene las moléculas juntas, y la de atracción adhesiva entre las moléculas de agua y el recipiente de vidrio, tirará la columna de agua a grandes alturas. Este fenómeno es conocido como capilaridad.

• La capacidad de calor más alto de todos los sólidos y líquidos excepto el NH3
• Calor latente de fusión más alto excepto al NH3.
• Calor latente de evaporación más alta de todas las sustancias.
• Expansión térmica. La temperatura de la densidad máxima disminuye con el aumento de la salinidad, para el agua pura es 4ºC.
• Tensión superficial. Más alta de todos los líquidos excepto del mercurio.
• Poder disolvente. Disminuye más sustancias y en cantidades mayores que cualquier otro líquido.
• Conducción de calor. Más alto de todos los líquidos.
• Transparencia. Absorción de energía radiante es IR y UV. Poca absorción selectiva en la porción visible.

Las propiedades físicas del agua pura indicada, básicamente están en función de la presión (p) y la temperatura (T), mientras que los del agua de mar están en función de la presión, temperatura y salinidad (S). Algunas propiedades como la compresibilidad, expansión térmica e índice de refracción, son alteradas sólo ligeramente por la presencia de sales disueltas, mientras que otras, como el punto de congelación, temperatura de la máxima densidad son dependientes de la salinidad. Además, la presencia de sales agrega algunas propiedades como la presión osmótica.

Otro aspecto importante ha considerar, tanto en agua dulce como en agua de mar, es la presencia de partículas en suspensión y el estado de movimiento, que modifican significativamente algunos procesos importantes. La absorción de luz en lagos o en el mar es muy diferente de la absorción de luz en agua destilada y en agua de mar pura, ya que en la naturaleza siempre contienen materia de suspensión, aumentando así la dispersión de luz y por tanto aumenta la absorción en las capas de igual espesor. De igual forma, el movimiento del agua altera completamente la conducción de calor, difusión química y transferencia de momento de una capa a otra, debiéndose reemplazar el coeficiente determinado en condiciones de laboratorio por el coeficiente de turbulencia que depende de la presencia de turbulencias.

Resumiendo, algunas propiedades físicas del agua de mar depende sólo de tres variables, temperatura salinidad y presión, y que puede determinarse con gran exactitud. Mientras que otras dependen de variables como la cantidad de materia en suspensión o de las características del movimiento y que no puede determinarse con exactitud.

En oceanografía, la temperatura se mide en grados Celsius. La exactitud de las mediciones es de =0,02ºC. La salinidad es dado en gramos por kilogramos de agua de mar, es decir, parte por mil y su símbolo es %o. La presión se mide en atmósfera o en unidades de sistema c.g.s.

Una atmósfera se define como la presión que ejerce una columna de mercurio de 760 mm. de alto por centímetro cuadrado (cm²) a una temperatura de 0º C, donde la aceleración de la gravedad es 980,65 cm.s^-2. La unidad c.g.s. de presión es dina.cm^-2 y 1 atm. = 1,0133 x 10º dinas cm^-2. Un millón de dinas.cm^-2 es igual a 1 bar. La unidad empleada en oceanografía por ser práctico es 1 decibar que equivale a 0.1 bar.

La presión ejercida por cm² en un 1 m. de agua de mar es muy cercano a 1 decibar, es decir, la presión hidrostática en el mar aumenta en un decibar por más o menos cada metro de profundidad. Por tanto, la profundidad en metros y la presión en decibares tienen aproximadamente el mismo valor. Esta regla es suficientemente exacta para determinar el efecto de la presión sobre las propiedades físicas del agua, pero para detalles de la distribución de la presión debe calcularse a partir de la distribución de la densidad.

En los océanos, la temperatura varia de –2ºC +30ºC. El límite inferior es determinado por la formación del hielo y el límite superior por los procesos de radiación e intercambio de calor con la atmósfera. (En áreas cercanas a tierra la temperatura puede ser mayor pero en el océano abierto raramente excede los 30ºC).

La salinidad en los océanos varia generalmente entre 33%o a 37%o. La salinidad es superior en latitudes medias mientras que en regiones de intensa lluvia o donde hay dilución por ríos puede disminuir considerablemente. En mares aislados de latitudes medias, como el Mar Rojo, donde ocurre una alta evaporación, la salinidad puede llegar a 40%o o más. Como los rangos son pequeños algunas veces es conveniente usar como promedio para todos los océanos la salinidad de 35%o. Alrededor del 90% del volumen del océano mundial tiene en un rango mucho más pequeña de -2 a 10ºC y 34%o a 35%o en salinidad.

En relación con la presión en el océano, la presión atmosférica es siempre ignorado, por tanto, la presión en la superficie del mar se toma como cero. La presión es esencialmente una función de la profundidad y el valor numérico en decibares es muy semejante a la profundidad en metros. El rango en presión será de cero en la superficie hasta más de 10,000 decibares en la parte más profunda del océano.

Debido a las peculiaridades de la distribución de la temperatura y la salinidad en el océano, existe cierta relación entre estas condiciones y la presión. La temperatura en el fondo marino siempre es bajo, variando entre 4º y - 1ºC, de tal forma que altas presiones son asociadas con temperatura bajas. De igual forma, la salinidad de aguas profundas varia dentro de los límites de 34%o a 35%o y en altas presiones son por tanto asociadas con salinidades entre estos límites.

2.1.1Tiempo de Residencia

El tiempo de residencia, o la longitud promedio de tiempo de un átomo que estará en el océano, puede ser calculado por la siguiente ecuación:

Tiempo de Residencia = (Cantidad de elemento en los océanos)/(Tasa de adición o remoción en los océanos)

La salinidad (S) del agua de mar es esencialmente una medida de las sales disueltas en un kilogramo de agua de mar. Un valor promedio para los océanos es de 35 gramos por kilogramo. No es práctico medir esta cantidad directamente. Una de las generalizaciones más importantes en oceanografía es la llamada Ley de Constancia de Composición. Esta ley establece que para los constituyentes principales del agua, las proporciones son virtualmente constantes sin considerar la concentración absoluta del total de sólidos. Esta relación es importante porque de esta forma nos permite encontrar la salinidad sólo con determinar la concentración de unos de ellos. Como el cloruro constituye cerca de 55% de la salinidad y es fácil de determinar con exactitud, se le toma como base para medir esta propiedad. El peso de este ion en una muestra determinado de agua se llama Clorinidad (CL) y se expresa comúnmente en términos de gramos por kilogramo de agua del océano o partes por mil.

Desde hace mucho se determinó midiendo el contenido de haluros (principalmente cloruro) titulando con nitrato de plata y usando una relación lineal (S=1,80655 x CL) entre las sales disueltas totales y los haluros. Por tal motivo, la salinidad se define como la cantidad total de material sólido en gramos, contenido en un kilogramo de agua de mar cuando todo el carbonato ha sido convertido en óxido, el bromo y yodo reemplazados por el cloro y toda la materia orgánica completamente oxidada.

Se ha demostrado la existencia de una relación entre la salinidad y la conductividad eléctrica del agua de mar y, como esta propiedad puede medirse fácilmente se usa para estimar la salinidad. Se ha adoptado una "Escala Práctica de Salinidad, 1978" (PSS 78) (UNESCO, 1979, 1981) basado en medidas de conductividad. Note que una salinidad de 35,00 gramos por kilogramo, escrito como 35,00%o, se escribe simplemente como 35,00.

Las sales disueltas, antes de desarrollar nuevas propiedades, actúan en mayor grado alterando las propiedades físicas de las aguas puras. Por ejemplo, ejercen cambios pequeños en la compresibilidad, expansión térmica, refractividad y cambios más grandes en el punto congelamiento, densidad, temperatura de densidad máxima y conductividad eléctrica. Debido a que el agua tiene valores extremos para muchas propiedades físicas, como el calor específico, por tanto, las corrientes oceánicas llevan mucha energía térmica, el calor latente de fusión alto hace que en regiones polares la temperatura se mantenga cerca del punto de licuefacción, el calor latente de evaporación alto es importante en la transferencia de calor del mar al aire, etc.

La densidad se define como la masa por unidad de volumen. En el sistema c.g.s. la densidad se expresa en gr.cm³. La gravedad específica es definida como la relación de la densidad con la del agua destilada a 4ºC. En oceanografía, generalmente se usa el término densidad, r , aunque estrictamente hablando, siempre es considerada la gravedad específica.

La densidad del agua de mar depende de tres variables: Temperatura, Salinidad y Presión. La densidad (r ) disminuye con el aumento de la temperatura y aumenta con el aumento de la presión y la salinidad. Esto se indica designando la densidad como r s,t,p, pero cuando se refiere a los valores numéricos se emplea el término s s,t,p que se define de la siguiente manera :

Un caso más particularizado es sigma-t (s t = (r - 1000) kg.m^-3 para temperaturas de -2 a 30ºC y salinidades de 20%o a 40%o que cubren las gamas encontradas en los océanos abiertos. Estos rangos corresponden principalmente a las aguas subsuperficiales, el resto del rango representa volúmenes limitados de aguas de aguas superficiales (En la vecindad de ríos o la licuefacción del hielo, se puede encontrar valores de salinidad inferior a 20). La relación entre la densidad y los parámetros de salinidad y temperatura no es lineal, más en la temperatura que en la salinidad, y la densidad es menos sensible a los cambios de temperatura a baja temperatura que a altas temperaturas. Note que el agua pura tiene una densidad máxima cerca de 4ºC a la presión atmosférica pero con el aumento de salinidad esta temperatura disminuye a unos -1,4ºC a salinidad 25%o (donde el punto de congelamiento tiene el mismo valor). Una regla útil es que la densidad aumenta en aproximadamente 1 parte en 1000 (es decir por 1 kg*m3) para un cambio de temperatura de -5ºC, para un cambio de salinidad de +1 o para un cambio de presión de +2000 kPa (kilopascales) = +200 dbar (equivalente a un aumento de profundidad de unos 200m.).

La densidad del agua de mar a la temperatura y presión en que la muestra es colectada r s,t,p. es denominada densidad "in situ", y es expresado como r s,t,p. A presión atmosférica y temperatura 1ºC, el término se escribe s t y a 0º se escribe s o.

Para muchos cálculos, los físicos oceanógrafos necesitan saber la distribución de densidad en el mar horizontal y verticalmente pero en la actualidad no hay método disponible para medirlos con precisión "in situ". Puede medirse directamente en laboratorio pero los métodos estándares son lentos. En la práctica, la temperatura, salinidad y la presión se mide in situ y la densidad se deduce de tablas o expresiones polinomiales que han sido preparados de determinaciones en laboratorio de esta propiedad.

In situ la temperatura (T) se mide con termómetro de mercurio especialmente diseñado (termómetro reversible) que registra la temperatura al momento que se toma una muestra de agua de mar a una profundidad. También se puede medir con un termómetro de resistencia eléctrica.

Debido a que el agua de mar es ligeramente comprensible, una muestra extraída de la profundidad a la superficie se expandirá y por lo tanto tenderá a enfriar. La temperatura de una muestra llevada adiabáticamente a la superficie (es decir, sin contacto térmico con el agua que lo rodea) será mas fría que in situ. La temperatura que tendría en la superficie en estas circunstancias se llama la temperatura potencial, este valor se usa cuando se compara muestras de agua a profundidades significativamente diferentes o cuando se consideran movimientos verticales sobre rangos de profundidades considerables (para eliminar el efecto de compresibilidad).

En el laboratorio, la salinidad se determina midiendo la temperatura y la conductividad eléctrica [porque a presión constante la conductividad está en función de S y T, es decir f(S.T)]. En el mar, la presión se determina a partir de la profundidad de muestreo y la densidad de la columna de agua. Alternativamente, usando censores de conductividad, presión y temperatura montados juntos en una unidad, como el CTD, que es bajado a la profundidad de interés registra los datos internamente o los transmite con señales eléctricas a instrumentos en cubierta donde se obtiene un registro continuo de temperatura y conductividad (o salinidad) contra la profundidad. Las relaciones entre la salinidad, conductividad, temperatura y la presión se ha predeterminado en años recientes.

En temas de oceanografía física a veces se usa el término densidad (r ), algunas veces densidad relativa (d), algunas veces volumen específico (a = 1/r ) y a veces una cantidad llamada "sigma-t".

Se debe notar que la cantidad que obtenida de las expresiones polinomiales o las tablas usando valores de temperatura, salinidad y presión es, estrictamente hablando, la densidad relativa porque se basan en comparaciones de agua de mar pura, no las medidas absolutas de densidad que son mucho más difíciles medir. La densidad relativa puede darse con una exactitud de unos 3 en 10⁶ pero la densidad apropiada es únicamente a 10 en 10⁶. Afortunadamente en la mayoría de los casos son las diferencias de densidad las que son importantes. Para el agua de mar se empleará el término r como "densidad", con dimensiones físicas (ML3).

Cabe indicar que cuando se específica las condiciones para una muestra de agua la cantidad p (presión del mar) se refiere a la presión hidrostática, es decir, la presión debido sólo a la columna de agua por encima del punto en el mar. Así, si p = 0 quiere decir que el muestreo se realiza a presión atmosférica.

Sigma-t, definido como s t = (r (s,t,o) - 1000) kg.m3, se introdujo para abreviar. La densidad del agua de mar a la presión atmosférica varia de unos 1000 kg.m3 (1,000 g.cm3) para agua casi dulce hasta unos 1028 kg.m3 para las aguas oceánicas más densas. Como la variación está totalmente en los dos últimos dígitos (cuatro si la densidad es expresado en el segundo lugar decimal) es conveniente solo para propósito descriptivo usar sólo estas dos (o cuatro) dígitos, por ejemplo, para el agua de mar de T=10,00ºC, S=35,00 y p=0, r =1026,95 kg.m^-3 y s t=26,95. (Aunque s t tiene unidades de kg.m^-3 es usual omitirlos)

También debería notarse que s t, es un caso especial de una cantidad más general in situ

Para orientación y comparación, se dan algunos valores de densidad del agua dulce y del agua de mar. Para el océano abierto, las temperaturas oscilan de -2ºC a +30ºC, salinidad desde 30 a 38 y la presión desde 0 a unos 10⁵ kPa (=10⁴dbar) correspondiendo a la profundidad máxima de océano de unos 10,000m. Cerca de ríos o licuefacción de hielo, la salinidad puede caer a 0 en la capa superficial, mientras valores de 42 o más ocurren en el Mar Rojo. En la Tabla 1 se dan algunos valores de densidad. La densidad de agua dulce a la presión atmosférica estándar (es decir cero de presión hidrostática) tiene su valor máximo de 999,95 kg.m^-3 a 3,98ºC. Los valores en paréntesis corresponden a condiciones que no ocurren en lagos u océanos.

El volumen específico (a ) es el recíproco de la densidad (a = 1/r ) y tiene las unidades de m³kg^-1. En oceanografía se usan otras dos densidades de cantidades relacionados, anomalías de volumen específico (d ) y anomalía termostérica [A_s,t]que será definido en la siguiente sección.

TABLA 1. Valores de densidad in situ para agua dulce y agua de mar (Ecuaciones de Estado Internacional 1980).

Para un fluido de un componente, la densidad r = r (T,p) donde T es la temperatura absoluta (termodinámica) y el volumen específico a = a (T,p), es decir, están en función sólo de la temperatura y presión. Para un gas perfecto, la relación (la "ecuación de estado") tiene la forma simple =RT/p donde R es la Constante de los Gases. Para agua dulce, la relación es más complicada, para el agua de mar, que es un fluído multicomponenete, las sales disueltas le agregan complicación adicional y a = a (s,T,p). (La situación es similar a la atmósfera donde el valor de agua juega un papel analógico a la salinidad en el agua de mar y cambia la ecuación de estado, relativamente simple para el aire seco, a una forma más complicada para el aire húmedo). Para la agua de mar, es usual usar la temperatura Celsius T, más bien que la temperatura absoluta T, y la relación a = a (s,t,p) puede representarse como tablas con los valores observados de S,T y p o como un polinomio en estos parámetros.

Desde las primera medidas de la variación de densidad con la temperatura, salinidad y presión (Knudsen, 1901, para la variación con T y S a p=0, y Ekman, 1908, para el efecto de la presión) se encontró que la manera más conveniente para expresar los resultados fue en términos del volumen específico, como sigue:

En estas expresiones, a (s,t,p) es el volumen específico de una muestra de agua de salinidad S, temperatura T y presión del mar p. Entonces a (35,0,p) es el volumen específico de un agua de mar estándar arbitraria de S = 35, T = 0ºC y presión p la profundidad de la muestra. Este término expresa la mayoría de los efectos de la presión sobre el volumen específico. El término, d , anomalía del volumen específico, representa la suma de los seis términos de anomalía en la ecuación (1). La cantidad As,t = d s + d t + d s,t explica la mayoría de los efectos de salinidad y temperatura, sin considerar la presión y es llamado anomalía. Los términos d s,p + d t.p explica respectivamente la mayoría de los efectos combinados de salinidad y presión y de temperatura y presión. El último término de anomalía d s,t,p es tan pequeño que siempre es despreciado con la exactitud actual de determinación de los parámetros S, T y p. En aguas de profundidad de menos de unos 1000 m, la anomalía termostérica, As,t es el componente mayor de d y los términos de presión d s,p + d t.p con frecuencia puede ser desestimado. En años recientes As,t ha reemplazado en cierto grado a s t como parámetro para describir las características de la densidad en la capa superior del océano porque puede usarse más directamente que s t, en cálculos de dinámica de primero orden.

ECUACION

Recientemente la ecuación de estado para el agua de mar se ha predeterminado y se ha aceptado una Ecuación de Estado Internacional, 1980 (IES 80) para usarlo el 1 Enero 1982. Está en forma de un polinomio en S, T y p, y es necesario usar Salinidad Práctica (PPS 78) para hacer uso de la precisión mejorada de IS 80 sobre los tablas anteriores (Knudsen-Ekman). Se necesitaron las referencias a las fuentes de las tablas de a (35,0.p) y los términos de anomalia de volumen específico (d ) para usarlos en los métodos más antiguos de determinación de a (s,t,p).

2.7.1. Expansión térmica

El coeficiente de expansión térmica, es definido por:

ECUACION

es obtenido a presión atmosférica, a partir de los términos para D en las tablas Hidrográficas de Knudsen. El coeficiente para el agua de mar es mayor que para el agua pura y aumenta con el incremento de la presión. Algunos valores se dan en la tabla adjunta, los valores negativos índica contracción con el aumento de la temperatura.

2.7.2. Conductividad térmica.

En el agua la temperatura varía con el espacio. El calor es conducido de regiones de alta temperatura a regiones de menores temperatura. La cantidad de calor en calorías gramos por segundo que pasa por una superficie de un área de 1 cm² es proporcional al cambio de temperatura por centímetro a lo largo de una línea normal a la superficie. El coeficiente de proporcionalidad g , es llamado "Coeficiente de conductividad térmica" (dQ/dt = -g dt/dn). Para agua pura a 15ºC el coeficiente es igual a 1,39 x 10^-3. El coeficiente es algo más pequeño para el agua de mar y aumenta con el aumento de la temperatura y la presión. Este coeficiente es válido, sin embargo, solo si el agua está en reposo o en movimiento laminar, pero en los océanos el agua está casi siempre en un estado de movimiento turbulento en el cual los procesos de transferencia de calor son alterado completamente. En estas circunstancias el coeficiente de la conductividad de calor debe ser reemplazado por un coeficiente de "tubulencia" que es varias veces mayor y depende principalmente del estado de movimiento que de los efectos de la temperatura y presión.

2.7.3. Calor específico.

El calor específico es el número de calorías requerido para aumentar la temperatura de 1 gramo de una sustancia en 1ºC. Cuando se estudió los líquidos, el calor específico a presión constante, Cp, es una propiedad usualmente medible, aunque en ciertos problemas se debe conocer el calor específico a volumen constante, Cv.

Una ecuación empírica para el calor específico a 0ºC y a presión atmosférica:

ECUACION

Se observa que el calor específico disminuye con el aumento de la salinidad, aunque el efecto es algo mayor de lo que podría esperarse de la composición de la solución. El efecto de la temperatura en el calor específico no lo altera significativamente. El efecto de la presión sobre el calor específico ha sido calculado de la siguiente manera:

ECUACION

donde p es la presión en decibares, T es la temperatura absoluta, r la densidad, f la equivalencia mecánica del calor y e el coeficiente de expansión térmica. El efecto combinado de la temperatura y presión es mostrado en la tabla adjunta, donde Cp,0 es el calor específico a presión atmosférica del agua de salinidad 34,85%o. El calor específico a volumen constante, que es algo menos que Cp puede ser calculado de la siguiente ecuación:

ECUACION

Donde K es la compresibilidad verdadera. La proporción de Cp:Cv para el agua de 34,85%o a presión atmosférica aumenta de 1,0004 a 0ºC. El efecto de la presión es apreciable, para la misma agua a 0ºC, la proporción es 1,0009 a 1000 decibares y 1,0126 a 10,000 decibares. Esta proporción es importante en el estudio de la velocidad del sonido.

2.7.4. Calor latente de evaporación.

El calor latente de evaporación del agua pura se define como la cantidad de calor en calorías gramos necesarios para evaporar 1 g de vapor de agua, o como la cantidad de calor necesario para producir 1 g de vapor de agua a la misma temperatura de agua. Solo la última definición es aplicable al agua de mar. El calor latente de evaporación del agua de mar no difiere mucho del agua pura, por tanto, entre las temperaturas de 0º y 30ºC se puede usar la fórmula:

L = 596 – 0.52t

2.7.5. Cambios de temperatura adiabático.

Cuando un fluido es comprimido sin ganancia o perdida de calor, se realiza trabajo en el sistema originando una elevación en la temperatura. Si ocurre una expansión, el líquido mismo da más energía, lo que es reflejado por una caída de temperatura. Este cambio de temperatura adiabático es ampliamente conocido y es importante en la atmósfera. El agua de mar es compresible y los efectos del proceso adiabático aunque pequeños, se deben tomar en cuenta al estudiar la distribución vertical de temperatura en las grandes profundidades de los océanos y cualquier efecto adiabático está relacionado a los cambios en la presión. Pero en el mar la presión puede ser considerada proporcional a la profundidad, y los cambios de temperatura adiabática se da como cambios por unidad de profundidad en lugar de por unidad de presión. De acuerdo a Lord Kelvin el cambio en temperatura por cada centímetro de desplazamiento es:

ECUACION