5 AULAS 10 e 11 Oceanografia quimica natureza e composicao da agua do mar

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PROFESSORA: 
Oc. MSc. Taiana Guimarães Araujo 
taianagaraujo@gmail.com 
Conteúdo proposto 
 OCEANOGRAFIA QUÍMICA: 
 Natureza da água: molécula da água e propriedades físico-químicas; 
 Composição química da água do mar; 
 Salinidade e clorinidade; 
 Gases dissolvidos; 
 Nutrientes; 
 Elementos-traço; 
 pH da água do mar e sistema tampão dos oceanos; 
 Sistema redox dos oceanos; 
 Distribuição vertical e horizontal da temperatura, densidade, pressão, 
propagação do som e luz; 
 Técnicas de estudo e equipamentos da Oceanografia Química. 
 
 
 
 Substância mais abundante no planeta Terra, apesar de ser 
relativamente rara dentro do Sistema Solar; 
 
 Única substância encontrada, naturalmente, nos 3 estados físicos da 
matéria no nosso planeta; 
 
Natureza da água 
 Está envolvida em diversos processos 
físicos e químicos modeladores da 
superfície e do surgimento e manutenção 
da vida; 
 
 Possui propriedades físico-químicas 
peculiares  constituinte fundamental da 
matéria viva e do meio que a condiciona 
 
 O motivo para a água apresentar propriedades tão especiais está: 
 nas ligações existentes entre os átomos da molécula  ligação covalente entre 
átomos de eletronegatividades diferentes  distribuição desigual da densidade 
de elétrons  molécula “polar” com um extremo mais + e o outro mais -; 
 na geometria molecular da água, do tipo angular com um ângulo de cerca de 
105° entre os átomos de H; 
 e também na ligação entre as moléculas  moléculas unidas por fortes ligações 
químicas: “pontes de H”; 
 
 Solvente universal  
dissolve uma grande 
variedade de compostos; 
 
Pontes 
de H 
Molécula da água 
Propriedades físico-químicas da água 
FONTE: SCHMIEGELOW,2004 (Pág. 59). 
Propriedades físico-químicas da água 
Mas antes de discutirmos as principais propriedades físico-químicas da 
água, pergunto a vocês: 
 
CALOR E TEMPERATURA SÃO A MESMA COISA? 
 
  Calor é a energia produzida pela vibração aleatória de átomos e 
moléculas, é a medida de quantos átomos/moléculas estão vibrando e quão 
rápido é esse movimento; 
 Temperatura é um registro instantâneo de quão rapidamente as 
moléculas estão vibrando (num dado momento). É a resposta à entrada ou 
saída de calor; 
 
Propriedades físico-químicas da água 
CALOR ESPECÍFICO (caloria/grama = cal/g) 
 A água possui o mais alto calor específico entre os sólidos e líquidos 
comuns  grande capacidade térmica da água; 
 O calor específico é a quantidade de calor (ou energia) necessária para 
elevar em 1° C a temperatura de 1g de matéria  a água pode assim ser 
caracterizada por grande “inércia termal”, uma vez que resiste muito a 
alteração de temperatura (devido ao seu alto calor específico); 
 
  Uma importante consequência dessa propriedade para a Oceanografia e 
para a vida no planeta está no fato de a água transportar grande 
quantidade de calor em suas correntes, das regiões equatoriais quentes às 
frias as altas latitudes, sendo fundamental na regulação climática. 
FONTE: GARRISON,2010 (Pág. 114). 
Propriedades físico-químicas da água 
Propriedades físico-químicas da água 
CALOR LATENTE 
 A água possui ainda o mais alto calor latente de vaporização e de fusão 
entre os sólidos e líquidos comuns; 
 O calor latente é a quantidade de energia perdida ou adquirida nas 
mudanças de estado físico  ganha-se calor ou retira-se calor do meio no 
processo de vaporização/evaporação e perde-se calor ou cede-se calor para 
o meio no processo de fusão/condensação; 
 
  Essa propriedade é portanto fundamental para o equilíbrio térmico do 
planeta, visto que, em regiões quentes (ex: tropicais e equatoriais), ao 
evapora-se a água retira grande quantidade de calor do ambiente e o 
transporta na forma de vapor para as regiões frias. Nessas regiões, o vapor 
d’água se condensará, liberando portanto calor para o ambiente. 
Propriedades físico-químicas da água 
DENSIDADE 
 A água apresenta uma relação peculiar entre densidade e temperatura. 
Enquanto os demais elementos tornam-se mais densos quando solidificados, 
ou seja, o estado sólido é mais pesado do que o líquido, a água se expande; 
 
 Na água doce o ponto de máxima densidade é exatamente 3,98°C, acima do seu 
ponto de congelamento (0°C). Já no caso da água salgada (com salinidade 
acima de 25), a máxima densidade ocorrerá numa temperatura inferior à sua 
T°C de congelamento (-1,9° para uma salinidade de 35) em função da presença 
de sais dissolvidos, assim a densidade da água do mar aumentará até o seu 
congelamento; 
 
  Importante consequência dessa condição diferencial da densidade da água 
do mar é a indução e manutenção da circulação vertical das águas, importante 
processo na manutenção da vida marinha. 
DENSIDADE 
 Única substância comum que se expande no estado sólido  4° C é a 
temperatura de máxima densidade da água doce, abaixo disso os cristais de gelo 
começam a se formar (formação de estruturas hexagonais) e ocorre o aumento 
do volume e consequente diminuição da densidade. 
 
Propriedades físico-químicas da água 
• NOTA: O chamado “ponto de congelamento” da água do mar é o ponto inicial de 
congelamento (i.e., temperatura na qual começam a se formar o primeiros cristais de gelo); 
• Assim que algum gelo se forma a concentração de material dissolvido na salmoura 
remanescente é incrementada ; 
• Portanto, a formação de mais gelo só ocorre com temperaturas ainda mais baixas. 
Propriedades 
físico-
químicas da 
água do mar 
Conteúdo proposto 
 OCEANOGRAFIA QUÍMICA: 
 Natureza da água: molécula da água e propriedades físico-químicas; 
 Composição química da água do mar; 
 Salinidade e clorinidade; 
 Gases dissolvidos; 
 Nutrientes; 
 Elementos-traço; 
 pH da água do mar e sistema tampão dos oceanos; 
 Sistema redox dos oceanos; 
 Distribuição vertical e horizontal da temperatura, densidade, pressão, 
propagação do som e luz; 
 Técnicas de estudo e equipamentos da Oceanografia Química. 
 
 
 
 Conforme já vimos, considera-se que a maior parte da água da superfície 
terrestre escapou da crosta e do manto por meio do processo de 
desgaseificação. 
 
 Esse processo, juntamente com a grande capacidade da água em dissolver 
materiais da crosta foram adicionando diversas substâncias (sais e outros 
sólidos e gases) ao oceano desde os seus primórdios; 
 
 Hoje, a água do mar é uma mistura de 96,5% de moléculas de água pura e 
cerca de 3,5% de outros materiais, tais como sais, gases dissolvidos, 
substâncias orgânicas e partículas não solúveis. 
 
Composição da água do mar 
 Os elementos dissolvidos na água do mar, podem ser divididos em 
quatro classes: 
 Elementos conservativos e constituintes maiores: que ocorrem em altas 
concentrações (maiores que um mg/L); 
 Nutrientes: essenciais para o crescimento dos vegetais marinhos; 
 Elementos-traço: que ocorrem em [ ]s muito pequenas; 
 Gases dissolvidos. 
 
 Embora os elementos conservativos sejam muito mais abundantes do que 
as demais substâncias dissolvidas, não significa que as outras três 
categorias sejam menos importantes  a vida, como é conhecida, jamais 
poderia ter se desenvolvido/sobrevivido não fossem os gases dissolvidos, os 
nutrientes e elementos-traço presentes nos oceanos. 
Composição da água do mar 
 Vimos que a água é uma solução pois apresenta diversos elementos 
dissolvidos; 
 Podemos então dividir essa solução em duas grandes partes: o solvente 
(água) e o soluto (constituído por todos os elementos dissolvidos); 
 
 Em geral, quando um soluto se dissolve/solubiliza emágua, ocorre ou a 
dissociação iônica ou a ionização de sua molécula, formando-se, dando 
portanto origem aos íons dissolvidos; 
 
 É exatamente por isso que boa parte dos elementos presentes em meio 
aquoso estão em sua forma iônica (eletricamente carregadas) e não 
atômica (neutra). 
Composição da água do mar 
Composição da água do mar 
• Água = H2O(96,5%) 
 
• Sais dissolvidos (35‰ or 3,5%) 
Cl- (cloreto) 56% 
Na+ (sódio) 28% 
SO4
- (sulfato) 8% 
Mg2+ (magnésio) 4% 
Ca2+ (cálcio) 1,5% 
K+ (potássio) 1% 
HCO3
- (bicarbonato) 0,5% 
Todos os outros íons 1% 
 
• Gases dissolvidos 
N2, O2, CO2, He, Ar 
Constituintes da água do mar 
Constituintes da água do mar 
1) Compostos Dissolvidos: 
• Compostos Inorgânicos Dissolvidos: NaCl (maiores), nutrientes, elementos 
traço 
• Matéria Orgânica Dissolvida (MOD): açúcares, proteínas, aminoácidos, 
ácidos nucleicos 
 
2) Material particulado em suspensão (sólidos em suspensão): 
• Constituintes inorgânicos 
 partículas biogênicas (carapaças e conchas)  de origem biológica; 
 produtos fragmentados de rochas  intemperismo. 
• Constituintes orgânicos 
 vivos – plâncton (fito e zoo), bactéria, organismos maiores 
 morto - material detrítico 
Constituintes da água do mar 
DISSOLVIDO X PARTICULADO: 
 Dissolvido é todo material que está incorporado às moléculas da água, 
fazendo parte da solução  não sedimenta 
 A densidade do material particulado é maior do que a densidades da 
água do mar  sedimentação. 
 Fontes de material particulado para os oceanos: 
 Rios (alóctones) 
 Poeiras transportadas pelos ventos (alóctones) 
 Partículas produzidas biologicamente (autóctones ) 
 
Constituintes da água do mar 
CLASSIFICAÇÃO DOS CONSTITUINTES DISSOLVIDOS: 
 Constituintes Maiores: ocorrem em concentrações maiores que 1 parte 
por milhão (1 x 10-6) por peso (ppm) 
 Constituintes Menores e Traços: restante dos elementos da água do 
mar. Os elementos traços são aqueles com concentrações de 
aproximadamente 1 ppb por peso ou menos. 
Constituintes da água do mar 
Propriedades Conservativas da Água do Mar 
• são aquelas propriedades que permanecem constantes só são 
alteradas na superfície do mar, região costeira e regiões com 
características específicas (Ex: mares encerrados e fontes 
hidrotermais): temperatura, salinidade, gases inertes... 
• propriedades que não são alteradas por processos/reações 
biológicas ou geoquímicas. 
• importantes na identificação, traçamento e mistura de massas de 
água. 
Propriedades conservativas X não conservativas 
 
 
 
 
-0.05
0.15
0.35
0.55
Atlantic Pacific Indian
Na/Cl
K/Cl
Mg/Cl
Ca/Cl
Razão entre principais cátions e o cloreto 
 
 
 
 
0
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
0.6
Na/Cl K/Cl Mg/Cl Ca/Cl
Surface
Deep
Razão entre principais cátions e o cloreto 
Propriedades Não-conservativas da Água do Mar 
• são aquelas propriedades que podem ser alteradas em qualquer 
parte da coluna d’água; 
• propriedades que podem ser alteradas por processos/reações 
biológicas e geoquímicas. 
Propriedades conservativas X não conservativas 
• CONSERVATIVOS 
• Não-reativos; 
• Assim, permanecem no oceano por muitos e muitos anos (longo 
tempo de residência); 
• Exemplos: Na, K, S, Cl, Br, Sr, B (os elementos maiores da água do 
mar costumam ser conservativos) 
 
• NÃO CONSERVATIVOS 
• Reativos biologicamente e/ou quimicamente 
• Exemplos: C, P, Fe, N 
Elementos conservativos X não conservativos 
• Mares Encerrados 
• Exemplos: Mar Negro, Mar Báltico, Chesapeake Bay 
 
• Estuários 
• A drenagem continental pode ter um grande efeito para estes íons 
• As razões destes elementos são muito maiores na água do rio do que 
na água do mar: 
 
• Bacias Anóxicas 
• Redução de Sulfato: 
SO4
2- + CH2O + 4H
+ + 4e-  HS- + HCO3
- + 2H2O
 










2
22
3
2
4
Mg
Ca
Na
Mg
Na
K
Cl
HCO
Cl
SO
Os elementos maiores podem ser não-
conservativos nas seguintes situações 
• Vulcanismo Submarino 
• Os fluídos hidrotermais têm razões elementos maiores ou menores, 
diferentes daquelas da água do mar (ex: Si mais alto; SO4
2- e Mg2+ mais 
baixos). 
 
• Congelamento 
 
• Evaporação da água do mar em bacias isoladas 
Conteúdo proposto 
 OCEANOGRAFIA QUÍMICA: 
 Natureza da água: molécula da água e propriedades físico-químicas; 
 Composição química da água do mar; 
 Salinidade e clorinidade; 
 Gases dissolvidos; 
 Nutrientes; 
 Elementos-traço; 
 pH da água do mar e sistema tampão dos oceanos; 
 Sistema redox dos oceanos; 
 Distribuição vertical e horizontal da temperatura, densidade, pressão, 
propagação do som e luz; 
 Técnicas de estudo e equipamentos da Oceanografia Química. 
 
 
 
 Como mencionado anteriormente, a água do mar contem em seu peso 
3,5% sais, mas também gases, substâncias orgânicas e material 
particulado. 
 Numa maneira ideal, a salinidade deveria se a soma de todos os sais 
dissolvidos em gramas por cada quilograma de água, mas na prática, isso é 
uma coisa difícil de medir. 
 Salinidade é difícil de medir gravimetricamente porque muitos dos sais 
são hidrófilos, e alguns se decompõe durante a secagem: 
 Desde os 1900 até os anos 1960, salinidade foi calculada a partir da clorinidade, 
determinada por titulação com íon prata; 
 A partir de 1978, tornou-se padronizado calcular a salinidade à partir da 
medição da condutividade. 
 
Salinidade 
 Variações na salinidade dependem inteiramente de: 
 Balanço entre evaporação e precipitação 
 Extensão da mistura entre águas superficiais e profundas. 
 
 A salinidade da água da superfície do mar é: 
 Alta (até 37,5) em latitudes médias devido à evaporação líquida 
 Baixa em altas latitudes (~33 nas latitudes 40°N e S) e no equador (~35) devido 
á precipitação líquida. 
 Média (~35) no equador, devido ao balanço entre evaporação e precipitação. 
Salinidade 
ferret.wrc.noaa.gov/Ferret/Documentation/images/levitus_tour_p2.gif 
Variações da salinidade da água do mar 
superficial 
 Distribuição horizontal superficial: 
 Zonal; 
 Determinada pelos efeitos da precipitação e da evaporação; 
 Máximo na região dos ventos alíseos (sub-equatorial)  E > P 
 
Variações da salinidade da água do mar 
superficial 
 Distribuição horizontal superficial: 
 Zonal; 
 Determinada pelos efeitos da precipitação e da evaporação; 
 Máximo na região dos ventos alíseos (sub-equatorial)  E > P 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 Distribuição vertical (na coluna d’água) 
 Haloclina. 
 Há tipicamente uma HALOCLINA na base da camada superficial 
de mistura até cerca de 1000 m de profundidade: 
 Na camada de mistura de altas latitudes: salinidade aumenta com a 
prof. 
 Na camada de mistura de latitudes médias e baixas: salinidade 
diminui com a prof. 
 Abaixo dos 1000 m, as salinidades estão geralmente entre 34,5 e 35 
em todas as latitudes. 
 
Salinidade 
 A presença de sais dissolvidos altera as propriedades da água: 
 O ponto de congelamento é rebaixado de 0° a –1,9°C. 
 A temperatura de densidade máxima é rebaixada para menos do que 
–1,9°C que é o ponto de congelamento da água do mar. 
 A última alteração determina a circulação termohalina porque faz 
com que a água mais fria (e mais salgada) afunde. (A temperatura e 
a salinidade determinam a densidade da água do mar.) 
Salinidade 
MAR MORTO 
 De mar só tem o nome, pois na verdade é um grandelago que fica entre 
Israel e a Jordânia. Ele é abastecido pelo Rio Jordão, mas é pequeno o 
volume de água que chega ao Mar Morto, tanto pelo rio quanto pela chuva 
(clima desértico) e ocorre intensa evaporação  déficit hídrico; 
 Qual será o resultado desse constante déficit hídrico? 
 Vejam o que acontece... 
 
Salinidade x densidade 
http://www.youtube.com/watch?v=aTcyACmiaho&feat
ure=player_embedded 
Localização do Mar Morto 
BIBLIOGRAFIA CONSULTADA 
• João M. Miragaia SCHMIEGELOW. O planeta azul: uma introdução às 
ciências marinhas. Rio de Janeiro: Interciência, 2004. 
 
• Tom GARRISON. Fundamentos de oceanografia. Tradução da 4. edição 
norte-americana (vários autores). São Paulo: Cengage Learning, 2010. 
 
• Aulas da Profa. Eunice da Costa Machado, Curso de Oceanografia, da 
Universidade Federal do Paraná. 
 
• Imagens e informações da internet. 
 
OBRIGADA e 
BOA 
TARDE !!!