Densidad del Agua

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La densidad del agua (agua del mar o del océano) es uno de los parámetros más importantes del agua, puesto que de ella depende toda la circulación del agua y las corrientes.

De forma sencilla, y explicado según la física/química de toda la vida, la densidad es el peso contenido en un volumen. Es decir densidad=masa/volumen, y lo expresamos en gramos/litro. El valor de 1000 gramos/L (1Kg/L) corresponde al agua destilada, que no tiene ningún contenido en sal.

La densidad del agua varía principalmente según la salinidad del agua y la temperatura:

  • Componentes del agua  o Salinidad: Cuanto más componentes disueltos tenga el agua, o mayor salinidad, más densa será el agua.
  • Temperatura del agua. Cuanta mayor sea la temperatura, con mayor velocidad se estarán moviendo las moléculas, por tanto más separación entre ellas y por tanto tendrán una menor densidad.
  • Presión atmosférica. La densidad varía también en función de la presión atmosférica. En estado líquido, al ser el agua un sólido incompresible, va a ser el factor que menos afecte, no así en caso de hablar de hielo o vapor de agua

Cuanto es la densidad del agua

La densidad base del agua líquida destilada a la presión de 1 atm y la temperatura de 4 °C es de 1000 kg/m³, es decir, 1 kg/dm³o 1 g/cm3.

El valor de 1, es por tanto para agua destilada (H2O pura, que no es la que encontramos en el grifo, o en el océano o en mar). Es complicado dar un valor de densidad para el agua ya que varía mucho en base a la temperatura y a la salinidad (el contenido en sales y componentes).

Para evitar la variación por el factor temperatura en el agua, se da el valor de la salinidad. La salinidad es la concentración de compuestos (gramos) en 1L de agua, y se expresa en g/L o tanto por mil.

DENSIDAD PRINCIPALES MARES

En base a la salinidad del agua, se define un tipo de agua u otra, empezando por el agua destilada (el agua pura – cuya salinidad es 0). Después estará el agua de potable o agua dulce, cuya salinidad es menor a 0,05%. Posteriormente el agua salobre, que es un agua ni tan poco salina como el agua potable ni como el agua de mar. Posteriormente tenemos el agua de mar, cuya salinidad está entre 30 y 50 g/L . Por último la salmuera, cuya salinidad es superior a 50g/L e impide la existencia de los seres vivos, como sería el caso del Mar Muerto

Salinidad del agua
Agua dulce Agua salobre Agua de mar Salmuera
< 0,05 % 0,05 – 3 % 3 – 5 % > 5 %
< 0,5 g/L 0,5 – 30 g/L 30 – 50 g/L > 50 g/L

Como venimos comentando, la densidad depende de la salinidad y de la temperatura, pero en valores medios de 25º y de 1atm (prácticamente en la superficie), la salinidad sería la que corresponde en esta tabla:

MAR

SALINIDAD

DENSIDAD

Agua destilada 0 g/L 1000g/cm3
Agua de grifo 3 g/L 1003 g/cm3
Mar Báltico 6 – 18 g/L 1006 – 1018 g/cm3
Mar del Norte 32 g/L 1032 g/cm3
Océanos 33 – 37 g/L 1033 – 1037 g/cm3
Mar Mediterráneo 38 g/L 1038 g/cm3
Mar Rojo / Golfo Pérsico 38 – 43 g/L 1036 – 1043 g/cm3
Mar Muerto 230 g/L 1230 g/cm3

Como puedes ver la salinidad y la densidad, a temperatura standard está intimamente relacionada. Es normal ya que la densidad superior a 1000 del agua, se la está dando precisamente el contenido en sales. Desde el agua destilada, que tiene 0 de salinidad hasta el mar Muerto con la cantidad de 230 gramos en sales por litro de agua. El Mar Muerto no es técnicamente un Mar, es un lago donde desemboca el río Jordán. Su composición en sales, es diferente por tanto al resto de mares o océano.

CUÁNTO ES LA DENSIDAD DEL AGUA

Hay varias formas de medir la densidad del agua. Nosotros para el proyecto agua del mar, escogemos el método de medir la densidad, por TDS (total de sólidos disueltos). Es un método muy sencillo. Aquí puedes ver un aparato y aquí cómo medir la densidad del agua.

LA DENSIDAD DEL AGUA EN EL COMPORTAMIENTO DEL OCÉANO

DISTRIBUCIÓN DE LA DENSIDAD EN BASE A LA PROFUNDIDAD

La densidad del agua, o de cualquier fluído en el que te sumerjas es directamente proporcional a la fuerza hacia arriba que este fluído va a ejercer sobre ti. Es decir, cuánto más denso es el agua más vas a poder flotar sobre ella. En esto se basa el principio de Arquímedes, con su famoso Eureka

En relación a la flotabilidad de los cuerpos, no depende sólo de la densidad del agua, o del fluído. La flotabilidad depende también del peso/volumen del cuerpo que se sumerge. En este caso nos vamos a centrar en la densidad del agua/fluído

En los océanos o mares, debido a la densidad o la presión que ejercen, las aguas más densas son las se estarán en el fondo. Las aguas menos densas serán las aguas superficiales. Según lo que hemos visto, el agua caliente, es menos densa que la fría y por tanto se situará por encima del agua fría. Este efecto se puede notar en el mismo mar sin necesidad de nadar muy profundo. Podrás ver como en algunas zonas hay una capa superficial de agua caliente y por abajo zonas de aguas más frías.

El agua más salada es también más densa. Por tanto, en la misma sección del océano, las aguas superficiales serán menos densas que las aguas más densas

En este gráfico puedes ver cómo varía la densidad, temperatura y salinidad en base a la profundidad

Densidad del Agua

CÓMO FLOTAN LOS CUERPOS EN BASE A LA DENSIDAD DEL AGUA

Las aguas más densas, que según hemos visto serán las menos frías y las más saladas, son las que te van a dar mayor flotabilidad. Además de intuitivamente, la explicación la dio Arquímedes con el principio de flotabilidad de los cuerpos

Por ejemplo en el mar Mediterráneo, donde la salinidad es muy superior al océano (por la evaporación del agua), tendrás más facilidad para flotar que en el océano. También habrás visto alguna vez una foto en el Mar Muerto, donde dada su altísima salinidad (no hay seres vivos por la salinidad), flotas muchísimo más que en cualquier otra agua.

Mar Muerto

Esta imagen, leyendo sin esfuerzo, flotando en el Mar Muerto es ya un clásico de todo el que visita la zona

REGULACIÓN CLIMA EN BASE A CORRIENTE OCEÁNICA

Como puedes en este artículo, sobre la corriente del golfo, la densidad juega un papel importantísimo en la circulación de la corriente oceánica,  y por tanto en la regulación del clima. Al tener mayor densidad el agua fría que la caliente, en cuanto el agua se enfría en el polo Norte, ésta se hunde. Esto hará de motor en la circulación y permitiendo que la corriente caliente suba a la superficie y pueda enfriarse. Leer más sobre la corriente del golfo.

Agua fría se hunde corriente del golfo

 

DENSIDAD EN FUNCIÓN DE TEMPERATURA Y SALINIDAD

Si te interesa un poco más los términos matemáticos sobre presión, densidad, temperatura aquí vamos a verlos un poco en más detalle

La fórmula de la densidad para los cuerpos sólidos sería la siguiente:

ρ= m / V

Esta es la fórmula base para el cálculo de cualquier densidad. Depende de la masa (peso coloquialmente) y del volumen que ocupa. Así si tenemos una bola de acero del mismo tamaño  que una de madera, y la de acero pesa más, podemos concluir que el acero es más denso que la madera. Conociendo el peso y el volumen que ocupa, puedes sacar su valor de densidad. De los materiales comunes existen igualmente tablas que te dan los valores de densidad sin necesidad de calcularla

Para los gases, que son cuerpos cuyo volumen varía según la temperatura, la densidad depende de la temperatura de forma inversamente proporcional. Si ponemos un globo al sol, veremos que este se hincha, igual que las ruedas del coche al calentarse. Matemáticamente la expresión que define la relación entre densidad, presión y temperatura se conoce como Ley de los Gases Ideales:

ρ= p / T R*

p es la presión del gas, T corresponde a la temperatura y R*= R / M es la constante de los gases ideales dividida por la masa molecular del gas.

En las aguas oceánicas, la relación es más compleja, ya que en el océano tendremos por un lado el agua con sales, pero también tendremos materiales y gases disueltos. La densidad en el océano dependerá por tanto también de la cantidad de materiales disueltos que tengamos. Esta propiedad se llama salinidad (S) y mide los gramos de sales que hay en 1 kg de agua oceánica.

La relación de la densidad en el agua oceánica va a ser una relación con la presión, salinidad y presión. Los cálculos tienen una complejidad mucho mayor que en el caso de los cuerpos sólidos o de los gases ideales. Por ello en muchos casos más que trabajar por cálculos se trabaja con tablas tomadas de forma empírica

ρ=ρ(S, T, p)

En este gráfico, vamos a ver cómo manteniendo la salinidad, varía la densidad en base a la temperatura:

Densidad en base a temperatura

En este gráfico vamos a ver cómo, manteniendo la temperatura, varía la densidad, en base a la salinidad

Densidad en base a salinidad

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