ORIGEM DA
ÁGUA DO MAR
Aula 01
Profa.Karen
PLANETA TERRA
oceanos
lagos
rios
neve
gelo
Agua dos poros
das rochas
HIDROSFERA
Envoltório descontínuo de água
273 litros água para cada
1cm2 superfície Terra
Mar – 268,45 L
Doce – 0,1 L
Gelo – 4,5 L
Vapor – 0,003 L
Registro Geológico
Água líquida tem existido na superfície do planeta
por longos períodos de tempo
As formações ferríferas bandadas (FFB) grandes depósitos estão confinados a um intervalo de tempo restrito
da história da Terra (1,8 – 2,5 Ga), Fe, Si e oxigênio
Natureza
Extensão
Época do surgimento do oceano primitivo
ainda são conjecturas.

O subseqüente desenvolvimento dos
oceanos que conhecemos atualmente
◦ é um assunto especulativo onde
cuidadosamente se eliminam as
improbabilidades
◦ Oceano está em equilíbrio dinâmico:
 Quantidade elemento introduzido por unid. tempo é
equilibrada por quantidade igual depositada nos
sedimentos
 Quantidades introduzidas = suas quantidades na crosta
◦ as concentrações da maioria dos constituintes
da água do mar devem ser estabilizadas por
ciclos geoquímicos.

Embora estes ciclos ajudem a explicar a
composição do oceano atual,

eles não dão indicação nenhuma sobre a
origem inicial da água.
•A Terra sempre teve
um oceano?
• ou mares se
formaram
gradualmente
depois do planeta
sólido ter se
formado?
• O oceano inicial e a atmosfera eram
similares ao atual ou eles sofreram
evolução química?
Não existem amostras preservadas da
atmosfera nem do oceano primitivo !!
 Composição atmosférica e oceânica atual nós estamos aqui a partir delas
 Composição de meteoritos e cometas materiais que originaram a Terra
 Composição dos gases e fluidos vulcânicos fontes de gases atuais
 Historia das rochas sedimentares na Terra - o
registro do passado
 Estudos teóricos e experimentais - preenchem
as lacunas nas registradas pelos anteriores

A origem e evolução dos OCEANOS
está intimamente relacionada com a
origem e evolução da TERRA e da
ATMOSFERA
ORIGEM DA TERRA

O universo se formou há ~15
bilhões de anos atrás

Uma massa inicial de átomos
gerou uma grande detonação
(Big Bang) e espalhou material
em todas as direções

O Sol, a Terra e outros planetas se
formaram a partir da nucleossíntese,
condensação e acresção de partículas que
se colidiram e produziram corpos cada vez
maiores
Proto-planeta Terra muito quente (pequeno
campo gravitacional)
Atmosfera primitiva : H e He
Resfriamento inicial da Terra
Formação da crosta (Fe, Mg, silicatos Al)
Envolvendo manto denso (silicatos Fe, Mg)
Núcleo sólido + denso (Fe, Ni)
Aumento do campo gravitacional
(aumento raio Terra)
Atividade vulcânica
CO2, vapor d`agua e outros gases
degaseificação do manto
Sem oxigênio livre
ORIGEM DA ATMOSFERA
Gas
Abundance
Nitrogen
78.08%
Oxygen
20.95%
Argon
0.93%
Water vapour
variable
Carbon dioxide
350 ppm
Neon
18 PPM
Helium
5 PPM
Krypton
1 PPM
dizem muito pouco
sobre as condições da
Terra inicial
Isto porque os principais constituintes da atmosfera atual são N e O.
Xenon
80 ppb
[atmosfera] atual
não reflete aquela da
Methane
2 PPM
atmosfera da Terra
inicial
500 ppb
Hydrogen
Nitrous oxide
300 ppb
Carbon monoxide
150 ppb
Primeiros 100 milhões de anos da Terra inicial
existia algum ferro metálico no manto superior
hoje
todo o Fe metálico está no núcleo
todo o Fe do manto está ligado
com alunimossilicatos
Conseqüentemente o manto inicial e os gases
vulcânicos que emanavam dele devem ter sido muito
mais redutores do que hoje
Os gases vulcânicos iniciais
muito mais redutores, com H2 e CO2 sendo quase tão
importantes quanto a água
composição inicial da atmosfera
H2O e CO2, e menores quantidades de
H2, CH4, NH3 e gases nobres
Não existe gás oxigênio nos gases vulcânicos,
nem hoje nem no passado
Qualquer pequena
quantidade de
oxigênio que possa
ter se formado
Fotodissociação
da água
deve ter sido consumida durante a
oxidação de Fe+2 reduzido na solução
ORIGEM DOS OCEANOS
A retenção de componentes
voláteis da Terra
temperatura
Se Terra NUNCA mais quente que hoje:
preservação atmosfera e oceano primitivo
Se Terra MUITO mais quente que hoje:
perda de todos voláteis originais
Pista da história termal :
quantidade de gases nobres
Empobrecimento gases nobres
elementos não metálicos, muito estáveis
(He, Ne, Ar, Kr, Xe, Rn)
superficie da Terra,
pelo menos uma vez,
mais quente
atmosfera e oceano não podem ser
remanescentes da Terra primordial
Devem ter se acumulado na superficie depois da
Terra ter resfriado para temperaturas próximas às
atuais
[gases nobres]: toda água no oceano e atmosfera
primitiva deve ter sido mantida dentro da Terra
solida (manto)
Suposição razoável??
Embora o manto não esteja acessível para
amostragem
meteoritos rochosos : composição
similar ao manto
uma estimativa do conteúdo de água do
manto
[água no manto] = 0,5%
Massa água oceanos = 1,4x1024g
meteoritos
Massa água manto = 4,5x1027 g
Massa oceano/massa manto = 0,033%
10x > que perda (0,033%) requerida para
explicar formação do oceano atual
Manto como fonte adequada de agua para os oceanos:
HIPOTESE RAZOAVEL !
Hipósete de degaseificação a partir do manto
Vapor d`água
Ultimo volátil a ser liberado
Formação de nuvens e
precipitação vapor d’água
Acumulação de água líquida
Pode condensar com o
resfriamento da
superficie da Terra
Teoria alternativa
Fonte de água para os oceanos a partir de bolas
de gelo provenientes de cometas
-bolas de gelo medindo ~ 9 m de diâmetro
-atingem a atmosfera numa taxa de 20/s
nesta taxa, a Terra pode ter recebido 0,0025 mm
de água por ano
% volume atual oceanos
em 4 bilhões de anos de bombardeamento teria
gerado água suficiente para preencher os
oceanos com seu volume atual
Preenchimento
gradual por escape
gases
Rápido preenchimento por
impacto de cometas
Proto-oceano destruído por
bombardeamento de meteoritos
Balanço Geoquímico
[gases nobres]
superfície da Terra seca
e desprovida de
atmosfera
sem sedimentos
não deve ter existido
intemperismo químico
a Terra foi coberta por rochas
cristalinas originais
Com o desenvolvimento do oceano e da atmosfera
denudação da Terra sólida iniciou,
sedimentos foram formados
sais dissolvidos acumular no mar

Em qualquer unidade de tempo geológico:
a quantidade de
material derivado
de intemperismo e
erosão de rochas
expostas
material derivado de
atividade vulcânica
+
=
quantidade
depositada como
sedimento no
oceano
+
aqueles que se
acumulam na
atmosfera, hidrosfera e
biosfera e aqueles
perdidos para o espaço
interestelar
Requisito para conservação de massa
(massa total rocha intemperizada) X [elemento na rocha] =
(massa do sedimento) X [elemento sedimento] +
(massa oceano) X [elemento oceano] +
(massa atmosfera) X [elemento atmosfera]
Pela equação:
elementos formadores de cátions na água do mar
(Na, K, Mg, Ca, ...) podem ter sido derivados de
material rochoso intemperizado
Entretanto, para outros constituintes da
hidrosfera e atmosfera (voláteis,ex: H2O, CO2,
Cl) esta fonte é inadequada
Excesso de Voláteis
Rubey(1951)
Massa dos elementos ou compostos em 1020g
atmosfera e oceano
rochas sedimentares
TOTAL
H2O
14600
2100
16700
CO2
Cl
1,5 276
920
30
921,5 306
N
39
4
43
S
13
15
28
intemperismo de rocha
excesso de volateis
130
16570
11
5
910,5 301
0,6
42,4
6
22
71x
4x
127x
82x
60x
Quantidade destes voláteis derivadas de
outra fonte (e não intemperismo de rocha)
Atualmente, os vulcões e
fumarolas hidrotermais
exalam gases do interior da
Terra para dentro da
atmosfera
Estes gases são constituídos
principalmente de H2O com
menores quantidades de CO2,
S, N e HCl
S
Todos voláteis
S
estes gases representam
materiais novos trazidos
pelo manto
composição relativa é
similar ao excesso de voláteis
Rubey (1951) estimou que a descarga de fontes termais
dos continentes + oceanos gera:
~ 66 x 1015g de água por ano
Continuamente sobre 4 bilhões
de anos de tempo geológico
Produz 2,6x1026g de água
100x maior que o necessário para
preencher oceano atual
volume total do oceano pode ser
considerado desta fonte
Salinidade nos Oceanos
Histórico e Distribuição
História da salinidade
O oceano sempre teve a salinidade atual?
ou
devem ter existido grandes variações de
salinidade ao longo do tempo geológico?
Constituintes da água do mar atual

Mistura complexa com mais de 100 constituintes
diferentes

Porém somente 6 íons contam para 99% do material
dissolvido:
cloreto (55%), sódio (30,6%),
sulfato (7,7%), magnésio (3,7%),
cálcio (1,2%) e potássio (1,2%)
principais cátions da água do mar
Na+, K+, Mg+2, Ca+2
derivados do intemperismo das
rochas da crosta terrestre
O ânion dominante nos oceanos é o Cl-
Somente uma parte do Cl- vem do intemperismo
Então, de onde ele vem?

Vulcanismo!
HCl importante gás vulcânico
 inicio da formação da Terra atividade vulcânica
muito maior : grandes quantidades HCl eram
dissolvidas nos oceanos
 HCl : excesso de voláteis

[HCl] na água do mar não pode explicada
pelo intemperismo das rochas
O problema da salinidade no passado, conseqüentemente,
depende principalmente do escape de cloreto e vapor d’água

Se Cl e H2O escaparam em uma razão
constante através do tempo geológico
então a salinidade deve ter sido
relativamente constante
Não existe evidência para sugerir que as razões
Cl/H2O tenham variado significativamente no
passado.
Conseqüentemente, somos levados a concluir
que a água do mar sempre teve uma
salinidade não muito diferente da atual.

O cenário geral que emerge é o de uniformidade.

A salinidade do oceano e as áreas relativas de
crosta oceânica e continental provavelmente não
variaram muito ao longo do tempo geológico.

O volume total do oceano e o volume de crosta
continental, por outro lado, aumentaram
gradualmente durante os últimos 4.5 bilhões de
anos
Independentemente destas mudanças
dados mostram que a relação entre os
elementos maiores constituintes da água
do mar
permaneceram constantes ao
longo do tempo
Existe um aspecto da história que
sofreu drásticas mudanças
Estas mudanças são o resultado da origem e
posterior evolução da vida na Terra
Que só foram possíveis devido aos controles geoquimícos da
composição da atmosfera e oceanos primitivos
Observa-se que os processos de vida atual
têm um profundo efeito no ciclo de vários
elementos (C, P, N)
Antes de haver vida, o ambiente na
Terra era muito diferente
estas diferenças são devidas,
principalmente à ausência de oxigênio na
atmosfera primitiva
Constituintes da água do mar

Mistura complexa com mais de 100 constituintes
diferentes

Porém somente 6 íons contam para 99% do material
dissolvido:
cloreto (55%), sódio (30,6%),
sulfato (7,7%), magnésio (3,7%),
cálcio (1,2%) e potássio (1,2%)
Estas proporções variam
conforme os fatores
climáticos
Água do mar – salinidade
varia entre 33 e 37 ppt
Salinidade normal – 35ppt
Parts Per Thousand (‰)

Salinidade + T + P = parâmetro definitivo da água
do mar

Variações na salinidade:
◦ Evaporação
◦ Congelamento
◦ precipitação
Fontes de sal nos oceanos

A maior parte dos sais do oceano são derivados de
processos graduais como:
◦ intemperismo e erosão de rochas igneas continentais
◦ consumo de montanhas e minerais lixiviados pelas
chuvas e transportados ara o oceano.

Outras fontes dos sais incluem:
◦ material sólido e gasoso que escapa do interior
da Terra através de erupções vulcânicas
◦ material originado na atmosfera
O quanto “salgado” é a água do mar

Alguns cientistas estimam que os oceanos
contem aproximadamente 50 quadrilhões de
toneladas de sólidos dissolvidos.

Se todo o sal do mar fosse removido e
espalhado pela superfície da Terra, poderia
formar uma camada de mais da altura ~de um
prédio de 40 andares !
evaporação
1m3
1000g
água do mar
1m3
5g
água doce

Assim a água do mar é 200 vezes mais salgada que a
água doce de um lago.

Isto tem aguçado a curiosidade dos cientistas desde a
antiguidade
HISTÓRICO
Filósofos gregos e romanos

Desde a pré-história: sal pela evaporação
solar

O porque da salinidade intrigava os filósofos

Desenvolveram improváveis explicações:
•
Aristóteles (384-322 a.c)
• água doce se torna salina quando filtrada
através de cinzas !
•
Outros:
• mar formado por “suor” que provinha da
transpiração da Terra sob ação do calor do
sol !
•
Seneca(3a.c.-65d.c.)
• salinidade nos oceanos era constante,
apesar da contribuição contínua dos rios e
chuvas devido a evaporação
Contribuição dos árabes (final Idade Média)



Expansão império árabe:
◦ viagens e descobrimentos por navegadores
◦ interesse no oceano e geografia
Deduções precisas,
◦ porém intercaladas com explicações mitológicas e
fantásticas
mar originado da umidade primitiva
◦ A qual tinha sido devorada pelo sol em suas revoluções
◦
suas partes puras tinham sido removidas
◦ oceano atual-meramente um resíduo salino e amargo
Séculos 17 e 18


Início estudo científico dos oceanos
◦ (século17)
Boyle(1670)
◦ primeiras tentativas para determinar
salinidade através da evaporação de volume
conhecido de água do mar
 método insatisfatório


Marsilli (1711)
◦ Determinou que águas profundas mais
densas que superficiais
Lavoisier (1743-1794)
◦ determinou, através de evaporação lenta,
que o sal marinho era constituído por
cloreto de sódio

Bouillon-Lagrange e Vogel (1813)
◦
descobriram que 1kg de água do mar continha:
25,1g cloreto de sódio
3,5g cloreto de magnésio
5,78g sulfato de magnésio
0,2g cloreto de cálcio e magnésio
0,15g sulfato de cálcio
Século 19

Métodos anteriores deixaram muito a
desejar
◦ separações não quantitativas e raramente
concordantes

Murray(1818)
◦ método gravimétrico para determinação de
‘ácidos e bases’
 determinava concentração dos elementos e não
dos compostos com maior precisão

Forchhammer(1865)
◦ a razão dos vários elementos dissolvidos era 
constante em amostras do Atlântico Norte.;
◦ salinidade
 a soma de todos os constituintes da água
 (baixa exatidão)

Campanha CHALLENGER
◦ determinar a composição exata do sal na água
do mar
saída 12/1872
chegada 05/1876

Dittmar, em 1884
◦ acurada análise de 77 amostras de água do mar
◦ apenas 6 elementos explicavam 99% dos sais
dissolvidos no oceano e suas abundâncias
relativas eram constantes
Isto foi fundamental para o estudo da
química dos oceanos, permitindo
determinar a salinidade através da medição
de apenas 1 destes elementos

Até 1960 media-se a abundância do íon
cloreto (55% do total e fácil de medir)

Dittmar
◦ sugeriu o uso do Cl- e Br para este propósito:
◦ “sólidos totais podem ser determinados
multiplicando seu conteúdo de Cl- (g/kg) por
1,8058”

Conselho para a Exploração do Mar (1899)
◦ comissão presidida por Knudsen para definir
sistematicamente a salinidade
Método de secagem de resíduo
a bordo do navio:
dificuldades práticas

Então a Comissão definiu a clorinidade:
◦ Salinidade = 1,8050 Cl + 0,03
Massa em gramas de ions cloreto que podem ser precipitados a partir de 1000g de
água do mar por Ag

Clorinidade via titulação volumétrica
utilizando nitrato de prata:
◦ medições a bordo eram muito lentas,
utilizaram-se, então,
◦ as técnicas de condutividade (Nansen,1902)

Congresso Internacional em Estocolmo:
 Knudsen sugeriu uso da Água do Mar Padrão,
para padronização da solução de nitrato de prata
Etiqueta da Água do Mar Padrão
Ampôla de 250ml da Água
do Mar Padrão

Definição de salinidade (ppt ou ‰):
“a quantidade total (g) de material
sólido dissolvido em 1kg de água do
mar quando todo o carbonato foi
convertido para óxido, todo o brometo
e iodeto substituído por cloreto e toda
matéria orgânica tenha sido oxidada”
Século 20

Pequeno ajuste na definição de clorinidade
no final dos anos 20, permanecendo até
final anos 50

Desenvolvimento de equipamentos mais
precisos e confiáveis
SALINÔMETRO

sistemas de medição contínua in situ, sondas CTD
◦ implantaram-se progressivamente durante os anos 70
Final anos 50 até final anos 70:
 Aumento na habilidade de medir T, Condutividade e
profundidade
 Necessidade de calibrar equipamentos eletrônicos
com padrões da água do mar

Água do Mar padrão
◦ fabricada pelo Laboratório de Hidrografia de
Copenhague de 1902 a 1975
◦ depois pelo Instituto Oceanográfico da GrãBretanha

1978
◦ comitê da UNESCO estabeleceu uma nova
definição de salinidade

(Escala Prática de Salinidade / PSS-78)
◦ salinidade é definida com base num padrão de
KCl
◦ pode ser produzido em qualquer laboratório
químico competente

O algorítimo da UNESCO é o padrão de
salinidade utilizado atualmente
• Permite cálculos de salinidade a partir de medidas de
condutividade (R), temperatura (15C) e pressão
(1atm)
R = condutividade amostra de águas do mar
condutividade da solução padrão de KCl
• Permite cálculos de diferença de densidade em
qualquer massa d’água
Distribuição da salinidade

Águas superficiais (33 a 37 ‰)
◦ Sofrem maiores variações de salinidade
 Regiões tropicais: maior salinidade devido a maior
evaporação
 Regiões temperadas: variações sazonais

Águas profundas (34 a 35 ‰)
◦ Salinidade praticamente constante
◦ Salinidades menores que águas superficiais
 São formadas nos pólos
Salinidade superficial
Alta salinidade
Influxo água doce
Maior evaporação
Formação de gelo
Concentração sal por
remoção de água
Evaporação
Formação gelo no mar
Baixa salinidade
Maior precipitação
Descarga de rios
Degelo
Diluição sal por adição
água doce
Aporte fluvial
Precipitação
derretimento de gelo

Salinidade nos oceanos é ~uniforme
◦ Devido mistura águas pela circulação
◦ Exceções principais:
 áreas adjacentes aos continentes
◦ Diluição por água doce
 áreas de circulação restrita
◦ Evaporação aumenta salinidade
Maior ou menor salinidade
Depende região
Alta salinidade
Baixa salinidade
Áreas afetadas ventos
(25N e 25S)
Regiões costeiras - rios
Regiões polares - geleiras
Baixas latitudes
Atlantico Norte é o mais
salino, com salinidade média
de 37,9‰
Baixas salinidades -mares polares,
sais diluidos pelo derretimento de gelo
e continua precipitação.
As águas mais salinas (40‰ ) ocorrem no Mar Vermelho e no
Golfo Pérsico, onde as taxas de evporação são muito altas.

O conteúdo de sal nos oceanos abertos,
raramente é menor que 33‰ e maior que
38‰

Nas bacias oceânicas, uma salinidade
máxima de 36‰ ocorre entre as latitudes de
20º N e 20º S

A salinidade média da água do mar, 35‰,
ocorre no Equador

Um mínimo de salinidade de 31‰ corresponde a latitude 60º N.
Enquanto as salinidades mais baixas no Hemisfério Sul são ~33‰ em
latitude 60º S

Temperatura + Salinidade
Importante parâmetros
físicos da água do mar
Propriedade conservativa
das Massas d’água
Densidade
Águas superficiais
Águas profundas
Posição dentro coluna d’água
(+T, + S, + Densas)
(-T, -S, - Densas)
Prever movimento
águas
Atlântico Sul
Obrigada ,
Boa Noite !!