Lectura 2.3 Densidad

Densidad, densidad potencial y densidad neutral La densidad del agua de mar depende de la temperatura (T), la salinidad (S) y la presión (P), es decir la ecuación de estado es de la forma ρ = ρ (S, T, P). Agua fría es más densa. Agua salada es más densa. La presión incrementa la densidad. La ecuación de estado del agua de mar no tiene una solución exacta, se usa una ecuación empírica basada en mediciones de laboratorio (ver Gill (1982), apéndice 3). Unidades: densidad = masa/volumen: kg/m³ La densidad del agua pura es de 1000 kg/m³. El 75 % del agua de los océanos cae en el rango 1026.4 - 1028.1 kg/m³. La presión es la variable que más influye en la variación de densidad. Sigma y volumen específico: σ = ρ-1000 α = 1/ρ σ_t : σ a P = 0

(sigma "te") La densidad depende no linealmente de la temperatura y la salinidad. En el plano de temperatura y salinidad (T-S) a presión constante los contornos de densidad son curvos, cóncavos hacia salinidades altas y temperaturas bajas. Una isopicna es una línea o superficie (superficie isopícnica) de igual densidad. La picnoclina es la región en un perfil vertical donde el gradiente de densidad es más fuerte.

Densidad potencial es la densidad que tiene un elemento de fluido cuando se ha movido adiabáticamente a una presión de referencia. Para calcular la densidad potencial usamos la temperatura potencial y la misma definición de salinidad, ya que esta última sólo depende ligeramente de la presión.

Las presiones de referencia se eligen de acuerdo a la profundidades de interes. Por ejemplo, agua fria es mas compresible que agua calida. Por ello, el agua fria es mas densa que el agua calida cuando son puestas a la misma presion. Asi para toda la columna de agua, se requiera usar varias presiones de referencia. Entre ellas las más comunes son 0 dbar, 1000 dbar, 2000 dbar, 4000 dbar. Se usa la notación σt, σ1, σ2, σ4 para referirse a la referencia 0 dbar, 1000 dbar, 2000 dbar, 4000 dbar, respectivamente. Densidad neutral es un concepto usado para determinar el origen de un elemento de fluido. Una superficie es neutral si la superficie es una superficie isentropica (se usa la isopícnica) y no tiene efecto de cambios de presión. Se asume que una parcela de agua de mar que se mueve de un lado a otro en un océano estratificado se da preferenetemente sobre superficies isentrópicas si se mueven sin intercambio de calor ni sal. En oceanografía, las superficies isopícnicas son usadas como superficies isentrópicas. Recordemos de termodinamica clasica que si un proceso adiabático tiene lugar a entropía constante, el proceso se denomina isentrópico. Donde la entropía es una variable que emana de la segunda ley de la termodinámica. Para el caso del agua pura, la entropia es la cantidad de calor intercambiado dividido por la temperatura TdS = dQ, donde S es la entropía por unidad de masa, T la temperatura por unidad de masa y Q la cantidad de calor dada o recibida por unidad de masa. dS se refiere a una diferencial exacta de la entropía, lo mismo dQ pero para la cantidad de calor.

En un sistema aislado, la entropia permanece constante o se incrementa. Seguimos hablando en el contexto de que el sistema esta en equilibrio termodinamico o cercano a ello.