Θαλάσσιο νερό

Το θαλάσσιο νερό είναι το νερό των θαλασσών και των ωκεανών της Γης. Κατά μέσο όρο το θαλάσσιο νερό αλατότητα έχει περίπου 3,5% (35 γραμμάρια αλάτων ανά λίτρο ή 599 mM). Η μέση πυκνότητα του θαλάσσιου νερού στην επιφάνεια της θάλασσας είναι 1,025 gr/cm³. Το θαλάσσιο νερό είναι πυκνότερο τόσο από το γλυκό νερό, όσο και από το χημικώς καθαρό νερό (που έχει πυκνότητα ακριβώς 1,0 gr/cm³ σε θερμοκρασία 4 °C), επειδή τα διαλυμένα σε αυτό άλατα προσθέτουν μάζα χωρίς να αυξάνουν αισθητά τον όγκο του. Επίσης, το σημείο στερεοποιήσεως του θαλάσσιου νερού μειώνεται όσο αυξάνεται η περιεκτικότητα σε άλατα. Για μία μέση περιεκτικότητα, στερεοποιείται στους -2 °C περίπου. Το ψυχρότερο θαλάσσιο νερό που καταγράφηκε ποτέ σε υγρή μορφή ήταν σε ένα ρεύμα κάτω από έναν παγετώνα της Ανταρκτικής το έτος 2010, και είχε θερμοκρασία -2,6 °C.

Γεωχημεία

Το pH του θαλάσσιου νερού κυμαίνεται από 7,5 μέχρι 8,4, είναι δηλαδή ελαφρώς αλκαλικό. Η ταχύτητα του ήχου μέσα στο νερό της θάλασσας είναι κατά μέσο όρο περίπου 1500 μέτρα ανά δευτερόλεπτο. Η θερμική αγωγιμότητα του θαλάσσιου νερού είναι 0,6 W/mK στους 25 °C και για αλμυρότητα 35 g/kg.
Η θερμική αγωγιμότητα μειώνεται με την αύξηση της αλμυρότητας και την πτώση της θερμοκρασίας.

Ανθρώπινη επίδραση

Η κλιματική αλλαγή, το αυξανόμενο διοξείδιο του άνθρακα στην ατμόσφαιρα, η περίσσεια θρεπτικών συστατικών και η ρύπανση σε πολλές μορφές μεταβάλλουν την παγκόσμια ωκεάνεια γεωχημεία. Οι ρυθμοί κάποιων από αυτές τις μεταβολές υπερβαίνουν κατά πολύ αυτούς που έχουν καταγραφεί στο ιστορικό και το πρόσφατο γεωλογικό αρχείο. Κυρίαρχες τάσεις είναι η μείωση της αλκαλικότητας των ωκεανών και του διαλυμένου οξυγόνου κάτω από την επιφάνεια (τόσο κοντά στις ακτές όσο και στο ανοικτό πέλαγος), η αύξηση των επιπέδων του αζώτου κοντά στις ακτές, του υδραργύρου και των σταθερότερων οργανικών ρυπαντών. Οι περισσότερες από αυτές τις διαταραχές συνδέονται, άμεσα ή έμμεσα με την ανθρώπινη βιομηχανική δραστηριότητα και καύσεις, καθώς και τη χρήση λιπασμάτων στις καλλιέργειες. Οι παραπάνω τάσεις προβλέπεται να αυξηθούν κατά τις επόμενες δεκαετίες, με αρνητικές επιπτώσεις στους θαλάσσιους οργανισμούς.

Διαφορές από το γλυκό νερό

Το θαλάσσιο νερό περιέχει περισσότερα διαλυμένα ιόντα από ό,τι κάθε προελεύσεως γλυκό νερό. Ωστόσο, τα ποσοστά των διαλυμένων ουσιών διαφέρουν πολύ: Παρότι π.χ. το θαλάσσιο νερό περιέχει περίπου 2,8 φορές περισσότερα διττανθρακικά ιόντα από το νερό των ποταμών με βάση τη μοριακή συγκέντρωση (molarity), το ποσοστό των διττανθρακικών ιόντων στο θαλάσσιο νερό ως ποσοστό όλων των διαλυμένων ιόντων είναι πολύ χαμηλότερο από το αντίστοιχο ποσοστό στο ποτάμιο νερό, με τα διττανθρακικά ιόντα να αποτελούν το 48% των διαλυμένων ιόντων στα ποτάμια ύδατα, αλλά μόλις το 0,14% όλων των ιόντων του θαλάσσιου νερού. Διαφορές όπως αυτές προκαλούνται από τους διαφορετικούς χρόνους παραμονής στο νερό των διάφορων ουσιών: το νάτριο και το χλώριο έχουν πολύ μεγάλους χρόνους παραμονής, ενώ το ασβέστιο (ζωτικής σημασίας για τον σχηματισμό ανθρακικών ιόντων) τείνει να καθιζάνει πολύ ταχύτερα. Τα αφθονότερα διαλυμένα ιόντα στο θαλάσσιο νερό είναι του νατρίου, του χλωρίου, του μαγνησίου και του ασβεστίου

Μικροβιολογία του θαλάσσιου νερού

Σε δειγματοληψία θαλάσσιου νερού από τον Ειρηνικό Ωκεανό το 1957 μετρήθηκαν οι μικροοργανισμοί του απευθείας και σε καλλιέργειες, με τις απευθείας μετρήσεις να δίνουν μέχρι και 10 χιλιάδες φορές τους αριθμούς των καλλιεργειών. Οι διαφορές αυτές αποδόθηκαν στην παρουσία βακτηρίων σε συσσωματώματα, σε επιδράσεις των μέσων των καλλιεργειών και στην παρουσία αδρανών κυττάρων. Η ασυμφωνία των αριθμών ανάμεσα στις δύο μεθόδους είναι πολύ γνωστή σήμερα σε αυτό και άλλα πεδία. Κατά τη δεκαετία 1990-1999, βελτιωμένες τεχνικές ταυτοποιήσεως μικροβίων με την ανίχνευση μικρών μόνο τμημάτων του DNA, έδωσαν τη δυνατότητα στους ερευνητές στην Απογραφή της Θαλάσσιας Ζωής (Census of Marine Life) να ταυτοποιήσουν χιλιάδες μέχρι τότε άγνωστων μικροβίων που συνήθως ανευρίσκονται σε μικρούς μόνο αριθμούς. Αυτό αποκάλυψε μία πολύ μεγαλύτερη ποικιλότητα από αυτή που υποψιάζονταν οι επιστήμονες μέχρι τότε, έτσι ώστε να εκτιμάται σήμερα ότι 1 λίτρο θαλάσσιου νερού μπορεί να φιλοξενεί περισσότερα από 20 χιλιάδες διαφορετικά είδη μικροβίων. Ο Μίτσελ Sogin του Εργαστηρίου Θαλάσσιας Βιολογίας πιστεύει ότι «ο αριθμός των διαφορετικών ειδών βακτηρίων στους ωκεανούς θα μπορούσε να υπερβαίνει τα 5 ως 10 εκατομμύρια».
Βακτήρια ανιχνεύονται σε όλα τα βάθη στις θάλασσες και τους ωκεανούς, καθώς και στα ιζήματα του πυθμένα. Κάποια είναι αερόβια, άλλα αναερόβια. Τα περισσότερα είδη είναι ελεύθερα στο νερό, αλλά μερικά ζουν συμβιωτικά μέσα σε άλλους οργανισμούς - παραδείγματα αποτελούν τα βακτηρίδια που προκαλούν τη βιοφωταύγεια. Τα κυανοβακτήρια διεδραμάτισαν σημαντικό ρόλο στην εξέλιξη των ωκεάνειων διαδικασιών, καθιστώντας ικανό τον σχηματισμό στρωματολίθων και την απελευθέρωση οξυγόνου στην ατμόσφαιρα.
Ορισμένα βακτήρια αλληλεπιδρούν με τα διάτομα, αποτελώντας έτσι ένα ζωτικής σημασίας κρίκο στη φυσική ανακύκλωση του πυριτίου στους ωκεανούς. Το αναερόβιο είδος Thiomargarita namibiensis διαδραματίζει σημαντικό ρόλο στη διάσπαση των εκλύσεων υδρόθειου από ιζήματα διατόμων στα ανοικτά των ακτών της Ναμίμπια, καθώς και αυτών από την εκρηκτική αύξηση του φυτοπλαγκτού στην ανοδική ζώνη του Ρεύματος Μπενγκουέλα.
Βακτηριοειδείς οργανισμοί εξέπληξαν τους θαλάσσιους μικροβιολόγους με τη διαβίωσή τους σε ακραία περιβάλλοντα, όπως είναι οι υδροθερμικές φλέβες στους πυθμένες των ωκεανών. Θαλάσσια βακτήρια ανθεκτικά στο αλκαλικό περιβάλλον όπως αυτά των γενών Ψευδομονάς και Vibrio ζουν σε pH που κυμαίνεται από 7,3 μέχρι 10,6, ενώ κάποια είδη τους αναπτύσσονται μόνο σε pH από 10 ως 10,6. Το έτος 2000 ανακαλύφθηκε σε ιζήματα από τον ωκεάνειο πυθμένα ένα είδος μικροοργανισμών που διασπά το μεθάνιο. Ορισμένα βακτήρια διασπούν τα πετρώματα του πυθμένα, επηρεάζοντας έτσι τη χημεία του θαλάσσιου νερού. Οι διαρροές πετρελαίου, τα οικιακά λύματα και οι χημικοί ρυπαντές ασκούν σημαντικές επιδράσεις στη γειτονική θαλάσσια μικροβιακή ζωή, ενώ οι παθογόνοι παράγοντες και οι τοξίνες τους επηρεάζουν όλες τις μορφές θαλάσσιας ζωής. Τα πρώτιστα που αποκαλούνται δινομαστιγωτά μπορεί ορισμένες φορές να αναπαραχθούν υπερβολικά, δημιουργώντας τις λεγόμενες «κόκκινες παλίρροιες», μετά από ανθρωπογενή ρύπανση. Το γεγονός αυτό μπορεί να δημιουργήσει μεταβολίτες γνωστούς ως βιοτοξίνες, που διατρέχουν την τροφική αλυσίδα των ωκεανών, ταλαιπωρώντας ζωικούς καταναλωτές ψηλά στην τροφική πυραμίδα.
Το Pandoravirus salinus, ένα είδος πολύ μεγάλου ιού, με γονιδίωμα πολύ μεγαλύτερο από οποιοδήποτε άλλο είδος ιού, ανακαλύφθηκε στο θαλάσσιο νερό το 2013. Παρόμοια με τους άλλους πολύ μεγάλους ιούς Mimivirus and Megavirus, ο Pandoravirus προσβάλλει αμοιβάδες, αλλά το γονιδίωμά του, που περιέχει 1,9 ως 2,5 εκατομμύρια βάσεις DNA, είναι διπλάσιο από αυτό του Megavirus, ενώ διαφέρει πολύ από τους άλλους μεγάλους ιούς στην εμφάνιση και στη δομή του γονιδιώματος.
Το 2013 ερευνητές από το Πανεπιστήμιο του Αμπερντήν ανακοίνωσαν ότι αρχίζουν μία αναζήτηση για άγνωστες χημικές ουσίες σε οργανισμούς που έχουν εξελιχθεί μέσα σε βαθιές θαλάσσιες τάφρους, ελπίζοντας να ανακαλύψουν «την επόμενη γενιά» αντιβιοτικών. Η χρηματοδοτούμενη από την Ευρωπαϊκή `Ενωση έρευνά τους θα αρχίσει στην Τάφρο της Ατακάμα και θα συνεχισθεί σε τάφρους στα ανοικτά της Νέας Ζηλανδίας και της Ανταρκτικής
Παθογενή για τον άνθρωπο μικρόβια μπορούν να βρεθούν σε επικίνδυνες συγκεντρώσεις στα παράλια ύδατα σχετικώς κοντά σε απολήξεις αγωγών λυμάτων, και περιλαμβάνουν την Escherichia coli, τα μικρόβια της χολέρας, της ηπατίτιδας Α, της ηπατίτιδας Ε και της πολιομυελίτιδας, αλλά και πρωτόζωα που προκαλούν την κρυπτοσποριδίωση. Αυτά τα παθογόνα είναι συνήθως παρόντα στο νερό που μεταφέρουν ως έρμα μεγάλα πλοία και διασπείρονται όταν το έρμα αυτό απορρίπτεται.

Προέλευση

Οι επιστημονικές θεωρίες για την προέλευση του άλατος στο θαλάσσιο νερό άρχισαν με τον αστρονόμο Έντμοντ Χάλεϊ το 1715, όταν πρότεινε ότι το αλάτι και άλλα ορυκτά μεταφέρονται στη θάλασσα από τα ποτάμια όταν η βροχή τα αποπλένει από το έδαφος. Στους ωκεανούς αυτά τα άλατα συγκεντρώνονται με την πάροδο των αιώνων, καθώς νέες ποσότητές τους προστίθενται συνεχώς, ενώ δεν απομακρύνονται από το θαλάσσιο νερό ποτέ, μη εξατμιζόμενα μαζί του: ο Χάλεϊ πρόσεξε ότι οι περισσότερες λίμνες που δεν έχουν άλλη διέξοδο των νερών τους παρά μόνο την εξάτμιση (όπως η Νεκρά Θάλασσα και η Κασπία Θάλασσα), έχουν μεγάλη περιεκτικότητα σε άλατα. Μάλιστα αποκάλεσε αυτή τη διαδικασία "continental weathering" (ηπειρωτική διάβρωση).
Η θεωρία του Χάλεϊ είναι μερικώς μόνο σωστή. Επιπροσθέτως, κατά τον σχηματισμό των πρώτων ωκεανών νάτριο ξεπλύθηκε από τον πυθμένα, ενώ μέρος του χλωρίου προήλθε από το εσωτερικό της Γης δια της ηφαιστειακής δραστηριότητας και των υδροθερμικών φλεβών (ως υδροχλωρικό οξύ). Το νάτριο και το χλώριο έγιναν στη συνέχεια συστατικά του θαλάσσιου άλατος.
Η μέση αλμυρότητα των ωκεανών παραμένει σταθερή επί δισεκατομμύρια χρόνια, το πιθανότερο ως συνέπεια ενός χημικού-γεωτεκτονικού συστήματος που αφαιρεί τόσα άλατα όσα προστίθενται από τους ποταμούς. Π.χ. το χλωριούχο νάτριο απορροφάται σε αποθέσεις εβαποριτών και από αντιδράσεις με βασάλτες του πυθμένα.

Κατανάλωση από τον άνθρωπο

Δεν είναι βλαβερό για τον άνθρωπο να πιεί μικρές ποσότητες καθαρού θαλάσσιου νερού, πολύ περισσότερο όταν αυτό καταναλωθεί μαζί με μία μεγαλύτερη ποσότητα γλυκού νερού. Ωστόσο, η κατανάλωση θαλάσσιου νερού για την αποφυγή της αφυδατώσεως του οργανισμού έχει αρνητικό αντί θετικό αποτέλεσμα: περισσότερο νερό πρέπει να αποβληθεί από τον ανθρώπινο οργανισμό (μέσω των ούρων) για να απομακρύνει το αλάτι του, από ό,τι το νερό που προσλαμβάνεται με αυτό τον τρόπο Πράγματι, η νεφρική λειτουργία ρυθμίζει ενεργώς το χλωριούχο νάτριο στο αίμα σε μία πολύ στενή περιοχή γύρω από τα 9 γραμμάρια ανά λίτρο (0,9% κατά βάρος). Στην ανοικτή θάλασσα οι συγκεντρώσεις του κυμαίνονται περί το 3,5%, δηλαδή σε πολύ υψηλότερα επίπεδα από ό,τι μπορεί να ανεχθεί το σώμα και πέρα από αυτά που μπορούν να χειρισθούν οι νεφροί. Ισχυρισμοί ότι οι νεφροί μπορούν να απομακρύνουν το χλωριούχο νάτριο σε συγκεντρώσεις όπως αυτές του νερού της Βαλτικής Θάλασσας (2%) παραβλέπουν το γεγονός ότι το έντερο δεν μπορεί να απορροφήσει νερό με τέτοιες συγκεντρώσεις, ώστε δεν υπάρχει όφελος από την πόση τέτοιου νερού. Επομένως το θαλάσσιο νερό δεν «ξεδιψά» ούτε ως αίσθηση, ούτε τον ανθρώπινο οργανισμό. Η πόση θαλάσσιου νερού αυξάνει τη συγκέντρωση χλωριούχου νατρίου στο αίμα. Αυτό δίνει σήμα στους νεφρούς να αποβάλλουν νάτριο, αλλά η συγκέντρωση του θαλάσσιου νερού σε νάτριο είναι μεγαλύτερη από τη μέγιστη ικανότητα συγκεντρώσεως των νεφρών, όπως προαναφέρθηκε. Τελικώς η συγκέντρωση νατρίου στο αίμα αυξάνεται σε τοξικά επίπεδα, αφαιρώντας νερό από το εσωτερικό των κυττάρων (άρα αφυδατώνοντάς τα) και επηρεάζοντας την αγωγή των νεύρων, προκαλώντας νευρικούς σπασμούς και καρδιακή αρρυθμία.
Τα εγχειρίδια επιβίωσης συμβουλεύουν στο σύνολό τους να μην πίνεται το θαλάσσιο νερό. Μία στατιστική 163 ταξιδιών σε σωσίβιες λέμβους εκτίμησε τον κίνδυνο θανάτου σε 39% για όσους έπιναν θαλάσσιο νερό και σε 3% για όσους απέφευγαν να πίνουν. Τα αρνητικά αποτελέσματα της καταναλώσεως θαλάσσιου νερού σε κατάσταση αφυδατώσεως έχουν επιβεβαιωθεί και σε πειραματόζωα (αρουραίους).
Παρότι ο άνθρωπος δεν μπορεί να επιβιώσει με θαλάσσιο νερό, ορισμένοι ισχυρίζονται ότι μέχρι ποσότητα δύο φλιτζανιών την ημέρα, αναμιγμένη με γλυκό νερό σε αναλογία 2:3, δεν έχει αρνητικές συνέπειες για την υγεία. Ο Γάλλος ιατρός Αλαίν Μπομπάρ (Alain Bombard) διέσχισε έναν ωκεανό σε μία φουσκωτή λέμβο καταναλώνοντας κυρίως ωμό κρέας ψαριού, το οποίο περιέχει περίπου 40% γλυκό νερό (όπως οι περισσότεροι ιστοί των ζωντανών οργανισμών), και μικρές ποσότητες θαλάσσιου νερού μαζί με άλλα προϊόντα του ωκεανού. Οι ισχυρισμοί του αμφισβητήθηκαν, αλλά δεν δόθηκε κάποια εναλλακτική ερμηνεία. Στη σχεδία Κον-Τίκι, ο Θορ Χάυερνταλ ανέφερε την πόση θαλάσσιου νερού αναμιγμένου με γλυκό σε αναλογία 40 προς 60%. Μερικά χρόνια αργότερα ένας άλλος λάτρης της περιπέτειας, ο Γουίλιαμ Γουίλις ισχυρίσθηκε ότι έπινε 2 ποτήρια θαλάσσιου νερού και 1 μόνο γλυκού ημερησίως επί 70 ημέρες χωρίς δυσμενείς επιδράσεις όταν απώλεσε μέρος του αποθέματός του σε νερό.
Κατά τον 18ο αιώνα ο ιατρός Ρίτσαρντ Ράσελ υπερασπίσθηκε τη χρήση αυτής της πρακτικής στη Μεγάλη Βρετανία και Ρενέ Κυντόν σε άλλες χώρες, όπως τη Γαλλία, κατά τον 20ό αιώνα. Σήμερα, η πρακτική εφαρμόζεται στη Νικαράγουα και άλλες χώρες.
Τα περισσότερα ωκεανοπλόα σκάφη αφαλατώνουν νερό για πόση από το θαλάσσιο νερό, χρησιμοποιώντας διαδικασίες όπως η απόσταξη σε κενό σε έναν αποστακτήρα, ή πιο πρόσφατα αντίστροφη ώσμωση. Αυτές οι ενεργοβόρες διαδικασίες δεν ήταν συνήθως διαθέσιμες την εποχή της ιστιοφόρου ναυτιλίας. Τα μεγαλύτερα ιστιοφόρα πολεμικά πλοία με μεγάλα πληρώματα, όπως το Victory του Νέλσωνα ήταν εξοπλισμένα με αποστακτήρες στις κουζίνες τους.
Κάποια άλλα χερσαία και θαλάσσια ζώα, όπως είναι τα ψάρια, οι φάλαινες, οι θαλάσσιες χελώνες, οι πιγκουίνοι κ.ά., μπορούν να προσαρμοσθούν σε πολύ αλμυρό περιβάλλον. Οι νεφροί του αρουραίου της ερήμου μπορούν να απομακρύνουν το νάτριο από το αίμα πολύ αποτελεσματικότερα από τους ανθρώπινους.

Τεχνητό θαλάσσιο νερό

Η ASTM International έχει ορίσει ένα διεθνές πρότυπο (standard) για την παρασκευή τεχνητού θαλάσσιου νερού, το ASTM D1141-98 (αρχικώς ASTM D1141-52). Αυτό χρησιμοποιείται σε πολλά ερευνητικά εργαστήρια δοκιμών ως ένα υποκατάστατο διάλυμα αντί για το θαλάσσιο νερό, σε πειράματα σχετικά με τη διάβρωση, την αξιολόγηση μεθόδων απορρυπάνσεως από πετρελαιοκηλίδες κ.ά.