Domanda:
Perché l'assorbimento acustico negli oceani dipende dal pH?
Gabriel Cozzella
2016-06-29 19:23:34 UTC
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Stavo leggendo "The Sixth Extinction: An Unnatural History", di Elizabeth Kolbert, e lì lei commenta che un alto livello di $ CO_ {2} $ nell'atmosfera abbassa il pH degli oceani (il che ha senso) e, di conseguenza , diminuisce l'assorbimento acustico:

PERCHÉ l'acidificazione degli oceani è così pericolosa? È difficile rispondere alla domanda solo perché l'elenco dei motivi è così lungo. A seconda di quanto gli organismi sono in grado di regolare la loro chimica interna, l'acidificazione può influenzare processi di base come il metabolismo, l'attività enzimatica e la funzione delle proteine. Poiché cambierà la composizione delle comunità microbiche, altererà la disponibilità di nutrienti chiave, come ferro e azoto. Per ragioni simili, cambierà la quantità di luce che passa attraverso l'acqua e, per ragioni leggermente diverse, altererà il modo in cui il suono si propaga. (In generale, l'acidificazione dovrebbe rendere i mari più rumorosi.)

Capisco che l'assorbimento acustico dipende dalle proprietà del materiale del mezzo, ma non è banale per me che l'acqua più acida dovrebbe avere un assorbimento diverso rispetto all'acqua neutra. Qualcuno potrebbe spiegare il meccanismo fisico dietro questo?

(Non sono esattamente sicuro che questo appartenga qui, ma poiché si tratta di proprietà dei materiali, ho pensato che sarebbe andato meglio qui che in Chemistry SE)

Due risposte:
John Rennie
2016-06-29 20:01:44 UTC
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Per quanto difficile da credere, il pH ha un effetto sull'assorbimento acustico nell'acqua.

Ci sono alcune reazioni che sono influenzate dalla pressione, ovvero la pressione cambia il loro equilibrio. Un esempio è l'equilibrio tra acido borico e ione borato:

$$ B (OH) _4 \, ^ - + H ^ + \ rightarrow B (OH) _3 + H_2O $$

L'aumento della pressione spinge la reazione verso destra e così facendo assorbe energia. Quell'energia proviene dall'energia nell'onda sonora, per quanto improbabile possa sembrare che la reazione chimica assorba il suono. Quando la pressione viene rilasciata, la reazione torna a sinistra, ma l'energia viene rilasciata poiché il calore non suona. Il risultato netto è che l'energia sonora viene convertita in calore.

Il problema con un pH abbassato è che quando si abbassa il pH, l'equilibrio si sposta a destra, quindi c'è meno borato e più acido borico. Ciò lascia meno borato per assorbire il suono. Quindi un pH abbassato significa un minore assorbimento acustico.

Se sei interessato, c'è un articolo su questo argomento su Scientific American e una pubblicazione scientifica più rigorosa qui (purtroppo non disponibile online). Lemon ha fornito utilmente questo collegamento, Indagine sull'assorbimento chimico del suono nell'acqua di mare e Google dovrebbe trovare pubblicazioni più pertinenti.

L'effetto è molto ridotto, anche perché le concentrazioni di acido borico / borato nell'acqua di mare sono piccole. Tuttavia il suono si propaga per enormi distanze nell'acqua - centinaia di miglia. Quindi anche un piccolo cambiamento nella chimica dell'acqua può avere un effetto misurabile. Il primo dei documenti che ho collegato menziona questo:

L'attenuazione acustica nella gamma delle basse frequenze è principalmente a causa del rilassamento dell'acido borico ed è una funzione del pH dell'acqua di mare.

(enfasi mia)

Se quell'effetto sia effettivamente abbastanza grande da delfini assordati è oggetto di dibattito.

[Questo documento] (http://scitation.aip.org/content/asa/journal/jasa/74/3/10.1121/1.389845) fornisce un modello dettagliato delle reazioni chimiche responsabili.
Puoi dare qualche indicazione sulla forza di questo effetto?Di quanto assorbimento è responsabile e come si confronta con il coefficiente di assorbimento complessivo di altri meccanismi?
Bella risposta!E sono anche scettico riguardo a tali cambiamenti che portano alla sordità dei delfini.La riduzione del pH sta avendo un effetto molto più profondo su coralli e crostacei.
Risposta incredibile, grazie (e limone) per il tuo tempo (e per i riferimenti).
il documento "purtroppo non disponibile online" sembra essere disponibile qui: http://iopscience.iop.org/article/10.1088/1755-1307/6/46/462007/meta
@Federico Questo è solo l'abstract.Sfortunatamente, la conferenza non mette online i documenti completi.
Quindi, se l'acqua meno acida assorbe più energia, ciò si applicherebbe a qualsiasi forma di energia, come l'energia cinetica di qualcosa che cerca di nuotare?Cioè, il livello di ph influirebbe sulla difficoltà di nuotare nell'acqua?
@DCShannon: Non ho mai studiato la meccanica del nuoto, ma la mia ipotesi è che il contributo alla resistenza del cambio di pH sarà trascurabile.La resistenza è dominata dalle forze inerziali, ovvero l'energia necessaria per accelerare l'acqua fuori dal tuo percorso.Tuttavia, suppongo che in linea di principio ci sarebbe un effetto, anche se fosse incommensurabilmente piccolo.
docscience
2016-06-29 20:01:01 UTC
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L'autore avrebbe dovuto essere più specifico sull'argomento o almeno fornire un riferimento.La velocità del suono nell'acqua dipende dal modulo di massa e dalla densità dell'acqua, quindi negli oceani aperti i fattori che più influenzano la velocità del suono sono la salinità, la profondità (pressione) e la temperatura.Ero un laureato in ingegneria oceanica e ho seguito corsi di oceanografia fisica e chimica, sistemi di strumenti subacquei, ecc., E non credo di aver mai visto nulla che riguardi il pH e la velocità del suono.

Forse l'autore stava pensando che i cambiamenti nel pH siano legati alla salinità.C'è una connessione.Ma "Rendere i mari più" rumorosi "" sembra essere un'affermazione strana riguardo alla velocità del suono.Questo è più un argomento per l ' assorbimento del suono, ma non vedo come il pH potrebbe cambiare neanche questo.

Per essere onesti, l'autore non menziona mai la velocità del suono.


Questa domanda e risposta è stata tradotta automaticamente dalla lingua inglese. Il contenuto originale è disponibile su stackexchange, che ringraziamo per la licenza cc by-sa 3.0 con cui è distribuito.
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