¿Por qué la absorción del sonido en los océanos depende del pH?

Estaba leyendo "La Sexta Extinción: Una Historia Antinatural", de Elizabeth Kolbert, y ahí ella comenta ese alto nivel de C O 2 en la atmósfera baja el pH de los océanos (lo que tiene sentido) y, en consecuencia, disminuye la absorción del sonido:

¿POR QUÉ es tan peligrosa la acidificación de los océanos? La pregunta es difícil de responder solo porque la lista de razones es muy larga. Dependiendo de cuán estrechamente los organismos puedan regular su química interna, la acidificación puede afectar procesos básicos como el metabolismo, la actividad enzimática y la función de las proteínas. Debido a que cambiará la composición de las comunidades microbianas, alterará la disponibilidad de nutrientes clave, como el hierro y el nitrógeno. Por razones similares, cambiará la cantidad de luz que pasa a través del agua y, por razones algo diferentes, alterará la forma en que se propaga el sonido. (En general, se espera que la acidificación haga que los mares sean más ruidosos).

Entiendo que la absorción del sonido depende de las propiedades materiales del medio, pero no es trivial para mí que el agua más ácida tenga una absorción diferente que el agua neutra. ¿Alguien podría explicar el mecanismo físico detrás de esto?

(No estoy exactamente seguro de que esto pertenezca aquí, pero dado que se trata de las propiedades de los materiales, pensé que encajaría mejor aquí que en Química SE)

Respuestas (2)

Aunque parezca difícil de creer, el pH tiene un efecto sobre la absorción del sonido en el agua.

Hay algunas reacciones que se ven afectadas por la presión, es decir, la presión cambia su equilibrio. Un ejemplo es el equilibrio entre el ácido bórico y el ion borato:

B ( O H ) 4 − + H + → B ( O H ) 3 + H 2 O

El aumento de la presión empuja la reacción hacia la derecha y, al hacerlo, absorbe energía. Esa energía proviene de la energía en la onda de sonido, por lo que parece poco probable que la reacción química absorba el sonido. Cuando se libera la presión, la reacción retrocede hacia la izquierda, pero la energía se libera en forma de calor, no de sonido. El resultado neto es que la energía del sonido se convierte en calor.

El problema con el pH bajo es que a medida que bajas el pH, el equilibrio se mueve hacia la derecha, por lo que hay menos borato y más ácido bórico. Eso deja menos borato para absorber el sonido. Entonces, un pH más bajo significa menos absorción de sonido.

Si está interesado, hay un artículo sobre esto en Scientific American y una publicación científica más rigurosa aquí (lamentablemente no está disponible en línea). Lemon proporcionó amablemente este enlace, Investigación de la absorción química del sonido en el agua de mar , y buscar en Google debería encontrar publicaciones más relevantes.

El efecto es muy pequeño, sobre todo porque las concentraciones de ácido bórico/borato en el agua de mar son pequeñas. Sin embargo, el sonido se propaga a grandes distancias en el agua: cientos de millas. Entonces, incluso un pequeño cambio en la química del agua puede tener un efecto medible. El primero de los documentos que vinculé menciona que :

La atenuación del sonido en el rango de baja frecuencia se debe principalmente a la relajación del ácido bórico y es una función del pH del agua de mar.

(mi énfasis)

Si ese efecto es realmente lo suficientemente grande como para ensordecer a los delfines es un tema de debate.

Este artículo proporciona un modelo detallado de las reacciones químicas responsables.
¿Puede dar alguna indicación sobre la fuerza de este efecto? ¿De cuánta absorción es responsable y cómo se compara con el coeficiente de absorción general de otros mecanismos?
¡Gran respuesta! Y también soy escéptico con respecto a tales cambios que conducen a la sordera de los delfines. La reducción del pH está teniendo un efecto mucho más profundo en los corales y los mariscos.
Increíble respuesta, gracias (y limón) por su tiempo (y por las referencias).
el documento "lamentablemente no disponible en línea" parece estar disponible aquí: iopscience.iop.org/article/10.1088/1755-1307/6/46/462007/meta
@Federico Eso es solo el resumen. Desafortunadamente, la conferencia no pone los artículos completos en línea.
Entonces, si el agua menos ácida absorbe más energía, ¿se aplicaría eso a cualquier forma de energía, como la energía cinética de algo que intenta nadar? Es decir, ¿el nivel de ph afectaría la dificultad de nadar en el agua?
@DCShannon: nunca he estudiado la mecánica de la natación, pero supongo que la contribución al arrastre del cambio de pH será insignificante. El arrastre está dominado por fuerzas de inercia, es decir, la energía necesaria para acelerar el agua fuera de su camino. Sin embargo, supongo que en principio habría un efecto, aunque fuera inconmensurablemente pequeño.

El autor debería haber sido más específico sobre el asunto o al menos proporcionar una referencia. La velocidad del sonido en el agua depende del módulo de volumen y la densidad del agua, por lo que en los océanos abiertos los factores que más afectan la velocidad del sonido son la salinidad, la profundidad (presión) y la temperatura. Me especialicé en ingeniería oceánica y tomé cursos de oceanografía física y química, sistemas de instrumentos submarinos, etc., y creo que nunca he visto nada que relacione el pH con la velocidad del sonido.

Quizás el autor estaba pensando que los cambios en el pH están relacionados con la salinidad. Hay una conexión. Pero "Hacer que los mares sean 'más ruidosos'" parece ser una declaración extraña con respecto a la velocidad del sonido. Eso es más un tema de absorción de sonido , pero tampoco veo cómo el pH podría cambiar eso.

Para ser justos, el autor nunca menciona la velocidad del sonido.
¿Por qué la absorción del sonido en los océanos depende del pH?
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