Geoquímica - Capítulo 3: Distribución y abundancia de los elementos en el cosmos y en la Tierra ~ Paranoia Geológica

El Cosmos

La materia extraterrestre (sólida, líquida y gaseosa) puede ser agrupada en materia estelar, materia interestelar y materia del sistema solar, siendo ésta la última de mayor interés debido a que asumimos, con toda probabilidad, que la materia entera (estrellas, planetas, materia de cometas y meteoritos, atmósfera gaseosa de sol y de los planetas) tiene un origen en común.

Fig.1 El Sistema Solar

El conocimiento de la composición química de la materia cósmica, especialmente de nuestro sistema solar, es de gran importancia para resolver muchos problemas, en particular para delinear las conclusiones sobre el desarrollo e interrelaciones entre el sistema solar, el origen y desarrollo de la materia terrestre.

La composición química de la materia extraterrestre es estudiada principalmente por tres vías que constituyen las fuentes principales de información para estimar la abundancia relativa de elementos químicos en el Cosmos: a) el análisis espectrográfico de la luz emitida por las estrellas, y en particular por la luz solar, b) estudio químico de los meteoritos y c) examen de las rocas lunares.

Fig 2. Meteoritos hallados en la Antártida | NASA

Por la abundancia relativa de los diferentes elementos químicos respecto a los números atómicos de dichos elementos en la materia cósmica, se advierten ciertas irregularidades cuando se analizan los datos en la Fig.3, los cuales pueden resumir en:

La abundancia de un elemento en el Cosmos decrece considerablemente con el incremento del número atómico hasta alrededor de Z=40 (circonio).
Los elementos menos pesados son abundantes con excepción de Li (3), Be (4) y B (5) que tienen valores relativamente bajos y el Fe (26) y Ni (28) contienen altos. Los elementos más pesados exhiben relativamente valores constantes.
Los elementos con número atómico par son más abundantes que sus vecinos con número atómico impar (regla de Oddo-Harkins).
La abundancia relativa de los elementos con número atómico más elevado que el níquel varían menos, en contraste con los elementos con número atómico más bajo.
Solamente diez elementos H, He, C, N, O, Ne, Mg, Si, S y Fe tienen todo ellos número atómico menor de 27 y muestran apreciable abundancia; de éstos el H y el He preponderan sobre los otros ocho.

Fig.4 Abundancia de los elementos en el cosmos
Es más que una coincidencia el que los núcleos de litio, berilio y boro, los cuales son excepcionalmente raros entre los elementos de número atómico bajo, sean justamente aquellos cuyos núcleos se desintegran más fácilmente al ser bombardeados con protones, partículas alfa y neutrones.

Las anteriores conclusiones sugieren que la abundancia absoluta de los elementos depende de las propiedades nucleares más que de las químicas, como resultado de esto, un elemento puede tener varios isótopos que difieren en su peso atómico y su estabilidad, aunque no difieran apreciablemente por sus propiedades químicas.

La Tierra

Uno de los problemas más difíciles de la geoquímica es la verificación de la composición química de la Tierra global. Las heterogeneidades físicas son relativamente conocidas por la geofísica especialmente a través de la sismología, como también la composición elemental de la corteza, mientras que las interpretaciones de las regiones más profundas de la Tierra son hipotéticas.

Fig.5 Esquema de las capas de la Tierra

La distribución y dispersión de los elementos qímicos en la Tierra pasó por varias etapas de acuerdo al ciclo geológico:

Una distribución primaria tuvo lugar mientras el planeta se desarrolló en la forma como la conocemos ahora, que consta de corteza, manto y núcleo a través de la denominada diferenciación geoquímica de la Tierra.
Existe una distribución química cuando un magma se solidifica para formar rocas ígneas y una dispersión de elementos en la roca circundante al magma por alteración hidrotermal.
Existe una distribución y dispersión de los elementos químicos cuando cualquier clase de roca está siendo intemperizada.
Los sedimentos son formados como resultado de una intensa segregación elemental y un factor que puede influenciar grandemente en la distribución química sedimentaria son los efectos biológicos.
La acción metamórfica y metasomática causa una redistribución de los elementos químicos hasta llegar al punto de anatexis con la formación de magmas provenientes de rocas preexistentes.

Estructura Geoquímica de la Tierra

El modelo estructural de las regiones más profundas de la Tierra sugeridas por Goldschmidt (1922-1933) como resultado de las investigaciones en meteoritosy las comparaciones en los procesos de altos hornos (Moritz y Cissars, 1930) ha sido ampliamente aaceptada: una capa de hierro y níquel, una capa de sulfuros y óxidos, una capa de eclogita y una capa de silicatos comunes.

Geósferas: En el modelo estructural de la Tierra se han identificado las siguientes geósferas:

Atmósfera: Es la envoltura gaseosa que se encuentra alrededor de la Tierra, considerándose también los gases presentes en la hidrósfera y litósfera superior como el N2, O2, H2O, CO2, gases inertes.
Biósfera: Es la esfera sólida, líquida y gaseosa conteniendo con frecuencias coloidales, que contiene al conjunto de los seres vivos y en el cual es posible el desarrollo de la vida. Involucra las sustancias orgánicas -C,H,O,N,S,H2,O- y la materia esquelética distribuida sobre la superficie de la Tierra a través de la hidrósfera y la atmósfera.
Hidrósfera: Es la envoltura acuosa de la Tierra, principalmente agua dulce y salada, que forman los ríos, océanos y mares considerándose las masas de hielo, nieve, etc.
Litósfera: Es la envoltura sólida, compuesta de silicatos, llamada también corteza, cuya parte superior es ácida denominada sial (Si, Al, álcalis, OH) y la región inferior es básica llamada sima (Si, Al, Ca, Mg, Fe).
Chalcósfera: Llamado también manto que es una capa de óxidos y sulfuros, groseramente corresponde a las fases de la troilita de los meteoritos, sin embargo, contiene más óxidos y silicatos de Fe-Mg.
Siderósfera: Núcleo de Ni-Fe de la Tierra, groseramente corresponde a la composición de los meteoritos de hierro. La parte superior líquida y la parte inferior probablemente sólida.