miércoles, 3 de abril de 2019

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Geoquímica - Capítulo 4: Distribución y abundancia de los elementos en la corteza terretsre

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La corteza terrestre se extiende desde la superficie de la Tierra hasta una profundidad aproximada de 40 Km. Debido a dificultades técnicas, los científicos no han podido estudiar la parte interior de la corteza con la misma facilidad con la que han estudiado la superficie. No obstante, se cree que en el centro de la Tierra hay un núcleo sólido formado principalmente por hierro. Alrededor de dicho núcleo hay una capa llamada manto, que está formada por un fluido caliente que contiene hierro, carbono, silicio y azufre.
De los 83 elementos que se encuentran en la naturaleza, 12 de ellos constituyen el 99,7% del peso de la corteza terrestre. En orden decreciente de abundancia natural son, oxígeno (O), silicio (Si), aluminio (Al), hierro (Fe), calcio (Ca), magnesio (Mg), sodio (Na), potasio (K), titanio (Ti), hidrógeno(H), fósforo (P) y manganeso (Mn). Al analizar la abundancia natural de los elementos, se debe tener en mente que:
  1. Los elementos no están distribuidos de manera uniforme en la corteza terrestre
  2. La mayoría de los elementos se encuentran en forma combinada.
Estos hechos proporcionan las bases para la mayoría de los métodos de obtención de los elementos puros, a partir de sus compuestos.
Abundancia de los elementos en la corteza terrestre
Esta gráfica ilustra la abundancia relativa de los elementos químicos en la corteza continental superior de la Tierra. 
Muchos de los elementos que se muestran en la gráfica se clasifican según las siguientes categorías (que se solapan en forma parcial):
  1. elementos que forman rocas (elementos principales en la zona verde y elementos secundarios en la zona verde claro);
  2. elementos de las tierras raras (lantánidos, La-Lu, y Y; indicados en color azul
  3. principales metales industriales (producción global >~3×107 kg/año; indicados en color rojo);
  4. metales preciosos (indicados en color púrpura);
  5. los nueve "metales" más escasos— los seis elementos del grupo del Platino más el Au, Re, y Te(un metaloide) — en la zona amarilla.
Es de notar que existen dos cortes en los cuales se encontrarían los elementos inestables tecnecio (número atómico: 43) y prometio (número atómico: 61). Estos son sumamente escasos, dado que en la Tierra son únicamente producidos mediante la fisión espontánea de elementos radioactivos muy pesados (por ejemplo, uranio, torio, o las trazas de plutonio que existen en el mineral de uranio), o mediante la interacción de otros elementos con rayos cósmicos. Utilizando técnicas de espectrometría ha sido posible identificar la presencia en las atmósferas de las estrellas de los primeros dos de estos elementos, allí los mismos son producidos mediante procesos de nucleosíntesis. También existen cortes en los cuales deberían encontrarse los seis gases nobles dado que los mismos se encuentran en la corteza terrestre como resultado de cadenas de decaimiento de elementos radiactivos y por lo tanto allí son elementos extremadamente raros. No se incluyen los seis, elementos altamente radiactivos muy raros (polonio, astato, francio, radio, actinio, y protactinio), dado que cualquiera de estos elementos que existió cuando se formó la Tierra ha decaído hace muchos eones, y su cantidad en la actualidad es ínfima.
El Oxígeno y el silicio son elementos sumamente comunes. Existe varias combinaciones de los mismos que dan lugar a formas comunes de minerales de silicatos.
Abundancia de los elementos "tierras raras"
El término tierras "raras" es poco apropiado. La persistencia del término es más una indicación de falta de familiaridad que de verdadera rareza o escasez. La concentración en la corteza terrestre de cada uno de los elementos de tierras raras más abundantes es similar a metales industriales comunes tales como el cromo, níquel, cobre, zinc, molibdeno, estaño, tungsteno, o plomo. Los dos elementos de las tierras raras menos abundantes (tulio y lutecio) son aproximadamente doscientas veces más abundantes que el oro. Sin embargo, en comparación con los metales ordinarios y metales preciosos, los elementos de tierras raras tiene una muy baja tendencia de estar concentrados en yacimientos minerales con "leyes" que hagan económicamente atractiva su explotación. En consecuencia, la mayoría del suministro mundial de elementos de tierras raras proviene de unos pocos sitios. Más aún, los metales de tierras raras son todos químicamente muy similares entre sí, y por lo tanto es sumamente difícil separarlos de manera de obtener cantidades de un elemento puro.
Se observa cómo las tierras raras (azul) son más abundantes que el oro (amarillo)
Las diferencias en abundancias de elementos individuales de tierras raras en la corteza superior de la Tierra representan la superposición de dos efectos, uno nuclear y el otro geoquímico. Primero, los elementos de tierras raras con números atómicos pares (58Ce, 60Nd, ...) presentan abundancias cósmicas y terrestres mayores que los elementos de tierras raras vecinos con números atómicos impares (57La, 59Pr, ...). Segundo, los elementos de tierras raras más livianos son más incompatibles (porque poseen un mayor radio iónico)y por lo tanto se encuentran concentrados en mayor medida en la corteza terrestre que los elementos de tierras raras más pesados. En la mayoría de los yacimientos de minerales de tierras raras, los primeros cuatro elementos de tierras raras - lantano, cerio, praseodimio, y neodimio - constituyen entre el 80% y el 99% del total de metales de tierras raras que puede extraerse del mineral.
CICLO GEOQUÍMICO EXTERNO
Es una secuencia de etapas que se producen en el proceso de migración de elementos durante la ocurrencia de cambios geológicos y que comprende dos ciclos (mayor y menor). El ciclo mayor se considera que parte del magma hacia la formación de rocas ígneas, de sedimentos, de rocas sedimentarias, de rocas metamórficas y posiblemente por medio de migmatitas se retorna al magma; y el ciclo menor o exógeno que procede desde los sedimentos hasta la formación de rocas sedimentarias, de material meteorizado y se retorna nuevamente a los sedimentos.
CICLO DEL AZUFRE
Gran parte del azufre que llega a la atmósfera proviene de las erupciones volcánicas, de las industrias, vehículos, etc. Una vez en la atmósfera, llega a la tierra con las lluvias en forma de sulfatos y sulfitos. Su combinación con vapor de agua produce el ácido sulfúrico. Cuando el azufre llega al suelo, los vegetales lo incorporan a través de las raíces en forma de sulfatos solubles. Parte del azufre presente en los organismos vivos queda en los suelos cuando éstos mueren. La descomposición de la materia orgánica produce ácido sulfhídrico, de mal olor, devolviendo azufre a la atmósfera. 
CICLO DEL FÓSFORO
La lluvia disuelve los fosfatos presentes en los suelos y los pone a disposición de los vegetales. El lavado de los suelos y el arrastre de los organismos vivos fertilizan los océanos y mares. Parte del fósforo incorporado a los peces es extraído por aves acuáticas que lo llevan a la tierra por medio de la defecación (guano). Otra parte del fósforo contenido en organismos acuáticos va al fondo de las rocas marinas cuando éstos mueren. Las bacterias fosfatizantes que están en los suelos transforman el fósforo presente en cadáveres y excrementos en fosfatos disueltos, que son absorbidos por las raíces de los vegetales. 
CICLO DEL SILICIO 
Se encuentra principalmente en forma de dioxido de silicio (SiO2) o de silicatos que son sales de ácidos silícico. Los hongos, las cianobacterias y los líquenes que viven sobre rocas silíceas o en el interior de las mismas en el ambiente inhóspito disuelven activamente la silicio mediante la excreción de ácidos carboxílicos. Este ácido contribuye a los procesos de meteorización de las rocas y formación del suelo.Las diatomeas que acumulan dióxido de silicio en sus frústulasforman los depósitos conocidos como tierra de diatomeas.
CICLO DEL CALCIO
Es la circulación del calcio entre los organismos vivos y el medio. El calcio es un mineral que se encuentra en la litosfera formando grandes depósitos de origen sedimentario, que emergieron de fondos marinos por levantamientos geológicos. Muchas veces, estas rocas, contienen restos fosilizados de animales marinos con caparazones] ricos en calcio; en mineralogia se conocen como rocas calizas. La lluvia y los agentes atmosféricos descomponen las rocas calizas, arrastrando los compuestos del calcio a los Suelos, a los ríos y al mar. En este recorrido, el calcio es absorbido por las plantas y animales, en cualquier punto del ciclo, ya sea por la cadena alimenticia o por la absorción del agua. Cuando las plantas o los animales mueren, los descomponedores liberan el calcio, el cual regresa al suelo.
Finalmente, los ríos se encargan de que el destino final sea otra vez el fondo de los océanos, de los cuales, después de largos periodos, vuelven a emerger en forma de rocas. 
CICLO DEL HIERRO
El Hierro se encuentra en la Litosfera en dos estados, el férrico Fe3+ y ferroso Fe2+. Este bioelemento es utilizado por distintos seres vivos para formar las cadenas de citocromos y asociado a proteínas de transporte, como la Hemoglobina.
Determinadas bacterias anaerobias (Arqueobacterias) que viven en ambientes pantanosos, pobres en oxígeno, reducen el hierro férrico Fe3+ a ferroso Fe2+ que es asimilado por otros seres vivos ya que es más soluble.
En ambientes con oxígeno el catión ferroso pasa de forma espontánea a férrico.
CICLO DEL MANGANESO
De manejo semejante al hierro, los microorganismos también, lo reciclan de su estado reducido a oxidado. El manganeso se encuentra en la ecosfora tanto en su forma reducida manganosa (Mn2+)como en su forma oxidada o mangánica (Mn4+). La estabilidad de estos iones depende mucho del ph y del potencial redox. en presencia de oxigeno con un ph superior a 8,el ion manganosa se oxida a ion mangánico tetravalente este forma un dióxido (MnO2)insoluble con agua, que no se puede asimilar directamente a las plantas .
En algunas hábitat marinos y de agua dulce, la precipitación de manganeso forma nódulos. Estos nódulos se originan en los sedimentos anoxicos, cuando el manganeso entra en un ambiente aerobio se oxida y se precipita, en parte por acción de las bacterias formando nodulos.
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