Hasta la actualidad, la atmósfera terrestre no ha recibido atención de los geoquímicos, aún cuando nuestra vida depende de la utilización del oxígeno del aire que respiramos. En años recientes se han reportado un drástico declive del contenido de ozono (O3) de la estratósfera en la primavera boreal en Halley Bay en la Antártida; descubrimiento el cual fue muy preocupante debido a los peligros que representan los rayos ultravioletas, los cuales son controlados por el ozono presente en nuestra atmósfera.
Otro signo peligroso es el constante incremento de la concentración del dióxido de carbono (CO2) en la atmósfera, registrado desde 1958 en el Observatorio Mauna Loa en Hawai. El incremento ha sido también reportado en las concentraciones del metano CH4, monóxido de carbono (CO), óxido nitroso (NOx). Estos gases, así como el vapor de agua y ozono, absorben la radiación infrarroja emitido por la superficie de la Tierra, de este modo, causa en la atmósfera un calentamiento en el llamado Efecto Invernadero.
ORIGEN DE LA ATMÓSFERA
La composición de la atmósfera primitiva de la Tierra fue determinada por los procesos que la formaron a partir del material planetario. Al formarse la Tierra, su masa era suficientemente grande para retener parte del hidrógeno, oxígeno, nitrógeno y otros gases que, finalmente constituyeron la atmósfera e hidrósfera.
Los gases abundantes en aquel tiempo fueron NH3, H2, H2O, CH4 y CO, con el transcurso del tiempo fue agregándose material adicional por los gases liberados por la cristalización de los magmas y la actividad volcánica, oxígeno producido por disociación fotoquímica del vapor de agua, oxígeno producido por fotosíntesis, helio producido por la desintegración del uranio y torio, argón producido por desintegración radiactiva del potasio.
La historia de la atmósfera probablemente es paralela con el origen de las aguas marinas, que se formaron por el vapor del agua escapado de la Tierra sólida y su cambio de composición con el tiempo se estabilizó en el Precámbrico tardío.
La composición de la atmósfera ha regulado la meteorización química y la formación de las rocas sedimentarias a través del control en el contenido de O y CO2 en las aguas superficiales.
COMPOSICIÓN QUÍMICA
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| Origen de la atmósfera |
ESTRUCTURA DE LA ATMÓSFERA ACTUAL
La estructura vertical de la atmósfera está basada en la variación observada de la temperatura como una función de la altitud sobre el nivel del mar y consiste: la troposfera (12-50 km), mesosfera(50-100 km) y la termosfera (100-1000 km). Los límites entre estas capas atmosféricas son las llamadas tropopausa, estratopausa, etc.
La temperatura de la troposfera decrece con la altitud desde 15°C en la superficie a -56.5°C en la troposfera (12 km). Esta temperatura se incrementa en la estratosfera y alcanza -2.5°C en la estratopausa (50 km). En la mesosfera la temperatura decrece a -86.28°C, pero alcanza valores que exceden a 100°C en la termosfera, sin embargo, la termosfera contiene muy poco calor debido a su baja densidad.
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| Capas de la atmósfera |
La composición química de la troposfera y la estratosfera afectan el clima y por lo tanto las condiciones de vida en la superficie de la Tierra. La atmósfera es químicamente simple, su composición normal, que permanece bastante constante hasta alturas de 100 km.
La proporción de los elementos se mantiene constante hasta gran altura, pero a más de 60 km se nota una separación gravitatoria. Uno de los cambios químicos más notables es la presencia entre 20 y 30 km de una capa levemente rica en ozono (O3), como resultado de la acción solar. Los rayos solares son también la causa de la ionización parcial de los gases entre 80 y 100 km (ionosfera).
Un importante componente de las capas inferiores de la atmósfera es el agua en forma de vapor y nubosidad, producto del intercambio entre la atmósfera e hidrósfera. La concentración de CO2 en la atmósfera está regulada por los océanos, que actúan como reservorio de tal compuesto.
La formación del ozono O3 es iniciada por la radiación UV en longitud de ondas menores de 242 nm, las reacciones que involucran la destrucción del O3, proviene del cloro en la estratosfera que es principalmente transferido allí como clorometil (CH3Cl), el cual probablemente proviene de fuentes marinas y biológicas terrestres; esta fuente natural aporta el 25% del cloro, el cual es transportado desde la tropopausa.
HIDROSFERA
La hidrósfera es la envoltura discontinua formada de un número de reservorios de agua que están conectados de algún modo por el ciclo hidrológico.
RESERVORIOS DE AGUAS
Los océanos son los reservorios que cubren el 71% de la superficie de la Tierra y abarcan el 97,25% del volumen total, seguido por los casquetes de hielo y los glaciares con el 2,05%, y las aguas subterráneas en conjunto el 0,68%, los ríos 0,0001% y los lagos 0,01%, estos dos últimos asequibles a los seres humanos.
AGUAS SUPERFICIALES Y SU COMPOSICIÓN QUÍMICA
La composición química de las aguas superficiales varía entre amplios límites dependiendo del clima, condiciones hidrológicas en la cuenca de drenaje, en la composición mineral del regolito y de la roca infrayacente y en los aportes antropogénicos incluyendo efluentes humanos e industriales, abonos agrícolas y desechos mineros.
La carga química total transportada por las aguas superficiales consiste de iones y moléculas en solución, iones absorbidos en partículas coloidales y en sedimentos transportados en suspensión, la composición química de las partículas coloidales, microorganismos en el agua tales como algas y bacterias; y gases disueltos cuyas concentraciones depende de la temperatura del agua y de sus presiones parciales en la atmósfera.
En vista de la complejidad de las aguas corrientes y de su origen no es fácil determinar de este modo, la composición química promedio. En general, los resultados dependen del tiempo, lugar donde el agua fue colectada, como fue tratada y almacenada antes del análisis y los métodos que fueron usados para analizarlos.
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| Aguas superficiales |
AGUAS DE RÍOS Y SU COMPOSICIÓN QUÍMICA
Las aguas de los ríos tienen una gran importancia desde el punto de vista de la geoquímica, puesto que son responsables de la meteorización y erosión de las masas continentales. El mayor aporte que reciben estas aguas superficiales son las lluvias, además de las aguas termales relacionadas a aguas magmáticas.
La composición media del agua fluvial es muy diferente a la de las aguas marinas en cuanto a las concentraciones relativas de los materiales disueltos; así, el orden de abundancia de los iones HCO3- > SO42> Cl-, y Ca+2 > Na + > K+ está casi en orden inverso al que se presenta en las aguas de mar.
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| Componentes más abundantes en el agua de río |
En recientes estudios revaluativos de la composición química indican que las concentraciones de los iones mayores en los ríos se han incrementado significativamente por contaminaciones antropogénicas.
El incremento de las concentraciones de estos iones en los ríos del mundo constituye una significativa perturbación en los ciclos geoquímicos de estos elementos. Las concentraciones de los iones mayores de los ríos más grandes del mundo indican que el agua está dominada por el Ca2+y HCO-3 , estos iones se originan primariamente por la disolución de la calcita y plagioclasas de las rocas expuestas al intemperismo en los continentes.
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| Aguas de ríos |
LAS AGUAS MARINAS Y SU COMPOSICIÓN QUÍMICA
La composición del agua oceánica es enteramente homogénea comparada con la composición de la Tierra y la corteza. Dos cantidades definidas como el contenido de cloro y salinidad se utilizan al tratar sobre la composición de las aguas de mar. La salinidad es de 3,5% y la clorinidad es de 1,9% (contenido de cloro en un kilogramo de agua de mar).
Las proporciones relativas de los elementos mayores: Cl, Na, Mg, S, Ca y K en aguas marinas son constantes, y muestran alguna variación de lugar a lugar.
Sólo 14 elementos ocurren en el agua marina con una concentración sobre 1 ppm por peso. Los mayores gases disueltos en el agua de mar: N2, O2 y CO2, muestran grandes variaciones en la concentración.
Los elementos directamente relacionados a la actividad biológica tales como C, O, N e H y nutrientes como P y Si, varían de concentración según la profundidad, principalmente porque la fotosíntesis ocurre cerca de la superficie (zona fótica) pero en aguas profundas (zona afótica). Otros factores son la alta concentración de organismos en los estratos superficiales y los cambios químicos entre la superficie del agua y la atmósfera.
En la superficie de los océanos, el pH y Eh están regulados no solo por las sales sino también por los gases atmosféricos disueltos CO2y O2. Las aguas superficiales están en equilibrio con la atmósfera tanto en CO2 como O2, esto determina un Eh débilmente oxidante que se torna reductor a medida que desciende el contenido de O2de acuerdo a la produndidad.
Los principales componentes mayoritarios de las aguas de mar son el Cl, Na, So4, Mg, Ca, K, HCO3; sin embargo, se han identificado aproximadamente 50 elementos, algunos se presentan como elementos minoritarios y otros como indicios o trazas.
BIBLIOGRAFÍA:
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| Composición del agua marina (según Rosler, H.) |
- https://www.lenntech.es/tabla-peiodica/abundancia.htm
- Hugo Rivera Mantilla, Introducción a la Geoquímica General y Aplicada (Capítulo VII)
- http://www.icarito.cl/2013/01/370-9710-9-septimo-ano-elementos-quimicos-presentes-en-la-tierra-y-seres-vivos.shtml/
- https://healingearth.ijep.net/es/recursos-naturales/los-lementos-de-la-tierra
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