Geoquímica

«La finalidad principal de la Geoquímica es, por un lado, determinar la composición de la Tierra y sus partes, y por otro, descubrir las leyes que controlan la distribución de los elementos individuales» (V. M. Goldschmidt, 1933). El término fue introducido por el químico suizo Shonbein en 1838.

Con las técnicas más refinadas de la química analítica moderna pueden llevarse a cabo estudios detallados de la distribución de muchos elementos, presentes, a menudo, en cantidades de sólo unas pocas partes por millón, de este modo se obtiene la información necesaria concerniente, no sólo a la distribución de los elementos en los diferentes tipos de rocas, sino también a su distribución entre las unidades corticales principales, por un lado, y los distintos tipos de mallas (silicatos), por el otro. Se han puesto a punto técnicas para establecer la abundancia relativa de los isótopos individuales de los elementos.

El geoquímico estudiaba en un principio sólo las rocas corticales, pero hoy día el campo se ha extendido a la totalidad de laTierra, a los planetas y lunas del sistema solar, a las estrellas y espacios interestelatres (cosmoquímica).

Para una mejor comprensión, pueden hacerse tres generalizaciones:

(1) Los elementos pesados. i.e. los que tienen pesos atómicos mayores que el níquel (58,71), son menos abundantes que los ligeros. Puede demostrarse que los once elementos más comunes (sobre una base cósmica) tienen pesos atómicos inferiores al del níquel.

(2) Los elementos de número atómico par son, en general, más abundantes que los de número atómico impar. En particular, los elementos de número atómico par son más abundantes que los elementos de número atómico impar que están a su lado (Regla de Oddo y Harkins); p. ej., Fe²⁶ es mucho más abundante que Mn²⁵ o Co²⁷.

(3) El hidrógeno es de cien a mil veces más abundante que cualquier otro elemento en el universo.

Elementos traza. El descubrimiento de los rayos X ha demostrado a los geoquímicos que el radio iónico de un elemento es de suma importancia cuando se consideran sus características geoquímicas. El problema de que manera aparecen los elementos traza (cantidades muy pequeñas de elementos no esenciales que aparecen además o en lugar de los elementos esenciales en un cristal) en los cristales se explica satisfactoriamente en función del radio iónico. Si aparece un espacio en una red, cualquier átomo disponible, con tal de que posea el radio iónico correcto, puede ocupar el espacio, independientemente de sus afinidades químicas, con tal de que su carga no difiera en más de 1 de la del elemento que normalmente ocupa este espacio. Este tipo de sustitución de un ión por otro se denomina diadoquia. (Relación de radios iónicos).

Pueden postularse tres tipos de aparición de los elementos traza:

1. Camuflaje, cuando los elementos traza y el elemento común tienen la misma carga; p.ej.,

Ga³⁺ ↔ Al³⁺.

2. Captura, cuando el elemento traza que sustituye a un elemento común tiene una carga mayor; p. ej

Ba²⁺ ↔ K¹⁺

Pb²⁺ ↔ K¹⁺

3. Admisión. cuando el elemento traza presenta menor carga que la del elemento común al que reemplaza; p. ej., Li¹⁺ ↔ Mg²⁺.

Clasificación geoquímica. A partir de un estudio sobre la composición de minerales y rocas, del mar y otras aguas y de la atmósfera, los elementos pueden dividirse en varios grupos, basados en su tipo de asociación; p. ej., los elementos se concentran en un medio preferido. Existen las siguientes divisiones:

Calcófilo. Elementos que tienen una fuerte afinidad por el azufre; caracterizados por los yacimientos sulfurosos.

Litófilo. Elementos que tienen una fuerte afinidad por el oxígeno; concentrados en los minerales silicatados.

Siderófilo. Elementos de poca afinidad por el oxígeno y el azufre, pero solubles en hierro fundido. Se cree que están concentrados en el núcleo de la Tierra y se encuentran en las fases metálicas de los meteoritos.

Atmófilo. Los elementos de la atmósfera (nitrógeno y gases nobles).

Biófilo. Los elementos concentrados en la materia viva (carbono, fósforo).

Un elemento puede aparecer en más de un grupo. Se utilizan los términos litosfera, atmósfera, biosfera e hidrosfera para definir los medios geoquímicos. (Para ejemplos de diferenciación geoquímica Rocas sedimentarias). Ciertos elementos (p. ej., cloro, bromo. iodo) llegan a concentrarse en el agua del mar, mientras que otros (flúor, hierro) son eliminados rápidamente.

Ciclo geoquímico. Uno de los conceptos más fructíferos de la Geoquímica es el del ciclo geoquímico: camino que recorre un elemento, comenzando en un magma primario y circulando después a través de una serie de medios geoquímicos. En ella se muestra un ciclo general; debe tenerse en cuenta que el recorrido de un elemento en particular puede ser mucho más complicado. Todavía no se conocen en detalle los ciclos de la mayoría de los elementos.