Geoquímica QUÍM.

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Química

Con el significado etimológico de Química de la Tierra, esta voz fue introducida en 1838, por el químico alemán C. F. Schónbein (1799-1868), prof. de la Univ. de Basilea, descubridor del ozono. Dentro del campo de las ciencias geológicas, no logró su independencia hasta que alcanzaron cierta madurez las ciencias auxiliares, con las cuales se expresa la relación correspondiente en la fig. 1.

Campo de estudio y métodos. En cierto modo, la problemática de la G. coincide con la de la Cosmoquímica, al investigar el origen y la evolución de los elementos químicos. Integrando los diversos aspectos de la G. cultivados por diferentes escuelas, puede decirse que su objeto es: el estudio de la distribución cuantitativa de los elementos químicos en la corteza y en el interior de la Tierra; las leyes que rigen sus asociaciones, así como sus migraciones en el doble significado de éstas (dispersiones y concentraciones); la explicación de los procesos correspondientes y la aplicación de éstos al descubrimiento de minerales útiles. Las investigaciones en curso tienen un programa muy ambicioso. Se centran principalmente sobre los equilibrios de fase en las menas y gangas minerales, orientadas por diversos métodos de síntesis en el laboratorio; conducta seguida por los elementos trazadores; solubilidad experimental de soluciones predominantemente acuosas; estudio particular de la composición y origen de las aguas termales y de las inclusiones fluidas de los minerales; propiedades termodinámicas de éstos; fraccionamiento isotópico durante los procesos de transporte y depósito; velocidad de crecimiento y hábito de los cristales; difusión, reacción, transformación y procesos similares; estudio cristaloquímico de menas y gangas minerales, con detalladas prospecciones, para descubrir las relaciones entre los minerales componentes de los yacimientos metalíferos.

Como se deduce del anterior programa, una parte importante de las investigaciones en G. consiste en trabajos de campo, y en ellos tiene interés preferente la toma de muestras y su preparación. Otra parte se refiere a técnicas de laboratorio para el estudio de tales muestras, así como de meteoritos (v.), polvo cósmico, etc., con el fin de completar, juntamente con observaciones astronómicas, nuestro concepto relativo a la distribución de los elementos. Entre las técnicas citadas por Smales y Wager, figuran: análisis volumétrico y gravimétrico; fotometría de llama; espectrografía óptica; fluorescencia por rayos X; análisis espectrométrico de masa; estudio geoquímico por este método de los isótopos estables; estudio geoquímico de soluciones diluidas; métodos radioquímicos y de radiactivación; polarografía; métodos especiales de separación; etc.

Aunque de un modo general, se considera que la corteza terrestre es el dominio de la G., los estudios realizados por el geoquímico ruso A. Fersman (1883-1945) han establecido los principios en que se basa nuestro posible conocimiento de la composición global de la Tierra, por comparación con las estadísticas proporcionadas por el análisis de los meteoritos y los datos espectroscópicos relativos a las estrellas y otros cuerpos cósmicos. Fersman ha comparado los datos que se refieren a la composición global de la Tierra, deducidos por el petroquímico norteamericano H. S. Washington (1867-1934) y basados a su vez en los análisis de rocas, efectuados por el también geoquímico norteamericano F. W. Clarke (1847-1931), con los análisis de meteoritos por O. C. Farrington (1911), con exagerada importancia dada a los metálicos o sideritos, y los realizados por el propio Fersman en dos ocasiones distintas. Así, pues, aunque no se tenga acceso al interior de nuestro planeta, se ha evaluado a grandes rasgos su posible composición, gracias a los datos que emanan de las investigaciones geofísicas (v. GEOFÍSICA) y a la comparación establecida con los análisis de los meteoritos, los cuales, ya desde 1850, se han venido considerando por el geólogo francés A. Boisse como los restos de un planeta desintegrado, cuya órbita estaba situada entre las de Marte y Júpiter (v. METEORITOS).

Clasificación geoquímica de los elementos. El geoquímico alemán-suizo V. M. Goldschmidt (1888-1947) ha propuesto una clasificación geoquímica de los elementos, basada en la hipótesis relativa al interior de la Tierra (v. TIERRA II, 4), en cuatro grupos: 1) siderófilos, procedentes de las regiones más profundas del planeta (Au, Ge, Sn, C, P, Mo, Re, Fe, Co, Ni, Ru, Rh, Pd, Os, Ir, Pt); 2) calcófilos, de la capa intermedia de óxidos y sulfuros del globo terrestre, con mucha afinidad con el azufre (Cu, Ag, Zn, Cd, Ca, In, TI, Pb, As, Eb, Bi, S, Te, Fe); 3) litófilos, que forman la corteza terrestre o litosfera (Li, Na, K, Rb, Cs, Be, Mg, Ca, Sr, Ba, Ra, B, Al, Sc, Y, tierras raras, C, Si, Ti, Zr, Hf, V, Nb, Ta, P, O, Cr, W, Mn, H, F, Cl, Br, I); y 4) atmófilos, de la atmósfera (H, C, N, O, I, Hg, He, Ne, A, Kr, Xe). Algunos elementos pertenecen a dos grupos e incluso a más, pasando de uno a otro por migración. Ciertos elementos, que se han llamado biófilos, cuya concentración se debe a los seres vivos, constituyen un grupo mixto, constituido por el grupo 4 (excepto los gases nobles), más P, V, 1, K, Na, B, etc., formando en conjunto la biosfera, que estudió el geoquímico ruso V. 1. Vernadsky (1863-1945). El prof. V. M. Goldschmidt dio una representación gráfica muy sugestiva (fig. 3), utilizando la curva del volumen atómico de Lothar Meyer, demostrando la periodicidad de las propiedades geoquímicas de los elementos: en efecto, los siderófilos, por ser los más densos, ocupan los lugares más bajos de la curva; los calcófilos, las ramas ascendentes; los litófilos, las ramas descendentes; y los atmófilos, los máximos de la curva o el lugar contiguo al máximo. Los prof. españoles J. L. Amorós y A. San Miguel, basándose en la teoría del enlace químico, atribuyen a las altas presiones el cambio de las propiedades elásticas, magnéticas y eléctricas; con cambio también de fase, estabilidad mineralógica, plasticidad y flujo sólido, como determinantes de esta localización en las zonas indicadas de los diversos grupos de elementos químicos. La presión, al aumentar, hace variar las fuerzas atractivas y repulsivas que regulan las distancias interatómicas: el enlace iónico-covalente pasa a covalente y, finalmente, a metálico, en las zonas más profundas del globo.

La frecuencia o abundancia de los elementos químicos en la corteza terrestre ha sido evaluada por Fersman (fig. 4), traduciendo el tanto por ciento ponderal a una relación volumétrica, basándose en la ley de Avogadro. Obtuvo así una cifra expresiva del número de átomos, que llamó clarke, en honor del geoquímico norteamericano del mismo nombre. El clarke es una función compleja del n° atómico Z y varía en razón inversa de la 7a u 8a potencia de éste. Como descubrieron el químico italiano G. Oddo (1914) y el inglés W. D. Harkins (1916), con sus estudios sobre la corteza terrestre y los meteoritos, respectivamente, predominan los elementos de número atómico par, de mayor estabilidad. Ésta es máxima en los elementos e isótopos, ctlyo número de protones es múltiplo de cuatro.

La desintegración radiactiva y también la fisión nuclear, han alterado la primitiva abundancia de los elementos. La evolución estelar está vinculada a tales. reacciones, formando elementos de número atómico creciente (fig. 5), de acuerdo con el esquema propuesto casi al mismo tiempo en 1938 por H. Bethe y C. von Weizsácker, G. Gamow y E. Teller. El Premio Nobel 1967 fue dado por esto a Bethe.

La participación más activa de la G. en la investigación del ciclo de los elementos químicos (figs. 6 y 7) y sus migraciones conducentes a la dispersión o a la concentración ha tenido muchísimo interés económico en la investigación de los minerales útiles.

La Geoquímica en España. Hemos citado ya los principales investigadores a los que pueden añadirse: A. de Ulloa (1716-1795), F. de Elhuyar (1755-1833) y A. Manuel del Río (1764-1847), descubridores del Pt, W, y V, respectivamente. Entre los contemporáneos: I. Parga Pondal, director del Laboratorio de Lage, y los espectroscopistas A. del Campo y M. A. Catalán, S. Piña de Rubies y López de Azcona.

V. t.: CORTEZA TERRESTRE; METEORITOS; TIERRA 11, 4; TIERRA 111.

R. CANDEL VILA.

BIBL.: R. CANDEL-VILA, Geoquímica, 2 ed. Barcelona 1960; A. E. FERSMAN, Geoquímica recreativa, Moscú 1966; G. GAMOW, La creación del Universo, Madrid 1963; A. HOYOS DE CASTRO, Geoquímica, Madrid 1945; B. MASON, Geoquímica, Barcelona 1960; 1. PARGA-PONDAL, Quimismo de las manifestaciones magmáticas, Madrid 1935; K. RANKAMA y TH. G. SAHAMA, Geoquímica, Madrid 1956; 1. M. RIAZA, El comienzo del Universo, Madrid 1964; A. A. SMALES y L. R. WAGER, Methods in Geochemistry, Nueva York-Londres 1960.