X. OCEANOGRAFÍA QUÍMICA
EN FORMAS diversas y cantidades variables el mar contiene casi todos los elementos químicos conocidos, aunque algunos de ellos se encuentran en pequeñas cantidades o trazas recibiendo el nombre de oligoelementos. Todas las materias disueltas en el mar proceden originalmente de los continentes.
La existencia de diferentes sales disueltas en el agua del mar se debe a que durante miles de millones de años los ríos constantemente han transportado hasta el océano sustancias procedentes de la erosión, causada por las lluvias
La concentración de sales se mantiene más o menos constante a pesar de que las aguas de escurrimiento aportan anualmente al mar 400 millones de toneladas de sustancias sólidas además de que, al evaporarse el agua del océano, ésta pasa a la atmósfera en forma de agua destilada dejando las sales. Los cambios de concentración que se podían presentar por estos fenómenos son muy pequeños al grado de que es difícil que el hombre los alcance a percibir.
Estos materiales cedidos por la tierra al mar provienen de la erosión del suelo, la corrosión de materiales, la combustión y la erosión costera; y se ha calculado que casi 50 billones de toneladas de sales se encuentran disueltas en el agua de los océanos. El mar devuelve a la tierra algunos compuestos, principalmente en las pulverizaciones que acompañan a la lluvia costera, estableciéndose un depósito de materiales metálicos. También aportan substancias sólidas al agua del mar las emanaciones producidas por los volcanes submarinos, como cloruro de hidrógeno, cloruro de sodio, cloruro de potasio, etcétera.
El agua del mar está formada en un 96.5 por ciento de agua y 3.5 por ciento de sales disueltas; en promedio contiene 35 gramos de sales por litro, por lo que se dice que tiene 35 partes por mil (35,000), aunque esta proporción varía según las zonas del planeta siendo el término medio de 27 a 33 partes por mil; por ejemplo, el Mar Báltico, que cuenta con gran cantidad de aportes de agua dulce, su salinidad es de cero a dos partes por mil, mientras que el Mar Rojo y el Mar Muerto alcanzan más de 40 partes; en el Mar Menor, que es un mar cerrado, tiene 52 partes, en tanto que el Mediterráneo presenta la media de 37 a 39 y algunos mares árticos un poco menos, o sea, de 30 a 33 partes por mil.
Los principales elementos químicos que se encuentran en el mar son: cloro,
sodio, carbono, azufre, calcio, potasio y magnesio. Estos elementos están asociados
entre ellos formando combinaciones muy variadas: por ejemplo, el carbono forma
tanto carbonatos como bicarbonatos, el azufre, principalmente sulfatos, el cloro
se presenta en forma de cloruros. Entre todas estas sustancias disueltas en
el agua del mar, el cloruro de sodio es el más abundante por representar el
80 por ciento de las sales que componen esta agua.
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| Elemento |
Concentración
en gramos por litro |
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| Cloro |
19.0 |
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Sodio |
11.0 |
| Magnesio |
1.3 |
| Azufre |
1.0 |
| Calcio |
0.5 |
| Potasio |
0.4 |
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Además de estos compuestos cuya proporción en el agua del mar es constante, existen otros cuyas cantidades varían de acuerdo con las estaciones del año, o con la actividad biológica, como los fosfatos y los nitratos.
Asimismo, están disueltos en el océano todos los gases que se encuentran en la atmósfera como el nitrógeno, el oxígeno, el bióxido de carbono y los gases raros distribuidos en cantidades variables dependiendo de las características físicas, principalmente la temperatura y la salinidad, que determinan la concentración de ellos en el agua de la superficie al establecer un equilibrio con la atmósfera y al controlar la solubilidad de estos gases.
La acción metabólica de los organismos que viven en el mar influye en los cambios
de concentración de los gases disueltos en el agua. El oxígeno es de gran importancia
en estos procesos biológicos, y por eso, es el que más ampliamente se estudia
ya que su distribución y concentración permiten conocer las posibilidades de
que abunden los organismos en un área determinada del océano. El bióxido de
carbono también es importante en estos procesos, en cambio el nitrógeno es aparentemente
inerte.
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| Gas |
Concentración en la
atmósfera (%) |
Concentración en el agua
del mar |
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| Nitrógeno |
78.08 |
63.6 |
| Oxígeno |
20.94 |
33.4 |
| Bioxido de carbono |
0.03 |
1.4 |
| Gases raros: neón, helio,
kryptón, xenón y argón |
0.95 |
1.6 |
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La actividad dentro de los seres vivos es fundamental en la composición del agua del mar y en los cambios de concentración de sus elementos. Cuando un organismo está realizando su metabolismo utiliza los componentes del agua, pero cuando excreta, defeca o muere se produce la descomposición bacteriana y los elementos vuelven a quedar libres.
Aunque en cantidades muy pequeñas se encuentran en el agua del océano compuestos que provienen de la desintegración radiactiva, como plomo y argón, entre otros.
Constituyen el campo de estudio de la oceanografía química el conocimiento de la composición química del agua del mar y sus procesos químicos, el equilibrio dinámico de los sistemas químicos, los ciclos químicos, las relaciones entre los fenómenos físicos, geológicos y biológicos con la química del mar, la influencia de las actividades del hombre y la relación química del océano con la atmósfera y la litósfera.
El oceanógrafo químico estudia: la relación entre los componentes químicos del agua del mar con la abundancia de organismos, el intercambio entre el océano y la atmósfera y los efectos de la eliminación de desechos al mar.
Además de estos conocimientos básicos, se ocupa de hacer los estudios para desarrollar nuevas tecnologías que permitan el aprovechamiento de los recursos químicos del océano.
La oceanografía química se combina con otras ciencias para entender mejor la actividad química del mar. Por ejemplo, para estudiar el comportamiento de los gases se relaciona con la física, originando la fisicoquímica marina.
Los organismos marinos utilizan a los elementos químicos de muy diferentes maneras. El carbono, el hidrógeno y el oxígeno son empleados en la fotosíntesis, proceso que emplea la energía de la luz para transformar sustancia inorgánica, como el bióxido de carbono y el agua entre otras, en sustancia orgánica, como los hidratos de carbono o azúcares, las grasas y las proteínas, en las que se almacena la energía siendo esto la base de la vida.
El estudio de la relación de estas características químicas del agua del mar con los organismos, es tratado por una ciencia de creación reciente: la bioquímica marina, que utiliza los conocimientos sobre el mar que aportan tanto la química como la biología.
Los vegetales acuáticos aprovechan mejor la radiación solar que los terrestres, el alga verde marina Chlorella aprovecha el dos por ciento de la luz incidente, contra el uno por ciento de las plantas terrestres. Estos vegetales acuáticos se encuentran a profundidades menores de 200 metros, ya que la luz sólo penetra hasta esas zonas; sin embargo existen otros organismos como las bacterias y las algas rojas y pardas, que viven a mayor profundidad y que realizan reacciones químicas para obtener energía y producir nueva materia orgánica a través de la quimiosíntesis.
Hasta la fecha se sabe que existe como materia que se produce: aminoácidos, proteínas, hidratos de carbono, vitaminas, sustancia orgánica en descomposición y toxinas. Para llegar a conocer estos procesos, tendrán que mejorar las técnicas de análisis bioquímicas, como las cromatográficas.
La materia orgánica que forman las pequeñas plantas verdes marinas, llegan a otros organismos llamados consumidores que la aprovechan y con ella realizan toda su actividad biológica para posteriormente regresar esta materia al mar cuando realizan su excreción, defecación así como cuando mueren, contando nuevamente con elementos inorgánicos para formar materia orgánica.
Sin embargo, esta materia orgánica puede llegar al océano por otras vías. La lluvia y los ríos aportan 80 millones de toneladas de nitrógeno orgánico en forma de amoniaco y nitrato, pero solamente 10 millones llegan al fondo del mar en forma de nitrógeno orgánico y no se sabe lo que ocurre con los otros 70 millones de toneladas.
La bioquímica marina tiene otros aspectos importantes de investigación, como los relacionados con los procesos metabólicos, las hormonas y los sistemas de enzimas en los organismos marinos. Son importantes los estudios de la composición química de estos organismos encontrando que el yodo está presente en las algas en cantidades que han permitido extraerlo durante muchos años para la industria farmacéutica; el fósforo, en la langosta en forma de fosfatos y el sílice en las esponjas.
La utilización de algunos de estos compuestos que contienen los seres vivos oceánicos para el tratamiento de ciertas enfermedades del hombre, está permitiendo desarrollar una nueva rama de la oceanografía química, la farmacología marina.
La futura explotación de los minerales del mar depende, en primer término, de contar con técnicas analíticas confiables que permitan aplicarse a escala comercial. Se pueden apreciar las dificultades que se presentan para analizar el agua del mar debido a que la concentración del elemento más abundante, el cloro, es un trillón de veces mayor que la del más escaso, el radón.
La utilidad práctica del conocimiento de la composición química del agua del mar se encuentra al observar que los compuestos antidetonantes que se emplean en la gasolina, contienen bromo, gran parte del cual se extrae del océano, lo mismo ocurre con los importantes elementos químicos: magnesio, calcio y potasio que se utilizan en la industria. Una milla cúbica de agua de mar contiene veinticinco toneladas de oro y siete de uranio, pero será preciso que las técnicas químicas adelanten mucho para que se puedan emplear, comercialmente, estas concentraciones.
En los últimos años ha despertado gran interés la eliminación de los desechos radiactivos e industriales en el océano, pareciendo más conveniente y seguro arrojarlos en los lugares más profundos. Sin embargo, el análisis químico ha demostrado que, aun desde profundidades de 7 kilómetros, estos materiales vuelven a la superficie o penetran a los organismos, algunos de los cuales consume el hombre.
La contaminación de las aguas por desechos del petróleo que se tiran al mar por la operación de los barcos y de los puertos, o durante su explotación, cada día se transforma en un problema mayor y las posibles soluciones se buscan tratando de entender la química del océano.
La oceanografía química divide su campo de acción en investigaciones sobre
química inorgánica, química orgánica, fisicoquímica, bioquímica, química industrial
y farmacéutica marina. No obstante, son escasos los conocimientos de la química
del mar y pocos los químicos que se dedican al estudio del océano, debido a
que la mayor parte de estos profesionales son absorbidos por la industria en
los continentes. Sin embargo, esta rama representa un terreno prácticamente
virgen, en el que los jóvenes químicos podrán hallar temas de investigación
útiles y apasionantes.
