XI. LA COMPOSICI�N QU�MICA DEL AGUA DEL MAR
LA COMPOSICI�N qu�mica del agua del mar a menudo es descrita a base de fantas�as, que a veces parecen trabajos escritos por alquimistas, es decir, los qu�micos de la Edad Media que, dej�ndose arrastrar por su imaginaci�n, la describen compuesta por toneladas de metales preciosos.
Es cierto que el mar contiene, diseminados en el seno de sus aguas, algunos de esos metales, pero su extracci�n, a escala industrial y econ�mica, a pesar de los repetidos ensayos hechos en muchos lugares, no es rentable.
Sin embargo, si estos metales no son, por el momento, aprovechados por el hombre, la sal que el oc�ano contiene, sabor que pueden apreciar todos los que la prueban, ha sido altamente utilizada a trav�s de la historia, por lo que su valor es infinitamente superior al que podr�an tener los metales.
El primer componente del mar es el agua, compuesto que tiene cada una de sus mol�culas formadas por un �tomo de ox�geno y dos �tomos de hidr�geno (H20). En el sistema solar parece ser que solo se encuentra en la Tierra y que en los otros planetas puede estar en forma de cristales de hielo.
En nuestro planeta es abundante y se estima que existen 1 370 millones de kil�metros c�bicos de agua, la mayor parte de ella formando el agua del oc�ano, otra parte como agua dulce en los continentes, como hielo o nieve en las monta�as y glaciares y como vapor de agua en la atm�sfera. Se ha calculado que por cada litro de vapor de agua existen 33 litros de agua dulce, 1 500 litros de agua de los hielos y las nieves y 90 mil litros de agua en los oc�anos.
El agua de los oc�anos no es pura, sino que contiene en soluci�n una gran variedad de elementos y compuestos qu�micos llamados sales, en una proporci�n de 96.5 por ciento de agua y 3.5 por ciento de estos �ltimos.
Las sustancias disueltas en el agua llegan a ella a trav�s de una serie de procesos f�sicos, qu�micos y biol�gicos, encargada de determinar las propiedades qu�micas del agua oce�nica.
Una gran cantidad de qu�micos analistas se ha entregado al estudio de la composici�n qu�mica del agua oce�nica, tratando de determinar con exactitud su composici�n salina. Desde los tiempos del qu�mico Lavoisier hasta nuestros d�as, los an�lisis se han sucedido repetidamente. Las primeras determinaciones de las sales disueltas en el agua del mar, hechas con precisi�n, se deben al ocean�grafo William Dittmar que analiz� 77 muestras recolectadas en los oc�anos Atl�ntico, Pac�fico e �ndico en la expedici�n del Challenger alrededor del mundo que se realiz� durante los a�os 1873 a 1876. En 1884 determin� hal�genos, sulfatos, cloruros, carbonatos de sodio, magnesio, calcio y potasio. Y descubri� que estas sales se encontraban en cantidades m�s o menos constantes, por ejemplo el i�n cloruro representa siempre el 56 por ciento de los s�lidos totales disueltos en el agua del mar, y el magnesio el 4 por ciento.
Estos compuestos se encuentran en cantidades m�s abundantes, proporcionan al mar sus caracter�sticas especiales de salinidad, desempe�an un papel muy importante en los equilibrios fisicoqu�micos y en los fen�menos bioqu�micos del medio marino.
Las sales disueltas en el oc�ano constituyen casi 50 billones de toneladas y est�n formadas por 10 elementos principales por encontrarse en mayores proporciones: cloro, sodio, magnesio, azufre, calcio, potasio, bromo, estroncio, boro y fl�or.
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| Toneladas milla³ de agua
de mar |
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| Cloro |
89 500 000 |
| Sodio |
49 500 000 |
| Magnesio |
6 400 000 |
| Azufre |
4 200 000 |
| Calcio |
1 900 000 |
| Potasio |
1 800 000 |
| Bromo |
306 000 |
| Estroncio |
38 000 |
| Boro |
23 000 |
| Flúor |
6 100 |
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El cloro y el sodio son los constituyentes fundamentales del agua del mar y se encuentran en forma de cloruro de sodio que se conoce como la sal com�n. Representa el 80 por ciento de las sales en soluci�n.
Esta cantidad y composici�n del cloro y el sodio en el agua del mar es muy semejante a la de los l�quidos org�nicos como la sangre, los l�quidos viscerales que forman el medio interno de los animales y que juegan un papel decisivo en la fisiolog�a, es decir, en las funciones de estos seres vivientes.
Despu�s del cloro y el sodio, el magnesio es el elemento m�s abundante en el agua del mar, se encuentra en una relaci�n constante respecto al cloro. Se combina con otros elementos formando cloruro de magnesio, sulfato de magnesio y bromuro de magnesio y est� presente en el esqueleto de algunos organismos marinos. La extracci�n a escala industrial de estas sales apenas se inicia.
El azufre se encuentra en forma de sulfatos, compuestos cuya concentraci�n var�a poco, aunque pueden cambiar notablemente sus proporciones en las aguas pr�ximas al litoral debido a la influencia de las aguas fluviales, m�s ricas en sulfatos que las marinas. En cuencas oce�nicas m�s o menos cerradas, como el Mar Negro, existen bacterias que para respirar no necesitan ox�geno, reducen los sulfatos marinos y los hacen precipitarse al fondo en forma de sulfuros.
La cantidad de calcio que contienen las aguas oce�nicas es menor que
la de los elementos anteriores y su relaci�n con el cloro permanece relativamente
constante. Este calcio, combin�ndose con los carbonatos, constituye la estructura
del esqueleto calizo, interior o exterior, de un gran n�mero de organismos,
como los foramin�feros, peque�os animales del plancton marino, los corales y
las algas marinas que viven en el fondo del mar y que forman el bentos; tambi�n
se encuentran en los caparazones de los crust�ceos y en la concha de los moluscos.
Al morir estos organismos sus esqueletos caen al fondo, en donde llegan a formar
acumulaciones submarinas de calcio de gran extensi�n.
El calcio en el mar presenta una extraordinaria movilidad determinada por la abundancia y distribuci�n de estos organismos oce�nicos, debido a que el calcio concentrado por los seres vivos para formar su esqueleto o su caparaz�n se disuelve lentamente una vez muertos y de esta manera se mantiene constante la cantidad de calcio en el mar a causa de este comportamiento c�clico.
El sexto elemento en abundancia es el potasio, que tiene su relaci�n constante con el cloro. En las zonas litorales la cantidad de potasio puede modificarse al ser asimilado por los vegetales marinos que tapizan el fondo costero. En la cantidad de potasio tambi�n intervienen otros factores como: aportes de agua dulce, presencia en el agua del mar de sustancia org�nica en descomposici�n llamada detritus y formaci�n de compuestos arcillosos.
El bromo forma bromuros, aunque su proporci�n es peque�a al encontrarse 65 g/m³ de agua del mar, se ha logrado extraerlo en cantidades industriales y se utiliza como detonante de los combustibles l�quidos.
El estroncio es un elemento que se ha encontrado en el agua oce�nica pero ha sido poco estudiado, se detecta junto con el calcio por la dificultad t�cnica para poder separarlo. Puede formar parte del esqueleto de algunos organismos marinos.
Los �ltimos elementos que los ocean�grafos qu�micos consideran como componentes principales del agua del mar son el boro y el fl�or.
El boro est� en forma de �cido b�rico y colabora en el equilibrio de los carbohidratos. El fl�or constituye fluoruros conoci�ndose poco sobre su significado en el mar.
Adem�s de estos elementos que se encuentran en mayor proporci�n y en concentraciones constantes en el agua del mar, existen otros que est�n disueltos en peque�as cantidades resultando dif�cil identificarlos con t�cnicas sencillas de an�lisis qu�micos. Estos elementos llamados por su escasez oligoelementos, alternan entre un nivel m�ximo de varias partes por un mill�n a una parte por 10 billones de agua del mar y generalmente se detecta una porci�n en la estructura de los organismos que habitan el oc�ano.
Se calcula que son 79 los oligoelementos que est�n presentes en el agua oc�anica, algunos de ellos tienen una concentraci�n relativamente constante pero la mayor�a var�an por dos razones: al ser utilizados por los seres vivos que posteriormente los regresan al agua y por la actividad geoqu�mica del mar.
La mayor�a de estos oligoelementos son asimilados por los organismos vivos acumul�ndose en su cuerpo, por lo que pueden presentarse en cantidades mayores que las que se encuentran en el agua donde habitan.
Por su concentraci�n los oligoelementos se dividen en dos grupos. Unos son los de concentraci�n relativamente constante como hierro, manganeso, cobre, s�lice, yodo y f�sforo. Otros que tienen concentraciones variables y que se encuentran en cantidades infinitesimales que a veces s�lo se sospecha que existan porque no se han aislado propiamente del agua del mar, son el cadmio, titanio, cromo, talio, germanio, antimonio y cloro, este �ltimo �nico de estos elementos que s� ha podido extraerse del agua del mar.
A pesar de ser escaso el hierro en el agua del mar es uno de los elementos indispensables para la vida en el oc�ano. Se encuentra en las aguas litorales procedente de los aportes fluviales de donde lo toman los organismos, como peque�os vegetales hasta los grandes mam�feros que lo utilizan para formar la hemoglobina de su sangre.
El hierro abunda en los sedimentos marinos, sobre todo en los lodos de la plataforma continental y del litoral en forma de hierro met�lico como carbonato ferroso, sulfato o sulfuro de hierro. Su concentraci�n es de 3.4 microgramos por litro de agua de mar. Su origen puede ser: detr�tico, es decir, de part�culas minerales arrastradas por los r�os despu�s de ser desgastadas de las rocas; qu�mico, por precipitaci�n de las sales de hierro de los sedimentos, y biol�gico, por la resultante de la actividad org�nica de los animales y vegetales.
El manganeso es m�s abundante en los vegetales marinos que en el medio l�quido y cuya concentraci�n alcanza 0.5 microgramo por litro. Tambi�n se puede encontrar en los n�dulos localizados en los fondos marinos.
La concentraci�n de cobre es de 1 microgramo por litro y se incrementa si es mayor el aporte de agua dulce. En los moluscos forma parte de la hemocianina, que es su pigmento sangu�neo.
Uno de los oligoelementos m�s abundantes es el s�lice, del que se encuentran 3 gramos disueltos por cada litro de agua. Su concentraci�n var�a de acuerdo a las cantidades que utilicen las diatomeas y los dinoflagelados, organismos microsc�picos del plancton que forman sus caparazones con este elemento.
El yodo es m�s frecuente en las algas pardas que disuelto en el agua del mar, en la que existen 64 microgramos por litro y se utiliza en su mayor parte en la industria farmac�utica.
El f�sforo se presenta como fosfatos y es otro elemento indispensable para los seres vivos. Su concentraci�n en el agua es de 88 microgramos por litro. Forma parte de la cubierta de los dinoflagelados y permite que �stos produzcan bioluminiscencia.
Otros de estos oligoelementos provienen de la actividad radiactiva y uno de los m�s interesantes es el radio, que se encuentra en mayor cantidad en las capas profundas del mar; gracias a su presencia los ocean�grafos pueden calcular la edad de los sedimentos. La existencia de este radio en dep�sitos litorales es un factor de inter�s terap�utico en el tratamiento de afecciones reum�ticas, de ah� el empleo de lodos marinos para tratarlas.
Gran cantidad de estos oligoelementos y los compuestos que los forman, combinados con otras sustancias org�nicas m�s, integran los llamados nutrientes que son indispensables para iniciar las cadenas de alimentaci�n en el oc�ano.
El aprovechamiento de los oligoelementos por los organismos cambia seg�n las diferentes especies. Por ejemplo, el hierro puede ser indispensable para el crecimiento de los peces y no de los moluscos.
El agua del mar tambi�n contiene gases en disoluci�n. Todos los gases atmosf�ricos se encuentran en el agua del mar, siendo los m�s abundantes el nitr�geno, el ox�geno y el bi�xido de carbono, de los cuales el �ltimo se halla principalmente como carbonato y bicarbonato porque reacciona qu�micamente con el agua marina.
Los gases raros tambi�n est�n presentes en peque�as cantidades como: arg�n, krypt�n, xen�n, ne�n y helio y, en ausencia de ox�geno, suele haber �cido sulfh�drico y probablemente tambi�n metano en zonas de agua estancada y con activos procesos fermentativos.
Como cada gas tiene su propia solubilidad, la proporci�n en que est�n disueltos en el mar no es igual a la que presentan en la atm�sfera y se encuentra un promedio de nitr�geno de 64 por ciento, de ox�geno de 34 por ciento y de bi�xido de carbono de 1.6 por ciento. Los gases raros representan una proporci�n de casi el 1.7 por ciento.
La distribuci�n de los gases disueltos depende de la temperatura, la salinidad, las corrientes, la difusi�n, la mezcla y la actividad biol�gica, variando inversamente en ellas; por ejemplo a mayor temperatura disminuye la concentraci�n de gases.
La fotos�ntesis de los vegetales marinos y la respiraci�n de los organismos vivos afectan la cantidad de ox�geno y de bi�xido de carbono disueltos, cantidad que var�a de acuerdo con la abundancia de los animales y los vegetales.
El agua superficial del mar mantiene un equilibrio con la atm�sfera absorbiendo o perdiendo gases debido a las corrientes del mar que originan la evaporaci�n, el enfriamiento y la congelaci�n, y tambi�n a la mezcla provocada por las olas y turbulencias resultado de la acci�n del viento. La circulaci�n vertical y horizontal profunda del oc�ano se encarga luego de distribuir los gases disueltos en toda su masa.
El nitr�geno es el gas que se encuentra en mayor proporci�n en el mar, pero por su caracter inerte no interviene en el ciclo biol�gico de las sustancias nitrogenadas, aunque existen en el mar ciertas bacterias que son capaces de producirlo y otras de fijarlo.
La reserva principal en el agua del mar est� constituida por los nitratos y en menor cantidad por el amon�aco y los nitritos. Estas 3 combinaciones de nitr�geno son indispensables para que los vegetales marinos puedan sintetizar sus prote�nas.
La distribuci�n del nitr�geno depende de la temperatura, la salinidad, la circulaci�n de los procesos de mezcla y la difusi�n que se realiza en las aguas oce�nicas. En total se han calculado 15 microgramos por litro.
El ox�geno es el gas que m�s se ha estudiado dada su importancia en los procesos biol�gicos. Sin embargo, el proceso de absorci�n del ox�geno por los oc�anos y su transporte hacia las profundidades, son los problemas que m�s interesan a los ocean�grafos qu�micos, que todav�a no cuentan con una respuesta satisfactoria para explicarlos.
La distribuci�n del ox�geno en el oc�ano depende de la circulaci�n de las masas de agua. En la superficie del agua est� en equilibrio con la cantidad que existe en la atm�sfera siendo sus valores altos, mientras que en las capas profundas la cantidad de ox�geno depende de la temperatura que estas aguas tienen en el momento en que se hundieron.
En las regiones polares el agua fr�a es rica en ox�geno y cuando avanza hacia las zonas tropicales se hunde perdiendo parte del ox�geno durante el recorrido, pero conservando todav�a abundante cantidad.
El ox�geno en el oc�ano puede variar de cero a 8.5 cent�metros c�bicos por litro. Por debajo de los 2 000 metros la concentraci�n de ox�geno apenas var�a, manteni�ndose entre 3.4 y 6.6 cent�metros c�bicos por litro en el Atl�ntico y algo menos en el Pac�fico.
El ox�geno del mar procede en primer lugar del contenido en la atm�sfera y en segundo lugar del producido en la actividad fotosint�tica de los vegetales verdes que viven en las capas superficiales, donde penetra adecuada cantidad de energ�a luminosa.
El agua oce�nica representa el principal regulador de la cantidad de bi�xido de carbono en la atm�sfera, ya que cuando este gas se produce durante la respiraci�n de los organismos o por los procesos de la industria, aumenta su cantidad en el aire y cuando �ste hace contacto con el agua de la superficie marina se disuelve transform�ndose en �cido carb�nico.
El bi�xido de carbono disuelto en el agua del mar, suele encontrarse en la peque�a cantidad de 0.3 cent�metros c�bicos por litro como promedio, debido a que tiene gran solubilidad para reaccionar qu�micamente con el agua del mar form�ndose en carbonatos y bicarbonatos.
Tanto el bi�xido de carbono, como los carbonatos y bicarbonatos tienen especial importancia en la vida marina. El bi�xido de carbono interviene como elemento fundamental en el proceso de la fotos�ntesis, y los carbonatos y bicarbonatos son parte de la mayor�a de las estructuras esquel�ticas de los seres marinos de naturaleza calc�rea, y de ellos toman los organismos marinos los materiales necesarios para formarlas.
El bi�xido de carbono llega a los oc�anos principalmente del aire atmosf�rico, contribuyendo asimismo a producirlo la respiraci�n de los vegetales y los animales marinos. Este gas es consumido por los vegetales verdes durante el proceso de la fotos�ntesis.
En la superficie donde el agua est� en contacto con la atm�sfera, el contenido total de bi�xido de carbono depende principalmente de la salinidad y de la temperatura tendiendo a mantener una situaci�n de equilibrio entre la cantidad de bi�xido de carbono atmosf�rico y el que se encuentra disuelto en el agua.
Sin embargo, en aguas superficiales con temperatura y salinidades altas la cantidad de bi�xido de carbono disuelto desciende por la actividad fotosint�tica, en la cual se consumen grandes cantidades del gas, trayendo como consecuencia una precipitaci�n de los carbonatos.
En cambio, en aguas profundas, donde las temperaturas y salinidades son m�s bajas, las variaciones en el contenido de bi�xido de carbono total son m�s amplias. Entre los 400 y 600 metros de profundidad el contenido alcanza su m�xima concentraci�n, como en las aguas profundas del Atl�ntico que est�n pr�cticamente saturadas de carbonatos.
En relaci�n con la abundancia de bi�xido de carbono en el oc�ano, se tiene que considerar que durante los �ltimos 100 a�os el hombre ha utilizado en su industria abundantes combustibles de origen f�sil, como petr�leo, carb�n y gas natural, lo que ha producido aproximadamente 2 000 millones de toneladas de este gas, que se fueron a�adiendo a la atm�sfera cada a�o y si todo quedara en ella aumentar�a hasta alcanzar 1.6 partes por mill�n al a�o, pero como s�lo se queda la mitad el aumento ha sido de 0.7 partes por mill�n. Ello se debe a que la mayor parte del bi�xido de carbono penetra en los oc�anos, es decir, �stos act�an como un moderador.
En el agua del mar existe un equilibrio entre las variaciones de ox�geno y de bi�xido de carbono, ocasionado por el consumo del primero durante la respiraci�n de los organismos marinos y su producci�n en el proceso fotosint�tico.
La zona donde la producci�n de ox�geno por fotos�ntesis excede al consumo respiratorio es la zona fotosint�tica, y la profundidad donde el consumo y la producci�n son iguales se llama zona o profundidad de compensaci�n. Esta profundidad var�a grandemente de un oc�ano a otro y depende, principalmente, de la transparencia del agua, por lo que la profundidad de compensaci�n ser� menor en los lugares de mayor densidad de part�culas en suspensi�n, a lo que se denomina turbiedad.
La proporci�n en que se encuentran todos estos gases disueltos en el agua del mar est� �ntimamente relacionada con la abundancia y distribuci�n de los seres vivos en el oc�ano.
A veces, los bi�logos y los aficionados a montar acuarios marinos, necesitan
fabricar agua de mar artificial, logrando preparar una soluci�n que si no resulta
del todo id�ntica a la del mar, al menos se aproxima bastante. Esto lo hacen
agregando a un litro de agua destilada cloruro de sodio, magnesio, calcio, potasio,
estroncio, sulfato de sodio, bicarbonato s�dico, bromuro de potasio, fluoruro
s�dico y �cido b�rico en una proporci�n de 35 gramos por litro.
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| Cloruro de sodio | 24 | gramos |
| Cloruro de magnesio | 5 | " |
| Sulfato neutro de sodio | 4 | " |
| Cloruro de calcio | 1.1 | " |
| Cloruro de potasio | 0.7 | " |
| Bicarbonato de sodio | 0.2 | " |
| Bromuro de sodio | 0.096 | " |
| Ácido bórico | 0.026 | " |
| Cloruro de estroncio | 0.024 | " |
| Fluoruro de sodio | 0.003 | " |
| Agua destilada | 1.000 mililitros | " |
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(*Salinidad aproximada 34.5%-pH 7.9-8.3)
Los ocean�grafos contin�an estudiando la composici�n qu�mica del agua de los
oc�anos, no s�lo para entender los interesantes problemas cient�ficos que se
plantean en su estudio, sino con el af�n de contestarse preguntas como: �hay
alguna esperanza de que se pueda utilizar la abundancia de elementos qu�micos
disueltos en el agua del mar en beneficio del hombre? Los estudiosos del mar
dar�n alg�n d�a la respuesta.
