XIII. LOS CICLOS QUÍMICOS EN EL OCÉANO
DESDE la época primigenia de los océanos hasta la era actual, han pasado miles de millones de años, en los cuales se han presentado una serie de cambios fisicoquímicos y geológicos. Dentro de estos cambios, es importante resaltar que la mayor parte del agua existente en el planeta brotó del interior de la corteza terrestre como resultado de la actividad volcánica, durante su desarrollo geológico.
Asimismo uno de los fenómenos más significativos de la evolución de la Tierra fue la disociación fotoquímica del agua en hidrógeno y oxígeno, por acción de la luz ultravioleta de la alta atmósfera. Esto permitió que el oxígeno reaccionara con otros elementos como el carbono, el nitrógeno, el azufre y el hierro, dando las características químicas a la atmósfera y a los océanos, y facilitando que se originaran los organismos vivos.
Los ciclos químicos que se sucedieron en el océano durante 4 500 millones de años, fueron fundamentales para la evolución de la vida sobre el planeta, y para que la atmósfera pasara de sombría y maloliente a luminosa e inodora. El océano turbio se pobló de seres vivos que se fueron desarrollando y al aumentar en número invadieron la Tierra.
La aparición de la vida determinó que los cambios químicos en el océano primitivo se incrementaran. Este tenía poco o nada de oxígeno, contenía sales inorgánicas y complejas moléculas orgánicas que proporcionaron las bases para los primeros procesos vitales.
En un principio el oxígeno se acumuló, debido a la descomposición del vapor de agua a gran altura y posteriormente con la aparición de los vegetales verdes se iniciaron los procesos de síntesis de la materia orgánica por medio de la fotosíntesis, aumentando este gas hasta el punto que hoy la atmósfera contiene 20 por ciento de oxígeno gaseoso y una cantidad considerable de este elemento está disuelta en el agua del océano. Este fenómeno convirtió a la atmósfera y al océano en ambientes adecuados para los procesos metabólicos de los organismos que requieren oxígeno.
Durante el proceso de fotosíntesis se desprendieron cada vez cantidades mayores
de oxígeno, que del océano pasaron a la atmósfera, la cual se fue modificando,
originándose lo que se puede considerar como la atmósfera que ya no contiene
metano, amoniaco, ácido cianhídrico, como la antigua y, por el contrario, presenta
agua, nitrógeno, oxígeno y bióxido de carbono.
Además en las zonas más elevadas de la atmósfera, por la intensidad de la radiación cósmica, provocó que las moléculas de oxígeno se recombinaran y modificaran dando origen a una capa de ozono (03), situada a varios cientos de kilómetros de altura y que actúa como una excelente pantalla de protección contra las radiaciones de alta energía, como los rayos ultravioleta y los rayos X, lo que hizo que los seres vivos contaran con un mejor ambiente para desarrollarse.
El oxígeno tiene un comportamiento cíclico en el océano, se encuentra como
componente de la atmósfera y llega al mar al disolverse en el agua, de donde
lo toman los vegetales y los animales para su respiración. Con las corrientes
y el oleaje la cantidad de oxígeno en el agua aumenta, pero también contribuyen
a incrementar su cantidad los vegetales verdes, que durante el proceso de fotosíntesis,
fijan el carbono y desprenden el oxígeno, como resultado de las reacciones químicas
que efectúan, completándose el ciclo del oxígeno en el mar. La cantidad de oxígeno
disuelto en el agua del mar es inversamente proporcional a la profundidad, encontrándose
en los grandes fondos marinos áreas carentes de este gas.
En la mayoría de los océanos los ciclos químicos que actualmente se producen pertenecen, en gran parte, a un sistema oxidante. En algunas zonas, sin embargo, aparecen situaciones en que el oxígeno se ha agotado por la descomposición de sustancia orgánica, en una proporción grande para que resulte insuficiente el oxigeno proveniente de la atmósfera o de las plantas fotosintetizadoras y, por lo tanto, prevalecen condiciones de carencias de este gas o anóxicas. En los océanos estos sectores están limitados a lugares como las aguas profundas del Mar Negro o la Fosa de Curazao, en el Mar Caribe.
Para los procesos metabólicos de síntesis también es indispensable el bióxido de carbono, el cual se encuentra en el mar en diferentes concentraciones, llegando a él, fundamentalmente, desde la tierra y la atmósfera como desecho de los procesos industriales del hombre, que al quemar la materia lo desprende durante las reacciones de combustión. También las erupciones volcánicas submarinas producen el bióxido de carbono existente en los océanos.
Este bióxido de carbono es fijado por los vegetales verdes y junto con los nutrientes se transformó en sustancia orgánica, en la que queda acumulada la energía procedente del Sol, que es fijada por la clorofila, sustancia que le da el color verde a los vegetales.
Cuando los vegetales y los animales del mar realizan su respiración, utilizan
el oxígeno que se encuentra disuelto en el agua y desprenden bióxido de carbono.
Asimismo, cuando estos vegetales y animales mueren se desprende bióxido de carbono
por la descomposición bacteriana, y es así como se repite el ciclo del carbono
en el mar.
El carbono también se encuentra en las aguas oceánicas en forma de carbonatos, los que llegan al mar al disolverse en los continentes las rocas carbonatadas del tipo de las calizas, y al ser arrastrados los sedimentos hasta la costa por los ríos. Estos carbonatos, en especial el carbonato de calcio, son fijados por organismos como las algas coralinas, los corales y los moluscos, para formar sus exoesqueletos, que cuando mueren quedan depositados el fondo, siendo una fuente de estos carbonatos.
Dentro de los ciclos químicos del océano se encuentran el de los componentes químicos que intervienen en la salinidad la cual es característica de las aguas del mar.
La salinidad del océano está dada, fundamentalmente, por el sodio y el cloro, además de otros elementos como el magnesio, el calcio y el potasio, cuyas cantidades han variado de acuerdo a sus características fisicoquímicas a través de los años. Estos elementos proceden de la disgregación de masas de la tierra, que son arrastradas por las aguas de la costa a diferentes zonas oceánicas y también pueden originarse por el envejecimiento de los sedimentos oceánicos.
Los compuestos químicos que se formaron de estos elementos, como el cloruro de sodio, que es uno de los principales, tienen un comportamiento cíclico, lo que permite encontrarlos en proporciones constantes en el agua del océano. Este hecho ha sido demostrado al analizar las muestras recogidas en todo el mundo durante las expediciones oceanográficas.
Estas sales llegan al océano, principalmente, por los aportes de los ríos,
como producto de la disgregación de las rocas por la acción de los factores
del clima en la tierra; en el mar se disuelven en el agua, donde las fijan los
organismos vivientes o se sedimentan colaborando a formar la topografía de los
fondos marinos, pero volviendo a combinarse con las aguas al morir los organismos
o al desgastarse la corteza de sedimentación, estableciéndose el ciclo químico
de las sales en el océano, que hace que su composición química se mantenga constante.
Otro de los ciclos químicos que se realizan en el mar, es el de los elementos llamados nutrientes que intervienen, de manera básica, en la vida de los océanos. Estos nutrientes son indispensables para la producción de alimento hecha por los vegetales. Están compuestos a base de nitrógeno, fósforo, sílice, manganeso, cobre y hierro; en su ciclo intervienen una serie de procesos químicos y biológicos, que determinan su concentración en las diferentes capas del agua del mar.
Cuando los organismos expulsan los desechos de su metabolismo o mueren, la materia orgánica queda en las capas superficiales y se hunde por gravedad hasta las profundidades donde, por acción de las bacterias y de la actividad química, se descompone, liberándose así los nutrientes, los cuales pueden ser utilizados nuevamente por otros vegetales para elaborar nueva sustancia orgánica por el proceso de fotosíntesis y pasar a los animales.
La circulación del agua interviene en la concentración de estos nutrientes en las diferentes capas del océano y se puede considerar que los nutrientes se encuentran en los primeros 1 000 metros de profundidad y la degradación de la materia orgánica puede ocurrir en toda esta zona; mientras que la fotosíntesis se realiza en los 100 metros de profundidad oceánica en la llamada zona eufótica, que es aquella en que penetra la luz del Sol.
Los nutrientes salen nuevamente a la superficie, por corrientes de agua ascendentes, que se producen al cambiar la temperatura de las diferentes masas de agua, en las llamadas zonas de surgencia o afloramiento, donde los toman los pequeños vegetales que forman el fitoplancton, los que al utilizar la energía solar y el bióxido de carbono vuelven a elaborar sustancia orgánica.
El principal elemento de estos nutrientes es el nitrógeno, cuyo ciclo en el mar es complejo. Este elemento se encuentra en estado gaseoso en la atmósfera y parte de él disuelto en el agua del mar; químicamente es muy estable y el que está en el mar responde con facilidad a una multitud de reacciones químicas y biológicas, encontrándose, generalmente, en forma de nitritos y de nitratos gracias a la acción de las bacterias; estos compuestos son fácilmente asimilables por los vegetales verdes. Este nitrógeno asimilado representa el 35 por ciento del total del océano y el otro 65 por ciento se presenta en forma de nitrógeno gaseoso.
La provisión y distribución del total de nitrógeno se lleva a cabo por los
aportes continentales, por las corrientes oceánicas y por las excreciones y
muerte de los vegetales y animales marinos. El nitrógeno llega en forma de compuestos
nitrogenados no asimilables, pero gracias a la acción de las bacterias y de
las algas verde-azules, durante el proceso llamado nitrificación, se
transforman en nitrógeno soluble, que es fijado por los vegetales verdes para
formar nuevamente materia orgánica, la que es aprovechada por ellos o por los
animales cuando se los comen, repitiéndose el ciclo.
Los ciclos químicos del océano son muy complejos, por lo que no se les conoce profundamente. Los ciclos de los metales que sólo presentan rastros, los de los gases disueltos y los de la materia orgánica, son quizás los más difíciles de comprender, pero se continúa trabajando para llegar a ello. Para subrayar la importancia de este conocimiento, basta considerar la plaga que afecta a la humanidad: la contaminación.
En la actualidad, la contaminación ambiental preocupa mucho, ya que se ha convertido en uno de los problemas más críticos de la supervivencia en este planeta. Los subproductos de la actividad humana que pueden tener efecto directo sobre los ciclos químicos del medio oceánico, son los desperdicios sólidos de toda clase y naturaleza, los radiactivos, los subproductos de síntesis orgánica a gran escala, los insecticidas, etcétera. El hombre ha pensado que tiene en el océano un auxiliar potencial para los problemas de eliminación de residuos; sin embargo, se debe alcanzar una mejor comprensión de los procesos de transporte y de mezcla, del mecanismo de los diversos ciclos químicos de los elementos y compuestos del agua del mar, para conservarle sus características, ya que si se agregan nuevos elementos y compuestos, se podrían cambiar los ritmos propios de estos ciclos, así como sus productos finales.
La comprensión de los fenómenos físicos, químicos, biológicos y geológicos
del océano, junto con la inventiva del hombre para aprovechar este medio en
su propio beneficio, es probablemente el más importante esfuerzo científico
que necesita hoy el mundo, si es que el hombre espera gozar de una larga y próspera
existencia en su planeta.
