XV. METODOLOG�A Y EQUIPO PARA EL ESTUDIO DE LA OCEANOGRAF�A QU�MICA

CON excepci�n de los seres vivos que se encuentran en el oc�ano y del material s�lido inorg�nico que tiene en suspensi�n, el mar es una soluci�n acuosa formada por agua que disuelve a gran cantidad de elementos y compuestos. El comportamiento qu�mico de esta soluci�n es muy complejo y es estudiado por la oceanograf�a qu�mica.

Cualquier investigaci�n realizada por esta ciencia se basa en una serie de datos que deben ser conocidos profundamente debido a que toda observaci�n de la qu�mica del oc�ano est� influenciada por otras variables, b�sicamente f�sicas, aunque tambi�n intervienen algunas geol�gicas y biol�gicas.

Las principales variables o caracter�sticas fisicoqu�micas que interaccionan en el mar son la temperatura, la salinidad, la concentraci�n de nutrientes, y pueden cambiar con respecto al tiempo y al espacio donde se presentan; es importante conocer la periodicidad y extensi�n de estas modificaciones en el oc�ano, con lo cual los ocean�grafos pueden pronosticar el estado del mar en forma semejante a los pron�sticos meteorol�gicos.

En el caso de variabilidad en el tiempo, es necesario repetir durante a�os, meses, d�as y horas el registro de datos en la misma zona, mientras que en el caso de cambios en el espacio, es deseable obtener observaciones simult�neas en diferentes zonas del oc�ano, necesit�ndose el uso de 2 o m�s barcos o unidades de registro. Los barcos deben permanecer con el m�nimo de deriva y navegar a bajas velocidades cuando se realiza una determinaci�n.

La mayor�a de las acciones y algunas observaciones se hacen mientras el barco est� m�s o menos fijo en un punto del mar, tales como la toma de muestras de agua y temperatura a diferentes profundidades, muestras de fondo, muestreos biol�gicos, mediciones de visibilidad, y otras.

Para hacer estudios de oceanograf�a qu�mica, las muestras de agua del mar se recolectan de diferentes profundidades por medio de instrumentos especiales. Las muestras obtenidas son colocadas en frascos de vidrios y analizadas algunas veces en el barco y otras son llevadas a los laboratorios en tierra, para conocer sus constituyentes, tales como salinidad, ox�geno disuelto y nutrientes, entre otros.

Como los m�todos de an�lisis para cada constituyente qu�mico son diferentes, el volumen necesario, de la muestra, el tipo de frasco usado, el tiempo permitido antes del an�lisis y los m�todos de toma de muestras son especiales en cada caso.

Las muestras para an�lisis del ox�geno disuelto en el agua del mar son las que generalmente se recolectan en primer lugar y se colocan en frascos de vidrio color �mbar, de 250 mil�metros con tap�n de vidrio esmerilado.

Antes de la toma de la muestras, los frascos y el tap�n deben ser enjuagados con una peque�a cantidad de agua de la muestra, girando la botella para que el agua moje todas las paredes evitando ser agitadas.

Teniendo en cuenta que el contenido de ox�geno disuelto var�a con rapidez en la muestra, es conveniente efectuar la primera determinaci�n a bordo, inmediatamente despu�s de la colecta, en el propio laboratorio del barco. La segunda dosificaci�n se puede hacer en el mismo barco, o bien en los laboratorios de tierra.

Las muestras de ox�geno disuelto deben ser procesadas lo m�s r�pido posible y su contenido se determina por el m�todo Winkler; �ste consiste en la oxidaci�n del hidr�xido de manganeso por el ox�geno del agua del mar, cuando se les a�ade �cido; el manganeso oxidado reacciona con yoduro de potasio y pone en libertad una cantidad de yodo equivalente a la cantidad de ox�geno que se titula, es decir, se calcula su contenido, con una soluci�n valorada de tiosulfato de sodio, usando como indicador el almid�n soluble, y la cantidad de almid�n que se gasta corresponder� a la cantidad de ox�geno disuelto en la muestra.

El precipitado que se forma ser� m�s o menos de color casta�o, seg�n sea el contenido de ox�geno del agua. Si el precipitado toma un tono blanco, significa que no hay ox�geno o es escaso; si es amarillo claro el contenido de ox�geno es pobre, si es casta�o existe mucho gas.

Este procedimiento simple y m�s o menos exacto ha sido sustituido por otros, como el del C¹⁴ desarrollado por el ocean�grafo Steeman Nielsen, en el que se agrega a la muestra C¹⁴ , se expone a la luz y despu�s se mide la cantidad de carbono marcado que es fijado por los peque�os vegetales verdes marinos cuando realizan su fotos�ntesis, pudi�ndose calcular la cantidad de ox�geno presente.

Actualmente existen aparatos electr�nicos para determinar ox�geno disuelto, pero la precisi�n de algunos de ellos deja todav�a mucho que desear; adem�s, la inmersi�n de los elementos a fin de recoger muestras a profundidades medianas y grandes a�n se encuentra en experimentaci�n.

En relaci�n con el nitr�geno disuelto no se puede determinar por m�todos qu�micos directos, por lo que se usan las t�cnicas gasom�tricas; para lo cual la muestra de agua marina se acidifica y se le hace el vac�o, o bien se hierve para liberar los gases. El gas residual que queda despu�s de haber sido hervida la muestra o despu�s que se ha aplicado el vac�o, se determina como nitr�geno m�s los otros gases inertes como el arg�n, helio, etc�tera.

La presencia de otros gases disueltos como el sulfuro de hidr�geno o el �cido sulfh�drico, puede ser detectado por su caracter�stico olor a huevo podrido.

Actualmente, para medir los gases disueltos en el agua oce�nica, se han dise�ado aparatos llamados autoanalizadores qu�micos, que pueden determinar sus cantidades en base a medios calorim�tricos. Estos aparatos pueden adem�s registrar la presencia de otros componentes del agua del mar como nitratos, nitritos, silicatos, fosfatos, etc�tera. Adem�s tienen la gran ventaja de reducir los posibles errores de manipulaci�n.

Las cantidades de gases disueltos en el agua del mar se reportan en mil�metros o cent�metros c�bicos, a presi�n y temperatura normales.

El agua del mar contiene en promedio 35 gramos de sales por cada litro de agua. La determinaci�n qu�mica de la concentraci�n de las sustancias disueltas que intervienen en la salinidad del oc�ano no es dif�cil pues ciertos elementos disueltos, tales como el cloro y sodio, se encuentran presentes en muy alta concentraci�n, formando el 80 por ciento de las sales disueltas, mientras otras, como el manganeso, el n�quel, el oro, etc�tera, est�n en peque�as cantidades y algunas de ellas no han podido ser determinadas en el agua del mar, y s�lo se han encontrado en organismos y dep�sitos salinos. Adem�s del sodio y el potasio, constituyentes dif�ciles de determinar con precisi�n, es virtualmente imposible separar sustancias relacionadas con ellos, tales como fosfatos, arseniatos, calcio, estroncio, cloruros, bromuros y yoduros. En estos casos, los elementos combinados se determinan juntos y se reportan como si fueran uno solo; esto es, el calcio y el estroncio se reportan corno calcio, y los cloruros, bromuros y yoduros se reportan a su vez como cloruros.

Hasta hace pocos a�os, la salinidad se calculaba mediante una dosificaci�n qu�mica normalizada, m�todo creado por el ocean�grafo dan�s Knudsen, el que se basa en determinar la clorinidad del agua del mar, es decir, la cantidad de cloro por litro de agua, la cual es proporcional a la cantidad de sales.

Las muestras de agua para la determinaci�n de salinidad son preservadas en frascos especiales que tienen un tap�n de vidrio o porcelana con un sello de hule, el que se cierra herm�ticamente por medio de un dispositivo que los mismos llevan en el cuello.

Los frascos son numerados, almacenados y colocados en sus cajas. Si las muestras se van a analizar a bordo, se deben dejar reposar un m�nimo de 6 horas para permitirles que adquieran la misma temperatura, tanto del laboratorio como de los aparatos y reactivos qu�micos que se usan en el an�lisis.

La clorinidad se determina en el m�todo de Knudsen, por medio de una soluci�n de nitrato de plata, la cual se valora comparando su acci�n sobre el agua del mar llamada "normal", que sirve de patr�n y por lo general contiene m�s o menos 19 gramos de cloro por kilogramo de agua del mar. Bajo los auspicios de la Asociaci�n Internacional de Oceanograf�a F�sica, esta agua patr�n, una vez verificada, se vende en ampolletas cerradas, siendo distribuidas por el Laboratorio Oceanogr�fico de Charlott en Lund, Dinamarca. A fin de determinar la clorinidad de la muestra con la precisi�n exigida en los trabajos de oceanograf�a qu�mica, en los que se requiere una exactitud hasta cent�simas, en estos laboratorios se utiliza toda una bater�a de pipetas, buretas, etc�tera, rigurosamente calibradas. Con este m�todo se logra una aproximaci�n de m�s o menos 2 cent�simas de gramo por mil de la salinidad.

Desde hace 3 lustros, gracias a las investigaciones de los ocean�grafos anglosajones, la industria ofrece aparatos de laboratorio basados en el principio de la inducci�n, y que pueden proporcionar el valor de la salinidad con la misma precisi�n que con el m�todo Knudsen. La ventaja del instrumento electr�nico es la de poder utilizarse a bordo, y permite adem�s procesar un n�mero de muestras considerables.

Aparte de estos m�todos directos que se basan en las propiedades qu�micas, otros m�todos para determinar la salinidad son por medios f�sicos, como la densidad, �ndice de refracci�n, temperatura de congelaci�n y conductividad el�ctrica.

El primer m�todo consiste en medir directamente la densidad de la muestra del agua, pas�ndola por un aparato especial, el picn�metro, m�todo muy preciso, aunque largo y minucioso que exige infinitas precauciones y no puede emplearse para un trabajo en serie.

La determinaci�n de la salinidad por medio de la densidad tambi�n se puede medir directamente introduciendo en el agua el aparato llamado dens�metro o hidr�metro en el que se registra su peso espec�fico, que cambia seg�n la cantidad de sales disueltas que contenga.

Este m�todo se utiliza cuando no se necesita gran precisi�n, como en el caso de estudios biol�gicos que solo requiere aproximaciones a 0.1% y no de 0.01% como en los de oceanograf�a f�sica y qu�mica.

Para medir la salinidad en base al �ndice de refracci�n se utiliza el refract�metro, que permite conocer la desviaci�n de los rayos luminosos seg�n la cantidad de sales, iluminando una escala; la parte iluminada aumenta de acuerdo a como se incremente la salinidad en la muestra. Es un m�todo con el que se obtienen valores aproximados, con la ventaja de ser r�pido y permite utilizar unas gotas de la muestra.

El m�todo por medio de la temperatura de congelaci�n consiste en determinar la temperatura en la que la muestra de agua marina se congela, siendo esta temperatura m�s baja mientras m�s salada sea el agua. Este m�todo es muy laborioso y requiere de un laboratorio bien equipado para obtener resultados exactos.

Actualmente el m�todo m�s usado para medir con precisi�n la salinidad se basa en la determinaci�n de la conductividad el�ctrica del agua del mar. El agua pura no es conductora de electricidad, pero cuando contiene sales disueltas, sus mol�culas se encargan de transportar cargas el�ctricas, siendo esta conductividad directamente proporcional a la cantidad de sales que existen en disoluci�n.

A partir de numerosas determinaciones simult�neas de salinidad y conductividad, se han podido elaborar tablas, en las que, despu�s de una correcci�n por el efecto de la temperatura, se puede determinar la salinidad con una precisi�n semejante a la obtenida con el m�todo de clorinidad, con la ventaja de que la medida de la conductividad es m�s r�pida y f�cil. Se han construido aparatos, como la batisonda, que va registrando la conductividad de forma continua conforme desciende, registrando la salinidad a diferentes profundidades.

Cada uno de estos m�todos ofrece ventajas e inconvenientes y se selecciona de acuerdo a la exactitud que las investigaciones exijan; sin embargo, para el trabajo de rutina el m�s utilizado es el m�todo qu�mico que mide la clorinidad.

Adem�s de los gases y elementos en disoluci�n, interesa a los ocean�grafos qu�micos el contenido de sales nutritivas, como los fosfatos, los nitratos y el s�lice, que condicionan la abundancia y la distribuci�n de los seres vivos en el seno de las aguas oce�nicas. La muestra se guarda en botellas de pl�stico de 200 mililitros de capacidad, dejando un espacio de aire de aproximadamente 2 cent�metros; se guardan en refrigeraci�n a menos de 18� C hasta su an�lisis. Estas determinaciones se efect�an en los laboratorios, mediante dosificaciones qu�micas, o bien, por medio de procedimientos fotom�tricos.

Son muchos los datos que faltan de conocer de la qu�mica del oc�ano, por lo que los cient�ficos est�n haciendo cada vez mayores esfuerzos para incrementar estos conocimientos y as� contar con la informaci�n que permita entender los fen�menos qu�micos que se desarrollan en las aguas marinas y para aprovechar la enorme riqueza que representan estos recursos.