Química Ambiental de la Geosfera - Unidad 4

Unidad 4. Química ambiental de la geosfera

• Objetivo: Identificar la composición química de los sólidos y el magma de la geosfera, reconociendo los procesos químicos del suelo en beneficio de su cultivo.

Geosfera

• Capa sólida con mayor espesor y temperatura entre 15 - 4000°C que presenta presión, densidad y volumen.
• Esfera ambiental constituida por rocas y minerales, fuente de alimento para seres vivos y combustibles.

Geocapas estáticas

• Corteza terrestre: Constituida por 49% Oxígeno, 25.7% Silicio, 7.4% Aluminio, 4.7% Hierro, 3.6% Calcio, 2.8% Sodio, además de Potasio y Magnesio (CIC). Contiene gases (atmosfilos), magma. De 20 a 70 Km en tierra y 10 Km en agua.
• Manto superior: De 70 a 700 Km.
• Manto inferior: Presencia de compuestos afines al Oxígeno (litofilos), llega hasta los 2900 Km de profundidad.

Núcleo externo

• Capa terrestre líquida con presencia de compuestos afines a Azufre (calcofilos), Hierro y Níquel. Llega hasta los 4890 Km.

Núcleo interno

• Capa terrestre sólida con presencia abundante de elementos Níquel, Hierro y Paladio (siderofilos) con profundidad máxima de 6378 Km.

Ciencias de estudio

• Geoquímica: Tratado de especies, reacciones y procesos en la litosfera, así como su interacción con la atmósfera e hidrosfera.
• Geoquímica ambiental: Estudia la interacción entre rocas, agua, aire y la vida en la superficie terrestre.

Etapas de formación de la geosfera

• Diferenciación geoquímica primaria: Separación de líquidos no miscibles por densidad y afinidad.
• Solidificación magmática: Cambios por solubilidad y concentraciones relativas.
• Cristalización fraccionada primaria: A partir de 1200°C (magnetita Fe3O4, cromita FeCrO4, espinela MgAl2O4, olivina (Mg,Fe)2SiO4).

Etapas de formación de la geosfera (continuación)

• Cristalización fraccionada principal: 500 a 1200°C, formación del 80% corteza terrestre, ortosilicatos (SiO44-), metasilicatos (SiO32-), aluminosilicatos, cuarzos con presencia de Fe(II), Mg (II), Ca (II), Na (I), K(I)).
• Cristalización fraccionada final: <500°C, formación de Pegmatitas de Pb, Zn, Sn, Bi, Ag, Cu, Sb, BO3 3-, PO4 3-, S2-, Hg, Molibdato y Vanadato.

Diferenciación por sedimentación y erosión

• Generó la capa sólida del núcleo después de la solidificación magmática generando sustancias volátiles líquidas o gaseosas como CH4, H2, He, N2, NH3, H2O, S, SO2, CO, H2S, HCI y procesos de erosión.

Procesos de erosión por agentes químicos

• Intemperismo químico: Tendencia del sistema roca/agua/mineral para lograr el equilibrio.
  • Ácido – base: efecto tampón
  • Formación de complejos: retención de humedad.
  • Hidrólisis: rompimiento y solubilización de nutrientes para la vegetación.
  • Disolución/ precipitación: yacimientos de nutrientes disueltos por el agua.
  • Óxido – reducción: transformación de nutrientes, lixiviación y degradación de compuestos tóxicos.

Procesos de erosión por agentes mecánicos

• H2O escurrimiento, aumento y disminución del tamaño de minerales (hidratación-deshidratación).
• Crecimiento de raíces

Procesos de erosión por agentes físicos

• Disgregación: Separación de cationes principalmente Na, K, Ca, Cu, Zn, Al, Mg.
• Dilución de partículas: Cambio de temperatura (congelación, deshielo, humedad, sequía).
• Meteorización o intemperismo: Desintegración de rocas ígneas a lo largo del tiempo (Temperatura, CO2, viento, atmósfera oxidante, presión baja, humedad).

Tipos de meteorización o intemperismo

• Temprana: Poca humedad, lixiviación y exposición, nula Materia Orgánica, condiciones reductoras. Minerales solubles y reactivos: carbonatos y ricas en Hierro (II).
• Intermedia: Retención de sílice, Na, K, Mg, Ca y Fe (II).
• Avanzada: Alta lixiviación por agua, pH ácidos, atmósfera oxidante, dispersión de Sílice.

Naturaleza de los sólidos

• Minerales: Sólidos inorgánicos con estructura interior cristalina y composición química definida.
  • Primarios:
  • Secundarios: Alteración de minerales primarios.

Constituyentes del suelo

• Agua: Transporte de nutrientes, proceso de fotosíntesis, solución del suelo (parte acuosa con materia química y bioquímica disuelta). Intercambio entre hidrosfera-biosfera.
• Aire: Descomposición de Materia Orgánica, consumo de O2 y producción de CO2, Materia inorgánica (coloides que absorben y transforman compuestos tóxicos).
  • Fracción mineral: cuarzo, ortoclasa, albita, epidota, geotifa, magnetita, calcita, dolomita, MnOx, TiOx.
  • Fósforo (P) como ortofosfato a pH=7: productividad.
  • Potasio (K): Retenido por arcillas genera hidratación, crecimiento de plantas
  • Nitrógeno: nitratos fertilidad
  • Micronutrientes: B, Mo, Cu, Zn, Fe, Mn, CI - fotosíntesis, enzimas.
• Materia orgánica: Biomasa de plantas y animales en descomposición, microorganismos, presencia de oxalatos (C2O4)2-, temperatura y oxígeno.
  • Nitrógeno 90%: aminoácidos generan fertilidad, biodegradación de plantas y animales.
  • Fósforo: Fosfolípidos fuente de fosfato para plantas.
• Humus: Material mayoritario que contiene C, H, O.
  • Fracción alcalina soluble en agua: ácido húmico y fúlvico.
  • Fracción insoluble y estable: hymina.
  • Humificación: Proceso en el que la biomasa de planta cambia a humus y microorganismos transforman carbono orgánico en CO2.

Propiedades del Humus

• Anfifílica: Carácter hidrófoba e hidrófila
• Forma micelas (insoluble en agua)
• Retiene micronutrientes metálicos
• Amortiguamento de pH.
• Retiene agua
• Presencia de Metoxilo e hidroxilo proporciona propiedad estructural en el suelo.
• Depósito de Nitrógeno.

Propiedades químicas del suelo

• Fertilidad: Cantidad de nutrientes para las plantas (N, P, K, etc.).
• Salinización: Concentración de sales presentes (degradación de rocas, generación de dureza del agua).
• Materia Orgánica (MO): Residuos de vegetales y animales.
  • Recalcitrante: Materia orgánica estable
  • Lábil: Materia orgánica fácil de digerir para microorganismos.
• Acidez=pH: Grado de absorción de protones (H+) por el suelo.
• Conductividad eléctrica: Medida de la solución acuosa para transmitir el flujo eléctrico debido a la presencia de sales disueltas o ionizadas.

Capacidad de intercambio catiónico (CIC)

• Propiedad química del suelo que mide la cantidad de cargas negativas en la superficie de los minerales.
• Habilidad de retener cationes nutrientes potencialmente para las plantas.

Transporte por agua de rocas sedimentarias

• Carga disuelta minerales en solución
• Carga sedimentarios suspendida sólidos.
• Carga del lecho fondo de cause de río.

Naturaleza de los sólidos

• Rocas: Masa cohesiva sólida de un mineral puro o agregado de minerales.
  • Ígneas: Se forman por el enfriamiento de rocas fundidas en el interior de la Tierra.
  • Sedimentarias: Se forman en la superficie de la Tierra por acumulación de materiales.
  • Metamórficas: Rocas ígneas o sedimentarias que son afectadas por altas presiones y temperaturas.
  • Contiene principalmente: Na, K, Ca, Mg, Cu, Zn, Al.

Ciclo de las rocas

• Intemperismo
• Litificación o petrificación
• Desintegración, rocas, residuos.
• Rocas depositadas.

Exposición del suelo y sus efectos

• Recepción de contaminación atmosférica
• Efecto invernadero
• Lluvia ácida
• Desertización
• Disminución de agua
• Salinización
• Desolación
• Asimilación y neutralización

Características del tipo de suelo

• Firmeza
• Labranza
• Tamaño de partícula
• Permeabilidad
• Madurez