Qumica ambiental de la geosfera

Qumica ambiental de la geosferaGeosferaParte de la Tierra en la que viven los seres humanos.

De ella se extraen alimentos, minerales y combustibles.

Es bastante frgil y est expuesta a daos debido a actividades humanas.

Dos importantes tipos de contaminacin atmosfrica: exceso de dixido de carbono y lluvia cida.

SueloEl ser humano crea reas desrticas debido al mal uso de tierras con cantidades marginales de lluvia.

La capa ms importante de la geosfera para la vida humana es el suelo.

El suelo es el medio en que crecen las plantas, y virtualmente todos los organismos terrestres dependen de l para su existencia.

SueloTiene la capacidad para asimilar y neutralizar contaminantes:

xido reduccin.

Hidrlisis.

Reacciones cido base.

Precipitacin.

Sorcin.

Degradacin bioqumica.Naturaleza de los slidos en la geosferaLa Tierra se divide en capas:

Ncleo interior slido.

Ncleo exterior fundido.

Manto terrestre.

Corteza.

La mayor parte de la corteza de Tierra slida consiste de rocas.

Clases de mineralesSlo 25 minerales formadores de rocas constituyen la mayor parte de la corteza terrestre.

La mayora de los minerales son silicatos.EvaporitasSales solubles que precipitan de la solucin bajo condiciones especialmente ridas.

Su precipitacin depende de varios factores:

Concentracin de los iones de la evaporita en el agua.

Productos de la solubilidad de las sales de la evaporita.

Sublimados volcnicosAlgunas sustancias minerales son gaseosas a las temperaturas magmticas de los volcanes.

Estas sustancias se condensan cerca de las bocas de las fumarolas volcnicas.

Son llamadas sublimados.Rocas gneas, sedimentarias y metamrficasEl enfriamiento y solidificacin del magna produce las rocas gneas. Las mas comunes son el granito, el basalto, el cuarzo, el piroxeno, el feldespato, el olivino y la magnetita.

Se forman bajo condiciones de deficiencia de agua, qumicamente reductoras, a altas temperaturas y presiones.

Cuando se exponen a la intemperie estas no estn en equilibrio qumico con sus alrededores y como resultado, tales rocas se desintegran por un proceso llamado intemperismo o meteorizacin.

Rocas gneas, sedimentarias y metamrficasEl proceso llamado petrificacin, corresponde a la conversin de los sedimentos en rocas sedimentarias, stas pueden ser rocas detrticas que consisten en partculas slidas erosionadas de las rocas gneas como consecuencia del intemperismo. El calor y la presin convierten las rocas sedimentarias en rocas metamrficas.

Ciclo de las rocasLos intercambios y conversiones entre las rocas gneas, sedimentarias y metamrficas, as como los procesos involucrados, se describen por el ciclo de las rocas.

Fases del intemperismoEst constituido por tres fases: la temprana, la intermedia y la avanzada.

En la primera fase solo pueden "sobrevivir" los minerales reactivos y solubles como los carbonatos, el yeso, el olivino, el feldespato y las sustancias ricas en hierro(ll). Se caracteriza por condiciones secas, poca lixiviacin, ausencia de materia orgnica, condiciones reductoras y tiempo limitado de exposicin.

El cuarzo, la vermiculita y las esmcticas pueden soportar la fase intermedia que se manifiesta por la retencin de slice, sodio, potasio, magnesio, calcio y el hierro(ll) no presente en los xidos del hierro(ll). Estas sustancias se movilizan en la fase avanzada de intemperismo, cuyas caractersticas son la lixiviacin intensa por el agua fresca, valores de pH bajos, condiciones oxidantes, presencia de hidroxipolmeros de aluminio y dispersin de la slice.

Tectnica de placas, procesos internos, procesos superficialesLa ciencia de la tectnica de placas explica los fenmenos a gran escala que afectan la geosfera, como el crecimiento de los ocanos, la colisin y separacin de los continentes, la formacin de cadenas montaosas, la creacin de islas de origen volcnico y los terremotos.

Existen dos procesos principales relacionados con la configuracin de la geosfera:

Los procesos internos localizados debajo de la superficie de la Tierra, que se divide en dos. El primero que son los terremotos y los temblores de Tierra y el segundo que son los volcanes.

Los procesos superficiales son los que ocurren en la superficie de la Tierra.

SedimentosA partir de las rocas sedimentarias se forman vastas reas de terreno, as como sedimentos de lagos y arroyos u otras corrientes de agua. El agua es el vehculo principal de transporte de materiales sedimentarios que pueden ser llevados de las siguientes formas:

Carga disuelta de minerales en solucin formadores de sedimentos: el transporte del carbonato de calcio como bicarbonato de calcio disuelto.

Carga suspendida de materiales sedimentarios slidos llevados en suspensin: bajo condiciones normales el cieno finamente dividido, la arcilla o la arena constituyen la mayor parte de la carga en suspensin.

Carga de lecho arrastrada a lo largo del fondo de cauce del arroyo o ro: se mueve por el fondo de un ro o arroyo por la accin del agua que "empuja" las partculas.

Las arcillasSon muy comunes e importantes en mineraloga.

Son componentes inorgnicos predominantes de la mayora de los suelos y son muy importantes en la retencin de agua y en el intercambio catinico de los nutrientes de las plantas.

Contienen silicatos y la mayora contiene aluminio y algunas estructuras en forma de hojas. Muchas contienen grandes cantidades de Na, K, Mg, Ca y Fe.

GeoqumicaTrata de las especies qumicas, las reacciones y los procesos la litosfera y sus interacciones con la atmosfera y la hidrosfera.

IntemperismoAspectos biolgicos:Los organismos pueden desempear un rol muy importante en los procesos de intemperismo y formacin de los suelos. Los orificios en la superficie de las formaciones rocosas y cuantos rodados en algunas reas, acumulan agua restos minerales y restos orgnicos.

Aspectos fsicos:Fenmeno geoqumico de meteorizacin. Las rocas tienden a ser meteorizadas ms rpidamente cuando hay diferencias pronunciadas en las condiciones fsicas de congelacin y deshielo alternativo y periodos hmedos que alteran con periodos de sequa.

Intemperismo qumico:Resultado de la tendencia del sistema roca-agua-mineral, al alcanzar el equilibrio. Esto ocurre a travs de los mecanismos qumicos usuales de disolucin/precipitacin, reacciones cido-base, formacin de complejos, hidrlisis y oxidacin-reduccin.

Las aguas subterrneas en la geosferaEl agua subterrnea es un recurso vital por derecho propio, que juega un papel crucial en los procesos geoqumicos, como la formacin de minerales secundarios. La naturaleza, la calidad y la movilidad de las aguas subterrneas dependen todas fundamentalmente de las formaciones rocosas en las que el agua es contenida.

La mayora de las aguas subterrneas se origina como agua meterica.Agua de pozoLa mayor parte de aguas subterrneas son explotadas por medio de pozos.

Conforme se extraen, el nivel desciende creado una zona de depresin.

Las extracciones fuertes pueden dar paso a la infiltracin de contaminantes.

Pueden dar paso a la formacin de xidos insolubles.

Aspectos ambientales de la geosferaEs la capa slida de tierra que abarca todo lo que se encuentra en la superficie hasta el ncleo.

Peligros naturalesTerremotos.Volcanes. Erosin.Deslizamientos.Corrientes de lodo.Hundimientos

Peligros antropognicosSon los intentos de controlar y reformar la geosfera a las ventajas del ser humano.

TerremotosSe originan en los procesos de las placas tectnicas, a lo largo de estas y ocurren por el movimiento del terreno que resulta de la liberacin de energa.

TerremotosLa ubicacin del movimiento inicia en el foco, que es la falla que lo causa.

La superficie encima del foco se llama epicentro.

La onda ssmica es la que trasmite la energa del foco mientras la onda corporal viaja en el interior y la onda superficial, que es la que atraviesa la superficie.

TerremotosLas ondas de cuerpo se clasifican en ondas P y ondas S.

El grado Richter es la escala que mide la magnitud, la cual es el grado de movimiento.

La escala Mercalli mide la intensidad, la cual es el grado de destructividad que posee.

VolcanesUn proceso principal subterrneo que tiene el potencial de afectar al ambiente masivamente consiste en emisiones de roca fundida, gases, vapores y cenizas, a este fenmeno se le denomina VOLCN.

Se forman cuando el magma sube a la superficie, lo cual ocurre frecuentemente en zonas de subduccin que se crean donde una placa es empujada por debajo de otra.

Uno de lo fenmenos volcnicos mas espectaculares y potencialmente daino es una erupcin fretica, que ocurre cuando el agua se infiltra, es supercalentada por el magma caliente y causa que el volcn explote.

Movimiento superficial de la TierraLos movimientos de masas son el resultado de la gravedad actuando sobre las rocas y el suelo en la superficie de la Tierra, esto produce un tensin cizallante en los materiales trreos localizados en pendientes que pueden exceder la resistencia al cizallamiento y producir deslizamientos y fenmenos relacionados que involucran el movimiento descendente de materiales geolgicos.

Uno de los procesos ms comunes en la superficie que puede afectar adversamente a los seres humanos consiste en lo desplazamientos de tierra que ocurren cuando el suelo u otros materiales sin consolidar se deslizan cuesta abajo.

Movimiento superficial de la TierraLa tendencia a la formacin de los deslizamientos se ve afectada por varios factores externos. El clima es importante porque influye en la acumulacin de agua que a menudo parece a un deslizamiento, as como la presencia de plantas que tambin pueden influir en la estabilidad del suelo.

La tierra puede aflojarse por los terremotos, causando deslizamientos.

Fenmenos asociados a corrientes, arroyos y rosUn arroyo o ro corriente consiste en agua que fluye a travs de un cauce. El rea de terreno de la cual se extrae el agua que fluye en un arroyo es la cuenca de drenaje. Su tamao se define por su caudal, que es el volumen de agua que atraviesa una unidad de rea por unidad de tiempo. El caudal y el gradiente, grado de inclinacin de la pendiente de un arroyo, determinan la velocidad de la corriente.

Fenmenos asociados a corrientes, arroyos y rosUna inundacin ocurre cuando un arroyo o corriente de agua desarrolla una crecida tal que abandona sus mrgenes y se derrama hacia la llanura de inundacin.

Se puede argumentar que las inundaciones son los fenmenos ms comunes y prejudiciales de la superficie geosfera.

La inundaciones se hacen ms intensas por fracciones ms altas y mayores de escorrenta, que pueden ambos agravarse por las actividades humanas.

Una solucin para controlar dichas inundaciones es crear embalses, que puede contener un gran volumen de agua.

Fenmenos en la interfase tierra/ocano La interfase entre las masas de tierra y el ocano es un rea importante de actividad ambiental. La tierra se encuentra bajo el ataque constante de las olas y corrientes del ocano, por lo que la mayora de las reas costeras esta siempre cambiando.

La berma es un rea relativamente nivelada, que se extiende desde aproximadamente la marca del marea alta hasta las dunas que delinean el borde de la playa hacia la tierra y que usualmente no es baada por las aguas del ocano.

Fenmenos en la interfase tierra/atmsferaInterfase tierra/atmosfera: es un lmite de intensa actividad ambiental. La combinacin del aire y agua causa cambios significativos en los materiales de la tierra. La capa superior de la tierra es muy susceptible al Intemperismo fsico y qumico.Reacciones de oxidacin - Disolver algunos tipos de rocas Organismos como lquenes El viento erosiona slidos, deposita slidos en la superficie de la geosfera.Abrasin, deflacinDepsitos de loess Dunas

Efectos del hieloLos hielos tallaron la superficie dejando montones de roca, gravilla y ricos depsitos de agua dulce.Existe preocupacin que la fusin de los glaciares eleve los niveles del mar se eleve e inunde reas costeras.Los glaciares se forman a latitudes y altitudes elevadas, donde la nieve no se llega a derretir por completo en verano.Glaciares continentales ( Groelandia y antrtico).Glaciares alpinos.Icebergs (montaas de hielo) desprendimiento de hielo- calving.AblacinAbrasin TillDeyeccin Morrenas

Efectos de las actividades humanasExisten efectos directos e indirectos de las actividades humanas en la geosfera.

Directo: minera a cielo abierto, construccin como caminos y presas

Indirecto: bombear los acuferos tanto que el suelo se hunda, erosin del suelo.

En la geosfera se excava, se hacen tneles, se desmonta, se reestructura y es expuesta a muchos otros tipos de vejaciones.

Extraccin de los recursos de la geosfera: la minera de superficieSe emplea en USA y muchos otros pases para extraer toda la roca, grava y arena gruesa, mas de la mitad del carbn y otros recursos.Esta prctica de una manera adecuada y prcticas de restauracin adecuada, causa un dao mnimo.En la minera de superficie se emplean varias estrategias:Dragando Minera de pozo abiertoMinera a cielo abiertoLas prcticas antiguas dejaban la sobrecapa como terraplenes empinados y propensos a la erosin.

Efectos ambientales de la minera y la extraccin de mineralesLas minas subterrneas tiene una tendencia a derrumbarse ocasionando subsidencia severa.

Perturba los acuferos de aguas subterrneas.

La pirita FeS, se expone al aire y se oxida a acido sulfrico por accin bacteriana para producir el agua cida de mina.

Se utilizan varios procesos de beneficio para separar la fraccin til mineral dejando un residuo de colas o jales.

La exposicin de colas producen daos variados: escurrimientos cidos dainos, las colas de mineral de uranio han contaminado edificios con gas radn.

Contaminacin del aire y la geosferaActividad volcnicaMonxido de carbono.Cloruro de hidrogeno.Sulfato de hidrogeno.cido sulfrico.

Sulfatos en metalesLos procesos trmicos de fundicin que se usan para convertir las fracciones metlicas de menas a formas utilizables han causado problemas.Dixido de azufre.Liberacin de partculas de metales pesados.

El suelo y el cultivoCultivo de arroz metano

Reduccin microbiana de nitrato -> N2O

Sin embargo se cree que los microorganismos del suelo son responsables de la prdida de cierta cantidad de monxido de carbono en la atmosfera, adems de algunos hongos y bacterias que pueden metabolizarlo.

Contaminacin del agua y la geosferaSedimentos en el agua (metales pesados o BPC)

Productos quimicos

Evacuacin y disposicin de desechos y la geosferaMtodo ms habitual para la evacuacin de desechos slidos.

Consiste en desechos amontonados encima de un terreno, compactados y cubiertos por intervalos de suelo.

Evacuacin y disposicin de desechos y la geosferaEste enfoque permite cubrir frecuentemente los desechos de forma que se minimice la prdida de basura voltil, la contaminacin de agua y otros efectos indeseables.

Producen emisiones de gas y acuosas.

La biomasa en estos sitios reduce rpidamente el oxigeno por la biodegradacin aerobia de los microorganismos.

CH2+biomasa+O2- CO2+ H2O

Evacuacin y disposicin de desechos y la geosferaEn un periodo de varias dcadas los materiales biodegradables enterrados experimentan biodegradacin anaerobia liberando metano y dixido de carbono. 2(CH2O)CO2+CH4

LixiviadoGenerado por agua que se filtra en los vertederos controlados, ya sea pluvial o por escorrentas, disuelve materiales de desechos evacuados.

Es el mayor problema de contaminacin.

Es importante minimizar produccin as como difusin a travs del subsuelo ya que se filtra a aguas subterrneas.