Introduccion Geoquímica

Tema 1.- Introducción. Concepto de Geoquímica: objetivos, desarrollo histórico; relación con otras ciencias. Interés científico, técnico y económico de la Geoquímica. Literatura geoquímica.

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Definición de Geoquímica

Introducción y Desarrollo Histórico

        Tradicionalmente se consideraba a la Geoquímica como la ciencia encargada del estudio del quimismo de la Tierra. Sus objetivos eran la descripción de la distribución de los elementos y sus isótopos en la atmósfera, hidrosfera, corteza, manto y núcleo. La Geoquímica tradicional también tenía por objeto la obtención de datos similares a partir de los materiales extraterrestres. Sin embargo, la Geoquímica evolucionó desde un campo puramente descriptivo hasta el campo interpretativo de los mecanismos que dan lugar a los fenómenos observados en la Tierra.

        La mayoría de los elementos químicos están inmersos en ciclos que los conducen alternativamente de la superficie al interior de la Tierra. Los tiempos de residencia de los elementos químicos permiten cuantificar la dinámica de estos ciclos que son de varios millones de años, o menos, en los océanos, y mucho más cortos en la atmósfera. En la tierra sólida, estos valores son de varios órdenes de magnitud superiores.

        En la actualidad se podría designar como Geoquímica la ciencia que tiene por objeto el reconocimiento y descripción de estos ciclos y el establecimiento de los balances de transferencia de materia. Asociada a la Cosmoquímica, la Geoquímica trata de identificar los procesos que, a partir de una nebulosa protosolar homogénea, han dado lugar a las diferencias planetarias e interplanetarias. Las directrices que sigue la Geoquímica actual serían: (1) conocer la distribución de los elementos químicos en la Tierra y en el sistema solar; (2) descubrir las causas de la composición química observada en los materiales terrestres y extraterrestres; (3) estudiar las reacciones químicas que ocurren en la superficie terrestre, en su interior, y en nuestro sistema solar; (4) incorporar esta información en los ciclos geoquímicos, a fin de llegar a conocer cómo funcionaron estos ciclos en el pasado y cómo pueden ser alterados en un futuro.

        Las raíces de la Geoquímica pertenecen tanto a la Geología como a la Química. De hecho, algunas de las observaciones prácticas de Agricola, Steno, y otros naturalistas renacentistas permitieron expandir el conocimiento del comportamiento de los elementos y su presencia en la naturaleza. Estas observaciones forman la base sobre la que la Química y Geología modernas se desarrollaron durante el siglo XVIII. Pero se precisaron dos requisitos indispensables para el desarrollo de la Geoquímica: el descubrimiento de los elementos químicos y el desarrollo de métodos exactos y precisos para el análisis de rocas y minerales. Los trabajos de Lavoisier y sus contemporáneos, durante el periodo en el que la química moderna comienza a tomar forma, estaban llenos de ideas sobre los océanos y atmósfera, sólidos, rocas y los procesos que los modificaban. En el desarrollo de la separación y caracterización de las propiedades de los elementos, Lavoisier, Davy, Dalton y otros, también contribuyeron al progresivo debate con los geólogos de la época sobre la composición de la Tierra. En esta misma época, De l'Isle y Hauy desarrollaron las primeras observaciones en cristales, permitiendo rápidamente avanzar en los campos de la mineralogía y cristalquímica.

        El término Geoquímica fue introducido por primera vez por el químico sueco Ch.F. Schönbein en 1838. Sin embargo, el resurgir de la Geoquímica como una disciplina independiente tiene lugar con el desarrollo de los grandes laboratorios del Servicio Geológico de los Estados Unidos (U.S.G.S) en 1884, y la Institución Carnegie de Washington en 1904, y en algunos paises europeos, principalmente Noruega y la U.R.S.S., entre los años 1910 y 1925. De estos centros surgen las primeras investigaciones sistemáticas de las composiciones de rocas y minerales, y algunos de los primeros estudios experimentales en donde se investigaron las condiciones termodinámicas de los minerales. El primer tratado de Geoquímica (The Data of Geochemistry) aparece en 1908, siendo su autor F.W. Clarke. Esta obra, que fue revisada varias veces en los 16 años siguientes a su aparición, resume los trabajos analíticos llevados a cabo por el U.S.G.S., permitiendo a los geólogos estimar la composición media de la corteza. La regla de las fases, que fue sugerida a partir de los trabajos teóricos de J.W. Gibbs en los años 1880, fue aplicada a los estudios que B. Roozenboom y P. Eskola realizaron sobre rocas metamórficas, estableciendo las bases químicas del concepto de facies metamórfica. Simultaneamente, A.L. Day y otros investigadores de la Institución Carnegie del Laboratorio de Geofísica de Washington comenzaron un programa de investigación focalizado en los procesos de generación de rocas ígneas.

        Durante el siglo XX, el desarrollo de la Geoquímica ha estado marcado por determinados avances tecnológicos. El primero de estos fue el descubrimiento de F. Laue en 1912 que la distribución interna de los átomos en una sustancia cristalina podía servir como una red para la dispersión de un haz de rayos-X. En poco tiempo más, W.L. Bragg utilizó esta técnica para determinar la estructura de la halita. En los años 1920, V.M. Goldschmidt y sus colaboradores de la Universidad de Oslo determinaron la estructura de un gran número de minerales comunes y, a partir de estas estructuras, formularon principios que marcaban la distribución de elementos en componentes naturales. Sus trabajos, publicados en las series Geochemische Verteilungsgesetze der Elemente, fueron quizá las contribuciones más importantes a la Geoquímica de este periodo.

        Durante los años 30 y en los años próximos a la Segunda Guerra Mundial, se desarrollaron nuevas aleaciones con aceros que permitieron a la Petrología Experimental investigar, por primera vez, procesos a muy altas presiones. P. Bridgemen, N.L. Bowen y un creciente número de investigadores desarrollaron una serie de aparatos con los que podían sintetizar asociaciones minerales a temperaturas y presiones similares a las de la corteza inferior y manto superior. Con estos cambios tecnológicos, pudo ser finalmente posible investigar la composición química de sectores inaccesibles de la Tierra.

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