La oceanografía geológica o geología marina se encarga de estudiar la naturaleza y desarrollo de las cuencas oceánicas y los cambios que han sufrido desde que se formó nuestro planeta. Para realizar este estudio es necesario conocer la parte sólida de la superficie terrestre cubierta por el agua del mar, para lo cual se han diseñado equipo y metodologías que nos permiten obtener muestras de esta corteza. Se puede considerar que las primeras muestras del fondo marino fueron recolectadas por los primitivos navegantes. Por lo menos, se sabe que los bateleros o remeros egipcios del delta del Nilo, reconocían la proximidad de la costa sondeando con largas varas, que recogían fango en su punta como primeras muestras de los sedimentos del mar. Al iniciarse la investigación oceánica, se utilizaron las sondas de mano, tradicional instrumento de medición de todos los marinos, compuesta de una larga cuerda de cáñamo y un peso, útil para obtener los datos de profundidad. Posteriormente se diseñó un sistema de muestreo en base a un tipo de sonda llamada escandallo, abriéndole en su extremo inferior, una cavidad a la que se le untaba sebo para que se adhiriera el fango del fondo. Este método fue utilizado en el transcurso de los siglos y permitió reconocer los fondos marinos, pudiendo elaborarse, más tarde, las primeras cartas marinas en donde se señalaron los diversos materiales que formaban los fondos: arena fina, conchuela, limo, cascajo, etcétera.

En esta época, el conocimiento sobre el fondo marino quedaba limitado al estudio de las costas y de áreas de poca profundidad, pero poco a poco surgió la inquietud por conocer zonas más profundas del océano. Entonces el geólogo marino se encontró con el problema de que para obtener esta información tenía que utilizar métodos indirectos, ya que su presencia física a grandes profundidades quedaba limitada debido a las elevadas presiones que allí se manifiestan. A 5 000 metros de profundidad existe una presión de 500 kilogramos por centímetro cuadrado; presión prohibitiva, que sólo algunos batiscafos especiales pueden soportar. En consecuencia, la mayoría de los estudios se realizan, en la actualidad, desde barcos oceanográficos con características especiales para situarse en alta mar, con errores no superiores a unas cuantas docenas de metros; una muestra geológica de la que no se sepa exactamente donde se tomó no sirve. La tecnología propició el diseño de aparatos que permitieran estudios más completos, debido a que las simples descripciones con las que se contaba no eran suficientes para el avance del conocimiento de los fondos marinos, sobre todo de las profundidades oceánicas. Así, se inicia la construcción de aparatos llamados sondas o nucleadores, con los que se intensifican estos estudios. Se reporta que la primera sonda fue diseñada y construida por Brooke, oceanógrafo de los Estados Unidos, para la famosa expedición del barco Porcupine en 1870.

Posteriormente, en la expedición del Challenger (1872-1873) se empleó un tubo-botella que era una especie de sacabocados, el cual recogía, además de la muestra del fondo, la del agua que lo recubría; cuando el fondo estaba compuesto de fango el resultado era satisfactorio, pero cuando contenía arena, se salía por falta de la cohesión necesaria, por lo que tuvo que diseñarse un mecanismo de cierre. A mediados del siglo pasado, cuando los países lograban mayor comunicación entre sí por el desarrollo del intercambio comercial y por la aparición de la telegrafía, se iniciaron los estudios y trabajos para el tendido de los cables submarinos a través del fondo oceánico. Un esfuerzo importante que se llevó a cabo en esta época para conocer el fondo marino fue el de Cyrus Field, técnico estadounidense, cuando instaló un cable telegráfico a través del Atlántico. Al tener la necesidad de conocer, aunque fuese de manera aproximada, la configuración del fondo del mar, solicitó la asesoría del teniente de navío Matthew Fontaine Maury, considerado como el padre de la oceanografía moderna, quien había propuesto realizar el estudio sistemático de los océanos. En base al proyecto de Maury, la armada de los Estados Unidos decidió equipar algunos de sus barcos para la Investigación oceanográfica. Se emplearon una serie de aparatos entre los que se encontraba la sonda de mano, con la que se empezó a medir las profundidades, que eran prácticamente desconocidas.

Con los datos que se obtuvieron, se trazaron cartas de navegación más completas señalando las diferentes profundidades, así como el lugar donde se encontraban. Todo esto se tradujo en la comprobación de que el fondo oceánico contenía planicies, enormes salientes y profundas depresiones, presentando una imagen tan variada como la que se observa en los continentes. La sonda de Brooke fue sustituida por la sonda mecánica, que tenía un cable de acero enrollado en una especie de grúa o cabrestante movido por un motor de vapor; este cable llevaba en el extremo un peso, el cual al tocar el fondo se soltaba disminuyendo la tensión del cable, lo que hacía que el cabrestante dejara de accionar y la cantidad de cable desenrollado indicaba la profundidad que tenía la zona. La incorporación del motor facilitó la maniobra para lanzar cables de mayor dimensión y llegar a zonas más profundas, aumentando el número de mediciones en menor tiempo. Con los datos que se obtuvieron con este tipo de muestreo se pudieron hacer cartas más exactas y el Instituto de Oceanografía de Berlín publicó, en 1912, el primer mapa alemán sobre profundidades, el que se basaba en 6 mil mediciones, que para esa época eran muchas, pero para nuestros días resultan escasas, debido a que los cartógrafos necesitan, de 1.500 a 2.000 sondeos para levantar el perfil del fondo oceánico de un área comprendida entre un grado de latitud. Estos sondeos se efectuaron en vísperas de la guerra de 1914-1918. Fue entonces cuando apareció un nuevo método de sondeo —la primera ecosonda práctica— creada por el físico alemán Alexander Behm, en 1919. Todos los barcos equipados con este instrumento podían y pueden medir continuamente el fondo con ondas sonoras que se envían hacia el fondo del mar, donde son reflejados y registrados en dicho instrumento; el tiempo que tarda la señal en regresar al barco multiplicado por la velocidad de propagación del sonido, dividido entre 2, es la distancia que hay del barco al fondo del océano; asimismo, es posible registrar su perfil en un ecógrafo, aparato que reproduce las líneas del fondo sobre un papel formando una gráfica o ecograma, mientras el barco está navegando, pudiendo saber en cualquier momento la profundidad, el tipo y las características del fondo marino.
 

Figura 18. Ecosonda.

La tecnología para diseñar ecosondas se ha desarrollado mucho, llegando a utilizar las ondas ultrasónicas en las ecosondas de precisión, con las que pueden estudiarse las máximas profundidades del mar. Durante los últimos años, se han introducido múltiples perfeccionamientos a los aparatos de sondeo ultrasónico. Gracias a ellos, actualmente es posible determinar la profundidad con la máxima precisión. Asimismo, las sondas o nucleadores se fueron perfeccionando, pudiéndose obtener muestras a mayor profundidad y de mayor longitud. En la expedición holandesa del barco Willebrod Snellius que se realizó en los años de 1929-1930, se colectaron muestras de dos metros de longitud, facilitándose el estudio de la estratificación de los sedimentos. Esta estratificación consiste en que los diferentes componentes del fondo oceánico —barro de globigerinas, arcilla roja, cienos azules—, se colocan en capas alternadas.

Estos instrumentos consisten en un tubo largo, cuyo extremo inferior tiene un diafragma que permite el paso de la muestra, pero no su salida. En la parte superior posee un agujero para la salida del agua desplazada por la muestra del fondo, pero se cierra mediante un mecanismo cuando el nucleador es izado al barco, impidiendo la entrada de agua al tubo donde está la muestra. En 1935, el científico Piggot, en los Estados Unidos, construyó una sonda que hace las veces de cañón: lanza un tubo proyectil que cuando llega y toca el fondo se dispara, permitiendo recoger sedimento a mayor profundidad, e incluso, en rocas de estructura medianamente dura. Los investigadores franceses han perfeccionado el aparato adaptándole un disparador eléctrico. En el viaje de estudios que realizó Piggot en el Atlántico, desde Halifax, Canadá hasta Cabo Land's End, Inglaterra, muestreó fondos que se encontraban a más de 4.000 metros de profundidad y cada núcleo muestreado con una longitud de 3 metros. Con sus estudios, se pudo comprobar que la sucesión de sedimentos es distinta a uno y otro lado de la cresta dorsal Centroatlántica. Esta observación, unida a otras, como el estudio de la distribución de las conchas de foraminíferos, permitió suponer que esta cordillera meridiana emergió durante la era Cuaternaria, ya que estos organismos son indicadores de las condiciones ecológicas que existieron en esas épocas.

Un enorme adelanto en el diseño de estas sondas se presenta cuando el oceanógrafo Kullenberg emplea, en 1947, la presión hidrostática del agua del mar para producir un vacío parcial en el tubo muestreador y obtener muestras de gran longitud. Este vacío hace que la muestra no presente resistencia, permitiendo al tubo hundirse más en el piso del océano. Esta sonda, sonda de pistón o sonda de Kullenberg fue utilizada en la expedición que realizó el barco oceanográfico Skagerrak por el Mediterráneo, donde se colectaron muestras de 10 a 13 metros de longitud, a una profundidad de 3.000 metros. Con el estudio de estas muestras se pudo establecer una cronología de las erupciones del Vesubio y del Etna, por las cenizas que se conservan en su seno, mezcladas con otros sedimentos. Se comprobaron, por ejemplo, las erupciones del Vesubio, que se efectuaron en el año 79 y en 1906.

 

Figura 19. Sonda de pistón o de Kullenberg.

Uno de los trabajos de mayor alcance en el estudio de los fondos oceánicos, lo realizó la nave oceanográfica Allbatross, del Instituto Sueco de Oceanografía, en 1947. Esta nave recorrió colectando muestras del fondo, los océanos Atlántico y Pacífico, siguiendo una marcha paralela al ecuador; se colectaron más de 300 muestras de fondos, a una profundidad de 5.000 metros y con una longitud de l0 a 19 metros. Si se toma en cuenta que en el Océano Atlántico se ha calculado que los sedimentos aumentan 8 milímetros cada mil años, una muestra de 15 metros representará la sedimentación de unos 2 millones de años. En este estudio se concluyó, por el tipo de flora y fauna fósil que se encontró en los sedimentos, que la era Terciaria tenía un clima cálido; en brusco contraste con el de la era Cuaternaria que le siguió, en la que se formaron los inmensos casquetes polares.

Con esta sonda de pistón se han logrado obtener núcleos del sedimento oceánico hasta de 30 metros. Una sola de estas muestras contiene la huella del pasado geológico y biológico de los océanos, herencia de un millón de años de historia de la Tierra y de la vida. Las sondas se pueden dejar caer libremente desde el barco o bajarlas lentamente y se disparan antes de llegar al fondo. La extracción de muestras se facilita por la presencia de un tubo de plástico transparente u opaco en el interior de la sonda que protege la muestra para su posterior análisis. Estos tubos que guardan la muestra se pueden cortar fraccionándolos cada 10 o 20 centímetros con una sierra; en estos cortes se puede observar la estratificación y el tipo de sedimento. Con el fin de lograr mejores resultados, las muestras se cubren con parafina o plástico para que conserven sus características y de esta forma poderlas estudiar posteriormente en los laboratorios en tierra. El análisis de las muestras colectadas por las sondas, es una tarea delicada. Por esta razón generalmente en los barcos oceanográficos va un equipo humano compuesto por químicos, mineralogistas, geólogos, físicos y biólogos. El número de muestras puede llegar a ser considerable en poco tiempo; si la sonda recoge sedimento sólo en la parte superficial, constituye una sola muestra, pero, cuando ésta tiene 8 metros, representa por sí sola un mínimo de 40 muestras y máximo de 80, según si se cortan cada 10 o 20 centímetros. De estas muestras se miden algunos caracteres de los sedimentos como son: el contenido de agua, su rigidez, su permeabilidad y su densidad. Asimismo se hacen cultivos de bacterias que son de gran importancia para el estudio de las modificaciones químicas que provocan en los fondos y, también, para medir grados de contaminación del mar.

Como en muchas ocasiones no se dispone de buques lo suficientemente grandes para comenzar el trabajo de análisis a bordo, las muestras se conservan sin cortar y, llegando a la base, se colocan a una temperatura constante de 5º C, no habiendo pasado más de 10 días a la temperatura ambiente. En el laboratorio son seccionadas en fracciones de 1.50 metros, aserradas en sentido longitudinal con su tubo de plástico. La mitad se conserva en la cámara frigorífica, mientras la otra sirve para los análisis. Cuando las muestras llegan al laboratorio, todo un equipo entra en actividad para proceder a su estudio, que es largo y minucioso. Las determinaciones más comunes para las muestras son: la determinación granulométrica, la dosificación de carbonatos y el estudio de las arcillas con los rayos X. Entre otros análisis que se realizan destacan el examen en el microscopio para observar restos de microorganismo y de fósiles; el análisis químico para determinar el hierro, níquel, manganeso y otros elementos como los radiactivos, y el análisis mineralógico para conocer los componentes minerales, además de buscar restos de meteoritos o partículas cósmicas. En los estudios de los núcleos del fondo del mar, también han sido utilizadas las dragas para colectarlas; éstas permiten obtener grandes cantidades de sedimento, con conchas, gravas, y otros fragmentos de fondo duro, así como rocas, que no cabrían en el tubo de las sondas.

Una de las más utilizadas es la draga tipo Petersen; ésta se sumerge suspendida de un cable de acero hacia el fondo y cuando lo toca se cierra en forma violenta, recolectando una muestra de los sedimentos y, en ocasiones, dependiendo de la constitución del fondo, recoge fragmentos rocosos o coralinos. El cierre de la draga se lleva a cabo tirando el cable al llegar aquella al fondo o con un mecanismo automático que se dispara con un peso o mensajero que se envía desde el barco. Al compararse de una manera seriada los resultados de los estudios de los fondos oceánicos, se observa que su perfil ha ido cambiando a lo largo de miles de años, porque ha sido posible comprobar que en muchas áreas se han acumulado grandes capas de sedimentos sobre el fondo rocoso. Cuando el estudio se hace utilizando únicamente la ecosonda, las ondas reflejadas solo registran la información sobre los sedimentos superficiales y no los datos de las capas profundas. Por esa razón, el doctor Maurice Ewing, oceanógrafo estadounidense, desarrolló una técnica combinando la ecosonda con explosiones sísmicas provocadas, al arrojar al agua desde un buque, cargas de dinamita y TNT, que explotan a escasa profundidad a intervalos determinados.

 

Figura 20. Método de Maurice Ewing.

Estas explosiones producen ondas sonoras que chocan con la superficie de la capa del sedimento que genera un primer eco y después se transmiten hasta el fondo rocoso golpeando en él y produciendo un segundo eco. Ambos ecos son recogidos por el registador de la ecosonda produciéndose el ecograma correspondiente. En la actualidad la dinamita ha sido sustituida por aire comprimido y descargas eléctricas. Los distintos tiempos de recepción de las diferentes ondas reflejadas proporcionan una idea más exacta sobre la disposición y el espesor de la capa de sedimentos, que en el Atlántico alcanza unos 650 metros y cerca de 300 en el Pacífico. Para apoyar las investigaciones del fondo oceánico utilizando las sondas y las dragas, se emplean métodos relacionados con la prospección geofísica de gran aplicación en oceanografía sobre todo cuando ésta tiene finalidades prácticas. Este tipo de prospección consiste en determinar la naturaleza y la estructura del sustrato, empleando métodos indirectos como los usados en sismología, en gravimetría y en los estudios del magnetismo terrestre.

Para situar las riquezas de los fondos oceánicos también se han diseñado métodos para su localización y explotación. Los técnicos estadounidenses extraen los valiosos nódulos de manganeso con aparatos semejantes a enormes escobas que giran o a gigantescas aspiradoras. La codiciada materia prima es izada hasta los barcos mediante tubos aspiradores y desde allí conducida a tierra para su elaboración, pero hasta la fecha ninguna explotación sistemática se ha podido realizar. Los geólogos que se ocupan en la búsqueda del petróleo en el fondo del mar tienen que determinar la naturaleza de las capas geológicas existentes bajo la capa sedimentaria reciente. Trabajan en aguas poco profundas, principalmente en la zona costera y en la plataforma continental, buscando en el mar la prolongación de las cuencas reconocidas con éxito y ya explotadas en tierra. Para realizar la exploración del petróleo y posteriormente su aprovechamiento, las plataformas de perforación se elevan sobre la superficie del mar, llegando a perforar hasta 90 metros de profundidad. Los métodos de perforación son muy variados, siendo los principales: el de percusión, que consiste en el golpeteo del terreno por la sonda que va abriéndose paso arrancando fragmentos y el de rotación, donde la sonda excava el pozo al girar. Las cabezas de las sondas están provistas de barrenas y coronas dentadas de materiales muy duros como aceros especiales, diamantes y otros. En la actualidad se han alcanzado profundidades de perforación de casi 8.000 metros en algunos pozos petrolíferos marinos.

En nuestros días, la exploración petrolera se ha extendido hasta el talud continental y los grandes fondos marinos. En el talud continental del Golfo de México se ha perforado a profundidades de l.500 metros y con el buque perforador Glomar Challenger se ha llegado a profundidades de 6.000 metros en grandes cuencas abisales. Dentro del programa de investigación de las profundidades oceánicas de los Estados Unidos se utiliza para perforar un barco singular llamado FLIP (Floating Instrument Plataform), de 110 metros de eslora que para realizar estudios en un lugar determinado del océano, se coloca verticalmente, hundiendo su proa quedando su popa a flote.

 

Figura 21. Barco FLIP. Posición vertical.

Esta posición permite que el FLIP tenga gran estabilídad y pueda permanecer el tiempo necesario en la zona de trabajo. Su construcción permite que en la popa se localicen cuatro pisos de camarotes y laboratorios, en donde el mobiliario y equipo pueden usarse mientras la nave se encuentra en posición vertical. En estos estudios sobre los océanos, desde las más antiguas expediciones, existen entre los científicos de todo el mundo, una colaboración que no reconoce fronteras, ni nacionalidades; así, por ejemplo, en la famosa expedición del Challenger aportaron su colaboración, además de los investigadores ingleses, que la organizaron, especialistas alemanes, franceses y españoles. Desde 1968 se inició un proyecto de perforación para la investigación de los sedimentos y las rocas de las cuencas oceánicas profundas, con el fin de estudiar su edad y la historia de su evolución. En este proyecto intervienen geólogos de la Institución de Scripps de Oceanografía de la Universidad de California —que dirige el proyecto—, el Observatorio Geológico Lamont Doherty de la Universidad de Columbia, la Institución Oceanográfica de Woods Hole, el Instituto de Ciencias Marinas y de la Atmósfera de Miami y la Universidad de Washington, además de geólogos de todo el mundo.

El programa científico de este proyecto, al que se le ha llamado JOIDES —Programa oceanográfico para la extracción de muestras profundas de la Tierra—, se preparó en un panel de discusión, en el que participaron tanto geólogos de los Estados Unidos como del resto del mundo, quienes han contribuido para que este notable esfuerzo científico alcance los resultados que de él se esperan. La obtención de muestras para el programa JOIDES se realiza desde un buque perforador que fue diseñado especialmente para este trabajo: el Glomar Challenger, con 122 metros de eslora y 10.500 toneladas de desplazamiento. En su estructura tiene incorporada una torre de perforación que se eleva 60 metros sobre la línea de flotación. Puede operar en aguas muy profundas sin anclas y no moverse encima de un mismo lugar del océano, debido a que tiene un dispositivo acústico que manda señales al fondo del océano y después las recoge con otros aparatos llamados hidrófonos. Éstos están colocados en el casco del buque y los trasmite a una computadora electrónica que se encuentra en el barco, la cual se encarga de calcular la distancia que se ha separado del sitio donde tiene que estar y de enviar instrucciones a las máquinas y a las hélices para que produzcan la potencia necesaria y la embarcación se coloque nuevamente en la posición correcta. Con este mecanismo se puede mantener en ella, a pesar de los vientos y de las corrientes marinas.

Después de un año de perforaciones el Glomar Challenger ha establecido un record que hace honor a la nave histórica, a la que debe su nombre, por haber recolectado casi 5.000 metros longitudinales de muestras del fondo oceánico, a una profundidad de 6.000 metros logrando que el nucleador penetre a 1.000 metros en la corteza terrestre. La perforación desde el Glomar Challenger se hace con un método similar a la del barrenado —que se utiliza para perforar los pozos petroleros—, y asegura obtener muestras de la totalidad del manto de sedimentos que cubre la mayor parte de las cuencas oceánicas profundas. Estas muestras son cortadas en tramos de 10 a 20 metros e incluidas en plásticos para su posterior estudio. El programa científico JOIDES tiene como objetivo principal el tratar de conocer la edad de las cuencas oceánicas, su historia y los procesos de formación y de cambio, y para ello ha realizado desde su inicio cientos de cruceros con duración de 2 meses cada uno en todos los mares del mundo.

Se sabe que el planeta es dinámico, continuamente ocurren cambios. Uno de los conceptos más importantes del pensamiento geológico moderno compartido por todos los que estudian la historia de la Tierra, es que el fondo del océano se está expandiendo lentamente y en ocasiones sufre transformaciones por reacomodos o hundimientos de la corteza terrestre.  Parece ser, según los primeros resultados del proyecto de investigación JOIDES, que los continentes a ambos lados del Océano Atlántico se han estado separando lentamente a lo largo del tiempo y un nuevo fondo Oceánico se está formando a lo largo de la gran cadena de montañas en el centro del Océano Atlántico. Basándose en la edad de los sedimentos, es posible medir el ritmo con el que se está separando América del Norte de Europa y América del Sur de África. Este ritmo, de algunos centímetros por año, es un proceso muy veloz en términos geológicos. También es posible calcular, retrocediendo en el tiempo, cuándo se formó el Océano Atlántico si se piensa que el Atlántico Norte inició su formación hace unos 200 millones de años, y el Atlántico Sur unos 150 millones de años. El campo de estudio de las profundidades oceánicas, a través de la oceanografía geológica está cambiando constantemente, y ya atesora gran cantidad de conocimientos acerca de la Tierra. Esta información es importante para la comprensión de la evolución y formación del planeta, a fin de entender el origen de los océanos, y pronosticar y evaluar los recursos minerales potenciales de los mares del mundo.

X. OCEANOGRAFÍA QUÍMICA

En formas diversas y cantidades variables el mar contiene casi todos los elementos químicos conocidos, aunque algunos de ellos se encuentran en pequeñas cantidades o trazas recibiendo el nombre de oligoelementos. Todas las materias disueltas en el mar proceden originalmente de los continentes. La existencia de diferentes sales disueltas en el agua del mar se debe a que durante miles de millones de años los ríos constantemente han transportado hasta el océano sustancias procedentes de la erosión, causada por las lluvias. La concentración de sales se mantiene más o menos constante a pesar de que las aguas de escurrimiento aportan anualmente al mar 400 millones de toneladas de sustancias sólidas además de que, al evaporarse el agua del océano, ésta pasa a la atmósfera en forma de agua destilada dejando las sales. Los cambios de concentración que se podían presentar por estos fenómenos son muy pequeños al grado de que es difícil que el hombre los alcance a percibir. Estos materiales cedidos por la tierra al mar provienen de la erosión del suelo, la corrosión de materiales, la combustión y la erosión costera; y se ha calculado que casi 50 billones de toneladas de sales se encuentran disueltas en el agua de los océanos. El mar devuelve a la tierra algunos compuestos, principalmente en las pulverizaciones que acompañan a la lluvia costera, estableciéndose un depósito de materiales metálicos. También aportan substancias sólidas al agua del mar las emanaciones producidas por los volcanes submarinos, como cloruro de hidrógeno, cloruro de sodio, cloruro de potasio, etcétera.

El agua del mar está formada en un 96.5 por ciento de agua y 3.5 por ciento de sales disueltas; en promedio contiene 35 gramos de sales por litro, por lo que se dice que tiene 35 partes por mil (35,000), aunque esta proporción varía según las zonas del planeta siendo el término medio de 27 a 33 partes por mil; por ejemplo, el Mar Báltico, que cuenta con gran cantidad de aportes de agua dulce, su salinidad es de cero a dos partes por mil, mientras que el Mar Rojo y el Mar Muerto alcanzan más de 40 partes; en el Mar Menor, que es un mar cerrado, tiene 52 partes, en tanto que el Mediterráneo presenta la media de 37 a 39 y algunos mares árticos un poco menos, o sea, de 30 a 33 partes por mil. Los principales elementos químicos que se encuentran en el mar son: cloro, sodio, carbono, azufre, calcio, potasio y magnesio. Estos elementos están asociados entre ellos formando combinaciones muy variadas: por ejemplo, el carbono forma tanto carbonatos como bicarbonatos, el azufre, principalmente sulfatos, el cloro se presenta en forma de cloruros. Entre todas estas sustancias disueltas en el agua del mar, el cloruro de sodio es el más abundante por representar el 80 por ciento de las sales que componen esta agua.

Además de estos compuestos cuya proporción en el agua del mar es constante, existen otros cuyas cantidades varían de acuerdo con las estaciones del año, o con la actividad biológica,como los fosfatos y los nitratos. Asimismo, están disueltos en el océano todos los gases que se encuentran en la atmósfera como el nitrógeno, el oxígeno, el bióxido de carbono y los gases raros distribuidos en cantidades variables dependiendo de las características físicas, principalmente la temperatura y la salinidad, que determinan la concentración de ellos en el agua de la superficie al establecer un equilibrio con la atmósfera y al controlar la solubilidad de estos gases. La acción metabólica de los organismos que viven en el mar influye en los cambios de concentración de los gases disueltos en el agua. El oxígeno es de gran importancia en estos procesos biológicos, y por eso, es el que más ampliamente se estudia ya que su distribución y concentración permiten conocer las posibilidades de que abunden los organismos en un área determinada del océano. El bióxido de carbono también es importante en estos procesos, en cambio el nitrógeno es aparentemente inerte.

La actividad dentro de los seres vivos es fundamental en la composición del agua del mar y en los cambios de concentración de sus elementos. Cuando un organismo está realizando su metabolismo utiliza los componentes del agua, pero cuando excreta, defeca o muere se produce la descomposición bacteriana y los elementos vuelven a quedar libres. Aunque en cantidades muy pequeñas se encuentran en el agua del océano compuestos que provienen de la desintegración radiactiva, como plomo y argón, entre otros. Constituyen el campo de estudio de la oceanografía química el conocimiento de la composición química del agua del mar y sus procesos químicos, el equilibrio dinámico de los sistemas químicos, los ciclos químicos, las relaciones entre los fenómenos físicos, geológicos y biológicos con la química del mar, la influencia de las actividades del hombre y la relación química del océano con la atmósfera y la litósfera. El oceanógrafo químico estudia: la relación entre los componentes químicos del agua del mar con la abundancia de organismos, el intercambio entre el océano y la atmósfera y los efectos de la eliminación de desechos al mar.

Además de estos conocimientos básicos, se ocupa de hacer los estudios para desarrollar nuevas tecnologías que permitan el aprovechamiento de los recursos químicos del océano. La oceanografía química se combina con otras ciencias para entender mejor la actividad química del mar. Por ejemplo, para estudiar el comportamiento de los gases se relaciona con la física, originando la fisicoquímica marina. Los organismos marinos utilizan a los elementos químicos de muy diferentes maneras. El carbono, el hidrógeno y el oxígeno son empleados en la fotosíntesis, proceso que emplea la energía de la luz para transformar sustancia inorgánica, como el bióxido de carbono y el agua entre otras, en sustancia orgánica, como los hidratos de carbono o azúcares, las grasas y las proteínas, en las que se almacena la energía siendo esto la base de la vida. El estudio de la relación de estas características químicas del agua del mar con los organismos, es tratado por una ciencia de creación reciente: la bioquímica marina, que utiliza los conocimientos sobre el mar que aportan tanto la química como la biología.

Los vegetales acuáticos aprovechan mejor la radiación solar que los terrestres, el alga verde marina Chlorella aprovecha el dos por ciento de la luz incidente, contra el uno por ciento de las plantas terrestres. Estos vegetales acuáticos se encuentran a profundidades menores de 200 metros, ya que la luz sólo penetra hasta esas zonas; sin embargo existen otros organismos como las bacterias y mayor profundidad y que realizan reacciones químicas para obtener energía y producir nueva materia orgánica a través de la quimiosíntesis. Hasta la fecha se sabe que existe como materia que se produce: aminoácidos, proteínas, hidratos de carbono, vitaminas, sustancia orgánica en descomposición y toxinas. Para llegar a conocer estos procesos, tendrán que mejorar las técnicas de análisis bioquímicas, como las cromatográficas. La materia orgánica que forman las pequeñas plantas verdes marinas, llegan a otros organismos llamados consumidores que la aprovechan y con ella realizan toda su actividad biológica para posteriormente regresar esta materia al mar cuando realizan su excreción, defecación así como cuando mueren, contando nuevamente con elementos inorgánicos para formar materia orgánica.

Sin embargo, esta materia orgánica puede llegar al océano por otras vías. La lluvia y los ríos aportan 80 millones de toneladas de nitrógeno orgánico en forma de amoniaco y nitrato, pero solamente 10 millones llegan al fondo del mar en forma de nitrógeno orgánico y no se sabe lo que ocurre con los otros 70 millones de toneladas. La bioquímica marina tiene otros aspectos importantes de investigación, como los relacionados con los procesos metabólicos, las hormonas y los sistemas de enzimas en los organismos marinos. Son importantes los estudios de la composición química de estos organismos encontrando que el yodo está presente en las algas en cantidades que han permitido extraerlo durante muchos años para la industria farmacéutica; el fósforo, en la langosta en forma de fosfatos y el sílice en las esponjas. La utilización de algunos de estos compuestos que contienen los seres vivos oceánicos para el tratamiento de ciertas enfermedades del hombre, está permitiendo desarrollar una nueva rama de la oceanografía química, la farmacología marina.

La futura explotación de los minerales del mar depende, en primer término, de contar con técnicas analíticas confiables que permitan aplicarse a escala comercial. Se pueden apreciar las dificultades que se presentan para analizar el agua del mar debido a que la concentración del elemento más abundante, el cloro, es un trillón de veces mayor que la del más escaso, el radón. La utilidad práctica del conocimiento de la composición química del agua del mar se encuentra al observar que los compuestos antidetonantes que se emplean en la gasolina, contienen bromo, gran parte del cual se extrae del océano, lo mismo ocurre con los importantes elementos químicos: magnesio, calcio y potasio que se utilizan en la industria. Una milla cúbica de agua de mar contiene veinticinco toneladas de oro y siete de uranio, pero será preciso que las técnicas químicas adelanten mucho para que se puedan emplear, comercialmente, estas concentraciones. En los últimos años ha despertado gran interés la eliminación de los desechos radiactivos e industriales en el océano, pareciendo más conveniente y seguro arrojarlos en los lugares más profundos. Sin embargo, el análisis químico ha demostrado que, aun desde profundidades de 7 kilómetros, estos materiales vuelven a la superficie o penetran a los organismos, algunos de los cuales consume el hombre.

La contaminación de las aguas por desechos del petróleo que se tiran al mar por la operación de los barcos y de los puertos, o durante su explotación, cada día se transforma en un problema mayor y las posibles soluciones se buscan tratando de entender la química del océano. La oceanografía química divide su campo de acción en investigaciones sobre química inorgánica, química orgánica, fisicoquímica, bioquímica, química industrial y farmacéutica marina. No obstante, son escasos los conocimientos de la química del mar y pocos los químicos que se dedican al estudio del océano, debido a que la mayor parte de estos profesionales son absorbidos por la industria en los continentes. Sin embargo, esta rama representa un terreno prácticamente virgen, en el que los jóvenes químicos podrán hallar temas de investigación útiles y apasionantes.

XI. LA COMPOSICIÓN QUÍMICA DEL AGUA DEL MAR

La composición química del agua del mar a menudo es descripta a base de fantasías, que a veces parecen trabajos escritos por alquimistas, es decir, los químicos de la Edad Media que, dejándose arrastrar por su imaginación, la describen compuesta por toneladas de metales preciosos. Es cierto que el mar contiene, diseminados en el seno de sus aguas, algunos de esos metales, pero su extracción, a escala industrial y económica, a pesar de los repetidos ensayos hechos en muchos lugares, no es rentable. Sin embargo, si estos metales no son, por el momento, aprovechados por el hombre, la sal que el océano contiene, sabor que pueden apreciar todos los que la prueban, ha sido altamente utilizada a través de la historia, por lo que su valor es infinitamente superior al que podrían tener los metales. El primer componente del mar es el agua, compuesto que tiene cada una de sus moléculas formadas por un átomo de oxígeno y dos átomos de hidrógeno (H20). En el sistema solar parece ser que solo se encuentra en la Tierra y que en los otros planetas puede estar en forma de cristales de hielo.

En nuestro planeta es abundante y se estima que existen 1.370 millones de kilómetros cúbicos de agua, la mayor parte de ella formando el agua del océano, otra parte como agua dulce en los continentes, como hielo o nieve en las montañas y glaciares y como vapor de agua en la atmósfera. Se ha calculado que por cada litro de vapor de agua existen 33 litros de agua dulce, 1.500 litros de agua de los hielos y las nieves y 90 mil litros de agua en los océanos. El agua de los océanos no es pura, sino que contiene en solución una gran variedad de elementos y compuestos químicos llamados sales, en una proporción de 96.5 por ciento de agua y 3.5 por ciento de estos últimos. Las sustancias disueltas en el agua llegan a ella a través de una serie de procesos físicos, químicos y biológicos, encargada de determinar las propiedades químicas del agua oceánica.

Una gran cantidad de químicos analistas se ha entregado al estudio de la composición química del agua oceánica, tratando de determinar con exactitud su composición salina. Desde los tiempos del químico Lavoisier hasta nuestros días, los análisis se han sucedido repetidamente. Las primeras determinaciones de las sales disueltas en el agua del mar, hechas con precisión, se deben al oceanógrafo William Dittmar que analizó 77 muestras recolectadas en los océanos Atlántico, Pacífico e Índico en la expedición del Challenger alrededor del mundo que se realizó durante los años 1873 a 1876. En 1884 determinó halógenos, sulfatos, cloruros, carbonatos de sodio, magnesio, calcio y potasio. Y descubrió que estas sales se encontraban en cantidades más o menos constantes, por ejemplo el ión cloruro representa siempre el 56 por ciento de los sólidos totales disueltos en el agua del mar, y el magnesio el 4 por ciento. Estos compuestos se encuentran en cantidades más abundantes, proporcionan al mar sus características especiales de salinidad, desempeñan un papel muy importante en los equilibrios fisicoquímicos y en los fenómenos bioquímicos del medio marino. Las sales disueltas en el océano constituyen casi 50 billones de toneladas y están formadas por 10 elementos principales por encontrarse en mayores proporciones: cloro, sodio, magnesio, azufre, calcio, potasio, bromo, estroncio, boro y flúor.

El cloro y el sodio son los constituyentes fundamentales del agua del mar y se encuentran en forma de cloruro de sodio que se conoce como la sal común. Representa el 80 por ciento de las sales en solución. Esta cantidad y composición del cloro y el sodio en el agua del mar es muy semejante a la de los líquidos orgánicos como la sangre, los líquidos viscerales que forman el medio interno de los animales y que juegan un papel decisivo en la fisiología, es decir, en las funciones de estos seres vivientes. Después del cloro y el sodio, el magnesio es el elemento más abundante en el agua del mar, se encuentra en una relación constante respecto al cloro. Se combina con otros elementos formando cloruro de magnesio, sulfato de magnesio y bromuro de magnesio y está presente en el esqueleto de algunos organismos marinos. La extracción a escala industrial de estas sales apenas se inicia. El azufre se encuentra en forma de sulfatos, compuestos cuya concentración varía poco, aunque pueden cambiar notablemente sus proporciones en las aguas próximas al litoral debido a la influencia de las aguas fluviales, más ricas en sulfatos que las marinas. En cuencas oceánicas más o menos cerradas, como el Mar Negro, existen bacterias que para respirar no necesitan oxígeno, reducen los sulfatos marinos y los hacen precipitarse al fondo en forma de sulfuros.

La cantidad de calcio que contienen las aguas oceánicas es menor que la de los elementos anteriores y su relación con el cloro permanece relativamente constante. Este calcio, combinándose con los carbonatos, constituye la estructura del esqueleto calizo, interior o exterior, de un gran número de organismos, como los foraminíferos, pequeños animales del plancton marino, los corales y las algas marinas que viven en el fondo del mar y que forman el bentos; también se encuentran en los caparazones de los crustáceos y en la concha de los moluscos. Al morir estos organismos sus esqueletos caen al fondo, en donde llegan a formar acumulaciones submarinas de calcio de gran extensión.

 

Figura 22. Conchas de foraminíferos.

El calcio en el mar presenta una extraordinaria movilidad determinada por la abundancia y distribución de estos organismos oceánicos, debido a que el calcio concentrado por los seres vivos para formar su esqueleto o su caparazón se disuelve lentamente una vez muertos y de esta manera se mantiene constante la cantidad de calcio en el mar a causa de este comportamiento cíclico. El sexto elemento en abundancia es el potasio, que tiene su relación constante con el cloro. En las zonas litorales la cantidad de potasio puede modificarse al ser asimilado por los vegetales marinos que tapizan el fondo costero. En la cantidad de potasio también intervienen otros factores como: aportes de agua dulce, presencia en el agua del mar de sustancia orgánica en descomposición llamada detritus y formación de compuestos arcillosos. El bromo forma bromuros, aunque su proporción es pequeña al encontrarse 65 g/m³ de agua del mar, se ha logrado extraerlo en cantidades industriales y se utiliza como detonante de los combustibles líquidos.

El estroncio es un elemento que se ha encontrado en el agua oceánica pero ha sido poco estudiado, se detecta junto con el calcio por la dificultad técnica para poder separarlo. Puede formar parte del esqueleto de algunos organismos marinos. Los últimos elementos que los oceanógrafos químicos consideran como componentes principales del agua del mar son el boro y el flúor. El boro está en forma de ácido bórico y colabora en el equilibrio de los carbohidratos. El flúor constituye fluoruros conociéndose poco sobre su significado en el mar. Además de estos elementos que se encuentran en mayor proporción y en concentraciones constantes en el agua del mar, existen otros que están disueltos en pequeñas cantidades resultando difícil identificarlos con técnicas sencillas de análisis químicos. Estos elementos llamados por su escasez oligoelementos, alternan entre un nivel máximo de varias partes por un millón a una parte por 10 billones de agua del mar y generalmente se detecta una porción en la estructura de los organismos que habitan el océano.

Se calcula que son 79 los oligoelementos que están presentes en el agua océanica, algunos de ellos tienen una concentración relativamente constante pero la mayoría varían por dos razones: al ser utilizados por los seres vivos que posteriormente los regresan al agua y por la actividad geoquímica del mar. La mayoría de estos oligoelementos son asimilados por los organismos vivos acumulándose en su cuerpo, por lo que pueden presentarse en cantidades mayores que las que se encuentran en el agua donde habitan. Por su concentración los oligoelementos se dividen en dos grupos. Unos son los de concentración relativamente constante como hierro, manganeso, cobre, sílice, yodo y fósforo. Otros que tienen concentraciones variables y que se encuentran en cantidades infinitesimales que a veces sólo se sospecha que existan porque no se han aislado propiamente del agua del mar, son el cadmio, titanio, cromo, talio, germanio, antimonio y cloro, este último único de estos elementos que sí ha podido extraerse del agua del mar.

A pesar de ser escaso el hierro en el agua del mar es uno de los elementos indispensables para la vida en el océano. Se encuentra en las aguas litorales procedente de los aportes fluviales de donde lo toman los organismos, como pequeños vegetales hasta los grandes mamíferos que lo utilizan para formar la hemoglobina de su sangre. El hierro abunda en los sedimentos marinos, sobre todo en los lodos de la plataforma continental y del litoral en forma de hierro metálico como carbonato ferroso, sulfato o sulfuro de hierro. Su concentración es de 3.4 microgramos por litro de agua de mar. Su origen puede ser: detrítico, es decir, de partículas minerales arrastradas por los ríos después de ser desgastadas de las rocas; químico, por precipitación de las sales de hierro de los sedimentos, y biológico, por la resultante de la actividad orgánica de los animales y vegetales.

El manganeso es más abundante en los vegetales marinos que en el medio líquido y cuya concentración alcanza 0.5 microgramo por litro. También se puede encontrar en los nódulos localizados en los fondos marinos. La concentración de cobre es de 1 microgramo por litro y se incrementa si es mayor el aporte de agua dulce. En los moluscos forma parte de la hemocianina, que es su pigmento sanguíneo. Uno de los oligoelementos más abundantes es el sílice, del que se encuentran 3 gramos disueltos por cada litro de agua. Su concentración varía de acuerdo a las cantidades que utilicen las diatomeas y los dinoflagelados, organismos microscópicos del plancton que forman sus caparazones con este elemento. El yodo es más frecuente en las algas pardas que disuelto en el agua del mar, en la que existen 64 microgramos por litro y se utiliza en su mayor parte en la industria farmacéutica. El fósforo se presenta como fosfatos y es otro elemento indispensable para los seres vivos. Su concentración en el agua es de 88 microgramos por litro. Forma parte de la cubierta de los dinoflagelados y permite que éstos produzcan bioluminiscencia.

Otros de estos oligoelementos provienen de la actividad radiactiva y uno de los más interesantes es el radio, que se encuentra en mayor cantidad en las capas profundas del mar; gracias a su presencia los oceanógrafos pueden calcular la edad de los sedimentos. La existencia de este radio en depósitos litorales es un factor de interés terapéutico en el tratamiento de afecciones reumáticas, de ahí el empleo de lodos marinos para tratarlas. Gran cantidad de estos oligoelementos y los compuestos que los forman, combinados con otras sustancias orgánicas más, integran los llamados nutrientes que son indispensables para iniciar las cadenas de alimentación en el océano. El aprovechamiento de los oligoelementos por los organismos cambia según las diferentes especies. Por ejemplo, el hierro puede ser indispensable para el crecimiento de los peces y no de los moluscos.

El agua del mar también contiene gases en disolución. Todos los gases atmosféricos se encuentran en el agua del mar, siendo los más abundantes el nitrógeno, el oxígeno y el bióxido de carbono, de los cuales el último se halla principalmente como carbonato y bicarbonato porque reacciona químicamente con el agua marina. Los gases raros también están presentes en pequeñas cantidades como: argón, kryptón, xenón, neón y helio y, en ausencia de oxígeno, suele haber ácido sulfhídrico y probablemente también metano en zonas de agua estancada y con activos procesos fermentativos. Como cada gas tiene su propia solubilidad, la proporción en que están disueltos en el mar no es igual a la que presentan en la atmósfera y se encuentra un promedio de nitrógeno de 64 por ciento, de oxígeno de 34 por ciento y de bióxido de carbono de 1.6 por ciento. Los gases raros representan una proporción de casi el 1.7 por ciento. La distribución de los gases disueltos depende de la temperatura, la salinidad, las corrientes, la difusión, la mezcla y la actividad biológica, variando inversamente en ellas; por ejemplo a mayor temperatura disminuye la concentración de gases.

La fotosíntesis de los vegetales marinos y la respiración de los organismos vivos afectan la cantidad de oxígeno y de bióxido de carbono disueltos, cantidad que varía de acuerdo con la abundancia de los animales y los vegetales. El agua superficial del mar mantiene un equilibrio con la atmósfera absorbiendo o perdiendo gases debido a las corrientes del mar que originan la evaporación, el enfriamiento y la congelación, y también a la mezcla provocada por las olas y turbulencias resultado de la acción del viento. La circulación vertical y horizontal profunda del océano se encarga luego de distribuir los gases disueltos en toda su masa. El nitrógeno es el gas que se encuentra en mayor proporción en el mar, pero por su caracter inerte no interviene en el ciclo biológico de las sustancias nitrogenadas, aunque existen en el mar ciertas bacterias que son capaces de producirlo y otras de fijarlo.

La reserva principal en el agua del mar está constituida por los nitratos y en menor cantidad por el amoníaco y los nitritos. Estas 3 combinaciones de nitrógeno son indispensables para que los vegetales marinos puedan sintetizar sus proteínas. La distribución del nitrógeno depende de la temperatura, la salinidad, la circulación de los procesos de mezcla y la difusión que se realiza en las aguas oceánicas. En total se han calculado 15 microgramos por litro. El oxígeno es el gas que más se ha estudiado dada su importancia en los procesos biológicos. Sin embargo, el proceso de absorción del oxígeno por los océanos y su transporte hacia las profundidades, son los problemas que más interesan a los oceanógrafos químicos, que todavía no cuentan con una respuesta satisfactoria para explicarlos. La distribución del oxígeno en el océano depende de la circulación de las masas de agua. En la superficie del agua está en equilibrio con la cantidad que existe en la atmósfera siendo sus valores altos, mientras que en las capas profundas la cantidad de oxígeno depende de la temperatura que estas aguas tienen en el momento en que se hundieron.

En las regiones polares el agua fría es rica en oxígeno y cuando avanza hacia las zonas tropicales se hunde perdiendo parte del oxígeno durante el recorrido, pero conservando todavía abundante cantidad. El oxígeno en el océano puede variar de cero a 8.5 centímetros cúbicos por litro. Por debajo de los 2 000 metros la concentración de oxígeno apenas varía, manteniéndose entre 3.4 y 6.6 centímetros cúbicos por litro en el Atlántico y algo menos en el Pacífico. El oxígeno del mar procede en primer lugar del contenido en la atmósfera y en segundo lugar del producido en la actividad fotosintética de los vegetales verdes que viven en las capas superficiales, donde penetra adecuada cantidad de energía luminosa. El agua oceánica representa el principal regulador de la cantidad de bióxido de carbono en la atmósfera, ya que cuando este gas se produce durante la respiración de los organismos o por los procesos de la industria, aumenta su cantidad en el aire y cuando éste hace contacto con el agua de la superficie marina se disuelve transformándose en ácido carbónico. El bióxido de carbono disuelto en el agua del mar, suele encontrarse en la pequeña cantidad de 0.3 centímetros cúbicos por litro como promedio, debido a que tiene gran solubilidad para reaccionar químicamente con el agua del mar formándose en carbonatos y bicarbonatos.

Tanto el bióxido de carbono, como los carbonatos y bicarbonatos tienen especial importancia en la vida marina. El bióxido de carbono interviene como elemento fundamental en el proceso de la fotosíntesis, y los carbonatos y bicarbonatos son parte de la mayoría de las estructuras esqueléticas de los seres marinos de naturaleza calcárea, y de ellos toman los organismos marinos los materiales necesarios para formarlas. El bióxido de carbono llega a los océanos principalmente del aire atmosférico, contribuyendo asimismo a producirlo la respiración de los vegetales y los animales marinos. Este gas es consumido por los vegetales verdes durante el proceso de la fotosíntesis. En la superficie donde el agua está en contacto con la atmósfera, el contenido total de bióxido de carbono depende principalmente de la salinidad y de la temperatura tendiendo a mantener una situación de equilibrio entre la cantidad de bióxido de carbono atmosférico y el que se encuentra disuelto en el agua. Sin embargo, en aguas superficiales con temperatura y salinidades altas la cantidad de bióxido de carbono disuelto desciende por la actividad fotosintética, en la cual se consumen grandes cantidades del gas, trayendo como consecuencia una precipitación de los carbonatos.

En cambio, en aguas profundas, donde las temperaturas y salinidades son más bajas, las variaciones en el contenido de bióxido de carbono total son más amplias. Entre los 400 y 600 metros de profundidad el contenido alcanza su máxima concentración, como en las aguas profundas del Atlántico que están prácticamente saturadas de carbonatos. En relación con la abundancia de bióxido de carbono en el océano, se tiene que considerar que durante los últimos 100 años el hombre ha utilizado en su industria abundantes combustibles de origen fósil, como petróleo, carbón y gas natural, lo que ha producido aproximadamente 2 000 millones de toneladas de este gas, que se fueron añadiendo a la atmósfera cada año y si todo quedara en ella aumentaría hasta alcanzar 1.6 partes por millón al año, pero como sólo se queda la mitad el aumento ha sido de 0.7 partes por millón. Ello se debe a que la mayor parte del bióxido de carbono penetra en los océanos, es decir, éstos actúan como un moderador. En el agua del mar existe un equilibrio entre las variaciones de oxígeno y de bióxido de carbono, ocasionado por el consumo del primero durante la respiración de los organismos marinos y su producción en el proceso fotosintético.

La zona donde la producción de oxígeno por fotosíntesis excede al consumo respiratorio es la zona fotosintética, y la profundidad donde el consumo y la producción son iguales se llama zona o profundidad de compensación. Esta profundidad varía grandemente de un océano a otro y depende, principalmente, de la transparencia del agua, por lo que la profundidad de compensación será menor en los lugares de mayor densidad de partículas en suspensión, a lo que se denomina turbiedad. La proporción en que se encuentran todos estos gases disueltos en el agua del mar está íntimamente relacionada con la abundancia y distribución de los seres vivos en el océano. A veces, los biólogos y los aficionados a montar acuarios marinos, necesitan fabricar agua de mar artificial, logrando preparar una solución que si no resulta del todo idéntica a la del mar, al menos se aproxima bastante. Esto lo hacen agregando a un litro de agua destilada cloruro de sodio, magnesio, calcio, potasio, estroncio, sulfato de sodio, bicarbonato sódico, bromuro de potasio, fluoruro sódico y ácido bórico en una proporción de 35 gramos por litro.

(*Salinidad aproximada 34.5%-pH 7.9-8.3)

Los oceanógrafos continúan estudiando la composición química del agua de los océanos, no sólo para entender los interesantes problemas científicos que se plantean en su estudio, sino con el afán de contestarse preguntas como: ¿hay alguna esperanza de que se pueda utilizar la abundancia de elementos químicos disueltos en el agua del mar en beneficio del hombre? Los estudiosos del mar darán algún día la respuesta.

XII. PROPIEDADES QUÍMICAS DEL AGUA DE MAR: SALINIDAD, CLORINIDAD Y pH

Las principales propiedades químicas del agua de mar son la salinidad, la clorinidad y el pH. La salinidad es una de las características que más interesa estudiar al oceanógrafo, sea químico, físico o biólogo. Esta propiedad resulta de la combinación de las diferentes sales que se encuentran disueltas en el agua oceánica, siendo las principales los cloruros, carbonatos y sulfatos. Se puede decir que básicamente el mar es una solución acuosa de sales, característica que le confiere su sabor. De estas sales, el cloruro de sodio, conocido como sal común, destaca por su cantidad, ya que constituye por sí sola el 80 por ciento de las sales. El restante 20 por ciento corresponde a los otros componentes. Conforme los primeros investigadores se dieron cuenta de que las proporciones de algunas de estas sales se mantenían aparentemente constantes en las muestras de agua marina, surgió la necesidad de hacer uniformes y comparables entre sí las distintas medidas de salinidad de los diferentes mares y ello obligó a los oceanógrafos químicos a proponer una definición de la misma: "Salinidad es la cantidad total en gramos de las sustancias sólidas contenidas en un kilogramo de agua del mar." Se representa en partes por mil, y se encuentra en los océanos como salinidad media la de 35 partes por mil, o sea que un kilogramo de agua de mar contiene 35 gramos de sales disueltas.

Los primeros científicos que aportaron datos confiables sobre la salinidad del agua fueron Forchhammer, Natterer y Dittmar en la segunda mitad del siglo pasado. Ellos demostraron que los componentes disueltos en el agua del mar permanecen más o menos constantes, encontrándose también que los cloruros representan aproximadamente el 56 por ciento y el magnesio el 4 por ciento. Posteriormente, en 1902, se reunió una Comisión Internacional con el objeto de señalar normas comunes para determinar la salinidad de los mares, para que los investigadores pudieran contar con datos comparables. Esta Comisión acordó definir la salinidad como: "La cantidad de sales por kilogramo de agua marina, en el momento que todas las sustancias químicas llamadas carbonatos se convirtieran en óxidos, y el bromo y el yodo fueran reemplazados por cloro, y toda la materia orgánica se encontrara oxidada." La determinación de la salinidad, según esta definición, presenta muchas dificultades, y sería prácticamente imposible realizar los cientos de determinaciones que requiere una campaña oceanográfica. Afortunadamente, un hecho experimental, vino a simplificar el problema al comprobarse a través de miles de análisis efectuados con muestras de agua obtenidas en todas las partes del océano, que la cantidad de las diferentes sales permanece prácticamente constante, lo cual permitió al científico danés Martin Knudsen medir la salinidad en función de la cantidad de cloro que se encuentra en el agua del mar, a lo que se le dio el nombre de clorinidad.

La clorinidad se define como: "La cantidad total de gramos de cloro contenida en un kilogramo de agua del mar, admitiendo que el yodo y el bromo han sido sustituidos por el cloro." Esta clorinidad así definida es más sencilla de determinar por análisis químico y permite calcular la salinidad hasta con una precisión de dos centésimas de gramo. La relación entre la clorinidad y la salinidad se ha establecido para los diferentes mares y se han elaborado las tablas correspondientes basadas en las Tablas Hidrográficas de Knudsen que permiten pasar rápidamente de la clorinidad a la salinidad, calculando únicamente la clorinidad y sumándole una cantidad que ha sido determinada por la Comisión Internacional. Existen otros métodos para determinar la salinidad de los mares, que dan valores aproximados apoyados en las propiedades físicas del agua del mar como la densidad, el índice de refracción, la conductividad eléctrica y la temperatura de congelación; cada uno de ellos ofrece sus ventajas y sus inconvenientes. Desde hace algunos años, los científicos de Estados Unidos utilizan el método eléctrico para determinar la salinidad. Se basa en los cambios que sufre la conductividad eléctrica del agua marina en relación a la cantidad de sales disueltas. Cuanto más concentrada esté el agua marina, será mejor conductora. Se ha demostrado que este método es el más confiable.

A partir de innumerables mediciones realizadas en diferentes puntos del océano, se ha podido determinar que 35 partes por mil es la salinidad media del agua del mar, con ligeras variaciones de un océano a otro. En los mares del Hemisferio Norte se encuentra menor salinidad que en el sur, debido a que los continentes están más próximos y tienen mayor escurrimiento de agua dulce que los del Sur pero tomando en cuenta el promedio de cada océano se tiene que en el Pacífico es de 34.62 partes por mil, en el Índico 34.76 y, finalmente, en el Atlántico 34.90 partes por mil. La salinidad varía en dirección tanto horizontal como vertical y aun en un mismo punto puede sufrir variaciones en las diferentes estaciones del año. Los factores que hacen cambiar la salinidad son, en primer lugar, la temperatura ya que si es elevada provoca una evaporación intensa y por lo tanto un incremento de salinidad resultante de la concentración de sales; en segundo lugar, los aportes de agua dulce, que por dilución, disminuye la salinidad.

De aquí que, por regla general, se presente una mayor salinidad en las zonas tropicales que en las de latitud elevada. Con los datos que se han obtenido al medir las variaciones de salinidad, los oceanógrafos químicos elaboraron la Carta General de Salinidad para los diferentes océanos del planeta, y al unir los puntos de igual salinidad establecieron unas curvas a las que se les llama isohalinas, muy útiles de conocer para la oceanografía y el aprovechamiento de los organismos en la pesca. En el Océano Atlántico, la salinidad más elevada se encuentra en las latitudes tropicales localizadas entre los trópicos de Cáncer y el de Capricornio, alcanzando más de 36 partes por mil, por tratarse de zonas en donde la evaporación ocasionada por el sol es mayor durante todo el año y las lluvias son escasas. En el Ecuador se observa una concentración de sales más elevada, aunque menor a la de las zonas tropicales debido a que, si bien la temperatura se mantiene alta, las lluvias, en cambio, son abundantes. En las latitudes altas del Océano Atlántico, cerca de los polos, la salinidad desciende a 34 partes por mil, porque al encontrarse la temperatura baja, la evaporación es débil y además se presenta la fusión periódica de los glaciares y, por consiguiente, aumenta la cantidad de agua dulce, lo que hace que descienda la concentración salina. Con ligeras variaciones se observa un comportamiento semejante en el Océano Pacífico, y sólo se encuentra que su zona tropical es menos salada sin rebasar nunca las 36 partes por mil. En el océano Índico las variaciones también son mínimas.

En los mares interiores, como los mediterráneos, los golfos y las zonas costeras, la salinidad es muy variable, siendo en las lagunas costeras y los estuarios donde presentan las variaciones más intensas. En los mares interiores se pueden registrar aumentos considerables, como en el Mar Rojo, donde sus aguas superficiales constituyen las más saladas del mundo, ya que pasan de 40 partes por mil. Asimismo, el Golfo Pérsico tiene su agua superficial con una salinidad superior a 40 partes por mil. El Mar Muerto, situado en los límites entre Palestina y Jordania, es en realidad un lago salado de forma alargada con una superficie de 926 kilómetros cuadrados, encontrándose a 392 metros debajo del nivel del Mediterráneo. Sus aguas son tan densas por su salinidad que un hombre flota en ellas sin esfuerzo. Los ojos arden irritados por la luz que se refleja en la sal y si se trata de beber el agua, es de un sabor intolerable. Al salir del agua, es necesario limpiar el cuerpo con agua fresca para desprender la salmuera que se le adhiere.

Muchos objetos así como los detritos fluviales, flotan sobre el agua, en vez de hundirse en su seno. Tan extraordinaria concentración salina se debe al clima cálido y seco, que produce una intensa evaporación. Las sales aportadas por los ríos se han ido concentrando progresivamente y se calcula que la totalidad de las sales actualmente disueltas en este Mar Muerto necesitaron más de 30 mil años para acumularse. Esta masa de agua se halla tan cargada de sales, sobre todo de cloruro de magnesio, que un litro de agua de la zona superficial contiene casi 10 veces más de sales que el agua normal del océano, es decir, tiene 275 gramos de sales. Sin embargo existen otros mares interiores en que la salinidad disminuye, al grado de que sus aguas resultan prácticamente dulces, tal es el caso del Mar Báltico situado entre Suecia, Polonia y la URSS, en donde la salinidad decrece regularmente hasta valores que no rebasan una parte por mil.

En la zona costera, en las lagunas litorales y en las áreas donde los ríos se abren hacia el mar formando los esteros, la salinidad se presenta baja descendiendo desde la boca hasta su interior llegando a alcanzar concentraciones de cero partes por mil, sobre todo en aquellos lugares donde se deja de sentir el efecto de las mareas conociéndose sus aguas como salobres. En estas zonas estuarinas la salinidad presenta una variación estacional notable. Generalmente disminuye en la época de lluvias y aumenta en la de sequía, pero en las altas latitudes la variación estacional se invierte siendo en verano cuando se da el mínimo de salinidad, porque los ríos aumentan su caudal a consecuencia del deshielo. Aunque generalmente las aguas estuarinas están más diluidas que las oceánicas, se localizan zonas cálidas en donde la evaporación es muy elevada, presentándose salinidades superiores a la del mar. Casos extremos se pueden encontrar en lagunas costeras con poca profundidad y con escasa comunicación con el mar, como por ejemplo la Laguna Madre en México, que tiene salinidad de 65 partes por mil y el Sivash, en el Mar de Azof, que llega a 132 partes por mil.

La salinidad interviene directamente sobre las características fsicoquímicas del agua del mar relacionándose con la temperatura, la densidad y el pH; caracteriza las masas de agua oceánicas e influye en la distribución de los seres vivos, ya que sus estructuras y funcionamiento están íntimamente ligados a las variaciones de la salinidad. Esta propiedad también es importante para la navegación tomándola en cuenta los arquitectos navales para el diseño de sus embarcaciones. Por ejemplo, la baja concentración de sales del Mar Báltico presenta dos consecuencias; como el agua es menos densa, es decir, menos pesada, la flotabilidad de los barcos disminuye de modo sensible, lo cual hace que se cambie el tonelaje de los que van a navegar en él y además esta agua se congela más fácilmente que el agua de mayor salinidad, por lo tanto, los puertos sufren la consecuencia y sólo son utilizables en ciertas épocas del año.

Otro de los factores que quieren de un mayor estudio es el pH, es decir, la relación entre la concentración de iones hidrógeno (H+) y oxhidrilos (OH-) que le confiere las características de alcalinidad o de acidez a una solución. El agua oceánica es ligeramente alcalina, y el valor de su pH está entre 7.5 y 8.4 y varía en función de la temperatura; si ésta aumenta, el pH disminuye y tiende a la acidez; también puede variar en función de la salinidad, de la presión o profundidad y de la actividad vital de los organismos marinos. El valor del pH es un dato de importancia en la oceanografía química desde cualquier punto de vista que se considere, por lo que se ha hecho clásica la técnica de su registro en las naves científicas y en los laboratorios en tierra, a la vez que se toman otros datos de importancia, tales como temperatura, salinidad, oxígeno disuelto etcétera, pudiéndolo medir por métodos colorimétricos casi ya no utilizados en la oceanografía química o por métodos eléctricos al aplicar el potenciómetro, resultando más precisos.

Las medidas del pH no pueden hacerse con facilidad in situ, sino atendiendo a la presión atmosférica, lo que produce errores, por ser diferentes las presiones parciales del bióxido de carbono en la atmósfera y en las profundidades de que proceden las muestras. Hoy en día, estos errores son calculados por las tablas de corrección. El conocimiento del pH del agua del mar tiene importancia en oceanografía biológica, ya que muchos fenómenos biológicos pueden estar regulados por el mismo; parece ser que incluso puede haber una influencia del pH en las migraciones de diversas especies de animales marinos. Por tal razón es de interés su determinación y valoración. Estas propiedades químicas del agua del mar, al caracterizar masas de agua del océano, permiten seguir su curso y modificaciones a lo largo de miles de kilómetros del mar y así entender el desarrollo de muchas especies marinas, por lo que su conocimiento no sólo tiene un interés científico, sino que presenta una importancia práctica para el aprovechamiento de los recursos vivos del mar.

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.

 

Figura 24. Evolución química.

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.

 

Figura 25. Ciclo del oxígeno.

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.

 

Figura 26. Ciclo del biòxido de carbono.

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.

 

Figura 27. Ciclo de las sales en el mar.

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.

 

Figura 28. Ciclo del nitrógeno.

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.

XIV. LA UTILIZACIÓN DE LOS RECURSOS QUÍMICOS DEL AGUA DE MAR

El aprovechamiento de los recursos químicos del océano se encuentra en sus inicios, debido a que es necesario procesar grandes cantidades de agua del mar para lograr obtenerlos en pequeñas proporciones lo que hace, hasta el momento, en la mayor parte de los casos incosteable su extracción. Uno de los compuestos en el que se ha logrado un bajo costo de explotación es el cloruro de sodio o sal común, que es aprovechada por el hombre directa o indirectamente, calculándose que en las salinas de todo el mundo existe una reserva para atender las necesidades de la humanidad durante mil años; sabiendo que como término medio, cada ser humano consume al año 8 kilos de sal. Otro de los compuestos que se extrae de manera costeable, es el magnesio, gracias a su abundancia. Se encuentra disuelto en el agua del mar acompañado por otras sales como las que se forman a base de sodio, potasio y calcio, por lo que es imposible obtenerlo por la simple evaporación, ya que todas las sales que están con él cristalizan simultáneamente y es preciso recurrir a un método que obligue al magnesio a precipitarse por sí solo formando la magnesia, que es un óxido de este elemento, obtenido por la utilización de la cal. El empleo de este metal tan ligero en diversas industrias ha permitido el desarrollo de los métodos de extracción en el presente siglo, y en la actualidad la mayor parte de este elemento se obtiene del agua del mar a pesar de que también se encuentra en tierra.

La planta Dow Chemical Company fue la primera que logró extraer, en 1916, una tonelada de magnesio marino. A partir de 1943, en los Estados Unidos se ha incrementado esta industria y para ese año se lograron obtener 82 000 toneladas, sobre una producción total en el mundo de 240.000 toneladas, es decir el 34 por ciento. Como actualmente se consume en cantidades cada vez más grandes en la industria de las aleaciones ligeras, cimiento de la navegación aérea y de la industria del automóvil, la producción mundial alcanza más de 10 millones de toneladas. El magnesio, fácilmente oxidable, arde al aire, produciendo una llama blanca de brillo deslumbrador, por lo que los fotógrafos lo usaban en polvo, en hilos o en cintas, que actualmente han sido sustituidas por bombillas del mismo metal, de manejo más cómodo y seguro. El potasio, también es un elemento que el hombre obtiene por métodos rentables de las aguas marinas en forma de hidróxido de potasio o potasa, para utilizarlo principalmente como abono. Además se emplea para producir jabones y detergentes blanqueadores y en la fabricación de explosivos. Su extracción es muy difícil porque con él también se encuentran el sodio y el magnesio, con los que se forman sales dobles, como el cloruro o el sulfato magnésico-potásico.

El potasio no se precipita en las salinas, sino que permanece en salmuera, es decir, agua cargada de sal, en donde se concentra hasta más de 100 veces a la proporción normal del agua del mar. La producción de potasa ha aumentado en el mundo. En los Estados Unidos se extrae explotando las aguas madres de las salinas del mar y de los grandes lagos salados del interior, obteniendo cientos de miles de toneladas de potasa, que sin embargo, no bastan para satisfacer sus necesidades, cada vez mayores. Los ingleses intensificaron la producción de la potasa en el Mar Muerto. Los italianos instalaron fábricas en Nápoles, entre otros países. El último elemento que se considera que se obtiene con tecnología costeable es el bromo. Es curioso conocer que ésta fue la primera sustancia extraída del agua del mar: en 1826, Balard, procesando la salmuera tratada por el cloro, que presenta un color rojo anaranjado, logró separar el bromo. Actualmente lo extraen por este mismo método, ponen en contacto el agua marina concentrada en salmuera con el gas cloro presentándose una reacción en la que se disuelven los bromuros. Estos bromuros, una vez liberados, son arrastrados por su mezcla con otros componentes; luego se agrega el ácido sulfúrico que libera el bromo, cuyos vapores son condensados. Como el transporte del bromo es difícil y peligroso, las fábricas que lo producen lo comercializan elaborando productos derivados que le entregan a la industria para su utilización.

En la primera Guerra Mundial se empleó en la fabricación de gases asfixiantes; antes se usaba para preparar materias colorantes en farmacia y en fotografía que sólo consumían insignificantes cantidades. Desde 1940, gracias al descubrimiento de las sustancias antidetonantes que se preparan con bromo, la producción mundial de este elemento llegó a las 30 000 toneladas, y desde entonces tiende a aumentar. En nuestros días, la gran mayoría del bromo que se utiliza es de origen marino y se consumen cientos de toneladas al año en preparación de gasolinas. Existen otros elementos que en el agua de mar se encuentran en bajas proporciones, pero se han logrado utilizar obteniéndolos a partir de los organismos que los fijan en su cuerpo o en sus esqueletos, tal es el caso del calcio que en forma de carbonatos se encuentra en gran número de seres vivos como las algas coralinas, los foraminíferos, los corales, los moluscos, los artrópodos, etcétera. Cuando los restos de estos organismos caen al fondo del océano se acumulan sedimentos llamados, según el caso, barros de foraminíferos, barros coralinos, arenas conchíferas, etcétera y que son ricos en calcio formando calizas que el hombre explota industrialmente. Otros elementos además de presentar concentraciones mínimas, no son fijados por los organismos, por lo que son llamados, desde el punto de vista industrial, elementos secundarios. Algunos de ellos, como el hierro, el cobre y el oro han llamado la atención del hombre.

El hierro se encuentra en estado de partículas de hidróxido férrico, cuya solubilidad es débil en el medio marino. Se origina de la erosión de rocas continentales llegando al mar por los aportes fluviales, formando yacimientos que se han acumulado desde el periodo Terciario. También este elemento es asimilado por organismos marinos, sobre todo las diatomeas, donde se encuentra en una concentración 6 000 veces mayor que en el agua marina. El cobre llega al océano por los aportes de agua dulce, que es más rica en este elemento. Este metal interviene en el ciclo vital de los organismos marinos de diversas formas, por ejemplo favorece la fijación de las larvas de las ostras y su metamorfosis hasta la fase adulta. Si la concentración del cobre es de un gramo por metro cúbico, se convierte en tóxica para los organismos marinos. Esta propiedad ha sido utilizada por el hombre para conservar la superficie sumergida de las embarcaciones, limpia de organismos. Se ha calculado que un metro cúbico de agua del mar contiene 0.008 miligramos de oro y que reunido todo el oro del mar, se formaría un cubo de 800 metros de lado, con 10 000 millones de toneladas que se estima que contiene todo el volumen del agua oceánica. De ahí que algunos hombres se propusieran extraer el oro marino, dándose cuenta posteriormente que no era costeable.

Además, entre los elementos secundarios se encuentran también aluminio, yodo, arsénico, plomo, uranio, cobalto, níquel, mercurio, plata, nitrógeno y muchos más de interés para el hombre, cuya extracción industrial por el momento no es rentable pero, debido al descenso de las reservas continentales de estos elementos, se tiene que pensar que en el futuro el mar representaría el lugar de donde obtenerlo. El mayor compuesto que se encuentra formando a los océanos es el agua pura libre de sales. Los adelantos de la ciencia y la tecnología permiten al hombre obtener agua dulce del mar por métodos cada día más baratos; sin embargo, han pasado muchos años para que empiece a resultar costeable desalinizar el agua de mar y competir con los suministros naturales de agua dulce. El océano está convirtiéndose cada vez mas en una fuente para la creciente demanda mundial de agua dulce, especialmente en las regiones desérticas y en las fajas de agua dulce. La producción mundial de agua desalinizada suma actualmente algo menos de un millón de metros cúbicos diarios, valuado en varios millones de dólares anuales.

En conclusión, está claro que los océanos tienen un gran potencial como fuente de minerales y como fuente de agua dulce para satisfacer las crecientes necesidades humanas, pero hay que tomar en cuenta que los recursos potenciales no tienen valor, a menos que se les pueda explotar de manera costeable, y en competencia con el aprovechamiento de otros recursos; para esto se debe acelerar la investigación científica de los océanos y enriquecer la tecnología, desarrollando nuevos métodos, a fin de utilizar sus recursos químicos potenciales con mayor efectividad.

XV. METODOLOGÍA Y EQUIPO PARA EL ESTUDIO DE LA OCEANOGRAFÍA QUÍMICA

Con excepción de los seres vivos que se encuentran en el océano y del material sólido inorgánico que tiene en suspensión, el mar es una solución acuosa formada por agua que disuelve a gran cantidad de elementos y compuestos. El comportamiento químico de esta solución es muy complejo y es estudiado por la oceanografía química. Cualquier investigación realizada por esta ciencia se basa en una serie de datos que deben ser conocidos profundamente debido a que toda observación de la química del océano está influenciada por otras variables, básicamente físicas, aunque también intervienen algunas geológicas y biológicas. Las principales variables o características fisicoquímicas que interaccionan en el mar son la temperatura, la salinidad, la concentración de nutrientes, y pueden cambiar con respecto al tiempo y al espacio donde se presentan; es importante conocer la periodicidad y extensión de estas modificaciones en el océano, con lo cual los oceanógrafos pueden pronosticar el estado del mar en forma semejante a los pronósticos meteorológicos.

En el caso de variabilidad en el tiempo, es necesario repetir durante años, meses, días y horas el registro de datos en la misma zona, mientras que en el caso de cambios en el espacio, es deseable obtener observaciones simultáneas en diferentes zonas del océano, necesitándose el uso de 2 o más barcos o unidades de registro. Los barcos deben permanecer con el mínimo de deriva y navegar a bajas velocidades cuando se realiza una determinación. La mayoría de las acciones y algunas observaciones se hacen mientras el barco está más 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 biológicos, mediciones de visibilidad, y otras. Para hacer estudios de oceanografía química, 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, oxígeno disuelto y nutrientes, entre otros.

Como los métodos de análisis para cada constituyente químico son diferentes, el volumen necesario, de la muestra, el tipo de frasco usado, el tiempo permitido antes del análisis y los métodos de toma de muestras son especiales en cada caso. Las muestras para análisis del oxígeno disuelto en el agua del mar son las que generalmente se recolectan en primer lugar y se colocan en frascos de vidrio color ámbar, de 250 milímetros con tapón de vidrio esmerilado. Antes de la toma de la muestras, los frascos y el tapón deben ser enjuagados con una pequeña 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 oxígeno disuelto varía con rapidez en la muestra, es conveniente efectuar la primera determinación a bordo, inmediatamente después de la colecta, en el propio laboratorio del barco. La segunda dosificación se puede hacer en el mismo barco, o bien en los laboratorios de tierra.

Las muestras de oxígeno disuelto deben ser procesadas lo más rápido posible y su contenido se determina por el método Winkler; éste consiste en la oxidación del hidróxido de manganeso por el oxígeno del agua del mar, cuando se les añade ácido; el manganeso oxidado reacciona con yoduro de potasio y pone en libertad una cantidad de yodo equivalente a la cantidad de oxígeno que se titula, es decir, se calcula su contenido, con una solución valorada de tiosulfato de sodio, usando como indicador el almidón soluble, y la cantidad de almidón que se gasta corresponderá a la cantidad de oxígeno disuelto en la muestra. El precipitado que se forma será más o menos de color castaño, según sea el contenido de oxígeno del agua. Si el precipitado toma un tono blanco, significa que no hay oxígeno o es escaso; si es amarillo claro el contenido de oxígeno es pobre, si es castaño existe mucho gas. Este procedimiento simple y más o menos exacto ha sido sustituido por otros, como el del C14 desarrollado por el oceanógrafo Steeman Nielsen, en el que se agrega a la muestra C14 , se expone a la luz y después se mide la cantidad de carbono marcado que es fijado por los pequeños vegetales verdes marinos cuando realizan su fotosíntesis, pudiéndose calcular la cantidad de oxígeno presente.

Actualmente existen aparatos electrónicos para determinar oxígeno disuelto, pero la precisión de algunos de ellos deja todavía mucho que desear; además, la inmersión de los elementos a fin de recoger muestras a profundidades medianas y grandes aún se encuentra en experimentación. En relación con el nitrógeno disuelto no se puede determinar por métodos químicos directos, por lo que se usan las técnicas gasométricas; para lo cual la muestra de agua marina se acidifica y se le hace el vacío, o bien se hierve para liberar los gases. El gas residual que queda después de haber sido hervida la muestra o después que se ha aplicado el vacío, se determina como nitrógeno más los otros gases inertes como el argón, helio, etcétera. La presencia de otros gases disueltos como el sulfuro de hidrógeno o el ácido sulfhídrico, puede ser detectado por su característico olor a huevo podrido. Actualmente, para medir los gases disueltos en el agua oceánica, se han diseñado aparatos llamados autoanalizadores químicos, que pueden determinar sus cantidades en base a medios calorimétricos. Estos aparatos pueden además registrar la presencia de otros componentes del agua del mar como nitratos, nitritos, silicatos, fosfatos, etcétera. Además tienen la gran ventaja de reducir los posibles errores de manipulación. Las cantidades de gases disueltos en el agua del mar se reportan en milímetros o centímetros cúbicos, a presión y temperatura normales.

El agua del mar contiene en promedio 35 gramos de sales por cada litro de agua. La determinación química de la concentración de las sustancias disueltas que intervienen en la salinidad del océano no es difícil pues ciertos elementos disueltos, tales como el cloro y sodio, se encuentran presentes en muy alta concentración, formando el 80 por ciento de las sales disueltas, mientras otras, como el manganeso, el níquel, el oro, etcétera, están en pequeñas cantidades y algunas de ellas no han podido ser determinadas en el agua del mar, y sólo se han encontrado en organismos y depósitos salinos. Además del sodio y el potasio, constituyentes difíciles de determinar con precisión, 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 años, la salinidad se calculaba mediante una dosificación química normalizada, método creado por el oceanógrafo danés 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 determinación de salinidad son preservadas en frascos especiales que tienen un tapón de vidrio o porcelana con un sello de hule, el que se cierra herméticamente 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 mínimo de 6 horas para permitirles que adquieran la misma temperatura, tanto del laboratorio como de los aparatos y reactivos químicos que se usan en el análisis. La clorinidad se determina en el método de Knudsen, por medio de una solución de nitrato de plata, la cual se valora comparando su acción sobre el agua del mar llamada "normal", que sirve de patrón y por lo general contiene más o menos 19 gramos de cloro por kilogramo de agua del mar. Bajo los auspicios de la Asociación Internacional de Oceanografía Física, esta agua patrón, una vez verificada, se vende en ampolletas cerradas, siendo distribuidas por el Laboratorio Oceanográfico de Charlott en Lund, Dinamarca. A fin de determinar la clorinidad de la muestra con la precisión exigida en los trabajos de oceanografía química, en los que se requiere una exactitud hasta centésimas, en estos laboratorios se utiliza toda una batería de pipetas, buretas, etcétera, rigurosamente calibradas. Con este método se logra una aproximación de más o menos 2 centésimas de gramo por mil de la salinidad. Desde hace 3 lustros, gracias a las investigaciones de los oceanógrafos anglosajones, la industria ofrece aparatos de laboratorio basados en el principio de la inducción, y que pueden proporcionar el valor de la salinidad con la misma precisión que con el método Knudsen. La ventaja del instrumento electrónico es la de poder utilizarse a bordo, y permite además procesar un número de muestras considerables. Aparte de estos métodos directos que se basan en las propiedades químicas, otros métodos para determinar la salinidad son por medios físicos, como la densidad, índice de refracción, temperatura de congelación y conductividad eléctrica.

El primer método consiste en medir directamente la densidad de la muestra del agua, pasándola por un aparato especial, el picnómetro, método muy preciso, aunque largo y minucioso que exige infinitas precauciones y no puede emplearse para un trabajo en serie. La determinación de la salinidad por medio de la densidad también se puede medir directamente introduciendo en el agua el aparato llamado densímetro o hidrómetro en el que se registra su peso específico, que cambia según la cantidad de sales disueltas que contenga. Este método se utiliza cuando no se necesita gran precisión, como en el caso de estudios biológicos que solo requiere aproximaciones a 0.1% y no de 0.01% como en los de oceanografía física y química.

Para medir la salinidad en base al índice de refracción se utiliza el refractómetro, que permite conocer la desviación de los rayos luminosos según la cantidad de sales, iluminando una escala; la parte iluminada aumenta de acuerdo a como se incremente la salinidad en la muestra. Es un método con el que se obtienen valores aproximados, con la ventaja de ser rápido y permite utilizar unas gotas de la muestra. El método por medio de la temperatura de congelación consiste en determinar la temperatura en la que la muestra de agua marina se congela, siendo esta temperatura más baja mientras más salada sea el agua. Este método es muy laborioso y requiere de un laboratorio bien equipado para obtener resultados exactos. Actualmente el método más usado para medir con precisión la salinidad se basa en la determinación de la conductividad eléctrica del agua del mar. El agua pura no es conductora de electricidad, pero cuando contiene sales disueltas, sus moléculas se encargan de transportar cargas eléctricas, siendo esta conductividad directamente proporcional a la cantidad de sales que existen en disolución.

A partir de numerosas determinaciones simultáneas de salinidad y conductividad, se han podido elaborar tablas, en las que, después de una corrección por el efecto de la temperatura, se puede determinar la salinidad con una precisión semejante a la obtenida con el método de clorinidad, con la ventaja de que la medida de la conductividad es más rápida y fácil. 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 métodos ofrece ventajas e inconvenientes y se selecciona de acuerdo a la exactitud que las investigaciones exijan; sin embargo, para el trabajo de rutina el más utilizado es el método químico que mide la clorinidad. Además de los gases y elementos en disolución, interesa a los oceanógrafos químicos el contenido de sales nutritivas, como los fosfatos, los nitratos y el sílice, que condicionan la abundancia y la distribución de los seres vivos en el seno de las aguas oceánicas. La muestra se guarda en botellas de plástico de 200 mililitros de capacidad, dejando un espacio de aire de aproximadamente 2 centímetros; se guardan en refrigeración a menos de 18º C hasta su análisis. Estas determinaciones se efectúan en los laboratorios, mediante dosificaciones químicas, o bien, por medio de procedimientos fotométricos. Son muchos los datos que faltan de conocer de la química del océano, por lo que los científicos están haciendo cada vez mayores esfuerzos para incrementar estos conocimientos y así contar con la información que permita entender los fenómenos químicos que se desarrollan en las aguas marinas y para aprovechar la enorme riqueza que representan estos recursos.

APÉNDICE

EDMOND HALLEY (1656-1743)

Astrónomo y geofísico inglés quien fue uno de los primeros científicos que observó la salinidad del mar y sugirió que la salinidad del océano se iba incrementando al paso de los años, y que la antigüedad de las cosas podía ser calculada de acuerdo a su salinidad. Consideraba que las interacciones entre la tierra y el océano durante todo el tiempo geológico habían sido iguales a las que observaba en 1715, y se lamentó que los antiguos griegos y romanos no hubiesen medido la salinidad del mar de modo tal que se pudiera conocer el incremento de la salinidad en 2 mil años, pensando que al principio el contenido de sal era nulo. Fue astrónomo del Colegio de la Reina en Oxford, estableció la periodicidad en ondas elípticas del movimiento de los cometas. Predijo el retorno de un cometa brillante en diciembre de 1758, lo que sucedió después de su muerte; a este cometa se le llamó "cometa de Halley" en su honor; aparece cada 75 o 76 años, siendo la última vez que se observó en 1985-1986. Realizó también investigaciones sobre astronomía estelar, matemáticas, en especial geometría y geofísica.

DITTMAR WILLIAM (1833-1892)

Químico escocés. Trabajó en el Laboratorio Bunsen de Heidelberg y en la Universidad de Manchester. Analizó muestras de agua de mar durante el viaje del H.M.S.Challenger de 1873-1876 estableciendo el postulado de que "aunque la salinidad del agua del mar varía de lugar a lugar, las proporciones de los principales constituyentes permanecen casi constantes", de gran trascendencia en la oceanografía química. Estudió el peso atómico del platino y la composición gravimétrica del agua.

ALFRED LOTHAR WEGENER (1880-1930)

Meteorólogo, geólogo y geofísico alemán, creador de la teoría de la deriva continental. Propuso que un océano continuo rodeaba a una masa de tierra que posteriormente formó a los continentes. Realizó cuatro expediciones científicas a Groenlandia, muriendo en la última de ellas. Con los datos que obtuvo estudió los cambios que se presentaron en las glaciaciones en relación con las posiciones relativas de los polos. También propuso una teoría sobre el origen de los cráteres lunares.

HESS HARRY HAMMOND (1906-1969)

Geólogo y geofísico norteamericano. Trabajó en la Universidad de Princeton, Estados Unidos. Estudió los fondos oceánicos hasta profundidades de 11 kilómetros y describió cientos de montañas marinas del Océano Pacífico y a un tipo de ellas las designó guyots en honor del geógrafo suizo-norteamericano Guyot. Realizó investigaciones sobre la formación de la corteza y la expansión de los fondos oceánicos, proponiendo las bases para el desarrollo de la sismografía.

GLOSARIO

aerobio. Organismo que realiza su respiración utilizando oxígeno.
alga. Vegetal acuático que realiza su fotosíntesis por medio de pigmentos verdes, rojos, amarillos o cafés. Puede estar formada por una o varias células.
amplitud de marea. Diferencia entre la marea baja y la alta.
anaerobio. Organismo que respira sin utilizar el oxígeno.
angiosperma. Vegetal con flores que presenta una cavidad cerrada u ovario, dentro de la cual están los óvulos y en ellas quedan encerradas las semillas.
antracita. Carbón fósil seco que arde con dificultad.
anuros. Clase de los anfibios que no presentan cola como la rana, sapo, etcétera.
arrecife. Agrupación de rocas que se encuentra bajo las aguas del mar. Cuando está formado principalmente por corales se le denomina arrecife de coral.
bacteria. Organismo unicelular microscópico sin núcleo, pero con gránulos de cromatina dispersos en el citoplasma y provistos a veces de organoides de la locomoción llamados flagelos. Muchas especies viven en aguas dulces o marinas, en el suelo y en materias orgánicas en putrefacción; otras están asociadas con organismos pudiendo ser patógenas.
bajamar. Descenso máximo de la marea.
batimetría. Medición de las profundidades del mar.
bentos. Organismos que viven en el fondo de los mares, lagos y ríos.
bioluminiscencia. Propiedad que presentan algunos seres vivos que les permite emitir luz propia.
cantil. Escalón que se forma en la costa o en el fondo del mar.
celenterado o cindaria. Animales invertebrados, en su mayoría marinos, provistos de una boca rodeada por tentáculos con células urticantes; forma fija llamada pólipo y libre nadadora o medusa. Vgr. las medusas y las anémonas de mar.
cicadal. Vegetal primitivo, la mayoría fósil, tropical y subtropical con su tronco sin ramas, llega alcanzar 20 metros de altura y sus hojas forman una copa.
ciclón. Viento con gran velocidad que gira formando grandes círculos.
cima. Parte más alta de los montes, cerros, etcétera.
clorofila. Pigmento verde que presentan la mayoría de los vegetales y que les permite realizar la fotosíntesis.
cocolitofórido. Organismo microscópico que presenta flagelos como órganos de locomoción y un exoesqueleto formado por pequeñas piezas calizas en forma de rombo.
coloide. Estado de algunos cuerpos formado por dos fases, una continua o dispersora y otra dividida o dispersa, entre las cuales existe una relación. La materia viva está constituida por estados coloidales.
conífera. Planta leñosa con hojas lineales o en forma de aguja, sus semillas se colocan en una estructura llamada cono.
coral. Colonia de animales pertenecientes a los celenterados, tienen forma de pólipo y su cuerpo está cubierto por un exosequeleto calcáreo.
cuarcita. Roca formada por cuarzo; de color blanco lechoso, gris o rojiza, de estructura granulosa o compacta.
defecar. Función de los animales que consiste en expulsar las sustancias que sobran de la alimentación llamadas heces fecales.
delta. Zona generalmente triangular comprendida entre los brazos de un río en su desembocadura.
deriva. Desviación que sufre una embarcación por acción del viento o de las corrientes marinas.
detritos. Restos orgánicos producidos por la descomposición de vegetales y animales.
diatomea. Vegetal microscópico con su célula cubierta por una pared dividida en dos tapas o valvas formadas por sílice; integran el fitoplancton.
dinoflagelado. Organismo microscópico cubierto por una membrana silicosa dividida en dos zonas por un surco, la epiteca y la hipoteca. Presenta dos flagelos, uno transversal y otro longitudinal.
draga. Aparato que se utiliza para colectar muestras del fondo en cuerpos de agua. Barco que tiene una máquina con la que extrae el fango y la arena del fondo marino.
ecograma. Gráfica producida por la ecosonda.
ecosonda. Aparato que utiliza el sonido reflejado o eco y sirve para caracterizar las profundidades del mar y detectar bancos de peces.
eras geológicas. Grandes etapas en las que se ha dividido la historia de la Tierra.
erosión. Modificaciones que se presentan en el suelo y en las rocas por la acción de los agentes como ríos, torrentes, viento, etcétera, y el hombre.
escorpión. Animal perteneciente a los arácnidos con su cuerpo dividido en dos regiones. La posterior o abdomen terminada en una cola en donde se localiza la glándula del veneno.
esponja. Animal caracterizado por presentar poros en el exterior de su cuerpo, los que comunican con un sistema de canales. Su esqueleto esta formado por espículas o por fibras elásticas.
estratigrafía. Estudio de las rocas formadas por varias capas o estratos.
estuario o estero. Área donde desemboca un río en el mar, formándose un valle en donde se mueve el agua de la marea.
exoesqueleto. Estructura que protege o sostiene externamente el cuerpo de un organismo.
filon. Conjunto de metales que rellena grandes fracturas que se presentan en los suelos rocosos antiguos.
fisiográfico. Geografía física.
fitoplancton. Vegetales, generalmente microscópicos, que se encuentran flotando en el seno de las aguas dulces o marinas.
flujo de energía. Camino que sigue la energía en una cadena de alimentación.
foraminífero. Animal microscópico perteneciente a los protozoarios que poseen conchas o caparazones calcáreo o silicosos.
fósil. Restos o impresiones de seres vivos que se conservan desde épocas geológicas pasadas.
fotosíntesis. Elaboración de sustancia orgánica (alimento) a partir del bióxido de carbono y del agua, en presencia de clorofila y utilizando la energía solar; durante el proceso se libera oxígeno.
gases inertes. También llamados gases nobles por considerar que presentaban tendencia a combinarse, sin embargo, en la actualidad se sabe que sí se combinan con otros elementos.
geomagnetismo. Estudio del campo magnético de la Tierra.
geomórfico. Estructuración de los mapas del globo terráqueo.
gimnosperma. Vegetal que presenta las semillas desnudas.
ginkgoal. Planta perteneciente a los gimnospermas con una sola especie viviente, Ginkgo biloba, árbol a menudo cultivado.
gliptogénesis. Primera fase del ciclo geológico en la que se destruyen los materiales y el relieve de la corteza terrestre.
granito. Roca ígnea compacta de grano grueso compuesta principalmente por cuarzo y mica.
granulometría. Estudio del tamaño y las características de los componentes de los sedimentos.
gravimetría. Estudio de la gravitación terrestre y mediciones de sus variaciones en los diversos lugares.
hulla. Carbón de piedra.
insecto. Animal terrestre del grupo de los antrópodos con el cuerpo dividido en cabeza, tórax y abdomen. Tiene un par de antenas, tres pares de patas y una o dos alas.
ion. Radical químico que resulta de la disolución de un compuesto y que presenta carga eléctrica (H+,OH-).
marisma. Zona baja de terreno que se inunda con el agua del mar.
mármol. Roca metamórfica de textura compacta y cristalina que, al mezclarse con otras substancias, forma manchas o vetas.
masa de agua. Cuerpo de agua del mar caracterizado por su salinidad y su temperatura.
médano. Cúmulo de arena que se deposita en la costa.
metabolismo. Conjunto de reacciones químicas que se desarrollan en los seres vivos durante sus funciones. Comprende la fase de construcción de materia orgánica o anabolismo y la de destrucción o catabolismo.
micra. Unidad de longitud para seres microscópicos correspondiente a la milésima parte de un milímetro.
mineral. Sustancia inorgánica que se encuentra en la superficie o en las capas de la corteza terrestre.
molusco. Grupo de animales de cuerpo no segmentado y generalmente protegido por una concha calcárea, con cabeza y pie muscular; comprende a los ostiones, caracoles, pulpos, etcétera.
ofiúrido. Animal del grupo de los equinodermos en forma de estrella, con brazos largos y delgados, que se rompen fácilmente.
orogénesis. Procesos que se presentan en la formación de las montañas.
ostra. Molusco que presenta su cuerpo cubierto por una concha formada por dos tapas o valvas, como los ostiones.
ozono. Gas derivado del oxígeno que se encuentra en la zona superior de la atmósfera.
paleoclimático. Descripción del clima en el pasado geológico.
paleogeográfico. Descripción de la Tierra en el pasado geológico.
paleontología. Ciencia que trata de la vida del pasado geológico.
peces. Animales vertebrados acuáticos, de respiración branquial, cuyo cuerpo está cubierto de escamas, presenta aletas como órganos de locomoción.
pigmento. Sustancia colorante. En los seres vivos se puede encontrar disuelto formando organoides en sus células.
plancton. Organismos pequeños que se encuentran flotando en la región superficial de las aguas dulces y marinas. Pueden presentar pequeños movimientos de desplazamiento.
pleamar. Ascenso máximo de la marea.
pogonóforo. Animal que se encuentra en las profundidades oceánicas. Vive fijo en tubos quitinosos, su cuerpo tiene forma de gusano. Es poco conocido.
poliqueto. Animal del grupo de los anélidos, con su cuerpo anillado cubierto por gran cantidad de cerdas llamadas quetas. La mayoría marinos, puede vivir fijo o reptar.
presión atmosférica. Presión que ejerce la atmósfera sobre los cuerpos.
protozoo. Animal microscópico que se caracteriza por tener su cuerpo formado por una sola célula pero que realiza todas las funciones de los organismos.
pterópodo. Molusco marino llamado mariposa del mar por presentar su pie como alas.
quimiosíntesis. Forma de nutrición autótrofa de ciertas bacterias, en las que por reacciones químicas transforma la sustancia inorgánica en orgánica (alimento).
radiolario. Animal microscópico marino del grupo de los protozoarios que tiene su célula protegida por un esqueleto silicoso.
reptil. Animal vertebrado, la mayoría terrestre, sólo las tortugas y cocodrilos son acuáticos. Cuerpo protegido por una piel córnea.
resaca. Regreso de las olas después de haber alcanzado la orilla.
roca basáltica. Tipo de roca ígnea que se encuentra en el fondo oceánico.
roca ígnea. Roca formada por enfriamiento y solidificación de material mineral móvil caliente llamado magma.
roca metamórfica. Roca que se ha cambiado en contextura y en composición, por calor, presión o soluciones químicamente activas.
roca sedimentaria. Roca formada por la acumulación de sedimentos.
salmuera. Agua que contiene concentraciones altas de sal.
sedimentación. Acumulación de partículas de materia orgánica e inorgánica, que se colocan sin combinar.
sismología. Estudio de las sacudidas de las capas de la corteza terrestre.
somero. Aguas con poca profundidad.
tectónica. Estudio del origen y el desarrollo de las amplias características estructurales de la Tierra.
tifón. Huracán o tromba marina.
topografía. Descripción detallada de la superficie de la corteza terrestre.
trilobite. Artrópodo marino que existió en el Cámbrico y en el Silúrico. Su cuerpo formado por tres lóbulos estaba provisto de apéndices articulados.
urodelo. Vertebrado de la clase de los anfibios que presenta cola como la salamandra.
virus. Agente infeccioso específico, considerado como el ser vivo más primitivo; invade vegetales, animales y bacterias. Solamente se multiplica dentro de la célula huésped. Presenta tamaño submicroscópico.