2.2: El medio ambiente y su química
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Se señaló en la Sección 1.2 que, el medio ambiente consiste en nuestro entorno, lo que nos puede afectar y que, a su vez, podemos afectar. Obviamente la naturaleza química y los procesos de la materia en el medio ambiente son importantes. En comparación con los procesos generalmente bien definidos que los químicos estudian en el laboratorio, los que ocurren en el ambiente son bastante complejos y deben ser vistos en términos de modelos simplificados. Gran parte de esta complejidad se debe a que el ambiente consiste en las cinco esferas superpuestas e interactuantes: la atmósfera, la hidrosfera, la geosfera, la biosfera y la antrosfera mencionadas en la Sección 1.2 y mostradas desde el punto de vista de sus interacciones químicas en la Figura \(\PageIndex{1}\). Para comprender mejor la química que ocurre en estas esferas se describen brevemente aquí.
La atmósfera es una capa muy delgada en comparación con el tamaño de la Tierra, con la mayoría de los gases atmosféricos que se encuentran a pocos kilómetros del nivel del mar. Además de proporcionar oxígeno a los organismos vivos, la atmósfera proporciona el dióxido de carbono requerido para la fotosíntesis de las plantas, y el nitrógeno que los organismos utilizan para elaborar proteínas. La atmósfera cumple una función protectora vital ya que absorbe la radiación ultravioleta altamente energética del sol que mataría a los organismos vivos expuestos a ella. Una parte particularmente importante de la atmósfera a este respecto es la capa estratosférica de ozono, una forma de oxígeno elemental que absorbe rayos ultravioleta. Debido a su capacidad para absorber la radiación infrarroja por la cual la Tierra pierde la energía que absorbe del sol, la atmósfera estabiliza la temperatura superficial de la Tierra. La atmósfera también sirve como el medio por el cual la energía solar que cae con mayor intensidad en las regiones ecuatoriales se redistribuye lejos del Ecuador. Es el medio en el que el vapor de agua evaporado de los océanos como primer paso en el ciclo hidrológico se transporta sobre masas de tierra para caer como lluvia sobre tierra.
El agua de la Tierra está contenida en la hidrosfera. Si bien los frecuentes reportes de tormentas torrenciales y ríos inundados producidos por tormentas masivas podrían dar la impresión de que una gran fracción del agua de la Tierra es agua dulce, más del 97% de ella es agua de mar en los océanos. La mayor parte del agua dulce restante está presente como hielo en casquetes polares y glaciares. Una pequeña fracción del agua total está presente como vapor en la atmósfera. El agua dulce líquida restante es la disponible para el cultivo de plantas y otros organismos y para usos industriales. Esta agua puede estar presente en la superficie como lagos, embalses y arroyos, o puede ser subterránea como agua subterránea.
La parte sólida de la tierra, la geosfera, incluye todas las rocas y minerales. Una parte particularmente importante de la geosfera es el suelo, que apoya el crecimiento de las plantas, base de alimento para todos los organismos vivos. La litosfera es una capa sólida relativamente delgada que se extiende desde la superficie de la Tierra hasta profundidades de 50 a 100 km. La piel externa aún más delgada de la litosfera conocida como corteza está compuesta de minerales a base de silicatos relativamente más ligeros. Es la parte de la geosfera que está disponible para interactuar con las demás esferas ambientales y que es accesible para los humanos.
La biosfera está compuesta por todos los organismos vivos. En su mayor parte, estos organismos viven en la superficie de la geosfera en el suelo, o justo debajo de la superficie del suelo. Los océanos y otros cuerpos de agua soportan altas poblaciones de organismos. Algunas formas de vida existen a profundidades considerables en los suelos oceánicos. En general, sin embargo, la biosfera es una capa muy delgada en la interfaz de la geosfera con la atmósfera. La biosfera está involucrada con la geosfera, la hidrosfera y la atmósfera en ciclos biogeoquímicos a través de los cuales circulan materiales como el nitrógeno y el carbono.
A través de las actividades humanas, la antrosfera, esa parte del ambiente hecha y operada por los humanos, ha desarrollado fuertes interacciones con las otras esferas ambientales. Se podrían citar muchos ejemplos de estas interacciones. Al cultivar grandes áreas de suelo para cultivos domésticos, los humanos modifican la geosfera e influyen en los tipos de organismos en la biosfera. Los humanos desvían el agua de su flujo natural, la usan, a veces la contaminan, luego la devuelven a la hidrosfera. Las emisiones de partículas a la atmósfera por actividades humanas afectan la visibilidad y otras características de la atmósfera. La emisión de grandes cantidades de dióxido de carbono a la atmósfera por la combustión de combustibles fósiles puede estar modificando las características de absorción de calor de la atmósfera en la medida en que es casi seguro que se está produciendo el calentamiento global. La antrosfera perturbe diversos ciclos biogeoquímicos.
El efecto de la antrosfera durante los dos últimos siglos en áreas como la quema de grandes cantidades de combustibles fósiles es especialmente pronunciado sobre la atmósfera y tiene el potencial de cambiar la naturaleza de la Tierra significativamente. Según el Premio Nobel Paul J. Crutzen del Instituto Max Planck de Química, Mainz, Alemania, este impacto es tan grande que conducirá a una nueva época global para reemplazar la época haloceno que ha estado vigente desde los últimos 10 mil años desde la última Edad de Hielo. El Dr. Crutzen ha acuñado el término antropoceno (de antropogénico) para describir la nueva época que se nos acerca.