11.2: La naturaleza de la geosfera

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Definida en la Sección 8.4 e ilustrada en la Figura 8.5, la geosfera consiste en rocas, minerales, suelos, sedimentos, magma fundido y gases y líquidos presurizados debajo de la superficie terrestre. El incidente de Deepwater Horizon discutido anteriormente habla de los esfuerzos humanos para extraer de la geosfera los materiales y la energía que demanda la civilización moderna e ilustra los peligros ambientales potenciales asociados con la explotación de los recursos de la geosfera. Habla de la necesidad de entender la geosfera y tratarla con el respeto que demanda para el mantenimiento del medio ambiente en condiciones de vida.

La mayor parte de nuestros alimentos se cultiva en la geosfera y los humanos extraen de ella metales, combustibles fósiles, fertilizantes para plantas y una variedad de minerales utilizados en la construcción y para otros fines. A lo largo de los años, grandes cantidades de productos de desecho han sido desechados a la geosfera, en algunos casos muy descuidadamente de una manera que plantea amenazas para los humanos y otros organismos. Una fina capa en la parte superior de la geosfera —en lugares de solo unos pocos centímetros de profundidad— compone la capa superficial del suelo que sustenta la vida vegetal de la que dependen los humanos y la mayoría de los demás organismos terrestres para su alimentación.

La geosfera interactúa fuertemente con las demás esferas ambientales. Los arroyos y ríos fluyen a través de canales en la geosfera, los lagos y embalses ocupan cavidades en la superficie de la geosfera, y las aguas subterráneas se encuentran en acuíferos subterráneos que forman parte de la geosfera. Los gases se intercambian entre la geosfera y la atmósfera, la luz y la radiación infrarroja transmitida a través de la atmósfera calientan la superficie del suelo, y a su vez irradia de regreso a la atmósfera la radiación infrarroja por la que la Tierra pierde la energía que absorbe del sol.

La geosfera está ligada a la química verde en muchos aspectos importantes, entre ellos los siguientes

Las plantas que proporcionan la mayor cantidad de alimento para humanos y animales crecen en la geosfera.
Las plantas que crecen en la geosfera ya proporcionan, y tienen el potencial de proporcionar mucha más, biomasa para su uso como materiales renovables, como la madera, la fibra, las materias primas y el combustible.
La geosfera es la fuente de minerales no renovables, minerales, combustibles fósiles y otros materiales utilizados por las sociedades industrializadas modernas.
Las modificaciones y alteraciones de la geosfera tienen profundos efectos sobre el medio ambiente.
Las fuentes de agua dulce se almacenan en lagos y ríos en la superficie de la geosfera, se mueven por medio de arroyos, ríos y canales en la geosfera, y ocurren en acuíferos subterráneos.
La geosfera es el sumidero definitivo para la eliminación de una variedad de desechos.

Este capítulo aborda brevemente la naturaleza de la geosfera y la utilización de recursos de la geosfera. La eliminación de desechos en tierra o bajo tierra se considera en capítulos posteriores. Debido a la especial importancia del suelo y las plantas que crecen en él como fuentes de alimento y fibra, el suelo se discute con cierto detalle.

Naturaleza Física de la Geosfera

En el centro de la Tierra hay un núcleo interno rico en hierro, lo suficientemente caliente como para fundirse bajo presiones normales, pero comprimido a un sólido por las enormes presiones a tan grandes profundidades. Rodeando este núcleo hay un núcleo externo que consiste en roca fundida llamada magma. La capa externa sólida de la Tierra consiste en el manto y la corteza, una capa que tiene solo 5-40 km de espesor. Solo las capas superiores de la corteza son accesibles para los humanos.

En su mayor parte, la corteza consiste en rocas, que a su vez están compuestas por minerales caracterizados por una composición química definida y estructura cristalina. Solo alrededor de 25 de los aproximadamente 2000 minerales conocidos componen la mayoría de las rocas. Debido a que la mayor parte de la corteza consiste en oxígeno químicamente combinado (49.5%) y silicio (25.7%), los minerales más abundantes son silicatos compuestos por diversos óxidos de silicio, ejemplos de los cuales son cuarzo, SiO ₂, y feldespato potásico, KalSi ₃ O ₈. Otros elementos en la corteza terrestre son aluminio (7.4%, comúnmente ocurriendo como Al ₂ O ₃), hierro (4.7% como Fe ₃ O ₄ y otros óxidos de hierro), calcio (3.6% en piedra caliza, CaCo ₃ y dolomita, CaCo ₃ •MgCO ₃), sodio (2.8%), potasio (2.6%) y magnesio (2.1%). Eso deja solo 1.6% de la corteza para servir como fuente de otras sustancias minerales importantes, incluyendo metales distintos del hierro y el aluminio, el fósforo requerido para el crecimiento de las plantas y el azufre ampliamente utilizado en aplicaciones industriales.

Las rocas que componen la corteza terrestre participan en el ciclo rocoso mostrado en la Figura 11.1. La roca ígnea es una roca que se ha solidificado a partir de roca fundida llamada magma que ha penetrado cerca de la superficie de la Tierra. Expuesta al agua, al oxígeno atmosférico y a diversos organismos, la roca ígnea se vuelve altamente alterada, alcanzando un estado de mayor equilibrio físico y químico con la atmósfera. Este es un proceso llamado meteorización. Los productos de meteorización terminan como suelo y son transportados por el agua para ser depositados como sedimentos. Los sedimentos que quedan enterrados y comprimidos se convierten en minerales secundarios, entre los más abundantes de los cuales se encuentran las arcillas, consistentes en óxidos de silicio y aluminio, producidos por la meteorización de minerales como el feldespato potásico, KalSi ₃ O ₈. Una arcilla común es la caolinita, Al ₂ Si ₂ O ₅ (OH) ₄.

Figura 11.1. El ciclo de las rocas. La roca se produce cuando el magma fundido cristaliza y solidifica para producir roca ígnea. La roca ígnea se expone a la atmósfera y a la hidrosfera en la superficie donde la meteorización y la erosión producen material sedimentario que se deposita por el movimiento del agua en los sedimentos. Los sedimentos quedan enterrados y sometidos a presión que resultan en compactación y cementación para producir roca sedimentaria. El calor y la presión generan roca metamórfica. A profundidades suficientes roca de todo tipo puede ser sometida a altas temperaturas para producir roca fundida llamada magma. El magma que ha cristalizado y solidificado es roca ígnea. La roca ígnea forzada a la superficie y expuesta al agua y al aire, produce material sedimentario para iniciar el ciclo de la roca.

Aunque la corteza terrestre es muy delgada en comparación con el diámetro total de la Tierra, hay una capa aún mucho más delgada, frágil y de vital importancia que cubre la corteza: el suelo. El suelo es la mezcla finamente dividida de materia mineral y orgánica sobre la que crecen las plantas, proporcionando el alimento que comen los humanos y la mayoría de los demás animales. El suelo productivo puede tener sólo unos pocos centímetros de espesor, y rara vez tiene más de unos pocos metros de espesor. El suelo es de una importancia única y de crucial importancia en la sustentabilidad. Los humanos son capaces de infligir grandes daños en el suelo haciendo que se vuelva improductivo y en casos extremos resultando en hambre generalizada e incluso inanición.

La geoquímica es la rama de la química que trata sobre rocas y minerales y las interacciones químicas de la geosfera con otras esferas ambientales. La rama especializada de la geoquímica relacionada con las influencias ambientales y las interacciones de la geosfera es la geoquímica ambiental. La meteorización por procesos químicos es un aspecto particularmente importante de la geoquímica. Casi imperceptible en condiciones secas, la meteorización procede a un ritmo mucho más rápido en presencia de agua. La tasa de meteorización también se ve incrementada por la acción de microorganismos, algunos de los cuales secretan especies químicas que atacan la roca y lixivian nutrientes de la misma. Particularmente importantes para la meteorización son los líquenes, que son algas y hongos que conviven sinérgicamente. Las algas utilizan energía solar para convertir el dióxido de carbono atmosférico en biomasa vegetal y los hongos utilizan la biomasa y anclan los organismos a la superficie de la roca y extraen nutrientes de la misma.

Influencias humanas

Las actividades humanas tienen una tremenda influencia en la geosfera como lo demuestran las colinas niveladas, los valles llenos y las vastas áreas pavimentadas para hacer autopistas, estacionamientos y centros comerciales. Una de esas influencias es sobre el albedo superficial, definido como el porcentaje de energía solar incidente reflejada desde la superficie de la Tierra. El albedo superficial de una superficie pavimentada asfáltica es solo de aproximadamente 8%. El efecto alarmante de Amore es la desertificación en la que el suelo normalmente productivo se convierte en desierto improductivo en áreas donde las precipitaciones son marginales. Este fenómeno se discute con más detalle en la Sección 11.10.