Este artículo forma parte de la sección The Conversation Júnior, en la que especialistas de las principales universidades y centros de investigación contestan a las dudas de jóvenes curiosos de entre 12 y 16 años. Podéis enviar vuestras preguntas a tcesjunior@theconversation.com
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Pregunta formulada por el curso de 2º de la ESO del Instituto de Educación Secundaria Miguel de Unamuno, en Gasteiz (Álava)
Siempre que queremos buscar una respuesta a cualquier cosa que ocurre en la naturaleza, debemos acudir a la geología. Y la distribución de los elementos químicos en nuestro planeta no es una excepción.
Un viaje al origen del universo
Para descubrir cómo surgieron los elementos químicos vamos a viajar en el tiempo hasta el origen del universo.
En esos primeros momentos, se crearon elementos simples y ligeros, sobre todo hidrógeno y helio, de los que proceden todos los demás. A continuación, las estrellas actuaron como ollas a presión que cocinaron los elementos químicos más pesados. Cuando esos astros brillantes llegaron al final de sus vidas, explotaron dispersando todos los elementos que albergaban por el cosmos.
Estos elementos químicos se convirtieron en los ladrillos con los que se crearon nuevas estrellas y cuerpos planetarios. Como nuestro sistema solar, que nació como una densa nube de gases y polvo cósmico.
Hace unos 4 600 millones de años, dicha nube empezó a condensarse en su zona central, dando lugar al Sol. A su alrededor, la materia cósmica siguió uniéndose en pequeños núcleos planetarios, incluida la Tierra.
Así se produjo el primer reparto de elementos químicos entre planetas. Los más ligeros, como el hidrógeno, se fueron a zonas más alejadas del Sol, donde están los planetas exteriores. Por el contrario, los elementos más pesados, como el silicio o el hierro, se quedaron cerca del centro del sistema solar, en los planetas rocosos más densos, como el nuestro.
Distribuyendo elementos químicos por el planeta
Pero la historia de los elementos químicos presentes en la Tierra no termina aquí. Sólo hemos contado el primer capítulo.
Cuando nuestro planeta se formó, hace unos 4 570 millones de años, era una gran bola de magma que estaba siendo bombardeada continuamente por meteoritos. Así se iban añadiendo más elementos químicos a los materiales fundidos.
Sin embargo, hace unos 4 400 millones de años, la superficie terrestre empezó a enfriarse. En ese momento se crearon las tres grandes capas en las que se divide la Tierra: corteza, manto y núcleo.
Kelvinsong/Wikimedia Commons, CC BY
Fue entonces cuando los elementos químicos se distribuyeron por nuestro planeta, debido a una fuerza de la que no podemos escapar: la gravedad.
Los elementos más densos, como hierro, níquel o magnesio, se desplazaron hacia el interior de la Tierra. Y arrastraron consigo a otros elementos que tienen preferencia por mezclarse con el hierro, como el platino o el oro.
Por el contrario, los más ligeros, como el silicio, el oxígeno, el calcio, el carbono o el aluminio, se quedaron en la corteza terrestre, la parte más superficial.
Esto genera una paradoja. Hay elementos químicos muy abundantes en nuestro planeta que apenas están disponibles porque se acumulan a grandes profundidades. Así ocurre con el hierro, que forma más del 90 % del núcleo, pero en la corteza tiene una abundancia inferior al 6 %.
Por suerte, vivimos en un mundo dinámico. Gracias a procesos geológicos como los volcanes, elementos químicos que son comunes en el manto llegan a salir a la superficie. Así encontramos en la corteza yacimientos ricos en oro, litio, rubidio o cobre.
Los elementos también se transforman
Hay un proceso químico muy curioso que hace que, con el tiempo, un elemento se transforme en otro, lo que cambia su abundancia en la Tierra. Vamos paso a paso para entenderlo.
Algunos elementos tienen varias versiones de sí mismos, llamados isótopos. Se trata de átomos con el mismo número de protones, pero diferente número de neutrones en su núcleo.
Pues varios de estos isótopos son inestables en la naturaleza. Con el paso del tiempo se van a desintegrar para dar lugar a isótopos de otros elementos químicos que sean más estables.
El más conocido es el carbono 14, que tras varias decenas de miles de años se convertirá en nitrógeno 14. Es decir, cada vez habrá menos carbono y más nitrógeno en la naturaleza.
Y aquí es donde entra en juego el elemento químico más raro de toda la corteza terrestre: el astato. Se forma en el camino de desintegración del uranio para convertirse en plomo.
Alejo Miranda/Shutterstock
Pero el astato es tan inestable que, en menos de 8 horas, desaparece. Esto no quiere decir que no exista en el medio natural: mientras siga habiendo uranio transformándose en plomo, este esquivo elemento continuará apareciendo.
No siempre lo raro es realmente raro
A veces calificamos de raro a lo que, en realidad, no lo es. Es el caso de las denominadas “tierras raras”. Se trata de 17 elementos químicos (lantano, cerio, praseodimio, neodimio, prometio, samario, europio, gadolinio, terbio, disprosio, holmio, erbio, tulio, iterbio, lutecio, escandio e itrio) que, en realidad, son más comunes que el oro o la plata en la corteza terrestre.
Los llamamos “raros” por dos motivos muy concretos. Por un lado, porque aparecen en concentraciones muy pequeñas en el interior de los minerales. Y, en segundo lugar, porque el proceso para extraerlos de esos minerales es muy complejo y costoso.
Así que, en este caso, lo de “raro” no tiene nada que ver con su abundancia relativa; se refiere a la capacidad que tenemos los seres humanos para poder aprovecharlos.
De un vistazo
Los más de 4 500 millones de años de historia geológica de la Tierra son, pues, los culpables de que algunos elementos químicos sean más raros que otros en la naturaleza.
Vamos a repasar lo que hemos visto:
En la formación del sistema solar se produjo el primer sorteo de elementos químicos entre planetas. A la Tierra le tocaron unos diferentes a los que llegaron a nuestros vecinos lejanos como Urano o Neptuno.
Al enfriarse el planeta se formaron tres capas: corteza, manto y núcleo. Entonces, los elementos más densos se fueron hacia el centro de la Tierra. Los menos pesados, por su parte, se quedaron en la parte más superficial.
Hay eventos geológicos que redistribuyen los elementos químicos entre las capas de la Tierra. Como los volcanes, que sacan a la superficie elementos del manto que son raros en la corteza.
Algunos isótopos se desintegran con el paso del tiempo. De esta forma, un elemento químico se transforma en otro, cambiando el porcentaje de ambos en el medio natural.
Las tierras raras no son tan raras. Se trata de elementos bastante comunes en la naturaleza, aunque nos cuesta mucho poder aprovecharnos de ellos.
La geología es la ciencia que da respuesta a este tipo de preguntas. Nos permite conocer cómo se distribuyen los elementos químicos en nuestro planeta. Y también nos enseña cómo explotarlos para asegurar nuestro futuro como sociedad.
La Cátedra de Cultura Científica de la Universidad del País Vasco colabora en la sección The Conversation Júnior.
Blanca María Martínez García, Doctora en Geología, Universidad del País Vasco / Euskal Herriko Unibertsitatea
Este artículo fue publicado originalmente en The Conversation. Lea el original.
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Autor:
The Conversation
