 |
| Mina d'or a cel obert a Austràlia. Ací s'extrau un dels elements menys abundants en la superfície terrestre. Hans Wismeijer/Shutterstock |
Este article forma part de la secció The Conversation Júnior, en la qual especialistes de les principals universitats i centres d'investigació contesten als dubtes de jóvens curiosos d'entre 12 i 16 anys. Podeu enviar les vostres preguntes a tcesjunior@theconversation.com
Pregunta formulada pel curs de 2n de l'ESO de l'Institut d'Educació Secundària Miguel de Unamuno, en Gasteiz (Àlaba)
Sempre que volem buscar una resposta a qualsevol cosa que ocorre en la naturalesa, hem d'acudir a la geologia. I la distribució dels elements químics en el nostre planeta no és una excepció.
Un viatge a l'origen de l'univers
Per a descobrir com van sorgir els elements químics viatjarem en el temps fins a l'origen de l'univers.
En eixos primers moments, es van crear elements simples i lleugers, sobretot hidrogen i heli, dels quals procedixen tots els altres. A continuació, les estreles van actuar com a olles de pressió que van cuinar els elements químics més pesats. Quan eixos astres brillants van arribar al final de les seues vides, van explotar dispersant tots els elements que albergaven pel cosmos.
Estos elements químics es van convertir en les rajoles amb els quals es van crear noves estreles i cossos planetaris. Com el nostre sistema solar, que va nàixer com un dens núvol de gasos i pols còsmica.
Fa uns 4 600 milions d'anys, este núvol va començar a condensar-se en la seua zona central, donant lloc al Sol. Al seu voltant, la matèria còsmica va continuar unint-se en xicotets nuclis planetaris, inclosa la Terra.
Així es va produir el primer repartiment d'elements químics entre planetes. Els més lleugers, com l'hidrogen, es van anar a zones més allunyades del Sol, on estan els planetes exteriors. Per contra, els elements més pesats, com el silici o el ferro, es van quedar prop del centre del sistema solar, en els planetes rocosos més densos, com el nostre.
Distribuint elements químics pel planeta
Però la història dels elements químics presents en la Terra no acaba ací. Només hem comptat el primer capítol.
Quan el nostre planeta es va formar, fa uns 4 570 milions d'anys, era una gran bola de magma que estava sent bombardejada contínuament per meteorits. Així s'anaven afegint més elements químics als materials fosos.
No obstant això, fa uns 4 400 milions d'anys, la superfície terrestre va començar a refredar-se. En eixe moment es van crear les tres grans capes en les quals es dividix la Terra: escorça, mantell i nucli.
Va ser llavors quan els elements químics es van distribuir pel nostre planeta, a causa d'una força de la qual no podem escapar: la gravetat.
Els elements més densos, com a ferro, níquel o magnesi, es van desplaçar cap a l'interior de la Terra. I van arrossegar amb si a altres elements que tenen preferència per mesclar-se amb el ferro, com el platí o l'or.
Per contra, els més lleugers, com el silici, l'oxigen, el calci, el carboni o l'alumini, es van quedar en l'escorça terrestre, la part més superficial.
Això genera una paradoxa. Hi ha elements químics molt abundants en el nostre planeta que a penes estan disponibles perquè s'acumulen a grans profunditats. Així ocorre amb el ferro, que forma més del 90% del nucli, però en l'escorça té una abundància inferior al 6%.
Per sort, vivim en un món dinàmic. Gràcies a processos geològics com els volcans, elements químics que són comuns en el mantell arriben a eixir a la superfície. Així trobem en l'escorça jaciments rics en or, liti, rubidi o coure.
Els elements també es transformen
Hi ha un procés químic molt curiós que fa que, amb el temps, un element es transforme en un altre, la qual cosa canvia la seua abundància en la Terra. Anem pas a pas per a entendre-ho.
Alguns elements tenen diverses versions de si mateixos, anomenats isòtops. Es tracta d'àtoms amb el mateix nombre de protons, però diferent nombre de neutrons en el seu nucli.
Perquè diversos d'estos isòtops són inestables en la naturalesa. Amb el pas del temps es desintegraran per a donar lloc a isòtops d'altres elements químics que siguen més estables.
El més conegut és el carboni 14, que després de diverses desenes de milers d'anys es convertirà en nitrogen 14. És a dir, cada vegada hi haurà menys carboni i més nitrogen en la naturalesa.
I ací és on entra en joc l'element químic més rar de tota l'escorça terrestre: el àstat. Es forma en el camí de desintegració de l'urani per a convertir-se en plom.
Però l'àstat és tan inestable que, en menys de 8 hores, desapareix. Això no vol dir que no existisca en el medi natural: mentres continue havent-hi urani transformant-se en plom, este esquiu element continuarà apareixent.
No sempre el rar és realment rar
A vegades qualifiquem de rar al que, en realitat, no ho és. És el cas de les denominades “terres rares ”. Es tracta de 17 elements químics (lantani, ceri, praseodimi, neodimi, prometi, samari, europi, gadolini, terbi, disprosi, holmi, erbi, tuli, iterbi, luteci, escandi i itri) que, en realitat, són més comunes que l'or o la plata en l'escorça terrestre.
Els diem “rars” per dos motius molt concrets. D'una banda, perquè apareixen en concentracions molt xicotetes a l'interior dels minerals. I, en segon lloc, perquè el procés per a extraure'ls d'eixos minerals és molt complex i costós.
Així que, en este cas, això de “rar” no té res a veure amb la seua abundància relativa; es referix a la capacitat que tenim els éssers humans per a poder aprofitar-los.
D'una ullada
Els més de 4 500 milions d'anys d'història geològica de la Terra són, doncs, els culpables que alguns elements químics siguen més rars que uns altres en la naturalesa.
Repassarem el que hem vist:
En la formació del sistema solar es va produir el primer sorteig d'elements químics entre planetes. A la Terra li van tocar uns diferents als que van arribar als nostres veïns llunyans com Urà o Neptú.
En refredar-se el planeta es van formar tres capes: escorça, mantell i nucli. Llavors, els elements més densos es van anar cap al centre de la Terra. Els menys pesats, per part seua, es van quedar en la part més superficial.
Hi ha esdeveniments geològics que redistribuïxen els elements químics entre les capes de la Terra. Com els volcans, que trauen a la superfície elements del mantell que són rars en l'escorça.
Alguns isòtops es desintegren amb el pas del temps. D'esta manera, un element químic es transforma en un altre, canviant el percentatge dels dos en el medi natural.
Les terres rares no són tan rares. Es tracta d'elements bastant comuns en la naturalesa, encara que ens costa molt poder aprofitar-nos d'ells.
La geologia és la ciència que dona resposta a esta mena de preguntes. Ens permet conéixer com es distribuïxen els elements químics en el nostre planeta. I també ens ensenya com explotar-los per a assegurar el nostre futur com a societat.
La és/">Càtedra de Cultura Científica de la Universitat del País Basc col·labora en la secció The Conversation Júnior.
Blanca María Martínez García, Doctora en Geologia, Universitat del País Basc / Euskal Herriko Unibertsitatea
Este article va ser publicat originalment en The Conversation. Llija el original.
* ho pots llegir perquè som Creative Commons