Suelos: la vulnerable piel protectora del planeta

El suelo es por principio uno de los sitios principales donde van a parar gran parte de los desechos sólidos y líquidos de cualquiera actividad humana.

Vertido incontrolado de residuos urbanos.

Indiquemos no obstante, que los suelos son también el receptáculo natural de los deshechos no deseables de origen geológico, por ejemplo, de las aguas ácidas con metales pesados provenientes de mineralizaciones sulfuradas aflorantes. Todo lo que no es de utilidad en los procesos industriales, mineros, urbanos, agrícolas, etc., se acumula en el suelo, en muchos casos sin mayores precauciones. Con ello, la escombreras mineras, los residuos de una fábrica, incluyendo líquidos, se han venido depositando sobre los suelos sin control alguno a lo largo de siglos e incluso milenios (recordemos los desechos urbanos y mineros de la Roma clásica). Por otra parte, la actividad agrícola se ha venido enfrentando durante las últimas décadas a la necesidad de aumentar la producción. Esto se ha conseguido sobre dos bases principales: el abonado con productos químicos (nitratos, fosfatos), y el control de plagas. En definitiva, las actividades industriales y mineras por un lado, y las agrícolas por otro, han dado origen al problema de que muchos productos de origen humano, o formados gracias a las actividades humanas, han ido a parar a los suelos, generando a su vez otros problemas: la contaminación de aguas subterráneas, una menor productividad agrícola, la contaminación de cultivos, y el envenenamiento de ganado, afectando de forma directa, y en mayor o menor grado en casa caso, a la economía y a la salud humanas.

Como hemos podido ver en las secciones anteriores, la industria en su conjunto produce toda una serie de contaminantes gaseosos, líquidos y sólidos, que en muchas ocasiones van a parar directamente a los suelos. Esto sucede ya sea por depósito a partir de la atmósfera como partículas sedimentadas o traídas por las aguas de lluvia, por el vertido directo de los productos líquidos de la actividad minera y metalúrgica, o por la infiltración de productos de desechos industriales. Por ejemplo, en el caso de la minería tenemos las aguas provenientes de minas a cielo abierto, escombreras (mineral dumps), o talleres de la mina u otras edificaciones más o menos contaminantes en cada caso.

Contaminación de suelos con drenaje ácido de mina.

Uno de los principales problemas que puede producir la minería es la adición al suelo de una fase líquida. Esta habitualmente presenta una composición muy diferente a la que habitualmente se infiltra en el mismo en ausencia de actividades mineras (agua de lluvia). Las interacciones resultantes pueden ser muy variadas en función de la composición química del fluido, la mineralogía del suelo, y el factor climático (temperaturas medias, abundancia y frecuencia de lluvias). Los efectos en el suelo en relación con la presencia de contaminantes pueden también ser variados. En unos casos los contaminantes se acumulan en formas de alta solubilidad, de forma que están disponibles para que los animales y vegetales que viven sobre el mismo los ingieran. De la misma manera se puede producir la contaminación de los acuíferos, ya que las aguas de infiltración pueden incorporar a éstos los contaminantes. Los suelos también pueden tener un efecto absorbente, actuando como un biofiltro altamente reactivo que facilita la inmovilización de los contaminantes gracias a procesos físicos (filtración), físico-químicos (neutralización, adsorción, absorción, precipitación, complejación) o biológicos (biodegradación). En este sistema juegan un papel especialmente importante las arcillas, debido a sus propiedades de adsorción. Recordemos que la capacidad de captación iónica varía de una arcilla a otra y se relaciona directamente con las características estructurales de éstas. En el tipo 1:1 el armazón TO-TO se sustenta mediante enlaces tipo puente de hidrógeno, entre los grupos (OH) de las capas octaédricas y los oxígenos de las tetraédricas. Este enlace es lo suficientemente fuerte como para mantener la estructura global y al mismo tiempo impedir la entrada de cationes entre capas. Por el contrario, en las arcillas 2:1 (TOT-TOT) este tipo de enlace entre capas no es posible (se enfrentan capas tetraédricas). En este caso el armazón estructural se compensa eléctricamente introduciendo cationes interlaminares. En las esmectitas se producen múltiples substituciones en las capas octaédricas y tetraédricas, que le confieren una carga global negativa. Sin embargo, esta carga es relativamente débil, razón por la cual no se pueden ligar cationes de una manera fuerte en el espacio interlaminar. De esta manera, se permite la entrada de agua y otras moléculas que causan un aumento en el espacio interlaminar (“hinchamiento” de la arcilla). Con el agua vienen cationes disueltos, que su vez, pueden ser fijados en dicho espacio. De esta manera las arcillas esmectíticas actúan como depuradoras naturales de los suelos.

Estructura de las arcillas tipo esmectita. Note el espaciado interlaminar donde se pueden acomodar cationes.

Otra labor importante de depuración de soluciones viene dada por las partículas minerales con comportamiento coloidal, como la goethita (carga positiva), con capacidad para fijar complejos aniónicos arseniacales. Otros óxidos, como los de manganeso constituyen coloides de carga negativa, que les permite fijar cationes en solución.

Suelo rojo, caracterizado por la presencia de fases oxidadas de hierro.

Sin embargo, cuando se supera la capacidad de amortiguación geoquímica del suelo, éste se convierte de hecho en fuente de contaminación. De igual forma, un cambio en las condiciones climáticas puede producir la reversibilidad del proceso. Por ello a menudo se habla de que la presencia de contaminantes en el suelo constituye una bomba de tiempo química, que aún si en un determinado momento no produce efecto alguno, si puede hacerlo en un futuro.

Recordemos que la erosión del suelo conlleva un transporte de los contaminantes a otras áreas. Esto nos lleva a otros conceptos importantes en lo relativo a la presencia de contaminantes en el suelo: los de geodisponibilidad y biodisponibilidad. La geodisponibilidad es la consecuencia directa de la actividad minera: al llevar a cabo la explotación minera de un yacimiento, se ponen a disposición del medio geológico unos elementos que antes no lo estaban, o lo estaban de forma mucho más limitada. Cabe destacar, no obstante, que muchos yacimientos minerales, particularmente los de menas sulfuradas, son en sí fuentes naturales de contaminación ambiental. Esto depende en gran medida de si son o no aflorantes, de su profundidad (en especial, si se localizan por encima o por debajo del nivel freático), composición mineralógica, etc. La biodisponibilidad, por su parte, sería “el grado por el cual un contaminante en una fuente potencial, está disponible para ser tomado por un organismo”. Por ejemplo, muchas plantas tienen la capacidad de absorber determinadas concentraciones de elementos pesados, siempre que se encuentren en el suelo en formas solubles, o asociados a nutrientes básicos.

Formación de arcillas en el suelo

Una cuestión importante en la formación del suelo es la génesis de los minerales más característicos del mismo: las arcillas. En concreto, la formación de los minerales de la arcilla en este ambiente está íntimamente ligada a reacciones de hidrólisis de los minerales silicatados de las rocas. Estas reacciones pueden desarrollarse en el medio hidrotermal (durante la formación de un depósito mineral), o como procesos exógenos (bajo condiciones atmosféricas), una vez que las rocas por erosión se encuentran en la superficie o su proximidad. El CO₂ disuelto en el agua de lluvia o de los ríos puede desencadenar una serie de procesos hidrolíticos:

CO₂ + H₂O ® H₂CO₃

El ácido carbónico así formado reacciona con los feldespatos, induciendo la formación de minerales del grupo de la arcilla. A continuación ilustramos este tipo de reacciones con tres ejemplos conducentes a la formación de caolinita, Al₂Si₂O₅(OH)₄:

1) Hidrólisis de anortita (plagioclasa cálcica):

CaAl₂Si₂O₈ + 2 H₂CO₃ + H₂O ® Ca²⁺ + 2 HCO₃^- + Al₂Si₂O₅(OH)₄

2) Hidrólisis de la albita (plagioclasa sódica):

2 NaAlSi₃O₈ + 2 H₂CO₃ + 9 H₂O ® 2 Na⁺ + 2 HCO₃^- + Al₂Si₂O₅(OH)₄ + 4 H₂SiO₄

3) Hidrólisis de la ortoclasa (feldespato potásico):

2 KAlSi₃O₈ + 2 H₂CO₃ + 9 H₂O ® 2 K⁺ + 2 HCO₃^- + Al₂Si₂O₅(OH)₄ + 4 H₂SiO₄

Roca alterada a arcillas caoliníticas. Note el blanqueo de la roca.

El clima, a través de los parámetros de humedad y temperatura, controla fuertemente el proceso formador de arcillas a partir de los silicatos. Así, en condiciones de humedad y calor la hidrólisis dará lugar a arcillas caoliníticas, e incluso a un residuo final de gibbsita, Al(OH)₃. Por el contrario, en climas áridos la arcilla predominante resulta ser del tipo illita-esmectita. Cabe destacar, no obstante, que el mundo de los procesos formadores de arcillas es extraordinariamente complejo, por lo cual lo anteriormente dicho tiene que ser tomado únicamente en el contexto de una simplificación didáctica. Las figuras adjuntas ilustran la complejidad de variables implicadas.