Edafología

EL SUELO: CONCEPTO Y FORMACION

4.3.2 Procesos específicos de translocación (continuación)

Iluviación de arcilla
El proceso de ILUVIACIÓN DE ARCILLA o ILIMERIZACION representa la migración mecánica de la arcilla de los horizontes superficiales a los horizontes profundos del perfil.
Este proceso se puso de manifiesto al analizar la distribución de los contenidos en arcilla de los suelos en función de la profundidad. Se comprobó que en numerosos suelos se producía un fuerte incremento de los porcentajes de arcilla en los horizontes subsuperficiales. Hoy día esta distribución se justifica prioritariamente por la acción de las aguas de infiltración que arrastran parte de la arcilla de los horizontes superiores y la depositan en las zonas más profundas.


El proceso de eluviación-iluviación de arcilla, aunque muy complejo y no totalmente conocido, se puede explicar básicamente de una manera muy simple. El agua de las precipitaciones atmosféricas moviliza a la arcilla de los horizontes superiores, la cual al dispersarse pasa a la solución del suelo en forma de suspensión. Por la acción de la gravedad, las suspensiones se infiltran por el suelo a través de los macroporos. Al alcanzar estas suspensiones horizontes profundos en los que el suelo se encuentra seco (imagen A de la siguiente figura), el agua de las suspensiones que migran por los macroporos es succionada por los microporos de las zonas circundantes (imagen B; el agua pasa a estos microporos por presentar fuerzas de succión mucho mayores que las existentes en los macroporos). Las paredes de los macroporos actuan como filtros, ya que las partículas de arcilla no pueden pasar a través de los microporos y son retenidos y se concentran formando delgadas películas acuosas que rodean las paredes de los macroporos (imagen C). Finalmente al ser succionada la totalidad del agua del macroporo, las partículas quedan materialmente aplastadas sobre sus paredes y forman unas finas películas de arcilla con sus partículas dispuestas paralelamente entre si y a su vez paralelas a las paredes del poro, quedando fuertemente retenidas (imagen D).


Luego, en la siguiente fase húmeda, el proceso se repite y se forman de esta manera periódica unas películas de arcilla orientadas, cada vez más espesas y que muestran fuerte brillo. Estas películas se denominan clay-skins, o revestimientos o cutanes de arcilla, o arcilanes.

 
De igual manera, al entrar el agua de las suspensiones en el interior de los agregados edáficos va depositando sobre la superficie de estos a las partículas de arcilla, formando también arcilanes de iluviación que recubren los agregados.



 
El clima tiene una influencia decisiva en el proceso de iluviación. Así de la propia génesis de este proceso se deduce que para que tenga lugar es absolutamente imprescindible que el suelo pase por unas fases húmedas los suficientemente intensas como para que haya un exceso de agua de gravedad que se infiltre a través del suelo, ya que de no ser así no se produciría el arrastre de la arcilla. Además usualmente es necesario que el suelo pase por períodos de sequedad lo suficientemente largos e intensos como para que se produzca la total desecación de los macroporos de los horizontes inferiores del suelo. Un clima mediterráneo, sobre todo si es húmedo o subhúmedo, se considera como el más favorable para el desarrollo de la iluviación de arcilla.
En cuanto a las características favorables de los otros factores formadores, destacamos:

Roca madre. Permeable y con arcillas (o con minerales inestables que por alteración originen arcillas en suficientes cantidades).

Relieve. Llano o suavemente inclinado.

Tiempo. Como es un proceso intermitente y recurrente en el tiempo, necesita tiempos largos para manifetarse con suficiente intensidad. Típicamente en superficies muy estables.

El arrastre de las partículas de arcilla de los horizontes superficiales y su acumulación a una determinada profundidad, origina cambios visibles de coloración, textura, estructura y consistencia.
Desde un punto de vista macromorfológico, la translocación de las partículas de arcilla de un punto a otro, produce importantes efectos en el suelo, que podemos considerar a nivel macroscópico y microscópico. Su manifestación macromorfológica más significativa es la de producir un fuerte cambio textural en el perfil, apareciendo un horizonte superior empobrecido en partículas finas, de textura gruesa (es el horizonte eluvial u horizonte E) y un horizonte subsuperficial donde se acumula la arcilla iluvial, por tanto de textura fina (horizonte iluvial, Bt o árgico).


La deposición de la arcilla iluvial concentrada en determinadas zonas, da lugar a los revestimientos de arcilla (clay-skins o cutanes), que recubren las paredes de los macroporos o la superficie de los agregados.

 
Así, un perfil en el que la iluviación de arcilla ha sido muy intensa muestra una secuencia típica de horizontes A, E y Bt. El horizonte eluvial E se presenta decolorado, a veces de color blanco neto, de textura arenosa y estructuras poco desarrolladas. Por el contrario, el horizonte iluvial, presenta coloración parda o roja de altos cromas, su textura es arcillosa y presenta un fuerte desarrollo de la estructura, con amplias y numerosas grietas, de tipo en bloques angulares gruesos o prismática. Pero desgraciadamente, muy frecuentemente el perfil de un suelo ilimerizado no es tan demostrativo y es muy normal que el suelo carezca de horizonte E, bien porque no haya sido la iluviación de arcilla lo suficientemente intensa como para diferenciar al horizonte E del horizonte A, o porque al ser un horizonte superficial y de estructura poco desarrollada tiene gran tendencia a erosionarse, o muy frecuentemente debido simplemente a su mezcla con los horizontes adyacentes por el arado.


El estudio del suelo en el microscopio (micromorfología) constituye, a nuestra manera de ver, la técnica más eficaz para el reconocimiento de la arcilla iluvial, pues en lámina delgada es donde los revestimientos de arcilla muestran el conjunto de sus características, y tras un detenido estudio de su naturaleza, morfología, localización y contextura, es generalmente posible diferenciarlos de los cutanes de arcilla de presión . Debido a su hábito laminar, las partículas de arcilla tienden a orientarse paralelamente. El resultado es que al atravesarlas la luz polarizada, los fenómenos ópticos de cada partícula individual se suman a los de las partículas vecinas, comportándose el dominio arcillosos orientado como si se tratara de un único cristal, mostrando propiedades ópticas distintivas: color de interferencia, fenómenos de extinción (el modelo de extinción es una medida del grado de orientación), continuidad óptica, etc., que permiten hacer interpretaciones acerca del ambiente en el cual la partículas se han distribuido, así como la forma de acumularse.
Las características por las cuales se reconoce el origen iluvial de la arcilla en lámina delgada son: continuidad óptica, fuerte orientación preferida, intenso color de interferencia, existencia de laminaciones, contraste textural con la matriz adyacente, límite abrupto, color natural propio (amarillo o rojizo, dependiendo del Fe que las acompaña) y localización siempre recubriendo las paredes de los macroporos o las superficies de los agregados.


Las dificultades en el reconocimiento de los arcilanes iluviales mediante el microscopio petrográfico son debidas a dos situaciones distintas. Por un lado tenemos la propia estabilidad de las películas, que regulará su permanencia (los arcilanes al cabo del tiempo se destruyen desapareciendo totalmente) y por otra parte pueden existir problemas de confusión con otros arcilanes y dominios arcillosos de muy distintos orígenes (en general con orientaciones menos marcadas, de borde difusos, etc).
En resumen, en el perfil puede detectarse la iluviación por la presencia de un sequm E-Bt o por la existencia de clay-skins. A los clay-skins se les reconoce un importante papel diagnóstico. No obstante en algunas ocasiones, sobre todo en los suelos arcillosos, pueden confundirse con los cutanes formados por orientaciones de las partículas de arcilla por efecto de la presión, por lo que resulta muy recomendable su estudio en el microscopio.
El correcto reconocimiento del proceso iluvial es un hecho muy importante y su erróneo diagnóstico es la causa más frecuente de interpretaciones equivocadas en los estudios de suelos.

Geoquímica de suelos

            Las características de los suelos difieren en función de los aspectos geológicos, fisiográficos, y climáticos de una región. Estas condicionan sus perfiles típicos en cuanto al desarrollo (o ausencia) y extensión de los diferentes horizontes (A-C). Bajo el punto de vista de la geoquímica el horizonte B (de acumulación) presenta un gran interés, ya que es ahí donde suelen concentrase de preferencia los elementos químicos.

Horizontes del suelo

            No obstante, es importante es importante aclarar en este sentido que no existen recetas mágicas, y que por lo tanto conviene estudiar en cada caso cual de los horizontes concentra de preferencia el elemento que estamos investigando. La toma de muestras y estudio del perfil del suelo permite conocer la evolución del contenido metálico en profundidad, y de esta manera posibilita el seleccionar el horizonte más adecuado. Otro problema de interés es el  de la distribución de los elementos en las diferentes fracciones granulométricas de los suelos. Aunque generalmente la fracción más fina contiene más minerales de arcilla, materia orgánica, óxidos hidratados de Fe y Mn, y por lo tanto es la más rica en metales, conviene estudiar también cual es la que mejor concentra el elemento investigado. Generalmente se emplea la fracción menor a 80 mallas, lo que no significa que sea necesariamente la mejor en cada caso. El muestreo y análisis de suelos residuales es el método más empleado en prospección geoquímica. Este método de prospección es especialmente útil en las regiones con suelos profundos.

            Los estudios orientativos deben constituir el primer paso en la prospección geoquímica de suelos. Dichos estudios buscan determinar la existencia y características de las anomalías asociadas con un determinado foco emisor, y por lo tanto, deben desarrollarse cerca de un lugar con estas características. También deberemos establecer la distribución de elementos en sitios donde positivamente sepamos que no hay contaminación, ya que así podremos determinar de una forma fiables los valores de fondo para cada elemento. También sirven como datos orientativos los valores “normales” (promedio) de los elementos químicos en suelos (Tabla 1).

Elemento	Suelo y (rango) (ppm)	Plantas (peso en seco) (ppm)
S	700 (30-900)	3400
Cr	100 (5-3000)	0.23
Co	8 (1-40)	0.5
Ni	40 (10-1000)	3
Cu	20 (2-100)	14
Zn	50 (10-300)	100
As	6 (0.1-40)	0.2
Se	0.2 (0.01-2)	0.2
Mo	2 (0.2-5)	0.9
Cd	0.06 (0.01-0.7)	0.6
Sn	10 (2-200)	0.3
Cs	50	0.2
Hg	0.03 (0.01-0.3)	0.015
Pb	10 (2-200)	2.7

Tabla 1: Valores y rangos medios de algunos elementos químicos de interés en temas ambientales.

Datos para suelos y plantas.

            Otra labor a desarrollar durante esta etapa inicial es el determinar la naturaleza de la cubierta de suelos, esto es, si trata de una cubierta residual o transportada. También es importante establecer el tipo de análisis que permite definir mejor la zona contaminada. Por ejemplo, más interesante que el contenido total de un metal, puede ser el determinar el contenido de fácil solubilidad, ya que será más indicativo del aporte a través de soluciones ricas en ese metal. Aparte de las fuentes metálicas primarias de origen natural, están los compuestos de origen industrial, que deben ser tomados en cuenta para el análisis final de los datos. Entre estos están los fertilizantes, pesticidas, fungicidas e insecticidas, ya que algunos contienen compuestos metálicos (e.g. Pb(AsO₄), Na₃AsO₃, Cu₃(AsO₃)₂) u organometálicos. La selección del plan de muestreo de suelos se determina principalmente por la forma y dimensión, probada o probable, del foco de emisión. Otro factor a tomar en cuenta es la topografía del terreno, ya que las anomalías geoquímicas se desarrollan pendiente abajo a partir del foco de emisión.

            El diseño de la red de toma de muestras tiene que tomar en cuenta las características del problema que queremos tratar (tipo de anomalías buscadas, probable extensión de estas) y el presupuesto con que se cuenta, lo que condicionará el número de muestras que vamos a tomar. El método clásico de muestreo es a lo largo de perfiles, y las características de éstos dependerán entre otras consideraciones de la escala a que estamos trabajando (Tabla 2).

Escala	Intervalos entre perfiles	Intervalos entre puntos de muestreo
1: 1.000.000	12-8 km	100 m
1: 500.000	6-4 km	100 m
1: 200.000	2 km	100-50 m
1: 100.000	1 km	100-50 m
1: 50.000	0.5  km	50-40 m
1: 25.000	250-200 m	40-20 m
1: 10.000	100 m	20-10 m
1: 5.000	50 m	20-10 m
1: 2.000	20 m	10-5 m
1: 1.000	10 m	5 m

Tabla 2: características de los perfiles para toma de muestras de suelo dependiendo de la escala de trabajo.

            Para el diseño propiamente dicho se determina la dirección que deben tener los perfiles, normalmente perpendicular a la dirección principal que tenga el foco de emisión, si bien se pueden considerar otros factores como el topográfico: perpendicularmente a la pendiente del terreno, si ésta es aproximadamente constante, de forma que podemos verificar que los contaminantes sigan este patrón de migración descendente.

Trazado de perfiles (escala de detalle) para la toma de muestras en función de los focos de contaminación

y la topografía (izquierda). A la derecha se muestra el mapa final que muestra las anomalías

del elemento químico investigado.

            Una vez establecida la dirección que deben seguir los perfiles, hay que determinar el espaciado entre éstos y entre muestras sucesivas a lo largo de cada perfil. Una vez establecidos estos parámetros, se pasa al trabajo de campo, cuyo primer paso es la localización de los puntos de muestreo previstos en la malla diseñada. Estos puntos se localizan adecuadamente mediante taquimetría (o brújula) y cinta métrica, señalizándose mediante estacas de madera o metal, y se procede a la toma de muestras, mediante métodos “artesanales” (azada, pico, pala) o mediante herramientas diseñadas al efecto.

Toma de muestras de suelo en el distrito de Almadén (España) para la

determinación de contenidos de mercurio.

            Una vez tomadas las muestras, se pasa a su preparación para el análisis. Las muestras de suelos requieren un secado como primer paso. Para ello se extienden sobre papel de filtro o similar, en lugares cálidos, secos y bien aireados, pero evitando excesiva corriente de aire que pueda levantar polvo y mezclar las muestras. Una vez secas las muestras, se suele proceder a su cuarteo, para obtener distintas fracciones, que se emplearán para diferentes determinaciones. Para ello se emplean cuarteadores específicamente diseñados, o el método manual, basado en homogeneizar la muestra lo más posible, hacer con ella un “pastel” y dividirlo en cuatro cuartos. Se toman los cuartos opuestos por el vértice para una fracción y los otros dos para otra, sucesivamente hasta obtener la o las muestras que se requieran. Durante este proceso es conveniente deshacer los grumos de muestra apelmazados por la materia orgánica, para lo cual suele ser muy útil un rodillo de amasar.

     

Operaciones de preparación de muestras en el laboratorio:

de cuarteo (izquierda) y de deshacer “grumos” (derecha).

            También es conveniente eliminar los cantos de 1 cm o superior, que por lo general no suelen tener interés para el estudio. Una vez obtenidas estas fracciones o alícuotas de la muestra total, se reserva una para posibles comprobaciones (e.g. mediante el envío de algunas muestras a otro laboratorio), y el resto se dedican a las determinaciones requeridas. A menudo durante la preparación de la muestra se contempla su tamizado, ya que como hemos visto, muchas determinaciones químicas se hacen sobre muestras de tamaño de grano específico ya que los elementos a identificar se concentran en determinadas fracciones granulométricas, sobre todo en la fracción arcilla (metales pesados). Para ello se emplean unidades de tamizado adecuadas a la granulometría requerida, que es necesario conservar limpias entre muestra y muestra para evitar la contaminación de muestras sucesivas. En otros casos hay que proceder a la molienda de las muestras. Cuando los elementos de interés pueden estar concentrados en las fracciones más gruesas, se procede a esta molienda para homogeneizar el tamaño de partículas que se envían al laboratorio. En este caso es muy conveniente conocer la composición química del molino o mortero por el o por los que pasan las muestras, para evitar problemas de contaminación. En este sentido es vital la limpieza absoluta del equipo (mediante aire a presión y/o agua, o acetona, para evitar procesos de oxidación) entre muestras sucesivas, para evitar su contaminación. En definitiva, la preparación de las muestras es un proceso físico, en el que es posible que se produzcan problemas de contaminación, que solamente podrán evitarse siendo extremadamente cuidadosos en la limpieza de los equipos a utilizar y en un control detallado de cada uno de los procesos que llevemos a cabo.