Introducción A La Edafología

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COMPONENTES INORGÁNICOS DEL SUELO

OBJETIVOS Conocer los constituyentes minerales del suelo, su naturaleza y propiedades. Entender la influencia de los componentes inorgánicos en las propiedades de los suelos. Inferir las propiedades de los suelos a partir de su composición mineralógica.

ESQUEMA DE

LA

UNIDAD

Origen de los minerales del suelo. Copyright © 2008. Mundi-Prensa. All rights reserved.

Los minerales de las partículas del suelo. Minerales de la fracción arena y limo. Minerales de la fracción arcilla.

LECTURAS

RECOMENDADAS

Porta, J., López-Acevedo, M. y Roquero, C.: Edafología para la Agricultura y el Medio Ambiente. 3.ª ed. Mundi Prensa, 2003: Cap. 7. Dixon, J.B. y Schulze, D. G.: Soil Mineralogy with Environmental Applications. Soil Science Society of America, 866 págs.. Madison, W. 2002. Meunier, A.: Clays. Springer, 441 págs. Berlin, 2005.

Porta, Casanellas, Jaume. Introducción a la edafología: uso y protección del suelo, Mundi-Prensa, 2008. ProQuest Ebook Central, http://ebookcentral.proquest.com/lib/elibrorafaellandivarsp/detail.action?docID=3175738. Created from elibrorafaellandivarsp on 2019-07-18 09:48:12.

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1.

CONEXIONES DE APRENDIZAJE

CA. Completar el siguiente cuadro a partir de la lista de términos (puede haber varios que cumplen): alófana basalto calcilutita cuarzo erosión esquistosa evaporación

goetita granito granular halita hematita ilita microclina

mirabilita olivino ortosa pirita porfírica sienita yeso

Tres tectosilicatos

Tres rocas ígneas

Un mineral meteorizable Un tipo de estructura metamórfica Dos procesos de formación de rocas sedimentarias Una roca carbonatada Tres minerales de origen evaporítico

Dos texturas de rocas plutónicas Tres minerales que contienen hierro

Un mineral de arcilla Un mineral amorfo

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2.

ORIGEN DE LOS MINERALES DEL SUELO

Los componentes minerales son mayoritarios en todos los suelos a excepción de los Histosoles (suelos orgánicos). La fragmentación del material parental produce fracciones de distintos tamaños que pueden ser objeto de meteorización química. Por ello la fracción mineral del suelo estará compuesta por fragmentos directamente derivados del material parental (resistatos) y minerales heredados, transformados y neoformados durante la meteorización y la edafogénesis. La proporción relativa de las diversas fracciones es un indicador del grado de desarrollo del suelo. Así, suelos poco desarrollados sólo habrán sufrido la fragmentación física del material parental, mientras que en suelos con un mayor grado de desarrollo la meteorización química habrá actuado por más tiempo y habrá podido cambiar la composición y estructura de los minerales, por lo que tendrá más proporción de minerales transformados y neoformados. Estos procesos originan partículas de distintos tamaños, que pueden agruparse en distintas fracciones granulométricas. A igualdad de las demás condiciones, el grado de estabilidad mineral depende de su posición en la serie de Bowen, por otro lado, cuanto menor es el tamaño del grano, mayor será su susceptibilidad de meteorización, debido a la mayor superficie específica (área de interfase). Al estudiar la textura del suelo se agruparon las partículas en elementos gruesos, arena, limo y arcilla. Desde el punto de vista de composición y métodos de estudio, las fracciones granulométricas se caracterizan por:

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Fracción (USDA)

Elementos gruesos Arena gruesa

Diámetro

> 2 mm 0,5-2 mm

Métodos de estudio (Unidad 14)

Composición

Fragmentos de roca Fragmentos de roca con cierta alteración superficial

Arena media

0,25-0,5 mm Fragmentos de roca y minerales

Arena fina

0,1-0,25 mm Fragmentos mayoritariamente monominerales

Arena muy fina

0,05-0,1 mm Granos monominerales con cierta alteración 2-50 μm

Limo

< 2 μm

Arcilla

3.

Observación directa Microscopio petrográfico

Minerales heredados y transformados sin carácter coloidal

Microscopio petrográfico y difracción de rayos X

Minerales, principalmente filosilicatos, heredados, transformados y neoformados con carácter coloidal

Difracción de rayos X, análisis térmico diferencial, análisis termogravimétrico, espectroscopía de infrarrojos, microscopía electrónica, microanálisis.

OBSERVAR E INTERPRETAR

A1. Las siguientes microfotografías, tomadas con un microscopio petrográfico en modo de polarizadores cruzados, muestran las partículas del suelo a esta escala de observación, su naturaleza y tamaños.

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R. M. Poch

a) Compare las dos fotografías, haga un contaje de cada fracción granulométrica y determine su naturaleza, rellenando el siguiente cuadro: Cuarcitas

Cuarzo

Minerales opacos

Calcita

Elementos gruesos Arena gruesa Arena media

¿Qué se puede deducir sobre el material parental? b) Qué tipo de minerales pueden aparecer opacos en polarizadores cruzados? Se puede encontrar información en: http://www.hmag.gla.ac.uk/john/teaching/intro.htm (verificado en 2007).

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4.

LOS MINERALES DE LAS PARTÍCULAS DEL SUELO

Minerales de la fracción arena y limo A. SILICATOS Un 95% de la corteza terrestre, está formada por silicatos. Esta clase mineralógica es la más frecuente en los suelos, y es especialmente importante en ellos, ya que es la más rica en especies minerales y porque forman parte de ella los minerales de arcilla. La unidad de la estructura cristalina de los silicatos es un tetraedro regular con un núcleo de silicio unido a cuatro átomos de oxígeno por enlaces covalentes, que se encuentran en los vértices, con la fórmula general SiO44–.

Anne E. Egger, M.A/M.S. «Minerales III: Los Silicatos», Visionlearning Vol. EAS-2 (9s), 2006. http://www.visionlearning.com/library/module_viewer.php?mid=140&l=s

Los distintos tipos de silicatos se distinguen por el número y el modo de agrupación de esta unidad estructural. Para ver los distintos tipos de estructuras se puede consultar Porta et al. (2003) y http:// web.visionlearning.com/silica_molecules.shtml Nesosilicatos Esta subclase está formada por tetraedros aislados que compensan las cargas negativas de los vértices con distintos cationes divalentes, que les sirven de enlace. Los más frecuentes son: Olivino. Los cationes de enlace son Fe2+ y Mg2+. La composición es variable según la riqueza relativa de ambos cationes, con lo que el grupo del olivino forma una serie continua desde fayalita (100% Fe) a la forsterita (100% Mg). Son minerales típicos de rocas máficas. Los enlaces Mg-O y Fe-O son muy débiles, por lo que se meteorizarán con mucha facilidad hacia otros minerales.

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Circón. El catión de enlace es el circonio. Es un mineral muy resistente a la meteorización, por lo que se acumula de forma residual en las arenas de suelos muy desarrollados. La desaparición del resto de minerales más meteorizables hace que tenga lugar un enriquecimiento relativo en circón. Granate. Es un grupo de nesosilicatos típicos de rocas metamórficas. Los cationes de enlace son Fe2+ y Al3+. Puede aparecer en arenas de suelos formados a partir de este tipo de rocas. Son minerales muy meteorizables, por lo que no suelen presentarse en los suelos con cierto desarrollo. Sorosilicatos y ciclosilicatos En estas dos subclases los tetraedros de sílice se agrupan dos a dos (sorosilicatos) o en forma de anillos (ciclosilicatos). Las distintas especies minerales se distinguen por los cationes que compensan las cargas negativas de los vértices de los tetraedros. Son relativamente estables. Los más frecuentes en los suelos son el berilo (Be), la turmalina (Al, F, B) y la epidota (Ca, Al, Fe), que se encuentran normalmente en la fracción arena. Inosilicatos Esta subclase está formada por cadenas de tetraedros simples o dobles. Las primeras son el grupo de los piroxenos, en que cada tetraedro comparte dos vértices con los adyacentes para formar una cadena lineal simple. Las cadenas dobles forman el grupo de los anfíboles, en que se juntan longitudinalmente dos cadenas simples originando huecos ocupados por oxihidrilos. Los enlaces Ca-O, Mg-O y Fe-O son muy débiles por lo que tanto los

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anfíboles como los piroxenos son minerales muy meteorizables y sólo se encuentran en las fracciones gruesas, normalmente alterados a arcillas y su presencia indica un bajo grado de desarrollo del suelo. Los dos minerales más frecuentes son: Augita (piroxeno). Mineral típico de rocas básicas, en que las cargas negativas de los tetraedros están compensadas por Ca, Mg y Fe. Hornblenda (anfíbol). Se encuentra en rocas menos básicas que los piroxenos (es un componente común en los granitos) y los principales cationes que contiene son Ca, Mg, Fe y Al. Filosilicatos Esta subclase presenta estructuras en láminas, que se encuentran apiladas en forma de paquetes, como en un hojaldre. Las láminas son de dos tipos: tetraédricas, en que los tetraedros de silicio (láminas T) comparten tres vértices entre ellos; y octaédricas, en que la unidad de construcción es un octaedro con un núcleo de Al o de Mg y seis vértices ocupados por oxígenos y oxihidrilos (láminas O). Las distintas combinaciones de ambas láminas y la naturaleza de la unión entre ellas son lo que distingue los diferentes tipos de filosilicatos: las secuencias de capas T-O forman los filosilicatos 1:1, las formadas por capas T-O-T son los filosilicatos 2:1, y por otro lado, las formadas por capas T-O-T-O son los filosilicatos 2:1:1. Son minerales muy importantes en los suelos y en la industria ya que constituyen los minerales de arcilla. Determinan muchas de las propiedades físicas y químicas de los suelos, como la capacidad de intercambio iónico, retención de agua, procesos de expansión–retracción, susceptibilidad de adsorber y liberar nutrientes o capacidad de interacción con la materia orgánica para formar el complejo arcillo–húmico. Pueden encontrarse filosilicatos como la biotita (mica negra) y la moscovita (mica blanca) en fracciones gruesas de los suelos, considerándose entonces como minerales heredados. Estos filosilicatos están a menudo meteorizados: la meteorización consiste en la separación de las láminas que se van hidratando y liberando cationes; y en la reorganización/síntesis de nuevos minerales de arcilla. Precisando terminología: Arcilla vs. Arcilla

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El término «arcilla» se puede definir de dos maneras, como fracción granulométrica y como mineral. En el primer caso, son las partículas menores de 2 μm, sea cual sea su composición mineralógica. Los minerales de arcilla, por el contrario, comprenden los filosilicatos y también otros silicatos sin estructura laminar, como la alófana. Ni todos los minerales de arcilla tienen diámetros menores de 2 μm, ni toda la fracción arcilla de los suelos está compuesta de minerales de arcilla, ya que otros compuestos tales como óxidos, hidróxidos, carbonatos o compuestos coloidales pueden formar parte de aquella fracción.

Fragmento de biotita (filosilicato 2:1) alterada: se observa la separación de las láminas y un oscurecimiento por liberación de hierro. (Microfotografía en microscopio petrográfico en polarizadores paralelos, longitud de la microfotografía 3.3 mm). R. M. Poch

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Tectosilicatos Esta subclase presenta una estructura en tres dimensiones, en que los tetraedros comparten la totalidad de sus vértices con otros tetraedros. El cuarzo está compuesto exclusivamente de Si y O unidos por enlaces covalentes y con la fórmula general SiO2, ya que no tiene cargas que compensar con otros cationes. Debido a su estructura compacta y sin huecos es un mineral muy resistente a la meteorización, de gran dureza, eléctricamente neutro, por lo que se encuentra en la mayoría de los suelos en la fracción arena. Sólo en medios tropicales muy agresivos o a pH muy extremos puede meteorizarse formando grietas en su superficie (runicuarzo), pero en el resto de medios edáficos aparece inalterado. Los otros minerales de la subclase presentan sustituciones isomórficas de silicio (4+) por aluminio (3+) en el interior de los tetraedros, lo que genera un déficit de carga positiva, que es compensado por cationes en cantidades variables. Como resultado se forman los feldespatos alcalinos, como la ortosa (feldespato potásico) o la sanidina (feldespato sódico-potásico); y el grupo de las plagioclasas, (tectosilicatos sódicos y cálcicos), formando, en este caso una serie continua, desde la anortita (100% Ca) hasta la albita (100% Na). Los tectosilicatos son el grupo de minerales más resistentes a la meteorización, y predominan en rocas ácidas y neutras. Dentro de ellos, la albita es el más alterable (Diagrama de Mason).

Saprolita de granito observada en microscopio petrográfico, en polarizadores paralelos (PPL, izquierda) y cruzados (XPL, derecha). Se observan plagioclasas meteorizadas (fragmentos delineados) de apariencia borrosa, micas alteradas (fragmentos de color marrón en PPL) y granos de cuarzo frescos (el resto). R. M. Poch.

B.

OBSERVAR Y COMPLETAR

A1. Complete el siguiente esquema conceptual. Clase: Silicatos

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Subclases

Tetraedros aislados

Grupos de dos Tetraedros

Estructura en anillos

Estructura en cadenas

simples

Estructura en láminas (2D)

Estructura en armazón (3D)

dobles

grupos

Feldespatos

Subgrupos

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Sílice

C.

ANALIZAR E INTERPRETAR

G2. Al consultar el mapa geológico de una zona cuyos suelos está cartografiando, observa que hay dos tipos de materiales parentales: basalto y sienita alcalina. a) Busque la composición mineralógica estándar de ambos tipos de rocas en Internet, o en Información Complementaria A. b) Indique qué tipos de minerales son los más meteorizables en cada caso, de acuerdo a la serie de Bowen (ver Información Complementaria A). c)

Proponga una composición probable de la fracción arena de los suelos formados a partir de estas rocas.

d)

¿Existe la posibilidad de que la vegetación muestre déficit de hierro en estos suelos?

D. CARBONATOS Las rocas carbonatadas, tales como las calizas y dolomías, son el material parental de muchos suelos. Bajo climas áridos y semiáridos, caracterizados por un régimen hídrico no percolante, el carbonato cálcico (CaCO3) y en menor medida la dolomita (CaMg(CO3)2) serán componentes importantes de los suelos y determinarán muchas de sus propiedades. Constituyen los suelos carbonatados o CalcisolesWRB y otras clases de suelos. El carbonato cálcico más común es la calcita. Según el tamaño de los cristales, la terminología utilizada es: micrita (ø < 10 μm), microesparita (10 < ø < 80 μm) y esparita (ø > 80 μm). La meteorización de la calcita tiene lugar por disolución en agua que contenga CO2, y su solubilidad en agua pura es de 5 a 6 mgL–1. Su producto de solubilidad es Kps (calcita) = 4,5 × 10–9. Está regida por el equilibrio carbonato-bicarbonato, según el cual la disolución es mayor en agua que contenga anhídrido carbónico. CO2 + H2O ↔ H+ + HCO3– CaCO3 + H2O + CO2 → Ca2+ + 2HCO3Ello es especialmente importante en los suelos, ya que la respiración de las raíces y de la biota edáfica producen CO2, que favorecerá la disolución de los carbonatos. El mismo equilibrio amortigua las variaciones de pH, de manera que en suelos con carbonato cálcico, el pH estará tamponado a valores de 7.5 a 8.5, que es el pK de la reacción de disolución.

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E.

YESO

El yeso es sulfato cálcico dihidratado (CaSO4.2H2O). Forma parte de las rocas evaporíticas. Es mucho más soluble en agua pura que el carbonato cálcico; en un orden de magnitud (2.6 gL–1 a 25 ºC), por lo que sólo aparece como componente del suelo en climas áridos y semiáridos. Debido a su solubilidad sufre ciclos estacionales de disolución-reprecipitación en el suelo. El yeso edáfico tiene forma de cristales lenticulares, y normalmente resulta de la precipitación en el interior de poros, a partir de una solución del suelo saturada en yeso. Su acumulación da lugar a la formación de horizontes gypsicos. Posteriormente, la actividad de la fauna mezcla estos cristales con la matriz del suelo. En ciertas condiciones, estos cristales pueden recrecer y ensamblarse entre ellos, originando horizontes cementados, denominados horizontes petrogypsicos. Los suelos que contienen yeso en cantidades que afectan su comportamiento se denominan suelos yesíferos, GypsisolesWRB o GypsidsST (Aridisoles), entre otros. Desde el punto de vista de fertilidad del suelo, la presencia no mayoritaria de yeso resulta positiva, ya que la solución del suelo estará saturada en calcio que, como catión bivalente, favorece la estructuración del suelo y evita procesos de sodificación. Como efectos negativos cabe destacar algunos antagonismos del calcio y los sulfatos con otros iones. Cuando el suelo contiene más de un 60% de yeso, los horizontes gypsicos son masivos y resultan impenetrables por las raíces, con lo que la profundidad efectiva del suelo se limita al epipedión. Materiales parentales muy ricos en yeso sufren procesos de karstificación debido a su solubilidad, con la aparición de socavones y subsidencias. Otros problemas geotécnicos derivan del contenido en ión sulfato en la solución del suelo, que la hace corrosiva frente al hormigón corriente o al acero. Las particularidades de los suelos yesosos hacen que los ecosistemas que en ellos se desarrollan sean a menudo endémicos y de gran valor ambiental.

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Microfotografía en polarizadores cruzados en la que se observan cristales lenticulares de yeso, de color blanco, rellenando poros (de color negro), y mezclados parcialmente con la masa basal carbonática (color pardo). Ver p. 82. R. M. Poch

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Desde el punto de vista analítico hay que tener precauciones con estos suelos, ya que los procedimientos estándar de los laboratorios pueden distorsionar los resultados. En concreto, el calentamiento a más de 40–50 ºC hace desaparecer agua de hidratación del yeso. Por otro lado, la dispersión de las partículas de arcilla es difícil , debido a la saturación por calcio, por lo que los análisis granulométricos deben realizarse con técnicas específicas.

Horizonte de acumulación masiva de yeso microcristalino (90% yeso). R. M. Poch

F.

SALES MÁS SOLUBLES QUE EL YESO

Las sales más solubles que el yeso pueden presentarse en suelos de climas semiáridos, áridos e hiperáridos. Se consideran como tales los cloruros (Na, Mg) y los sulfatos (Na, Mg), con solubilidades mayores de 40gL–1, y Porta, Casanellas, Jaume. Introducción a la edafología: uso y protección del suelo, Mundi-Prensa, 2008. ProQuest Ebook Central, http://ebookcentral.proquest.com/lib/elibrorafaellandivarsp/detail.action?docID=3175738. Created from elibrorafaellandivarsp on 2019-07-18 09:48:12.

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normalmente en el intervalo entre 250 a 400 g L–1. Los suelos con sales solubles en cantidades importantes se denominan suelos salinos o Solonchaks WRB o los SalidsST. Presentan una alta variabilidad estacional: en periodos húmedos las sales se disuelven y pueden ser translocadas, y en periodos secos ascienden por capilaridad y precipitan en forma de eflorescencias blancas en la superficie del suelo, a partir de la solución del suelo. A menudo al precipitar al secarse el suelo dan lugar a sales hidratadas, en mayor o menor grado, dependiendo de las condiciones hidroquímicas del suelo y del entorno geomorfológico. Pueden dar lugar a un ahuecamiento de la superficie del suelo (Solonchak bufado).

Superficie de un Solonchak bufado, Fuerteventura, España.

J. Porta

La presencia de sales solubles dificulta enormemente la utilización del suelo, ya que debido a la elevada presión osmótica las raíces y la biota del suelo no pueden absorber agua y sufrirán sequía fisiológica. Ahora bien en estos suelos pueden establecerse comunidades halófilas que presentan estrategias que les permiten superar el exceso de sales. Esta vegetación a menudo tiene un valor ambiental elevado, e incluso económico, ya que, por ejemplo, en el caso de la Salicornia, pueden cosecharse sus tallos para condimentarlos en vinagre, para ser consumidos. Sólo se sirven en restaurantes elegantes, por lo que su precio puede ser elevado.

G.

COMPLETAR INFORMACIÓN

A1.

Buscar información para completar el cuadro siguiente.

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Sal

Denominación

Solubilidad (gL–1)

Minerales de la fracción arcilla La importancia de los minerales de la fracción arcilla radica en que tienen cierta movilidad en el suelo por su comportamiento coloidal, y en que tienen carga superficial y capacidad de adsorción de iones. Son los componentes inorgánicos más reactivos junto con la fracción orgánica, y son los responsables de muchos procesos formadores, por ejemplo, la translocación de arcilla. Muchos de estos minerales son específicos de medios edáficos: no se encuentran en ambientes puramente geológicos, ya que requieren la interacción de la biosfera, hidrosfera y atmosfera para poderse formar. Desde el punto de vista de las funciones del suelo, algunos de ellos tienen aplicaciones industriales, por su gran capacidad de adsorción iónica y por su elevada superficie específica.

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A. FILOSILICATOS a)

Principios estructurales

Los filosilicatos son combinaciones de dos tipos de capas que se unen de forma regular: una tetraédrica (planos formados por tetraedros de silicio, con enlaces colavalentes Si – O, y que comparten sus tres oxígenos basales), y otra octaédrica (planos formados por octaedros de aluminio o magnesio con oxígeno – hidroxilo en sus vértices). Esta capa se denomina dioctaédrica o capa gíbsitica (formada por aluminio), y trioctaédrica o capa brucítica (formada por magnesio).

y

Hidroxilo

Oxígeno

y

Aluminio, Magnesio

Capas Tetraédricas

Silicio Si2O52–

Silicio

Capas Octaédricas

Brucíticas o trioctaédricas Mg3 (OH)6

Posibles sustituciones isomórficas de Si4+ por Al3+

Gibbsíticas o dioctaédricas Al2 (OH)6 Posible sustitución isomórfica de Al3+ por Fe2+ o Mg2+

Las arcillas se clasifican, desde el punto de vista estructural en:

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— Arcillas 1:1 cuando están formadas por paquetes o láminas, cada uno de los cuales está formado por una capa tetraédrica y una octaédrica. — Arcillas 2:1 cuando están formadas por paquetes o láminas, cada uno de los cuales está formado por dos capas tetraédricas y una octaédrica central, según se muestra en la figura:

— Arcillas 2:1:1 cuando están formadas por paquetes o láminas, cada uno de los cuales está formado por dos capas tetraédricas, cuyo espacio interlaminar está ocupado por una capa octaédrica. Porta, Casanellas, Jaume. Introducción a la edafología: uso y protección del suelo, Mundi-Prensa, 2008. ProQuest Ebook Central, http://ebookcentral.proquest.com/lib/elibrorafaellandivarsp/detail.action?docID=3175738. Created from elibrorafaellandivarsp on 2019-07-18 09:48:12.

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La distancia entre un cierto plano de un paquete y su homólogo en el paquete inmediato se denomina distancia basal, que es una característica de cada tipo de arcilla y que se utiliza para su identificación. Esta distancia puede ser constante o variable, en función del tipo de arcilla y de las propiedades de la solución del suelo, dependiendo de la facilidad de la arcilla para abrir los espacios interlaminares e incorporar moléculas de agua o cationes hidratados. — Carga superficial: en el momento de formarse un mineral de arcilla, si el medio es rico en aluminio, al tener éste un tamaño semejante (0,55 Å) al del silicio (0,39Å) puede ocupar su lugar en la red cristalina, lo que se denomina sustitución isomórfica. La diferencia de tamaños hace que un tetraedro de aluminio sea menos estable que uno de silicio. Por otro lado, al tener menor carga el aluminio que el silicio, se genera un déficit de carga positiva, de carácter permanente: carga permanente negativa en la superficie de la arcilla. Análogamente, puede haber sustituciones isomórficas en la capa octaédrica, en la que el aluminio sea sustituido por el magnesio y el hierro, Fe(II), lo que origina a su vez un déficit de carga positiva de carácter permanente. Por otro lado, en los extremos de las láminas también pueden aparecer cargas eléctricas, si bien en este caso pueden ser negativas o positivas, dependiendo del pH del medio, por lo que se trata de cargas variables. Son debidas a la disociación del grupo OH o a su protonación: — SiOH → SiO– + ….. H+ — SiOH (en el punto isoeléctrico) + — AlOH + H+ → – AlOH2 — La carga superficial es responsable de la capacidad de hidratación de las arcillas, y de la capacidad de intercambio iónico, ya que en su superficie, se pueden adsorber iones (Unidad 8).

B.

COMPLETAR INFORMACIÓN

A1. Complete el siguiente cuadro indicando, para la estructura de la capa tetraédrica que se muestra, cuál es la carga permanente, la variable y el balance de carga total. pH del medio

Ácido

Estructura

Si

Al

Carga permanente

Carga variable

Carga total

Si

OH2+

Neutro

Si

Al

Si

OH

Básico

Si

Al

Si

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O–

c) Arcillas 1:1 Son arcillas típicas de medios tropicales húmedos, si bien pueden presentarse en otros muchos suelos. Se agrupan bajo la denominación de canditas. Tienen un cociente Si/Al bajo, y son características de medios muy meteorizados y lavados, en los que al haberse lavado la sílice sólo pueden neoformarse arcillas 1:1. Al meteorizarse liberan muy pocos cationes básicos. Caolinita Es una arcilla dioctaédrica, con una distancia basal constante de 0,72 nm. La cohesión entre láminas 1:1 se debe a puentes de hidrógeno, ya que carecen de sustituciones isomórficas que les proporcionen carga superficial permanente. La carga que presentan es dependiente del pH, y se localiza en extremos rotos de las láminas. Estas arcillas tienen una superficie específica baja (< 40 m2g–1) y una CIC también baja (1-10 cmolc kg–1). Su morfología en microscopía electrónica de transmisión es en plaquetas hexagonales, con tamaños de hasta limo fino.

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Caolinita.

Cortesía de E. A. FitzPatrick

Haloisita Su composición es idéntica a la de la caolinita, pero tiene una distancia basal variable (0,73-1,01 nm) debido a la hidratación entre las capas 1:1. Se deshidrata de forma irreversible cuando se calienta a 100 ºC, convirtiéndose a metahaloisita. La morfología en microscopía electrónica de transmisión es tubular o esferoidal. Tiene una capacidad de intercambio catiónico (CIC) ligeramente más elevada que la caolinita. d)

Arcillas 2:1 con distancia basal constante

Son arcillas presentes en casi todos los suelos, y se consideran heredadas del material parental, excepto la ilita en algunos casos. Representan el punto de partida para la formación de otros minerales de arcilla. Moscovita Arcilla dioctaédrica con numerosas sustituciones isomórficas en la capa tetraédrica, compensadas por K+ no hidratado entre las capas, con una posición relativamente fija, debido a un enlace iónico K–O (complejo de superficie de esfera interna). La distancia basal es de 1,0 a 1,02 nm y tiene una CIC relativamente baja.

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Ilita Arcilla dioctaédrica con composición similar a la moscovita, pero con menos sustituciones isomórficas y menor contenido en K+ entre las capas. Es más hidratada y tiene un contenido mayor en cationes. Tiene sustituciones isomórficas en la capa dioctaédrica con más hierro y magnesio en lugar del aluminio que en la moscovita. Su CIC es del orden de 10-40 cmolcKg–1 arcilla, y su distancia basal 1,01 nm. Se la considera un producto de meteorización de otros filosilicatos 2:1 (moscovita, biotita), o bien neoformada. Tiene una superficie específica entre 100-120 m2g–1. Biotita Es una arcilla trioctaédrica, en la que las posiciones de los cationes en la capa octaédrica están ocupadas por cationes divalentes. Según la riqueza relativa, forma una serie continua desde 100% Fe2+ (biotita) a 100% Mg2+ (flogopita). Tiene numerosas sustituciones isomórficas en la capa tetraédrica, compensadas por K+ no hidratado entre capas, con una posición fija debida a enlaces iónicos K-O. Su distancia basal es de 1,03 nm y tiene una CIC relativamente baja. e) Arcillas 2:1 con distancia basal variable Estas arcillas están formadas por láminas separadas por cationes con grados de hidratación variables, con lo cual la distancia basal varía en función de la humedad del medio, entre 1,0 y 1,5 (1,7-1,9) nm. Son productos de transformación de micas y cloritas, en función de la disponibilidad de cationes en el medio de formación. TamPorta, Casanellas, Jaume. Introducción a la edafología: uso y protección del suelo, Mundi-Prensa, 2008. ProQuest Ebook Central, http://ebookcentral.proquest.com/lib/elibrorafaellandivarsp/detail.action?docID=3175738. Created from elibrorafaellandivarsp on 2019-07-18 09:48:12.

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bién pueden ser de neoformación en medios ricos en sílice, magnesio y hierro en condiciones de drenaje deficiente. Condicionan de forma importante las propiedades físicas (expansión–retracción del suelo) y químicas (capacidad de intercambio catiónico) de los suelos en que se encuentran. Vermiculitas Pueden ser dioctaédricas o trioctaédricas. Tienen una carga superficial elevada, con lo que los cationes hidratados entre las láminas están fuertemente retenidos. Tienen una capacidad de expansión-retracción moderada. Su CIC es del orden de 120–150 cmolckg–1 arcilla, y su superficie específica entre 600–800 m2g–1. Es necesario llegar a una temperatura superior a los 300 ºC para su deshidratación completa. Esmectitas Tienen una carga superficial menor que las vermiculitas, con lo que su capacidad de intercambio catiónico es menor, del orden de 80-150 cmolckg–1 arcilla, y se deshidratan fácilmente. Su capacidad de expansión-retracción es muy elevada. Su superficie específica es de 600-800 m2g–1. Dentro del grupo de las esmectitas pueden distinguirse: — Montmorillonita: dioctaédrica, con sustituciones isomórficas en la capa octaédrica. — Beidellita y nontronita: dioctaédricas, con sustituciones isomórficas en la capa tetraédrica. Las nontronitas presentan un predominio de Fe (III) en la capa octaédrica. Son características de Vertisoles formados a partir de basaltos. — Saponita: trioctaédrica. f)

Arcillas 2:1:1

Se caracterizan por estar formados por láminas 2:1 separadas por una capa octaédrica que puede ser bien dioctaédrica (gibbsítica) o trioctaédrica (brucítica). Pueden ser heredadas y neoformadas, y se consideran poco estables en los suelos. El grupo más importante son las cloritas. Tienen una distancia basal constante, entre 1,41,45 nm. Su CIC está entre 10–40 cmolckg–1 arcilla, y su superficie específica entre 70 y 150 m2g–1. g)

Arcillas interestratificadas

La meteorización y transformación de arcillas puede producir estructuras mixtas con distancias basales no definidas, entre la arcilla de partida y la arcilla neoformada, que se denominan arcillas interestratificadas. Como ejemplos cabe destacar los interestratificados clorita–vermiculita, o mica–clorita. h)

Minerales fibrosos

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Bajo esta denominación se incluyen arcillas formadas por láminas no continuas, con huecos regulares, canales estrechos que les confiere una alta porosidad y en los que se localizan cationes intercambiables y moléculas de agua (agua zeolítica). Como ejemplo cabe destacar la paligorskita o la sepiolita, arcillas neoformadas en medios áridos y semiáridos.

Paligorskita.

Cortesía de E. A. Fitz Patrik

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B.

SILICATOS AMORFOS

En este grupo se encuentran silicatos con bajo grado de ordenación, y por lo tanto no tienen distancia basal característica. Son una mezcla de tetraedros (Si, Al) y octaedros (Al, Fe, Mg) altamente desordenados o amorfos, con una estructura esponjosa que contiene numerosos espacios huecos. Eventualmente incluyen cationes como Ca, K y Na. Debido a su estructura esponjosa y abierta tienen una elevada superficie específica (>500 m2g–1), y son poco estables. Se caracterizan por su elevada capacidad de hidratación debida a puentes de hidrógeno en los espacios vacíos, por una capacidad de intercambio iónico dependiente del pH (extremos de cadenas de sílice y alúmina), y por una baja carga permanente debida a sustituciones isomórficas en tetraedros. La existencia de carga variable se puede identificar en campo con la prueba del NaF (test de Fieldes-Perrot) (Porta et al., 2005). Son típicos de suelos volcánicos poco desarrollados, procedentes de la meteorización de vidrio volcánico. También se encuentran en EspodosolesST muy meteorizados, entre otros suelos. Están representados por la alófana (hidratación elevada, morfología globular en microscopía electrónica de transmisión), y la imogolita (morfología fibrosa en microscopía electrónica de transmisión, cristalinidad mayor que la alófana). Las zeolitas se consideran tectosilicatos, si bien están íntimamente relacionadas con las arcillas. Tienen estructuras muy abiertas, formadas por tetraedros que dan lugar a cavidades y a un sistema de canales interconectados. Presentan una alta capacidad de intercambio catiónico (100 a 300 cmolc kg–1) compensada por calcio, sodio y potasio. Pueden adsorber agua de forma reversible. Su origen está relacionado con rocas piroclásticas y vidrios volcánicos. C. ÓXIDOS OXIHIDRÓXIDOS La fracción arcilla de los suelos normalmente está teñida por óxidos e hidróxidos, los cuales son indicadores de las condiciones de formación de los suelos. Dentro de los elementos cromógenos, los más importantes son los compuestos del hierro. Las diferentes formas de los óxidos dependen del pH y el potencial redox. En condiciones de pH alto y medio oxidante, la forma estable es la férrica (Fe3+), como óxido hidratado en distintos grados, que confiere al suelo colores amarillentos o pardos (goetita) o más rojizos (hematita). En climas más secos, la forma más estable es la deshidratada (hematita), mientras que en condiciones de sequía menos drásticas predomina la goetita. Otros óxidos de Fe indicadores de ambientes edáficos son la ferrihidrita, la lepidocrocita, la magnetita o la siderita.

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Mineral

Fórmula

Color Munsell

Goetita

FeOOH

10YR 8/6

amarillo

Goetita

FeOOH

7.5YR 5/6

marrón fuerte

Hematita

Fe2O3

5R 3/6

rojo

Hematita

Fe2O3

10R 4/8

rojo

Lepidocrocita

FeOOH

5YR 6/8

amarillo rojizo

Lepidocrocita

FeOOH

2.5YR 4/6

rojo

Ferrihidrita

Fe5 HO8.4H2O

2.5YR 3/6

rojo oscuro

Maghemita

Fe2O3

Schwertmanita

Fe3+16O16(OH,SO4)12-1310-12H2O

amarillo pardo

Magnetita

Fe3O4

negro

Sulfuro de hierro

FeS

10YR 2/1

negro

Pirita

FeS2

10YR 2/1

negro metálico

Jarosita

K Fe3 (OH)6 (SO4)2

5Y 6/4

amarillo pálido

Pirolusita

MnO2

Sibbsita

α < Al(OH)3

Bohemita

γ-AlOOH

Siderita

FeCO3

2.5YR-5YR

(Ampliado y modificado del NRCS-USDA, 2002).

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Color

rojo

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Colores de algunos óxidos de hierro (Cortesía de Bigham et al., 2002).

En suelos básicos, como los calizos, se favorece la oxidación e insolubilización del hierro, lo cual puede causar déficits de Fe en las plantas. Por el contrario, en suelos fuertemente ácidos puede ocurrir toxicidad debida al Fe, por su abundancia en la solución del suelo.

5.

CONOCER Y COMPRENDER

CC. Seleccionar el término más adecuado de entre los propuestos. Por orden de importancia en porcentaje en masa, los tres elementos químicos más abundantes en los minerales de la superficie terrestre que se pueden encontrar en los suelos son (1) _________, (2) __________y el (3) __________. Los minerales petrogenéticos que forman las rocas de la corteza son un en 95% (4) __________. La estructura cristalina de los minerales más abundantes en la mayoría de los suelos consta de un (5) _________ con un átomo de (6) ________ y un (7) _________ con un átomo de (8) ________. La sustitución de uno de estos átomos por otro de tamaño semejante, si bien de menor carga se conoce como sustitución isomórfica y da origen a (9) ________, lo que confiere propiedades importantes al mineral y al suelo que lo contenga. La carga se denomina (10) ________.

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Partiendo de la meteorización de una misma roca, en las distintas fracciones granulométricas del suelo resultante se encontrarán (11) ________ especies minerales. El término arcilla se utiliza con dos significados distintos, uno de ellos hace referencia a (12) _________ y la otra a (13) _________. Las caolinitas son arcillas (14) __________, mientras que las montmorillonitas son (15) ________, siendo estas últimas (16) ___________. El orden de magnitud de la superficie específica de los minerales de arcilla es de (17) _________, por lo que serán los componentes (18) _______ activos desde un punto de vista de su reactividad química. (1) (2) (3) (4) (5) (6) (7) (8) (9) (10) (11) (12) (13) (14) (15) (16) (17) (18)

a) silicio a) oxígeno a) silicio a) carbonatos a) tetraedro a) silicio a) hexaedro a) silicio a) distorsión en el cristal a) eléctrica a) las mismas a) mineralogía a) mineralogía a) 1:1 a) 1:1 a) blancas a) 10 a) más

b) oxígeno b) hierro b) oxígeno b) granitos b) dodecaedro b) aluminio b) octaedro b) aluminio b) carga eléctrica – b) variable b) diferentes b) tamaño de grano b) tamaño de grano b) 2:1 b) 2:1 b) expansibles b) 450 b) menos

c) calcio c) aluminio c) calcio c) silicatos c) lámina c) hierro c) lámina c) hierro c) una alteración c) permanente c) semejantes c) origen c) origen c) T-O-T c) T-O c) rojas c) 106 c) poco

6.

ESTUDIO DE CASOS: GESTIÓN DE INFORMACIÓN

d) carbono d) silicio d) aluminio d) basaltos d) filosilicato d) magnesio d) filosilicato d) magnesio d) una anomalía d) invariable d) equivalentes d) procedencia d) nesosilicato d) 2:1:1 d) 2:1:1 d) no expansibles d) 25 d) bio-

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1. El siguiente suelo se encuentra en los Pirineos catalanes, con una precipitación de 1500 mm anuales y una ETP anual de 800 mm.

Código perfil: CER941A Altitud: 1.820 m Régimen de temperatura del suelo: críico (frío: 0 < tmas < 8 ºC) Régimen de humedad del suelo: údico Material originario: rocas metamórficas carbonatadas y depósitos de ladera Vegetación: Pastos heliófilos mesófilos (Mesobromion)

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Descripción del perfil: 0-2 cm : O Húmedo, COLOR: De la matriz: 10 YR 3/4 (húmedo);. EST. DE ÓXIDO-REDUCCIÓN: Oxidación. ELEMENTOS GRUESOS: pocos. CONSISTENCIA: Poco compacto. MATERIA ORGÁNICA: horizonte orgánico. RAÍCES: frecuentes. ENSAYOS DE CAMPO: En la matriz, respuesta al HCl (11 %), nula. LÍMITE INFERIOR: Neto, plano. 2-24 cm : A1 Húmedo, COLOR: De la matriz: 10 YR 3/3 (húmedo);. EST. DE ÓXIDO-REDUCCIÓN: Oxidación. ELEMENTOS GRUESOS: pocos. TEXTURA: Franco-arcillosa. ESTRUCTURA: Muy fuerte, migajosa, fina. CONSISTENCIA: Compacto, friable. MATERIA ORGÁNICA: Poca. RAÍCES: frecuentes. ENSAYOS DE CAMPO: En la matriz, respuesta al HCl (11 %), nula. LÍMITE INFERIOR: Neto, plano. 9-24 cm : A2 Húmedo, COLOR: De la matriz: 10 YR 3/4 (húmedo);. EST. DE ÓXIDO-REDUCCIÓN: Oxidación. ELEMENTOS GRUESOS: pocos. TEXTURA: Franco-arcillosa. ESTRUCTURA: Muy fuerte, migajosa, mediana. CONSISTENCIA: Compacto, friable. MATERIA ORGÁNICA: Poca. RAÍCES: frecuentes. ENSAYOS DE CAMPO: En la matriz, respuesta al HCl (11 %), nula. LÍMITE INFERIOR: Gradual, plano. 24-69 cm : Bw Húmedo, COLOR: De la matriz: 10 YR 4/4 (húmedo);. MANCHAS: Frecuentes, por mezcla de materiales. EST. DE ÓXIDO-REDUCCIÓN: Oxidación ELEMENTOS GRUESOS: frecuentes, fragmentos de rocas metamórficas carbonatadas, TEXTURA: Franco-limosa. ESTRUCTURA: Fuerte, en bloques subangulares mediana. CONSISTENCIA: Compacto, friable. RAÍCES: frecuentes. ENSAYOS DE CAMPO: En la matriz, respuesta al HCl (11 %), nula. ESTUDIO DE SUPERFICIES: frecuentes revestimientos de carbonatos, asociados a los elementos gruesos y moderadamente gruesos. > 69 cm : 2C

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ELEMENTOS GRUESOS: Frecuentes, fragmentos de rocas metamórficas carbonatadas. ENSAYOS DE CAMPO: Alrededor de los elementos gruesos, respuesta al HCl (11 %), muy alta. Horizonte genético

pH H2O 1:2,5

Materia orgánica (%)

Carbonato cálcico equivalente (%)

O1 A1 A2 Bw

6,5 6,1 6,1 8,4

16,0 7,3 2,3 2,0

imperceptible ip. ip. ip.

a) El equipo de cartografía de suelos de la zona ha realizado un informe provisional en el que, debido a la inexperiencia del redactor, hay 5 errores. Encuentre los gazapos y corríjalos. El perfil CER941A se ha desarrollado sobre coluvios de ladera formados por esquistos silíceos. El edafoclima se caracteriza por un régimen no percolante. El estudio del suelo en el campo y los datos analíticos, concretamente la materia orgánica, muestran que el epipedión ha perdido los carbonatos que estaban presentes en la fracción mineral gruesa del suelo, por disolución, ya que los valores son ligeramente básicos. Esta disolución está favorecida por la alta actividad biológica en los epipediones, a pesar de que una parte del año está inactiva por las bajas temperaturas. Los carbonatos se acumulan parcialmente en el horizonte Bw recubriendo los elementos gruesos, pero la matriz del suelo continúa estando descarbonatada, tal como lo indica su consistencia. El material parental no alterado se encuentra a unos 70 cm. b) Explique el por qué del pH del horizonte Bw si en el campo la matriz del horizonte no reacciona con el HCl 11%.

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2. Los Llanos de Moxos, en Bolivia, es una de las mayores zonas húmedas del planeta (más de 100 000 km2) debido a que sufre inundaciones estacionales. El material parental consiste de sedimentos aluviales cuaternarios del río Amazonas. Algunas áreas están ocupadas por bosques, aunque la vegetación predominante son sabanas pastoreadas y pantanos. Actualmente se utilizan para ganadería extensiva y en menor grado para agricultura de roza, tumba y quema. Los siguientes datos analíticos corresponden a la fracción arcilla de tres pediones representativos. Observe los datos, consulte fuentes externas y responda las siguientes preguntas: a) ¿Son esperables fenómenos de agrietamiento en estos suelos? ¿Por qué? b) ¿Hay algún mineral indicador de condiciones reductoras estacionales? ¿Cuál? Relaciónelo con la denominación de horizontes genéticos dada en el campo. c) Dé una estimación de la CIC de los horizontes E, Btg2 y 2Bw del pedión 4, considerando que el contenido de materia orgánica es inapreciable. d) Discuta la naturaleza de cada mineral de arcilla desde el punto de vista de su formación en este medio (heredado-neoformado). e) ¿Es esperable la presencia de carbonato cálcico en estos suelos? ¿Por qué? f) Haga una lista de los mayores condicionantes para el uso agrícola o forestal de estos suelos.

Ilita

Caolinita

Esmectita

Lepidocrocita

Goetita

Cuarzo

4-16 16-28 28-59 59-99 99-144 144-185 144-185

49 53 49 38 55 56 61

10 12 10 9 10 8 9

20 16 23 41 20 19 17

– – 2 tr tr –

– – – – tr 4 –

Btg3

10-50 70-123

51 33

15 15

13 32

3 –

Pedión 23 A2 Bwg1 Bwg4

15-25 25-55 85-120

43 54 46

17 10 11

21 17 25

– 5 –

Pedión 4 A2 E Btg1 Btg2 Btg3 2Bw1 (rojo) 2Bw2 (amarillo) Pedión 17 Btg1

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Composición (% relativo)

Profundidad (cm)

Horizonte

pH

Arcilla (%)

21 19 16 12 15 13 13

4,5 4,5 4,8 5,1 5,5 5,8 5,8

– 67,0 81,9 60,6 23,7 18,1 9,9

– 7

18 13

5,3 5,9

80,6 71,6

tr – 3

19 14 15

5,3 5,3 5,9

26,9 27,2 48,8

2. Seleccionar entre diez y quince palabras clave introducidas en esta Unidad y que resulten relevantes según diferentes criterios. 3. Proponer otro nombre para esta Unidad que refleje igualmente su contenido.

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