3. Formación de suelos con alto contenido en aluminio La meteorización de minerales arcillosos como la vermiculita y la esmectita a través de los procesos anteriormente descritos puede elevar el contenido en aluminio de los suelos. En la práctica, estos procesos están restringidos a ambientes en los que el material parental es básico (con esmectita disponible) o silíceo (con vermiculita), el clima es húmedo y la topografía permite el movimiento del agua. La mayoría de los minerales silíceos producidos por los procesos de meteorización originales se disuelven y son lixiviados del suelo. El resto de minerales arcillosos son translocados desde la parte superior del suelo para formar un horizonte rico en arcillas. Estos minerales arcillosos son a su vez meteorizados, liberando así gran cantidad de aluminio soluble (dependiendo de la composición de la roca original también puede liberarse hierro o magnesio). Los minerales arcillosos alta actividad se utilizan para describir este proceso. Los minerales de arcilla inalterados tienen un área superficial relativamente grande y son capaces de retener los cationes nutrientes básicos tales como calcio, magnesio, potasio y sodio. Estos cationes pueden ser liberados al sistema de raíces cuando sea necesario y se les aplica el término de "alta actividad" debido a su elevada capacidad de intercambio catiónico (CIC). Ejemplos de tales arcillas son la vermiculita y la montmorillonita. Como resultado, estas arcillas tienden a producir suelos muy fértiles. Sin embargo, la contracción y expansión del suelo debido a la expansión y contracción de los minerales arcillosos por los ciclos de humedecimiento y secado se traducirá en un drenaje deficiente. Los minerales de la arcilla son un grupo reducido de partículas cristalinas, concretamente filosilicatos de aluminio hidratados (p. ej. caolinita, Al2Si2O5(OH)4), a veces con cantidades variables de hierro, magnesio, metales alcalinos, tierras alcalinas y otros cationes. Los minerales de las arcillas tienen estructuras similares a las micas, formando láminas planas hexagonales de grosor inferior a 2 micrómetros. Esto da lugar a partículas con superficies muy grandes. La illita y la caolinita tienen una superficie específica de 97 m2/g y 16 m2/g respectivamente. Para comprender este concepto, la estructura puede compararse con una baraja de cartas. Cuando están apiladas las cartas, la baraja es pequeña, pero si colocamos una carta a continuación de otra, se puede cubrir una gran superficie. En las arcillas de baja actividad sucede lo contrario: al estar más degradadas, poseen menos superficie que las arcillas de alta actividad. Por lo tanto, tienen una menor capacidad para retener y suministrar nutrientes (es decir, baja CIC). Estas cuestiones tienen implicaciones en la gestión agrícola del suelo, ya que en ocasiones es necesario añadir nutrientes de manera artificial o gestionar el contenido en materia orgánica del suelo para que los nutrientes estén disponibles para las plantas. Normalmente nos referimos a los minerales de arcilla como 1:1 (una capa tetraédrica combinada con una octaédrica - caolinita) o 2:1 (una lámina octaédrica entre dos hojas de mica tetraédricas - esmectita). Entre estas capas se puede almacenar gran cantidad de agua. Los minerales de arcilla tienen la propiedad de actuar como imanes para ciertas partículas cargadas (cationes y aniones) y retenerlos hasta que sean requeridos por las plantas. Los términos de baja y de Caolinita (1:1) Illita (2:1) Vermiculita (2:1) Smectita (2:1) Clorita (2:1) No expansiva No expansiva Moderadamente expansiva Fuertemente expansiva No expansiva 1,0 nm Tetraedro Silicio K+ Tetraedro Octaedro Tetraedro Tetraedro Octaedro Octaedro Octaedro Tetraedro Tetraedro Tetraedro Octaedro Oxígeno Tetraedro Oxígeno, Hidroxilo Aluminio Tetraedro Octaedro Tetraedro 1-1,5 nm Moléculas de agua y cationes Tetraedro 1-2 nm 1-4 nm Octaedro Tetraedro Lámina hidróxido Moléculas de agua y cationes Tetraedro Octaedro Octaedro Tetraedro Tetraedro Tetraedro Tetraedro Octaedro Tetraedro Principales procesos de formación de suelos volcánicos En esta fotografía se muestra un perfil de un suelo, en Brasil, que contiene altos niveles de aluminio. Este tipo de suelo es común en las zonas tropicales y subtropicales. El alto nivel de aluminio en los suelos tiene su origen en la rápida meteorización de arcillas de alta actividad como la vermiculita y la esmectita. (HS) Bauxita Estos suelos se desarrollan a partir de materiales de origen volcánico (como cenizas, tobas, piedra pómez y lava) y presentan una alta proporción de vidrio volcánico (también conocido como obsidiana). La meteorización del material poroso volcánico libera iones de aluminio (Al3+), que junto con la materia orgánica (humus) forma compuestos órgano-minerales estables (son estables porque el aluminio evita la degradación de la materia orgánica), como por ejemplo la alófana, la imogolita (ambos aluminosilicatos). El hierro ferroso libre (Fe2+) suele precipitar en forma de ferrihidrita. En las áreas tropicales caracterizadas por las estaciones lluviosas, podemos encontrar laterita y bauxita. Estos minerales ricos en aluminio se forman como consecuencia de las altas temperaturas y la gran cantidad de bacterias que descomponen totalmente la materia orgánica del suelo. La bauxita es una forma especial de petroplintita (ver página anterior): contiene una alta proporción de óxidos de aluminio y por lo tanto menos hierro. La mayoría de los materiales volcánicos son amorfos (ver Glosario). Estos tienen una gran área superficial, por lo que pueden absorber gran cantidad de agua (la principal diferencia entre un sólido cristalino y un sólido amorfo es su estructura; en un sólido cristalino existe una ordenación de los átomos a largo alcance, mientras que en los sólidos amorfos no se puede predecir donde se encontrará el próximo átomo). Sin embargo, debido a su alta capacidad de intercambio aniónico estos materiales se caracterizan por una fuerte fijación de fosfatos, lo que implica que los cultivos en este tipo de suelos suelen requerir grandes aportes de fósforo. ¿Sabías que… : bȩ Latinoamérica es la responsable del 32% de la producción mundial de bauxita. Actualmente, Brasil es el tercer productor a nivel global (con 31 millones de toneladas en 2011), después de Australia (número 1) y China (número 2). bȩ La denominación de bauxita tiene su origen en un pueblo del sur de Francia, Les Baux, donde se descubrió por primera vez que contenía aluminio, siendo nombrada de esta manera por el geólogo francés Pierre Berthier en 1821. bȩ La bauxita es la principal mena del aluminio, uno de los metales más importantes debido a su gran cantidad y variedad de usos (hoy en día, tan sólo superado por el hierro/acero). El aluminio se usa en forma pura, aleado con otros metales o en compuestos no metálicos. En estado puro se aprovechan sus propiedades ópticas para fabricar espejos (tanto domésticos como industriales – p. ej. para telescopios reflectores-). Su uso más popular es como papel aluminio, de un espesor tan pequeño que resulta fácilmente maleable y por ende apto para embalaje alimentario. También se usa en la fabricación de latas y tetrabriks. 28 Perfil de un suelo volcánico (Andosol) en Chile. Los colores de la capa superficial y del subsuelo, suelen ser distintos según la región en la que se desarrolle el suelo, más oscuro en las regiones frías que en las tropicales. El horizonte superficial es muy poroso y presenta terrones o estructura granular. (MF) Cultivo de maíz sobre suelo volcánico en Ecuador. Los suelos volcánicos tienen un gran potencial agrícola debido a que son muy fértiles, especialmente cuando se trata de cenizas neutras o básicas que no han sido expuestas a un lavado excesivo. La fuerte fijación del fosfato se puede remediar aplicando enmiendas calizas, material orgánico o fertilización con fósforo. Los suelos volcánicos son fáciles de trabajar y tienen buenas propiedades en cuanto al almacenamiento de agua. (SLCS) Atlas de suelos de América Latina y el Caribe | Suelos y medio ambiente en LAC JRC_LAC_atlas_maps.indd 28 29/01/2014 17:05