Lección 1. EL SUELO: CONCEPTO Y FORMACION

 

4.3.2 Procesos específicos de translocación (continuación)

 

Iluviación de arcilla

Génesis del proceso de eluviación / iluviación de las arcillas

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 profundos acompañada frecuentemente con una disminución en el horizonte subsuperficial. 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.

Con las precipitaciones atmosféricas el agua de lluvia impacta sobre la superficie del suelo y se infiltra. No podemos ver su reacción con las partículas en el interior del suelo pero si podemos extrapolar a lo que ocurre en la superficie cuando un exceso de lluvia rebasa la capacidad de infiltración del suelo y se forma una capa de agua sobre la superficie.

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el agua de lluvia, incolora en origen, se vuelve marrón sobre la superficie del suelo. Si la dejamos secar obtendremos un depósito de partículas del suelo superficial y si analizamos su tamaño comprobaremos que se trata fundamentalmente de partículas de tamaño arcilla. Las arcillas al contacto con el agua se han dispersado. Las arcillas tienen sus superficies descompensadas eléctricamente predominando netamente las cargas negativas por lo que tienden a rechazarse, lo que tiene lugar en presencia de un medio que lo permita como es el agua. Debido a su pequeño tamaño y a su carga permanecen en suspensión durante largos periodos de tiempo.

   

La lámina de escorrentía superficial se desliza por gravedad sobre la superficie del suelo hacia cotas inferiores

  

 

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y al quedar retenida en las depresiones, y evaporarse, deposita las partículas de arcilla.

Lo que se acaba de describir para el agua de escorrentía superficial es extrapolable para el agua que se infiltra en el suelo. Basándonos en este modelo, 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 se infiltra en el suelo

   

movilizando 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 el agua de las suspensiones que migran por los macroporos es succionada por los microporos de las zonas circundantes;

el agua pasa a estos microporos por presentar fuerzas de succión mucho mayores que las existentes en los macroporos. Las paredes de los macroporos actúan como filtros, ya que las partículas de arcilla no pueden pasar a través de los microporos y son retenidas 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 cutanes de arcilla, o arcilanes, o revestimientos o clay-skins.

   

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.

 

En la translocación de cualquier tipo de sustancias en el suelo se distinguen dos procesos: uno inicial, de movilización y pérdida de materiales, que se desarrolla en los horizontes superficiales y que se denomina eluviación, y un segundo proceso que representa la deposición e inmovilización, con ganancia de sustancias en los horizontes subsuperficiales que se llama iluviación; siendo siempre el agua el medio de transporte. Por tanto en el proceso de eluviación/iluviación de las arcillas en el suelo se desarrolla en tres etapas.

 

Primera etapa: movilización de la arcilla. Proceso de eluviación.

Parecen estar admitido que para que se produzca una importante movilización de la arcilla, previamente se tiene que producir su dispersión.

Los principales factores que afectan a la dispersión (y que afectarán por tanto a la movilización) son: tipo de mineral de la arcilla en suspensión, tamaño de las partículas, pH, tipos de cationes presentes (tanto adsorbidos en las arcillas como los de la solución del suelo), concentración de electrólitos en la solución del suelo, y contenido en materia orgánica.

Segunda etapa: transporte de la arcilla. Proceso de eluviación.

Puesto que las observaciones muestran una idéntica o muy similar mineralogía para las arcillas de los horizontes eluvial e iluvial, debemos suponer que las arcillas se transportan como partículas sólidas en suspensión, sin que sufran transformaciones importantes durante esta etapa.

Los factores que intervienen en esta fase son: cantidad de agua y porosidad del suelo.

Tercera etapa: acumulación. Proceso de iluviación.

La acumulación se puede producir bien por una detención de la infiltración de la suspensión, o bien a través de una floculación. Sus causas son debidas a mecanismos de tipo físico (paralización del frente de agua de gravedad a una determinada profundidad, debido a que se reduce a un mínimo la macroporosidad), biológico (por biodegradación de las sustancias orgánicas que complejan a la arcilla) y fisicoquímico (aumento de la concentración de los electrólitos, por cambio del pH, o por niveles de enriquecimiento en compuestos de hierro y aluminio que flocularían a las arcillas). Al horizonte donde se acumulan estas arcillas iluviales se le denomina como Bt.

El proceso de eluviación es imprescindible para que se forme la acumulación iluvial de arcilla pero no siempre que se produce la eluviación va seguida de la iluviación, por ejemplo si el suelo está permanente húmedo las arcillas pueden ser arrastradas fuera del perfil.

 

Factores de formación

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

    Los resultados de la actuación de este proceso

    La translocación de las partículas de arcilla de un punto a otro, produce importantes efectos en el suelo, que se pueden poner de manifiesto desde distintos puntos de vista.

     

    A nivel del perfil

    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.

    Su manifestación macromorfológica más significativa es la de producir un fuerte cambio textural (granulométrico) en el perfil, apareciendo un horizonte superior empobrecido en partículas finas, de textura gruesa (es el horizonte eluvial u horizonte E) y un horizonte profundo donde se acumula la arcilla iluvial, por tanto de textura fina (horizonte iluvial, Bt o árgico).

     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.

           

    En los suelos en los que presenta iluviación de arcilla y carbonatación no se ha producido la migración conjunta y simultánea de ambos materiales. Las arcillas permanecen inmóviles floculadas por el calcio y no es se movilizan hasta que este se ha lavado. Primero pues se produce la acumulación de carbonatos en los horizontes profundos del suelo y después se produce la iluviación de arcilla que se detendrá justo al llegar al horizonte cálcico por inmovilización del Ca. De esta manera en estos perfiles siempre se presenta el horizonte cálcico y encima el horizonte árgico. Siempre en la misma secuencia arriba el árgico e inmediatamente debajo el cálcico.

     

    A nivel macro

    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. Aunque son claramente visibles en las observaciones de campo, frecuentemente resulta muy difícil reconocer su carácter iluvial pues la presencia de superficies brillantes no es un signo inequívoco de iluviación ya que los cutanes de arcilla pueden ser debidos simplemente a las presiones originadas por los cambios de volumen que se producen por variaciones en las condiciones de humedad del suelo. Con la lupa binocular en el laboratorio se puede precisar bastante como se muestra en la siguiente fotografía.

    Y en casos excepcionales se pueden obtener estas resolutivas imágenes,

            

     

    A nivel del laboratorio de análisis físicos y químicos

    El análisis granulométrico en el laboratorio representa un paso previo para detectar el posible desarrollo del proceso de iluviación de arcilla en un suelo ya que es imprescindible que se presente un manifiesto incremento en esta fracción a una determinada profundidad. La distribución de la arcilla con la profundidad mostrará una disminución en el horizonte subsuperficial (hor. E) y un marcado incremento en los horizontes profundos (hor. B), mientras que las arenas presentarán un comportamiento inverso.

    Los principales factores que afectan a la dispersión (y que afectarán por tanto a la movilización) son: tipo de mineral de la arcilla en suspensión, tamaño de las partículas, pH, tipos de cationes presentes (tanto adsorbidos en las arcillas como los de la solución del suelo), concentración de electrólitos en la solución del suelo, y contenido en materia orgánica.

    Como la iluviación representa un traslado de sustancias de los horizontes superiores a los inferiores es lógico que cuanto menor sea el tamaño de las partículas más fácilmente se movilizarán, por ello en los horizontes de acumulación de arcilla iluvial se concentran las arcillas finas (<0,2 micras) y la razón arcilla fina/ arcilla total es un buen índice para confirmar la actuación de este proceso en un suelo.

    Si la razón arcilla fina/arcilla total es un buen índice para poner de manifiesto el proceso de iluviación de arcilla, mucho mejores resultados se obtienen al hacer una clasificación granulométrica de esta fracción. Como se muestra en la siguiente figura en los horizontes de acumulación de arcilla la distribución muestra unos claros incremento en las concentraciones de las subfracciones mas finas de las arcillas mientras que en los horizontes eluviales ocurre lo contrario, los mayores porcentajes se dan en las subfracciones más gruesas de las arcillas.

    Es igualmente importante destacar que normalmente no toda la arcilla de un horizonte iluvial es arcilla de este origen pues además se encontrará arcilla no afectada por este proceso como es la arcilla que puede ser directamente heredada del material original y la arcilla transformada en el horizonte in situ.

    A nivel micro

    El estudio del suelo en el microscopio (objeto de la micromorfología de suelos) 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 de gran tamaño, 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.

    La facilidad del reconocimiento del proceso de iluviación de arcilla depende de la textura (granulometría) del horizonte; los rasgos iluviales destacan en los suelos de texturas gruesas (arenosos) y son más difíciles de reconocer en los horizontes de texturas finas (arcillas)

    El contraste que muestran los suelos con iluviación de arcilla en su perfil se muestran aún más claramente a nivel microscópico.

    Microperfil de un suelo arenoso con iluviación de arcilla

    con sólo polarizador
    con polarizador y analizador
    ambas

    Microperfil de un suelo muy arcilloso con iluviación de arcilla.

    con sólo polarizador
    con polarizador y analizador
    ambas

    Microperfil de un suelo muy arcilloso con iluviación de arcilla y carbonatación.

    con sólo polarizador
    con polarizador y analizador
    ambas

     

    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 con el tiempo van destruyéndose y pueden llegar a desaparecer completamente) 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) debidos simplemente a la presión de la masa del suelo.

     

    Microscopio virtual con zoom e imágenes navegables

    Horizonte Bt arcilloso

     

    Contacto neto (abrupto según las descriptivas de suelos) entre un Bt muy arcilloso y un cálcico muy rico en carbonatos

    Horizonte Bt con hidromorfía

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