Lección 2. CONSTITUYENTES DEL SUELO. FASE SOLIDA
1 Los minerales del suelo
1.3 Estabilidad de los minerales del suelo
La existencia de muchos de los minerales en el suelo está regulada por su presencia en el material original y sobre todo por su estabilidad.
La estabilidad se define como la resistencia que opone el mineral a toda modificación en su composición química o de su estructura cristalina. Por tanto a mayor estabilidad menor será la alteración.
1.3.1 Factores que afectan a la estabilidad mineral. La estabilidad depende de numerosos factores. Unos son debidos al propio mineral pero también determinadas características del medio van a modificar sensiblemente la estabilidad de los minerales. Así en medios muy agresivos sólo vamos a poder encontrar presentes minerales muy estables, mientras que en otros suelos con actividad más suave podremos encontrar minerales inestables.
a) Factores del mineral en sí mismo. Los parámetros propios del mineral que van a regular su estabilidad son muchos:
Composición. Modificará la estabilidad en función de que el mineral
contenga iones más o menos solubles y según se comporten frente
a la oxidación y la hidrólisis. En definitiva la estabilidad vendrá
regulada por el hecho de que sus partículas constituyentes sean más
o menos lábiles. En general cuanto más bajo es el contenido en sílice de los minerales menor será su estabilidad en los suelos.
Estructura. También
va a ser un factor decisivo. Por ejemplo la estabilidad disminuirá cuanto
más abierta sea la estructura y aumentará para los empaquetamientos de átomos densos
y compactos. Por otra parte, resulta evidente que la fuerza del enlace entre
las partículas del mineral también va a ser un factor importante.
Tamaño. Cuanto
menor tamaño más superficie presentará el grano (la relación
superficie/volumen crece) y más inestable se tornará el mineral
(hay muchos minerales en las arenas que no resisten al pasar al tamaño
de las arcillas).
Cristal de yeso antes y después de fragmentarlo
Exfoliación y fragilidad. Recordemos que la exfoliación expresa la facilidad de fracturarse
un mineral de un modo regular. Por tanto la exfoliación disminuye la
estabilidad. Igual podemos decir para la fragilidad, que se refiere a la facilidad
de fracturación pero ahora de una manera desordenada.
fotos en el microscopio petrográfico con sólo el polarizador incorporado
Inclusiones. Se
considera que aumentan la inestabilidad al presentar superficies de contacto
íntimo de dos materiales con diferentes composiciones.
fotos en el microscopio petrográfico con dos polaroides cruzados (polarizador y analizador)
b) Factores del suelo. En lo referente al medio podemos destacar otros factores.
Temperatura del suelo. La s altas temperaturas favorecen la velocidad de alteración (es un catalizador).
Humedad. El agua
es el agente de alteración por excelencia en la Naturaleza.
Drenaje. Va a regular
el tiempo de contacto del agua con partículas del suelo. También
influirá regulando la concentración de las sales de la solución
del suelo y modificará su poder hidrolítico. En medios impermeables
el agua se satura de iones y deja de atacar a los minerales. Si el medio es
permeable el agua de lluvia atravesará el suelo y una vez cargada de
bases se eliminará al subsuelo (y al seguir llegando agua procedente de la lluvia continuará la alteración mineral).
Acidez/alcalinidad. Los valores extremos de la escala del pH potencian la alteración.
Potencial redox.
Dependiendo del ambiente que predomine, oxidante o reductor, los minerales que
contengan formas reducidas u oxidantes podrán o no alterarse.
Factor biótico. Los organismos (principalmente microorganismos y raíces de las
plantas) atacan a los minerales para extraer nutrientes.
1.3.2 Evaluación de la estabilidad mineral
Considerando la variabilidad y complejidad de los parámetros que hemos visto que influyen en la estabilidad mineral, resulta evidente que es extraordinariamente difícil evaluar la estabilidad de los minerales en el suelo, sobre todo considerando la gran diversidad edáfica. No obstante, dada la enorme importancia de esta característica (va a regular la presencia o ausencia de los minerales en los suelos), los investigadores han tratado ampliamente de evaluar este parámetro. Básicamente se pueden agrupar estos trabajos en dos líneas distintas: experimentales y cálculos teóricos.
a) Trabajos experimentales.
i) Ataque mineral en el laboratorio. Dada la diversidad mineral y la complejidad de los parámetros edáficos, hasta la fecha, estos métodos no han proporcionado una escala general de estabilidad.
ii) Observación de la naturaleza. Las rocas llevan millones de años meteorizándose y nosotros podemos evaluar la estabilidad comparando la mineralogía de las rocas frescas (no alteradas) con los minerales presentes en los materiales de alteración (los suelos que sobre ellas se desarrollan).
De los numerosos trabajos destaca la investigación de Goldich. GOLDICH estudiando la mineralogía de numerosas rocas de muy distinta naturaleza y los suelos sobre ellas desarrollados en todo el mundo establece una escala de 10 grados: Esta escala es la misma que estableció BOWEN al estudiar la sucesión de minerales formados en la cristalización magmática; al enfriarse el magma van cristalizando minerales con bajo contenido en sílice hasta llegar al cuarzo..
La escala anterior es válida para evaluar la estabilidad de los minerales en el suelo procedentes del material original. La resistencia a la alteración va creciendo con el contenido en Si del mineral. También aumenta la estabilidad con los incrementos en Na, K y con la complejidad de la estructura de los minerales.
La evolución de un suelo puede ser valorada en función de la estabilidad de sus minerales. Así conforme el suelo vaya evolucionando irán progresivamente disminuyendo la proporción de minerales inestables, llegando estos a desaparecer completamente en los suelos muy evolucionados.
Por otra parte tenemos otros minerales que podemos encontrar en esta fracción y que no proceden de la roca sino que se pueden formar en el suelo, estos minerales son, fundamentalmente, calcita, yeso, halita, y óxidos e hidróxidos de Fe y Mn (hematites, goethita, pirolusita, ...),
b) Cálculos teóricos.
Otros autores calculan la estabilidad en base a razonamientos empíricos. Existen numerosos ensayos, pero de entre todos ellos podemos citar los de Reiche y Keller.
REICHE calcula un índice potencial de alteración en base a la composición química de los minerales. Este índice viene expresado por la razón del porcentaje molar de alcalinos y alcalinotérreos menos el agua estructural y el total de iones presentes sin tener en cuenta ahora el agua.
KELLER lo enfoca desde el punto de vista de la energía de formación del mineral (energía que necesita para formarse). A mayor energía de formación mayor estabilidad (ya que un mineral una vez formado necesita la misma energía, al menos, para destruirse).