Lección 2. CONSTITUYENTES DEL SUELO. FASE SOLIDA

1 Los minerales del suelo

1.5 Especies mineralógicas

En el suelo se encuentran una gran variedad de minerales, de manera similar a lo que ocurre con las rocas, si bien ahora las posibilidades de existencia están reguladas por la estabilidad de los minerales en el medio edáfico.

La estabilidad del mineral también va a ser la responsable de que la mineralogía de las fracciones gruesas (arenas) y la de las finas (arcillas) sea distinta.

La mineralogía de las arenas para los suelos españoles es muy diversa, según resumimos en la siguiente tabla, pero el cuarzo es el mineral que predomina de manera muy destacada en la gran mayoría de los suelos.

La mineralogía de las arcillas está constituida fundamentalmente por filosilicatos como se muestra en la siguiente tabla.

Las arenas representan una fracción muy estable (los granos de las arenas al ser de gran tamaño presentan poca superficie relativa frente a su volumen) y en ellas predominan los granos heredados, más o menos transformados. Las arcillas se caracterizan por su gran superficie (partículas de muy pequeño tamaño, casi toda ella es superficie), por ello son muy activas y están constituidas por minerales de neoformación y de alteración.

En las siguientes figuras mostramos unos ejemplos de los minerales dominantes, frecuentes y ocasionales en la fracción arena de los suelos españoles.

Minerales primarios y secundarios.

Los minerales primarios o heredados presentes en los suelos pero que no se pueden formar en el suelo son: cuarzo, feldespatos, piroxenos, anfíboles, ciclosilicatos, sorosilicatos, nesosilicatos y de los carbonatos la dolomita. Como minerales secundarios o edáficos frecuentes son: carbonatos (principalmente calcita pero también aragonito), sulfatos (yeso), óxidos e hidróxidos de Fe (hematites, goethita, lepidocrocita y maghemita), de Al (gibbsita), de Mn (pirolusita) y de sílice (calcedonia y ópalo); y de los sulfuros la pirita que aunque normalmente procede de la herencia de los materiales originales puede también ser de origen edáfico en determinados tipos de suelos. En la fracción arcilla son extraordinariamente abundantes los filosilicatos.

Los minerales de la arcilla se forman por meteorización química en el suelo, preferentemente, a partir de los silicatos primarios del material original y son fundamentalmente filosilicatos mas o menos imperfectos. Su bajo grado de cristalinidad junto a la gran superficie de sus partículas confiere a las arcillas un alto poder de actividad física y química (retención y liberación de agua y de nutrientes).

El tipo de mineral de la arcilla formado va a depender, además del tipo de mineral que se altera, de una serie de factores del suelo como son el pH, el potencial de oxidación/reducción, de la composición de la solución y de factores físicos como la permeabilidad.

La biotita y la moscovita se degradan fragmentándose abriendo sus láminas estructurales perdiendo K dando individuos de menor grado de cristalinidad llamados ilitas. Si la pérdida de K es compensada con la entrada de otros cationes a la estructura cristalina como Ca y Mg se forman otros minerales como vermiculita y esmectita. A partir de las biotitas primarias se forman vermiculitas edáficas por oxidación de los Fe++. La cloritas pueden ser tanto primarias como secundarias, pero estas últimas sólo se pueden formar en suelos ácidos porque sólo en esos medios se producirán suficientes aportes de Al. La paligorsquita y la sepiolita sólo se forman en los suelos salinos de los climas áridos.

La esmectita se forma en suelos débilmente alcalinos o neutros con altas concentraciones en la solución del suelo de Si y Mg. La ilita requiere medios con alta concentración de K en la solución mientras que la caolinita se forma en suelos ácidos con baja a moderada disponibilidad de Si.

La formación de minerales de la arcilla por meteorización de los minerales del material original y su posible evolución en el suelo se resumen en la siguiente figura,

En la fracción arcilla de los suelos es frecuente la formación de edificios cristalinos constituidos por capas alternantes de filosilicatos de diferente especie formando los interestratificados, generalmente de secuencias irregulares; por ejemplo, formados por capas alternantes de ilita y esmectita, o clorita y vermiculita, o clorita e ilita (todos ellos filosilicatos 2:1) e incluso alternancia de caolinita (lámina 1:1) y esmectita (2:1).

En los granos de las fracciones gruesas de los suelos (arenas) es posible reconocer las alteraciones de los minerales primarios este es el caso frecuentemente de las micas y de los feldespatos como se muestra en las siguientes imágenes:

Con respecto a minerales no silicatados destaca la enorme abundancia del cuarzo como mineral heredado en los suelos y sólo como formas de sílice edáfica está la calcedonia y el ópalo. El ópalo se puede formar en suelos situados en las depresiones de las regiones tropicales o subtropicales pero normalmente el Si liberado en la meteorización de los minerales primitivos deriva a la formación de nuevos silicatos. En muchos otros suelos el ópalo es de origen biológico formado por las plantas llamados fitolitos. Son partículas de formas que recuerdan su origen biológico; generalmente tubos con indentaciones como se muestra en la siguiente imagen. De tamaño limo, son relativamente frecuente en los suelos cultivados.

Fitolito. Izquierda con microscopio óptico, a la derecha microscopio electrónico de barrido.

La gibbsita es el hidróxido de Al que se forma en los suelos tropicales muy meteorizados con un pH muy ácido y pobres en Si (que se habrá lavado con las fuertes lluvias y en suelos arenosos muy permeables), en otros suelos el Al liberado en la meteorización pasa a formar parte de los filosilicatos de la arcilla.

El Fe contenido en los minerales primarios, biotita, moscovita, anfíboles, piroxenos, granates, olivino, magnetita... en vez de formar parte de los minerales silicatados como es el caso del Al presenta una clara tendencia a formar óxidos e hidróxidos. En los minerales originales el Fe se encuentra bajo la forma de Fe²⁺ y en la atmósfera edáfica se oxida a Fe³⁺ y forma hematites y goethita, con menor frecuencia lepidocrocita. En los suelos más húmedos predomina la goethita mientras que la hematites es más típica en los suelos de las regiones cálidas y secas. La hematites confiere a los suelos un color rojo mientras que la goethita es de color amarillo. En suelos saturados en agua durante largos periodos y en ausencia de carbonatos se puede formar lepidocrocita.

Durante la meteorización determinados minerales primarios como la biotita, los piroxenos y los anfíboles liberan Mn²⁺ que es insoluble en las condiciones aeróbicas del suelo y precipita como nódulos y películas de colores negros constituidos por óxidos e hidróxidos de Mn³⁺ pobremente cristalizados.

Los carbonatos del material original son generalmente de Ca (en forma de calcita) y de Mg (dolomita) y ambos minerales pueden ser heredados en el suelo. Pero la calcita frecuentemente es también de origen edáfico. Aunque la calcita secundaria puede proceder de la alteración de minerales primarios con Ca como las plagioclasas frecuentemente procede del lavado de los carbonatos primarios de los horizontes superficiales; las soluciones bicarbonatadas migran a los horizontes profundos en donde los carbonatos precipitan alcanzando en ocasiones tan altas concentraciones que llegan a reemplazar (por desplazamiento o alteración) a los minerales primitivos de esos horizontes.

Del grupo de los sulfatos el yeso es el mineral más frecuente en los suelos. Se forma en climas áridos por precipitación de soluciones ricas en sulfatos y también por oxidación de los sulfuros como la pirita. La pirita usualmente es un mineral heredado aunque en determinados suelos puede formarse bajo condiciones reductoras .

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