Fluvisoles tiónicos: Suelos Ácido Sulfatados

Los Fluvisoles tiónicos, también conocidos suelos ácido sulfatados, son el tipo de suelos del Grupo de referencia de la WRB de los Fluvisoles cuya manipulación por el hombre más problemas ha generado, tanto para el ambiente como para la salud pública. Corresponden principalmente los edafotaxa generados en sedimentos fluviales-litorales subacuáticos (hidromorfos), más o menos, cercanos a la superficie del suelo en ambientes tropicales y subtropicales (aunque también acaecen en otros espacios geográficos más frescos) bajo cobertura de manglar. Ya sabemos que estos interesantísimos ecosistemas se encuentran sujetos a todo tipo de tropelías, como los intentos de rehabilitación (reclamación) con vistas a convertirlos en suelos cultivables, su destrucción en aras de construir instalaciones turísticas, o su tala para la ubicación de contaminantes piscifactorías. Sin embargo, estos ecosistemas, como también las marismas, estuarios y deltas cumplen un papel esencial en la naturaleza, tanto en la reproducción de peces y mariscos comestibles, como en el taponamiento de los efectos producidos por tsunamis, huracanes y terremotos. Los suelos que los sustentan, si no se encuentran carbonatados, al ser drenados generan serios problemas. Se suele visionar en la TV cauces por los que se dice que corre la sangre, cuando en realidad el color rojo es un producto del proceso de contaminación que describimos abajo. Debido al interés que despiertan, hemos añadido, con anterioridad a su descripción técnica, algunos párrafos de Wikipedia más idóneos para los no iniciados. Sin embargo, recordar que, aproximadamente, que los suelos ácido sulfatados, los Fluvisoles tiónicos (según la WRB) o los  Sulfic Tropaquept (de la USDA Soil Taxonomy) versan “más o menos” sobre este tipo de procesos edafogenéticos degradativos, aunque no sean “exactamente sinónimos”, si se apela a distintos esquemas clasificatorios.

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Corrientes rojas generadas por la degradación de los Fluvisoles Tiónicos. Fuente: Life in Freshwater

Wikipedia: Suelo sulfatado ácido:

Estos suelos contienen minerales de sulfuros de hierro (predominantemente del mineral pirita) o sus productos de oxidación. En estado no alterado por debajo de la tabla de agua, los suelos sulfatados ácidos no acarrean problemas. Sin embargo, si los suelos se drenan, se excavan o se exponen al aire por desplazamiento hacia abajo de la tabla de agua, los sulfuros reaccionarán con el oxígeno para formar ácido sulfúrico

La liberación de ácido sulfúrico del suelo puede a su vez liberar hierro, aluminio, y otros metales pesados (particularmente arsénico) en el suelo. Una vez movilizados de esta forma, el ácido y los metales pueden crear una gran variedad de impactos adversos: muerte de la vegetación, filtración en el agua subterránea con posterior acidificación de la misma y de otros cuerpos de agua, muerte de peces y de otros organismos acuáticos, y degradación de las estructuras de hormigón y acero hasta el punto de provocarles un fallo estructural.

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Fluvisol Tiónico. Fuente: JRC-ESB

Los suelos sulfatados ácidos, que tienen un pH < 5, son contrapartidas de los suelos alcalinos que tienen un pH > 9

 De acuerdo a Wikipedia, la formación de los suelos sulfatados ácidos:

Los suelos y sedimentos más propensos a convertirse en suelos sulfatados ácidos son aquellos formados en los últimos 10,000 años, después del último aumento del nivel del mar importante. Cuando el nivel del mar subió e inundó la tierra, los sulfatos del agua del mar se mezclaron con los sedimentos que contenían óxidos de hierro y materia orgánica.[1] Bajo estas condiciones anaeróbicas, las bacterias litotróficas tales como Desulforvibrio desulfuricans forman sulfuros de hierro (pirita).[1] Hasta cierto punto, las temperaturas más cálidas ofrecen condiciones más favorables para estas bacterias, creando un mayor potencial para la formacion de sulfuros de hierro. Los hábitats inundados tropicales, como manglares, marismas o estuarios, puede producir niveles más altos de pirita que los que se forman en climas más templados.[2]

  La pirita es estable hasta que se expone al aire, en cuyo momento la pirita se oxida y produce ácido sulfúrico. Los impactos en el lixiviado de los suelos sulfatados ácidos pueden persistir un largo tiempo, y/o elevarse estacionalmente (con las primeras lluvias después de períodos secos). En algunas áreas de Australia, los suelos sulfatados ácidos que fueron drenados hace 100 años todavía están liberando ácido.

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Materiales sulfúricos ricos en minerals de Na-Mg-Fe-Al o cristalizaciones de sales a un pH de 2,5 Fuente: CSIRO (Australia)

 Impacto de los Suelos Sulfatados Ácidos según Wikipedia:

 El potencial de alteración de los suelos sulfatados ácidos puede tener un efecto destructivo sobre las plantas y la vida piscícola, y sobre los ecosistemas costeros. La filtración del lixiviado ácido hasta el agua subterránea y las aguas de superficie puede causar múltiple impactos entre los cuales se incluyen:

 Daño ecológico a los ecosistemas acuáticos y de ribera como mortandad de peces, aumento de la aparición de enfermedades piscícolas, dominancia de especies tolerantes al ácido, precipitación de hierro, etc.

 Efectos sobre las pesca de estuario y de los proyectos de acuicultura (aumento de enfermedades, pérdida de superficie de desove, etc)

 Contaminación del agua subterránea con arsenico, aluminio y otros metales pesados.

 Reducción de la productividad agrícola por la contaminación de suelos por metales (principalmente, aluminio).

 Daño a las infraestructuras por la corrosión del hormigón y las tuberías de acero, puentes y otras instalaciones bajo la superficie del agua

 Sigamos ahora con la traducción de la monografía Lecture notes on the major soils of the world (versión personal traducida al español por Javier Manríquez Cosío, así como con los contenidos de la Clasificación WRB 2006.2007 (versión oficial de Mabel Susana Pazos)

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Paisaje degradado por drenaje de suelos sulfato-ácidos. Fuente: Southern Cross Geoscience

 

Fluvisoles Tiónicos(WRB)  (Sulfic Tropaquept de la USDA Soil taxonomy)

 Las propiedades físicas e hidrológicas de los Fluvisoles Tiónicos son similares a las de los otros Fluvisoles, pero sus características químicas son indiscutiblemente diferentes. Una distinción puede ser entre Suelos de sulfatos ácidos potenciales”, los cuales aunque no están lo suficientemente oxidados,  contienen pirita en el material del suelo y Suelos de sulfato ácido actuales”, los cuales están oxidados y acidificados. Este edafotaxa pues padece propiedades muy desfavorables para la producción agraria.

 En el caso de los Suelos de Sulfatos Ácidos Potenciales los problemas derivan de su:

 1. Salinidad: están en su mayor parte situados en áreas costeras con influencia de mareas.

2. Fuerte acidificación sobre el drenaje.

 3. Baja accesibilidad/traficabilidad: dichos suelos no han madurado y se forman de lodo blando afectatando seriamente tanto al tráfico de vehículos como especialmente al uso de maquinaria pesada.

 4. Alta permeabilidad: los canales de raíces de la vegetación natural (palustre) hace muchos depósitos excesivamente permeables al agua.

 5. Inundación de la tierra: la inundación por marea viva puede causar daños a los cultivos.

 6. Problemas de ingeniería: surgen cuando los diques están construidos de lodo suave. La acidez del material del dique oxidado ataca el acero y concreto de las estructuras.

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Diagrama de horizonte (marrón oscuro)  con pirita en un manglar y después de su reclamación. Fuente: Qwickstep.com

 Por lo que respecta a las propiedades desfavorables de los Suelos de Sulfato Ácido Actuales cabría destacar:

 1. Bajo pH del Suelo: la mayoría de las plantas pueden tolerar valores de pH muy bajos (de 4), pero sólo si el aporte de nutrientes está bien balanceado.

 2. Toxicidad al Aluminio: puede ocurrir a un bajo pH del suelo, generalmente los límites de toxicidad no pueden darse si está co-determinada por factores, tales como: “cultivo/variedad”, “disponibilidad de nutrientes”, “etapa de crecimiento de las plantas”, etc.

 3. Salinidad: las sales del agua de mar pueden causar altos niveles de electrolitos en la solución del suelo. En otras palabras: los niveles de sulfatos pueden propiciar en la solución del suelo que se extienda hasta que el edafotaxa pueda considerarse salino.

 4. Deficiencia de fósforo: los elevados  niveles de aluminio en la solución del suelo causan la precipitación de fosfatos-Al.

 5. Toxicidad al hierro ferroso (Fe2+) es un problema común donde el arroz es cultivado sobre estos suelos. Los compuestos de hierro ferroso insolubles son oxidados a compuestos de hierro ferroso solubles en los campos de arroz inundados.

 6. Acidificación de la superficie del agua: cuando estos suelos son inundados para cultivar arroz, el hierro ferroso soluble pueden esparcirse por la superficie del agua y oxidarla a hierro férrico.

 2Fe2+ + ½O2 + 5 H2O = 2 Fe(OH)3 + 4H+ Tal reacción acidifica la superficie del agua, pudiendo causar un daño irreparable a las estructuras, así como a las cominidades piscícolas en breves lapsos de tiempo.

 7. N-deficiencia: la mineralización de la materia orgánica por la acción microbiana es baja en (húmedos, fríos), y como corolario la disponibilidad estos Suelos de nitrógeno asimilable por las plantas.

 8. Problemas de ingeniería: la acidez en la superficie del agua correo el acero, entre otros metales, afectando a las estructuras humanas que allí se realizen.

9. Toxicidad al H2S: se vuelve un problema donde los suelos de sulfato ácidos actuales son inundados durante largos periodos (un año o más). El sulfato será entonces reducido a H2S, el cual es tóxico aun en bajas concentraciones.

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Mapa del Mundo de los Manglares. Fuente: Wikipedia

 WRB 1998

Génesis de los Fluvisoles Tiónicos (“Suelos Ácidos Sulfatados”) La única diferencia entre el material parental de los Fluvisoles Tiónicos y otros Fluvisoles deviene de la presencia de Pirita (FeS2), en el primero. La formación de pirita toma lugar durante la sedimentación en ambientes marinos, si se alcanzan las siguientes condiciones:

1. Hierro, debe estar presente. La mayoría de los sedimentos costeros contiene óxidos o hidróxidos de hierro fácilmente reducibles.

2. Azufre, debe estar presente. El agua de mar y el agua salobre contienen sulfatos.

3. Condiciones anaeróbicas deben prevalecer para permitir la reducción del azufre y los óxidos de hierro. Esta puede acaecer con asiduidad en los en sedimentos frescos costeros.

4. Los Microbios reductores de hierro y sulfatos deben estar presentes, lo cual acaece en todos los sedimentos costeros.

5. La Materia orgánica es necesaria como fuente de energía para los microbios. En estos edafotaxa suele estar en abundancia, especialmente si se presenta vegetación palustre exuberante. (por ejemplo, bosques de manglares y juncos).

6. El Flujo de mareas debe ser lo suficientemente fuerte para remover la alcalinidad formada en el proceso de formación de pirita.

 7. La Sedimentación debe ser lenta, para formar suficiente pirita de sedimentos potencialmente ácidos, ya que de no ser así el tiempo requerido sería muy breve para la génesis de este mineral.

 El mecanismo de acumulación de pirita es esencialmente el siguiente (pero ver también Wikipedia): los microorganismos reducen el hierro (Fe3+) a iones férricos (Fe2+) y el sulfato (SO42-) a sulfuros (S2-), bajo condiciones de baja  oxigenación (por ejemplo, bajo el agua). La materia orgánica es descompuesta en el proceso a bicarbonatos, finalmente. De este modo, un compuesto potencialmente ácido (pirita) y compuestos alcalinos (bicarbonatos) son formados a partir de un sistema inicialmente neutral. El flujo de mareas remueve la alcalinidad (HCO3-), por lo que la pirita, potencialmente ácida, permanece. La pirita es formada en un proceso complejo que incluye varios pasos, si bien la ecuación de la reacción general puede sintetizarse del siguiente modo: Fe2O3 + 4 SO4 2- + 8 CH2O +1/2 O2 = 2 FeS2 +8HCO3- + 4H2O (1)

 Oxidación de la pirita Cuando los sedimentos piríticos se secan, el oxígeno penetra y la pirita acaba oxidándose, por intervención microbiana, dando lugar a ácido sulfúrico (H2SO4) e hidróxido férrico (Fe (OH)3). El sulfato ferroso soluble (FeSO4) y la (“meta-estable”) “Jarosita” (KFe (SO4)2(OH)6) y/o “schwertmannite” (Fe16O16 (SO4)3(OH)10-10H2O) son productos intermedios en este proceso. La jarosita tiene el típico color amarillo paja, la schwertmannita es pardo-amarillenta, Estos dos últimos minerales son fácilmente reconocidos en el campo, siendo indicativos de los “actuales” Suelos Ácidos Sulfatados, como lo son por ejemplo, los Fluvisoles Tiónicos con un horizonte Sulfúrico. Los suelos scidos sulfatados “potenciales” corresponde a material de suelo sulfídico que contiene pirita, pero que no se ha oxidado hasta al grado en el que el pH del suelo alcanza un valor por debajo de 3.5.

 Las siguientes ecuaciones de reacción describen los pasos sucesivos en la oxidación de la pirita. El mineral “Jarosita” se formaría como se ha indicado en este texto, con un  un pH de suelo < de 3.5 y con abundancia de iones potásicos.

 FeS2 + 7/2O2 + H2O = Fe2+ + 2SO4 2- + 2 H+ (2)

 En presencia de carbonatos, el pH no desciende, aunque se libere mucha acidez.

 CaCO3 +2H+ = Ca2+ + H2O + CO2 (3)

 En suelos fuertemente calcáreos o en condiciones muy secas, el yeso puede precipitarse:

 Ca2+ + SO4 2- + 2 H2O = CaSO4-.2H2O (4) (yeso)

 En la ausencia de carbonatos el hidrógeno producido no logra ser neutralizado, por lo que el pH de los sedimentos cae bruscamente. El hierro ferroso soluble producido de acuerdo a la ecuación (2) es móvil, oxidándose a jarosita en los lugares en donde el oxígeno se encuentra presente, como por ejemplo en las grietas y a lo largo de los canales de los sistemas radiculares:

 Fe2+ + 2/3 SO4 2- + 1/3 K+ + ¼ O2 + 3/2 H2O = 1/3 jarosita + H+ (5)

Con el tiempo, los iones hidrógeno son removidos del sistema por percolación o lavado lateral y la jarosita es hidrolizada a hidróxido férrico:

 1/3 jarosita + H2O = 1/3 K+ + Fe (OH)3 + 2/3 SO4 2- + H+ (6)

 El (pobremente cristalizado) hidróxido férrico se transformará eventualmente en goetita:

 Fe(OH)3 = FeOOH + H2O (goetita) (7)

 La estabilidad de varios minerales de hierro formados en el proceso de oxidación de la pirita se encuentra fuertemente influenciado por el potencial redox del material del suelo, (una medida de la cantidad de oxígeno presente) y el pH del suelo.

 La Figura 2 presenta un diagrama de la estabilidad de los compuestos de hierro en relación al potencial Redox (pe) y el pH.

suelos-acido-sulfatados-1-fuente-wrb-1998

 Fig.2 Diagrama de pe: pH de pirita, Fe203 limonítico, jarosita y K++ disuelto,SO42. Fe2+ y log(SO42-)= -2.3, log (K-)= -3.3, log (Fe2++Fe3+)=-5 y 1 atm. Total de presión. Fuente: Miedema,Jangman_&_Slager,1973.

  Todo lo anterior muestra que la aireación de sedimentos frescos piríticos no-calcáreos, por ejemplo, aquellos inducidos por un drenaje forzado, liberan grandes cantidades de iones- H+ a la solución del suelo (acidificación). Estos iones- H+  bajan pues el pH del suelo, desplazando muchas bases del complejo  de cambio de los materiales edáficos. Una vez que el pH del suelo ha caído a un nivel de entre 3 y 4, los minerales de arcilla son atacados (alterados) en un medio tan corrosivo. El Mg, el Fe y en particular el Al, son liberados de las láminas que constituyen muchas arcillas. Bajo tales condiciones los iones- Al3+  dominan la solución del suelo y en el complejo de intercambio catiónico. Dicho de otro modo, como ya explicamos en otro post, la acidez generada por los iones de aluminio resulta ser sumamente tóxica para la vegetación.  

 La Figura 3 muestra la estructura fisiográfica del delta del Río Mekong en Viet Nam. En ella se ilustra la relación entre la fisiografía y la ocurrencia de los Fluvisoles y del Fluvisol Tiónico en particular. En el Delta Mekong, los sedimentos piríticos son comunes en las depresiones (mapa, unidad 4), donde se encuentran extensas áreas de Fluvisoles Tiónicos. No hay pirita en los suelos de la unidad 3 (depósitos de agua fresca; no hay sulfatos presentes durante la sedimentación) y de la unidad 5 (el índice de la sedimentación es muy alto). Las capas bajas de la turba deltáica topógena (mapa, unidad 6), bien puede contener pirita. Nótese que muchos suelos de depósito de ríos y sedimentos marinos en el Delta Mekong han perdido sus propiedades del suelo flúvicas, por ejemplo, no tienen una acusada estratificación, o han desarrollado un horizonte C subsuperficial. La mayoría de estos suelos no pueden ser clasificados pues como Gleysoles.

suelos-acido-sulfatados-2-fuente-wrb-1998 

Figura 3 Leyenda: (1) Colinas de granito, (2) Terrazas aluviales del Pleistoceno, (3) Complejo de diques y cuencas de ríos del Holoceno (4) Sedimentos de agua salobre en depresiones amplias del Holoceno, (5) Crestas de arenas marinas y llanuras de arcillas del Holoceno, (6) Domo de turba del Holoceno.

 

Francisco Javier Martínez Cosío y Juan José Ibáñez

 Material  Bibliográfico

Página Web de la WRB

 Clasificación WRB 2006.2007

 Lecture notes on the major soils of the world (versión personal traducida al español por Javier Manríquez Cosío

 Los suelos de Latinoamérica: retos y oportunidades de uso y estudio (ir al titulo correspondiente) Autores: Francisco Bautista, Alfred J. Zinck y Silke Cram. Boletión del Sistema Nacional de Información Estadística y Geográfica: VII(3) Septiembre-Diciembre 2009, páginas 94-142

 Soils of the European Union (en Ingles)

 Post Previos y a Publicar en Breve de Nuestro Curso Básico Tipos de Suelos del Mundo hasta enero de 2011

Los Suelos del Mundo y Su clasificación (WRB). Curso Básico sobre Clasificación de Suelos

 Suelos Minerales Condicionados por la Topografía o Fisiografía: Leptosoles, Regosoles, Fluvisoles y Gleysoles

 Leptosoles

Leptosoles; Leptosoles: Geografía Ambiente y Paisaje; Leptosoles Uso y Manejo; Leptosoles en Latinoamérica; Leptosoles en Europa; Tipos de Leptosoles y sus Mapas de Distribución en Europa

 Regosoles

Regosoles;  Regosoles: Geografía, Ambiente y Paisaje; Regosoles: Uso y Manejo; Regosoles en Latinoamérica; Regosoles en Europa; Tipos de Regosoles y sus Mapas de Distribución en Europa(WRB 1998)

 Fluvisoles

Paisajes Aluviales No Costeros de las Redes Fluviales (WRB 1998); Deltas, Estuarios y Marismas; Geoformas de las Líneas de Costa Generadas por la Dinámica Marina (WRB-FAO 2000), Fluvisoles, Fluvisoles tiónicos, Distribución geográfica de los Fluvisoles, Fluvisoles uso y manejo, Fluvisoles en Latinoamérica, Fluvisoles en Europa, Mapas de los tipos de suelos de Europa (WRB 1998)

 Continuará…….

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[...] Por Frodo on Feb 2nd, 2011 | Sin Comentario Los Fluvisoles tiónicos, también conocidos suelos ácido sulfatados, son el tipo de suelos del Grupo de referencia de la WRB de los Fluvisoles cuya manipulación por el hombre más problemas ha generado, tanto para el ambiente como para la salud pública. Corresponden principalmente los edafotaxa generados en sedimentos fluviales-litorales subacuáticos (hidromorfos), más o menos, cercanos a la superficie del suelo en ambientes tropicales y subtropicales (aunque también acaecen en otros espacios geográficos más frescos) bajo cobertura de manglar. Ya sabemos que estos interesantísimos ecosistemas se encuentran sujetos a todo tipo de tropelías, como los intentos de rehabilitación (reclamación) con vistas a convertirlos en suelos cultivables, su destrucción en aras de construir instalaciones turísticas, o su tala para la ubicación de contaminantes piscifactorías. Sin embargo, estos ecosistemas, como también las marismas, estuarios y deltas cumplen un papel esencial en la naturaleza, tanto en la reproducción de peces y mariscos … [Seguir leyendo...] blogs madri+d Master Site Feed [...]

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[...] a los manglares. Por lo tanto, al menos en parte, estamos hablando de varios tipos suelos (como los Fluvisoles tiónicos, entre otros muchos) según diversas taxonomías actuales, que esconden una enorme biodiversidad. [...]

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