Historia de la Ciencia del Suelo 8ª Parte. Los aportes de la Física a la Ciencias del Suelo. (Salvador González Carcedo)

El nacimiento de una Ciencia, inicialmente exige que, desde las otras ciencias reconocidas en ese momento, se aporte el conocimiento que cada una es capaz de desarrollar de forma específica. Esto ocurre porque existen una serie de científicos que aman trabajar en áreas frontera de su propia investigación, quizás con el ánimo de ampliar el campo de actuación de su propia ciencia, y que en principio no suelen estar bien vistos por los colegas que definen la pureza de cada ciencia. Estos científicos, no bien reconocidos, pero con una visión aventurera, son los que posiblemente hacen evolucionar mas radicalmente el conocimiento. Posteriormente, en el seno de la “nueva Ciencia”, en este caso la Ciencia del Suelo, se generará un intenso proceso de discusión e integración de los conocimientos, que permitirá dotarla de una personalidad propia, hasta un asentamiento definitivo.

Este proceso ha ocurrido con Ciencias como la Química Orgánica o la Inorgánica y está ocurriendo con la Bioquímica que está abriendo el camino a nuevas ramas como es la genética molecular, la ingeniería genética, la biónica, proteómica o genómica, por poner dos ejemplos, uno antiguo y otro actual. En mi opinión, nosotros, los de las Ciencias del Suelo, estamos todavía en este periodo, en ramas tan concretas como la integración de los procesos de degradación de la materia orgánica, y la participación del conjunto de los seres vivos en la formación de la materia orgánica del suelo y de sus estructuras asociadas.

Como es de bien nacidos ser agradecidos, también obliga, por parte de los “nuevos científicos” de la Ciencia del suelo, reconocer sus orígenes, de la misma forma que se pide respeto a los integrantes de las ciencias “donantes” para que este nacimiento sea fructífero. Y esa es mi intención al desgranar esta Historia de la Ciencia del Suelo, en su época mas moderna y actual o al desarrollar los post sobre los conocimientos que voy organizando lentamente en el “Curso sobre Bioquímica del suelo”, al recoger la información de otras ciencias, e intentar que se integren, de forma correcta en nuestro acervo de conocimiento.

Empezando por la FÍSICA del suelo, Briggs (1874-1963), estudioso del movimiento del agua y la retención de la humedad por el suelo, distinguió tres tipos de agua, definió los conceptos de humedad equivalente y coeficiente de marchitamiento y propuso métodos de medida para estos parámetros. Schofield (1901-1960) introdujo en 1935 el concepto de pF y Richards (1904-1965) desarrolló métodos de medida para el estudio de las relaciones suelo-agua.

A partir de 1945 y sobre la base de los trabajos de Richards, aplicados de acuerdo con la ley de Darcy, se comienzan a desarrollar las bases teóricas de la dinámica del agua en el suelo en condiciones de saturación. Gadner (1956) y Philips (1957) las estudian en condiciones de no-saturación y Klute (1952) proporciona las bases de la difusión del vapor. Los avances en el estudio del agua adsorbida en la interfase sólido-líquido, su peculiar estructura y su reactividad fueron facilitadas por el avance de la microscopía, que permitió esclarecer no solo las características mineralógicas o determinados rasgos de los horizontes «diagnóstico», sino también los movimientos del agua, solutos y elementos en suspensión en el suelo, las modificaciones de la estructura inducidas por procesos de naturaleza diversa y las alteraciones de minerales que acaban afectando a las propiedades anteriormente citadas.

La termodinámica de las relaciones agua-suelo proporcionó los fundamentos para una terminología uniforme de las relaciones del agua tanto en el suelo como en la planta (Taylor y Slatyn, 1960). El empleo de células de yeso y nylon, tensiómetros y el uso de métodos de radiación, facilitaron la medida “in situ” del contenido en agua y de la densidad aparente del suelo. Thornwaite y Penman (1948 y 1956 respectivamente) proporcionaron la medida de la evaporación y transpiración del agua contenida en el suelo, siendo de extraordinaria utilidad la noción de evapotranspiración potencial introducida por el primero.

Respecto a la estructura del suelo hay que destacar de Sajarov (1927) las aportaciones sistemáticas a la macroestructura y de Kubiena (1936) a la microestructura. El conocimiento de los factores que influyen en la dinámica de la estructura alcanzó un grado de desarrollo elevado a partir de los trabajos de Tiulin (1932), Bane (1934) y Russell (1934), con mención especial a los referentes a la estabilidad de los agregados frente al agua realizados por Yoder (1936) y Demolon & Henin (1938). Todos estos avances cristalizan en el modelo de los dominios de Emerson (1960), que tiene en cuenta las diferentes sustancias cementantes (arcilla, materia orgánica y otros), los posibles enlaces existentes entre las partículas gruesas y los coloidales y la participación de los metales como elementos puente y en ello estoy personalmente comprometido.

La mecánica de suelos fue desarrollada por Proctor (1930) y Cassagrande (1933). Las aportaciones de Smith (1932, 1938) sobre la temperatura del suelo, se verán acrecentadas en la misma medida en que se extiende el uso de termistores, permitiendo conocer las características del régimen térmico del suelo y de su dinámica (Chang, 1957) y que, acompañado de la medida de la conductividad calorífica (de Vries, 1958) y con la aplicación de la teoría de difusión, plantean el problema dentro del contexto más general del balance de energía del suelo y sus relaciones con la atmósfera (Glier, 1964). El color del suelo se medirá, de forma universal, con ayuda de la clave de Munsell a partir de 1954 y creo que se automatizará para los suelos, como ya se ha hecho en otros campos, como el de las pinturas (abandonando el concepto de apreciación visual con el tiempo).

Hoy, los estudios de Física del suelo están incorporando los procedimientos de análisis por computación, especialmente útiles para resolver problemas de dinámica de calor y agua en el suelo. Las aproximaciones teóricas y experimentales al estudio, en la interfase suelo/atmósfera a escala real, de flujos de vapor de agua en condiciones no isotérmicas, la aplicación de las redes neuronales a la modelización de los procesos de transferencia de materia y energía a través de la porosidad en suelos naturales y antrópicos, la estimación “in situ” de sus características hidrodinámicas y los esfuerzos para determinar con métodos de campo en contenido en agua y la capacidad hídrica del suelo, son campos en los que se trabaja activamente. También tienen gran interés los estudios sobre el comportamiento mecánico del suelo, especialmente los fenómenos de expansión y retracción.

La aparición de la sonda de neutrones facilitó las medidas “in situ”, respetando las condiciones naturales y la variabilidad espacial, escasamente factible en condiciones de laboratorio. La investigación sobre el transporte de materia en solución ha permitido desarrollar modelos teóricos de predicción utilizando la técnica de reflectometría temporal (TDR), cuyo campo de aplicación se extiende hasta el transporte de contaminantes (Clothier y Voltz, 1998). La puesta a punto de técnicas para la medida de la porosidad del suelo y parámetros asociados (superficie específica, distribución de volúmenes porales, etc.) el uso de la microscopía de barrido y análisis de imagen, junto como la aplicación de modelos matemáticos como la geometría de fractales, permiten actualmente avanzar en el conocimiento de la estructura funcional del suelo. (Kutilek y Rieu, 1998).

Quizás falta ampliar esta historia por la dinámica de los gases, seguro que alguien me puede ayudar, integrando algún post. Os lo agradecería mucho.

Saludos cordiales,