Rocas y Materiales Parentales: Repercusiones sobre suelos, Vegetación y Erosión

Rocas Suelos y vegetación Fuente: Hole in the Clouds

La nota de prensa y resumen del artículo de los que daremos cuenta hoy se me antojan muy interesantes, si bien parte de sus contenidos me son bien conocidos, ya sea por la bibliografía, aunque especialmente por mis observaciones de campo. Supongo que a muchos de vosotros os ocurrirá algo parecido. Que diferentes litologías pueden dar lugar a la formación de distintos tipos de suelos y vegetación es un hecho archiconocido. Sin embargo no ocurre lo mismo cuando hablamos de un mismo tipo de roca. Personalmente he observado en numerosas ocasiones como, sobre los granitos a los que se alude en el estudio de hoy, pero también en gneises, pizarras etc., cambios abruptos en la composición de un mismo material parental dan lugar a otros, igual de dramáticos, en los suelos y comunidades vegetales que en primera instancia resultaban difíciles de explicar. En mi tesis doctoral, llevé a cabo de análisis de los elementos químicos de las rocas implicadas, detectando variaciones más o menos importantes en su composición. Dicho de otro modo, debemos tener mucho cuidado cuando hacemos sinónimos litologías y materiales parentales, por cuanto una misma clase de roca “aparentemente” puede/debería dividirse en un mayor número de materiales parentales. Como explican unos investigadores de la zona crítica terrestre, autores del presente estudio, con vistas a averiguar las relaciones entre litología, suelos y vegetación uno debe acudir a discernir entre distintos tipos de materiales parentales para una misma tipología litológica, a la par que llevar a cabo análisis de la variabilidad espacial de las mismas. Y así se puede constatar que diferencias moderadas en la composición de una roca pueden dar lugar a patrones aéreos notablemente dispares, como por ejemplo, enclaves densamente forestados y con suelos profundos, junto a otros colindantes en donde la vegetación resulta ser dispersa y los suelos someros, cuando existen. A largo plazo, todo ello redundará en la configuración y evolución del paisaje, de tal modo que para litologías con más cantidad de nutrientes y velocidad de meteorización, la erosión es mucho mayor que sobre estos cuasi-afloramientos rocosos, mucho más resistentes. Finalmente los autores llegan a la conclusión que tales efectos pueden llegar a ser tan importantes como los condicionamientos y variaciones climáticas. Estos estudios también nos informan de distintas productividades forestales, lo cual debería ser tenido en cuenta en materia de reforestación y obtención de productos maderables.

A título personal yo matizaría aún más esta información. Si bien seguramente los investigadores implicados aciertan en sus conclusiones, tampoco debieran descartar la velocidad de fracturación, cantidad de grietas de las rocas y especialmente a la facilidad de disgregación física por disolución de los agentes cementantes entre sus partículas componentes. Es bien sabido que lar raíces de las plantas aprovechan tales fisuras para enclavarse y aprovechar más cantidad de  agua y nutrientes. Posiblemente, composición química y propiedades de las rocas ante su fracturación y fisuramiento se encuentren vinculadas, al menos en ciertos casos, por lo que la formación del suelo y la vegetación que se instale sobre las mismas podrían depender de uno y/o de otro factor. Abajo os he traducido rápidamente (es decir, sin matizar demasiado) aquellos párrafos que me parecen más interesantes. En mi modesta opinión el estudio resulta ser relevante a pesar de que no me sorprenden los resultados.

Juan José Ibáñez                

UW Study: Bedrock Influences Forests More Than Previously Believed

February 10, 2014 — Bedrock influences forests and landscape evolution much more than was previously thought, according to a study by University of Wyoming scientists published this week in the Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS).

When investigating factors that influence forest cover in California’s Sierra Nevada, the UW researchers determined that bedrock may be just as important as temperature and moisture in regulating the distribution of vegetation across mountain slopes.

Jesse Hahm, who recently received a master’s degree from the UW Department of Geology and Geophysics, is the lead author of the study, “Bedrock composition regulates mountain ecosystems and landscape evolution.” Other contributors are Assistant Professor Cliff Riebe, doctoral candidate Claire Lukens and research scientist Sayaka Araki, all from UW.

Their investigations took place at the Southern Sierra Critical Zone Observatory, one of the National Science Foundation’s 10 observatories used to study the Earth’s «critical zone.» Critical zone research examines how water, life, rock and air interact from the base of soil to the top of the vegetation canopy.

The western Sierra Nevada is home to highly productive forests and large exposures of beautiful granitic bedrock, Hahm says.

Bedrock composition regulates mountain ecosystems and landscape evolution

W. Jesse Hahm,  Clifford S. Riebe, Claire E. Lukens, and  Sayaka Araki

Significance

This investigation focused on the factors that influence forest cover in the Sierra Nevada, California, where Giant Sequoia, the largest trees on Earth, grow in groves immediately next to expanses of rock devoid of soil and vegetation. The differences in forest cover correspond to twofold differences in erosion rates, suggesting that vegetation is an important regulator of landscape evolution across the region. Analyses presented here show that differences in forest cover can be explained by variations in geochemical composition of underlying bedrock. These results are important because they demonstrate that bedrock geochemistry is on par with climate as a regulator of vegetation in the Sierra Nevada and likely in other granitic mountain ranges around the world.

Abstract

Earth’s land surface teems with life. Although the distribution of ecosystems is largely explained by temperature and precipitation, vegetation can vary markedly with little variation in climate. Here we explore the role of bedrock in governing the distribution of forest cover across the Sierra Nevada Batholith, California. Our sites span a narrow range of elevations and thus a narrow range in climate. However, land cover varies from Giant Sequoia (Sequoiadendron giganteum), the largest trees on Earth, to vegetation-free swaths that are visible from space. Meanwhile, underlying bedrock spans nearly the entire compositional range of granitic bedrock in the western North American cordillera. We explored connections between lithology and vegetation using measurements of bedrock geochemistry and forest productivity. Tree-canopy cover, a proxy for forest productivity, varies by more than an order of magnitude across our sites, changing abruptly at mapped contacts between plutons and correlating with bedrock concentrations of major and minor elements, including the plant-essential nutrient phosphorus. Nutrient-poor areas that lack vegetation and soil are eroding more than two times slower on average than surrounding, more nutrient-rich, soil-mantled bedrock. This suggests that bedrock geochemistry can influence landscape evolution through an intrinsic limitation on primary productivity. Our results are consistent with widespread bottom-up lithologic control on the distribution and diversity of vegetation in mountainous terrain.

This article contains supporting information online at

www.pnas.org/lookup/suppl/doi:10.1073/pnas.1315667111/-/DCSupplemental

Hemos explorado las conexiones entre la litología y la vegetación utilizando mediciones de la geoquímica del lecho rocoso y la productividad forestal. La cubierta del dosel arbóreo resulta ser un indicador de la productividad forestal, varando en más de un orden de magnitud a través de nuestros sitios de muestreo, y  cambiando abruptamente en los contactos asignados entre plutones y en correlación con las concentraciones de los nutrientes principales y traza de las rocas, incluyendo el fósforo. Zonas pobres en nutrientes que carecen de vegetación y el suelo se erosionan más de dos veces más lento que el promedio de los alrededores, más rica en nutrientes, el lecho rocoso suelo de manto. Esto sugiere que la geoquímica de roca madre puede influir en la evolución del paisaje a través de una limitación intrínseca en la productividad primaria. Nuestros resultados son consistentes con generalizada de abajo hacia arriba el control litológico sobre la distribución y diversidad de la vegetación en terrenos montañosos

(…) Las zonas en donde las rocas son pobres en nutrientes carecen de vegetación, por lo que el suelo se erosionan más de dos veces más lento que en el promedio de sus alrededores, que albergan afloramientos rocosos más ricos en nutrientes cubiertos por un manto de suelo. Esto sugiere que la geoquímica de roca madre puede influir en la evolución del paisaje a través de una limitación intrínseca en la productividad primaria. Nuestros resultados son consistentes la hipótesis ampliamente aceptada de un control litológico de la estructura de la vegetación y su diversidad de abajo hacia arriba en terrenos montañosos

“We were puzzled by the patchiness of vegetation on mountain slopes. There are densely forested areas right next to areas with little or no vegetation and soil,” he says. “Strikingly, these bare areas sometimes occur side by side with groves of the largest trees on Earth, Giant Sequoia.”

The researchers determined that bedrock composition acts to limit plant growth, Riebe says.

“Unexpectedly, we found that differences in bedrock composition are just as important as climate,” he says.“This is hard to see without spatial analysis tools and integrated datasets on how vegetation and bedrock vary across the landscape.”

The scientists demonstrated that differences in forest cover can be explained by variations in geochemical composition of underlying bedrock. Noting that plants get some of their nutrients from weathering of minerals as bedrock is turned into soil, the UW researchers found that some of the granitic bedrock contains extremely low amounts of plant-essential nutrients such as phosphorus.

“These results are important because they demonstrate that bedrock geochemistry is on par with climate as a regulator of vegetation in the Sierra Nevada and likely in other granitic mountain ranges around the world,” Riebe says.

Nos quedamos sorprendidos por la distribución irregular de la vegetación en las laderas de las montañas. Hay zonas densamente arboladas junto a zonas con poca o ninguna vegetación y el suelo (…). » Llama la atención que estas áreas desnudas a veces aparecen al lado de las arboledas de los árboles más grandes de la Tierra, como lo es la secoya gigante . «

Los investigadores determinaron que la composición de la roca madre actúa para limitar el crecimiento de las plantas , dice Riebe .

» Inesperadamente, encontramos que las diferencias en la composición de la roca madre son tan importantes como el clima, » dice. » Esto es difícil de ver sin necesidad de herramientas de análisis espacial y los conjuntos de datos integrados sobre cómo la vegetación y la roca de fondo varían a través del paisaje . «

Los científicos demostraron que las diferencias en la cobertura forestal se pueden explicar por las variaciones en la composición geoquímica de roca subyacente. Tomando nota de que las plantas reciben algunos de sus nutrientes mediante la alteración geoquímica que se genera conforme la roca se convierte en el suelo, los investigadores de UW encontraron que algunos de la roca de fondo granítico contiene muy bajas cantidades de nutrientes esenciales de plantas, tales como el fósforo .

Estos resultados son importantes ya que como la geoquímica de las rocas madre están a la par con el clima como reguladores de la vegetación en la Sierra Nevada y es probable que en otras cadenas de montañas graníticas de todo el mundo

“The astonishing thing is that subtle differences in the cooling history of granite 100 million years ago can give rise to biogeochemical interactions today that produce vegetation patterns visible from outer space,” says Gordon Grant, a USDA Forest Service research hydrologist and professor in the Departments of Geosciences, Forest Engineering and Resources and Management at Oregon State University. “Understanding these subtle yet profound linkages is at the heart of critical zone science.”

Lo sorprendente es que las diferencias sutiles en la historia de enfriamiento del granito hace 100 millones de años puede dar lugar a interacciones biogeoquímicas que hoy  producen patrones de vegetación visibles desde el espacio exterior

The findings also show that differences in forest cover correspond with significant differences in erosion rates. The differences in forest and soil cover appear to affect the rate at which the Sierra Nevada is wearing down due to the action of water, wind and life, Hahm says.

(…) que las diferencias en la cobertura forestal se corresponden con diferencias significativas en las tasas de erosión. Las diferencias en los bosques y la cobertura del suelo parecen afectar a la velocidad a la que la Sierra Nevada se está desgastando debido a la acción del agua, el viento y la vida

“Where soil is present, the landscape is lowering at a faster rate, suggesting that soil helps accelerate the processes that weather the underlying bedrock,” he says.

Cuando el suelo se encuentra  presente, el paisaje está bajando a un ritmo más rápido, lo que sugiere que el suelo ayuda a acelerar los procesos de meteorización alteración) de las roca subyacente

“The authors have convincingly shown that the bedrock is talking to the trees, and the resulting distribution of trees, in turn, dictates the rate at which the landscape itself is evolving,” Grant says.

Additionally, Riebe says, the findings will augment efforts to understand how mountain forests will respond to inevitable changes in temperature and precipitation.

“Most of these studies point to an upward shift in vegetation toward higher, cooler elevations,” he says. “But changes in climate may be only part of the story as forests evolve. Our results suggest that any upward shift in vegetation will occur with the consent of the underlying bedrock.”

Pero los cambios en el clima pueden ser sólo una parte de la historia como bosques evolucionan. Nuestros resultados sugieren que cualquier variación al alza de la vegetación se producirá con el consentimiento de la roca subyacente

The work was supported by National Science Foundation grants to Riebe through the Critical Zone Observatory Program.

Riebe praises Hahm’s contributions, noting that it is rare for someone at the master’s degree level to publish as a lead author in a prestigious journal such as the PNAS.

“I had a fantastic experience doing fieldwork, and had tremendous support from the geology department at the university, including funding support from the Shlemon Center for Quaternary Studies,” Hahm says. “It became a cross-disciplinary experience, integrating ideas from landscape ecology, geomorphology and petrology.”