Argílicos

1.- Origen de la acidez en el suelo

La acidificación del suelo es un proceso espontáneo que se da durante la pedogénesis1.

Durante ella, ocurre una continua meteorización química, la cual consiste en una pérdida

de cationes alcalino y alcalinotérreos (K*, Na*, Ca**, Mg **) e incremento concomitante

(asociado) de cationes metálicos ( Al***, Fe***, Mn****) que pueden sufrir hidrolisis

ácida . Simultáneamente, se debe dar una salida de silicio, en forma de Si(OH)4 del suelo

durante el anterior proceso. Esta hidrolisis produce en el suelo un pH de 4.2. Un pH más

bajo de este valor se puede alcanzar naturalmente cuando se drenan suelos que

contienen formas reducidas de azufre o cuando se descomponen restos orgánicos y

producen ácidos orgánicos de cadena corta. Igualmente, los suelos se pueden acidificar

cuando ingresan a ellos, ácidos provenientes de procesos antrópicos como lluvia ácida,

por la fertilización con materiales que dejan residuos ácidos y por lixiviación de Ca**,

Mg**, K*, Na* en zonas de alta precipitación, entre otros.

En la figura 1.1 se esquematiza el proceso de acidificación durante el desarrollo del suelo

medido a través de la formación de horizontes. En un estado temprano de desarrollo el

suelo tiene reacción alcalina. Cuando la pedogénesis continua los factores que influyen en

la pérdida de materiales alcalinos van llevando al suelo a pH ácidos, como se dijo

inicialmente se va disminuyendo la capacidad neutralizante de acidez. En el estado final

de la pedogénesis el suelo llega a un pH neutro.

Figura 1.1 condición ácido base de los suelos en relación a los estados de meteorización

Desde la Química se puede decir que la acidificación de los suelos resulta de la

disminución de la capacidad neutralizante de acidez del suelo (CNAs), como

1 La pedogénesis, edafogénesis o evolución de suelo (formación) es el proceso por el cual se crea el suelo

consecuencia de una transferencia irreversible en un sistema abierto de protones desde

la fase liquida hacia la fase sólida, que actúa como sumidero. El grado y la causa de la

acidificación varían de una condición de suelo a otra. La alcalinización de los suelos

resulta del aumento de la CNAs. La adición de bases al suelo lo faculta para neutralizar

los protones que llegue a la solución del suelo de éste.. Según lo anterior, es posible

expresar la acidificación o alcalinización de los suelos en términos del Factor Cantidad,

como la cantidad de ácido o base fuertes adicionados, o los cambios en la CNA o CNB

del suelo. La escogencia de uno u otro depende de la situación que se desea estudiar en

el suelo, ya que un aumento de la CNA implica una disminución de la CNB . Los cambios

en la CNAs (∆CNAs) en función del pH, cambios en los Factores Cantidad e intensidad,

reflejan la habilidad del sistema suelo de resistir a la acidificación o alcalinización. Y es

posible relacionar estos cambios con parámetros como pH del suelo, saturación de

bases, disolución de minerales, adsorción de protones e hidroxilos, etc.

1.1.- Procesos naturales de acidificación de los suelos.

Los minerales que constituyen las rocas dejan de ser estables cuando quedan sometidos

en la corteza terrestre, a unas condiciones distintas a aquellas en las cuales se formaron.

Los iones que conforman los minerales, al encontrarse en la superficie, cambian

lentamente a estados químicos más estables.

La meteorización transforma a las rocas desde solidos densos y duros, a materiales

livianos y porosos, que en su conjunto forman el saprolito2. Las pequeñas partículas que

se forman, con frecuencia , difieren notablemente de la composición química y

mineralógica del material original . Los cambios que ocasiona la meteorización en las

rocas sedimentarias son menos evidentes.

Los minerales de las rocas pueden ser disgregados por procesos físicos, pero los

cambios más grandes los ocasionarán las nuevas condiciones químicas como la

exposición al agua, al oxígeno, al bióxido de carbono y a compuestos orgánicos. Las

estructuras cristalinas de estos minerales son inestables a estas condiciones.

2 Un saprolito es una roca que se ha meteorizado a tal grado que constituye una masa de arcilla o grava donde todavía se pueden ver estructuras de la roca original.

Cuando el agua alcanza un mineral, por ejemplo, al feldespato3 albita (NaAlSi3O8), éste

empieza a disolverse y los iones y moléculas que se liberan del mineral, llegan a la

solución. El proceso de disolución continúa, si la solución se empobrece de iones

liberados, bien porque se precipitan para formar otros minerales, conocida como reacción

congruente. La hidrolisis del feldespato alcaliniza la solución como lo muestra la reacción

congruente siguiente:

El pH de la reacción (2.1) puede tener un valor de 10 y es de 9 para un feldespato

potásico. Esta observación permitió a Steven y otros introducir el concepto de pH de

abrasión para clasificar algunos minerales. Valores de pH de abrasión de algunos

minerales se presentan en el cuadro 2.1

En condiciones del suelo abiertas al CO2 y a otros agentes acidificantes de meteorización

la reacción con feldespato por ataque de los protones aportados por las hidrolisis del CO2

es decir:

Sumando las dos ecuaciones se tiene la reacción de hidrolisis ácida siguiente:

 La condición oxidativa en el suelo por la presencia de oxigeno hace inestable a los

minerales que tienen elementos reducidos como 

Cuadro 1.1.

3 Los feldespatos son un grupo de minerales tecto( minerales del grupo de lossilicatos que se caracterizan por su estructura basada en un entramado tridimensional de tetraedros) y aluminosilicatos que corresponden en volumen a tanto como el 60% de lacorteza terrestre.

Valores de pH de abrasión para algunos minerales primarios del suelo.

Los productos de estas reacciones pueden sufrir diferentes procesos. Uno de ellos es la

formación de minerales secundarios, por una reacción incongruente, cuando el silicio y el

aluminio reaccionan para formar arcillas del tipo 1:1 ó 1:2 dependiendo de las

concentraciones de silicio en el ambiente. El ión bicarbonato y los cationes básicos,

productos de la reacción, son elevados con posibilidades de precipitar en la profundidad

del perfil del suelo. El hierro forma hidróxidos que posteriormente se transforman en

minerales férricos como la goetita, hematita u otros.

Chesworth (1992) sistematiza la complejidad de los procesos de meteorización que se da

en los ambientes pedológicos con base a las variables maestras pH y Eh (pe) en

tendencia ácida, tendencia alcalina y tendencia rédox. Estas condiciones de

meteorización se presentan en la figura 2.2. En la figura se observan tres salientes, las

cuales corresponden a tres líneas de evolución de los materiales parentales en los suelos.

Las tendencias de meteorización están directamente relacionadas con el comportamiento

del agua. Las tendencias ácida y alcalina están en ambientes oxidados, cuando los sue-

los están insaturados. La tendencia ácida requiere que los iones productos de la

meteorización sean lavados, en este caso que la precipitación exceda a la

evapotranspiración. La tendencia alcalina se encuentra en climas secos donde el déficit

de agua persiste por la alta evapotranspiración. La tendencia reductora se encuentra en

condiciones de suelos y saprolitos saturados de agua.

1.1.1.- Tendencia ácida

Esta tendencia es la más común de las meteorizaciones. Se encuentra en regiones de

climas húmedos, en materiales porosos que no impiden el flujo de agua y productos de la

reacción hacia el drenaje. La reacción de hidrólisis y el tiempo de residencia del agua

determinan la composición de las fases acuosa y sólida de estos sistemas Los materiales

finales que se forman en la fase sólida son, pre-dominantemente arcillas del tipos 1:1,

óxidos e hidróxidos de hierro y aluminio, asociada a una progresiva acidificación de suelo

Figura 1.2. Tendencias de la meteorización en el suelo en función del pH y Eh4. A:

ácida,B: básica y R: reductora

Una característica de esta tendencia es el progresivo reemplazo de cationes alcalino y

alcalino térreos por protones y cationes metálicos, Al***, Fe***, Mn*⁴, Lo cual lo hace ver

como una titulación ácido base, donde los ácidos son aportados por la biota (En su uso

más habitual, mediante el término biotico ) y otras fuentes. Las bases son los minerales

de las rocas presentes en el material parental o la CNAs

Es posible que se formen, dependiendo del ambiente químico del suelo, algún material

secundario como arcillas. En un ambiente donde no se tiene una salida completa de los

productos de la meteorización del feldespato la reacción incongruente sería:

Las arcillas formadas pueden ser de los tipos 1:1, 2:1, alófano5. Si la lixiviación del silicio

es muy intensa, el Al***que queda presente en la solución del suelo precipita como

gibbsita6. La lixiviación continuará este proceso de disolución de los minerales primarios y

de formación de nuevos productos. Cuando los minerales meteorizables se hayan

agotado, comenzarán a disolverse los minerales secundarios previamente formados:

4 La capacidad oxidante es lo que se conoce como potencial de oxidación (Eh) que en cuanto mas alto es, mayor es la capacidad oxidante del sistema y mayor es la concentración de la forma reducida .5 Grupo de silicatos de aluminio hidratados6 La gibbsita es una de las formas minerales del hidróxido de aluminio

Los resultados de un gran número de estudios muestran que la composición de la fracción

arcilla de los suelos guarda una estrecha relación con la lixiviación. Se ha observado que

a medida que la precipitación es mayor, el lavado del silicio aumenta y la secuencia de

formación de arcillas en el suelo es: mineral primario ® arcilla 2:1® arcilla 1:1 ® óxidos e

hidróxidos (Al, Fe); en la Figura 1.3 se presenta esta relación entre la precipitación, el

contenido y tipo de arcilla y la acidificación del suelo.

Figura 1.3. Efecto de la precipitación sobre el contenido, tipo de arcilla y pH en los

suelos.

Cuando la lluvia que cae durante gran parte del año sobre el suelo, es mayor que la

evapotranspiración, se produce el fenómeno de la lixiviación y salen del perfil los iones

más solubles como Ca**, Mg**, Na**, K*, que no causan hidrolisis ácida. En el suelo

quedan los iones que le confieren acidez, por la hidrólisis de estos, los cuales básica-

mente son los cationes metálicos Al***, Fe*** y Mn*⁴.Esta es la causa por lo que a

mayores precipitaciones menor es el pH del suelo. Hasta alcanzar un valor de 4.2 por la

hidrólisis del Al***.

El efecto de la precipitación sobre los cationes explica el hecho porque en las zonas más

lluviosas se presentan los suelos más ácidos, con menos contenidos de cationes básicos,

mayores contenidos de cationes metálicos que producen hidrólisis ácida y por

consiguiente, un menor valor de pH

1.1.2.-Tendencia alcalina

La ruta alcalina ocurre en regiones áridas donde se tienen un déficit neto de agua en el

perfil del suelo. El movimiento del agua es hacia arriba de la zona de meteorización,

aunque la distribución estacional de lluvias podría determinar, que en parte del año, exista

suficiente agua para el lavado de iones. Sin embargo, predomina el ascenso capilar y la

evaporación, y se dará este movimiento de agua con sus iones hacia arriba. El resultado

es que iones como Na+1, Mg+2, Ca+2, HCO3-, (CO3)-2, (SO4)-2 y Cl pueden alcanzar

altas concentraciones. Estas soluciones pueden precipitar sales en el perfil del suelo

formando diferentes tipos de horizontes. La característica fundamental de estos aniones

como los HCO3- Y (CO3)-2, es que tienen hidrólisis alcalina confiriéndole un pH alto al

suelo donde estén presentes. El suelo con una matriz carbonática llega a tener un pH de

8.2. En figura 1.4 se presenta los factores que influyen en el origen de los carbonatos en

el suelo.

Figura 1.4. Diagrama idealizado de los procesos involucrados en la formación de

carbonato de calcio en el suelo. En (a) se tiene un suelo bien drenado con

descenso capilar, en (b) se tiene un suelo mal drenado con ascenso capilar

La reacción de formación de carbonatos en la figura 2.4 resulta de la hidrólisis ácida de

mineral que aporte Ca**, en este caso se toma a la anortita y la formación del mineral

secundario como la caolinita, los bicarbonatos producidos por la hidrólisis del CO2

reaccionan de la manera siguiente

Sumando estas dos ecuaciones se tiene:

El bicarbonato de calcio formado en la reacción incongruente formará concreciones en el

perfil del suelo