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Los suelos de sulfato ácido son suelos naturales, sedimentos o sustratos orgánicos (por ejemplo, turba ) que se forman en condiciones de anegamiento. Estos suelos contienen minerales de sulfuro de hierro (predominantemente como el mineral pirita ) o sus productos de oxidación . En un estado inalterado por debajo del nivel freático, los suelos de sulfato ácido son benignos. Sin embargo, si los suelos se drenan, se excavan o se exponen al aire por una disminución del nivel freático, los sulfuros reaccionan con el oxígeno para formar ácido sulfúrico . [1]

La liberación de este ácido sulfúrico del suelo puede a su vez liberar hierro , aluminio y otros metales pesados y metaloides (particularmente arsénico ) dentro del suelo. Una vez movilizados de esta manera, el ácido y los metales pueden crear una variedad de impactos adversos: matar la vegetación, filtrar y acidificar las aguas subterráneas [2] [3] y las masas de agua superficiales, [4] [5] matar peces y otros organismos acuáticos, y degradación de estructuras de hormigón y acero hasta el punto de fallar. [1]

Formación [ editar ]

Pólderes con suelos de sulfato ácido en Guinea Bissau a lo largo de un brazo de mar en medio de manglares

Los suelos y sedimentos más propensos a convertirse en suelos de sulfato ácido se formaron en los últimos 10.000 años, después del último aumento importante del nivel del mar . Cuando el nivel del mar subió e inundó la tierra, el sulfato del agua de mar se mezcló con sedimentos terrestres que contenían óxidos de hierro y materia orgánica. [1] En estas condiciones anaeróbicas , las bacterias litotróficas como Desulfovibrio desulfuricans obtienen oxígeno para la respiración a través de la reducción de iones sulfato en el mar o el agua subterránea, produciendo sulfuro de hidrógeno. Este, a su vez, reacciona con el hierro ferroso disuelto, formando cristales framboides de grano muy fino y altamente reactivos de sulfuros de hierro como la ( pirita ). [1]Hasta cierto punto, las temperaturas más cálidas son condiciones más favorables para estas bacterias, creando un mayor potencial para la formación de sulfuros de hierro. Los ambientes tropicales anegados, como los manglares o los estuarios, pueden contener niveles más altos de pirita que los que se forman en climas más templados. [6]

La pirita es estable hasta que se expone al aire, momento en el que la pirita se oxida rápidamente y produce ácido sulfúrico. Los impactos del lixiviado del suelo con sulfato ácido pueden persistir durante un tiempo prolongado y / o alcanzar su punto máximo estacionalmente (después de los períodos secos con las primeras lluvias). En algunas áreas de Australia, los suelos de sulfato ácido que drenaron hace 100 años todavía están liberando ácido. [7]

Reacción química [ editar ]

Cuando se drenan, los suelos que contienen pirita (FeS 2 ) (también llamados arcillas cat) pueden volverse extremadamente ácidos ( pH <4) debido a la oxidación de la pirita en ácido sulfúrico (H 2 SO 4 ). En su forma más simple, esta reacción química es la siguiente:

[6] [8]

El producto Fe (OH) 3 , hidróxido de hierro (III) (naranja), precipita como un mineral sólido insoluble por el cual se inmoviliza el componente de alcalinidad , mientras que la acidez permanece activa en el ácido sulfúrico . El proceso de acidificación se acompaña de la formación de altas cantidades de aluminio (Al 3+ , liberado de los minerales arcillosos bajo la influencia de la acidez), que son perjudiciales para la vegetación. Otros productos de la reacción química son:

  1. Sulfuro de hidrógeno (H 2 S), un gas maloliente
  2. Azufre (S), un sólido amarillo
  3. Sulfuro de hierro (II) (FeS), un sólido negro / gris / azul
  4. Hematita (Fe 2 O 3 ), un sólido rojo
  5. Goethita ( ), un mineral marrón
  6. Schwertmannita un mineral marrón
  7. Compuestos de sulfato de hierro (por ejemplo, jarosita )
  8. H-Clay ( arcilla de hidrógeno , con una gran fracción de iones H + adsorbidos , un mineral estable, pero pobre en nutrientes)

El hierro puede estar presente en formas bivalentes y trivalentes (Fe 2+ , el ión ferroso y Fe 3+ , el ión férrico, respectivamente). La forma ferrosa es soluble , mientras que la forma férrica no lo es. Cuanto más oxidado se vuelve el suelo, más dominan las formas férricas. Los suelos de sulfato ácido exhiben una variedad de colores que van desde el negro, marrón, azul grisáceo, rojo, naranja y amarillo. La arcilla de hidrógeno se puede mejorar admitiendo agua de mar: el magnesio (Mg) y el sodio (Na) en el agua de mar reemplazan el hidrógeno adsorbido y otros cationes ácidos intercambiables como el aluminio.(Alabama). Sin embargo, esto puede crear riesgos adicionales cuando se movilizan los iones de hidrógeno y los metales intercambiables.

Distribución geográfica [ editar ]

Los suelos de sulfato ácido están muy extendidos alrededor de las regiones costeras y también están asociados localmente con humedales de agua dulce y aguas subterráneas ricas en sulfato salino en algunas áreas agrícolas. En Australia, los suelos costeros de sulfato ácido ocupan aproximadamente 58.000 km 2 , estuarios costeros subyacentes y llanuras aluviales cerca de donde vive la mayoría de la población australiana. [9] [10] La alteración del suelo con sulfato ácido a menudo se asocia con actividades de dragado, drenaje de excavación durante el desarrollo de canales, viviendas y marinas. Las sequías también pueden resultar en la exposición y acidificación del suelo con sulfato ácido. [11]

Los suelos de sulfato ácido que no han sido alterados se denominan suelos de sulfato ácido potencial (PASS) . Los suelos de sulfato ácido que han sido alterados se denominan suelos de sulfato ácido (AASS) . [12]

Impacto [ editar ]

Los suelos potencialmente perturbadores de sulfato ácido pueden tener un efecto destructivo en la vida de las plantas y los peces, y en los ecosistemas acuáticos . El vertido de lixiviados ácidos a las aguas subterráneas y superficiales puede causar una serie de impactos, que incluyen: [7]

  • Daño ecológico a los ecosistemas acuáticos y ribereños a través de la muerte de peces , aumento de los brotes de enfermedades de los peces , predominio de especies tolerantes a los ácidos, precipitación de hierro, etc.
  • Efectos en proyectos de pesca y acuicultura de estuario (aumento de enfermedades, pérdida de zona de desove, etc.).
  • Contaminación de aguas subterráneas y superficiales con arsénico , aluminio y otros metales. [13] [14] [15]
  • Reducción de la productividad agrícola por contaminación de suelos por metales (predominantemente por aluminio).
  • Daños a la infraestructura por corrosión de tuberías de hormigón y acero, puentes y otros activos subterráneos.

Impactos agrícolas [ editar ]

El agua de mar es admitida en un pólder confinado en suelo de sulfato ácido para la mejora del suelo y el control de malezas, Guinea Bissau

Los suelos potencialmente ácidos de sulfato (también llamados arcillas cat) a menudo no se cultivan o, si lo están, se plantan con arroz , de modo que el suelo se pueda mantener húmedo evitando la oxidación. El drenaje subsuperficial de estos suelos normalmente no es aconsejable.

Cuando se cultivan, los suelos de sulfato ácido no se pueden mantener húmedos continuamente debido a los períodos de sequía climática y la escasez de agua de riego , el drenaje superficial puede ayudar a eliminar los productos químicos ácidos y tóxicos (formados en los períodos de sequía) durante los períodos de lluvia. A largo plazo, el drenaje superficial puede ayudar a recuperar los suelos de sulfato ácido. [16] La población indígena de Guinea Bissau ha logrado así desarrollar los suelos, pero les ha llevado muchos años de cuidadosa gestión y trabajo.

En un artículo sobre el drenaje cauteloso de la tierra, [17] el autor describe la aplicación exitosa del drenaje subterráneo en suelos de sulfato ácido en pólderes costeros del estado de Kerala, India.

También en Sunderbans , Bengala Occidental, India, se han tomado suelos de sulfato ácido para uso agrícola. [18]

Un estudio en el sur de Kalimantan , Indonesia, en un clima perhúmedo, ha demostrado que los suelos de sulfato ácido con un sistema de drenaje subterráneo muy espaciado han dado resultados prometedores para el cultivo de arroz de secano , maní y soja . [19] La población local, antiguamente, ya se había asentado en esta área y podía producir una variedad de cultivos (incluidos los frutos de los árboles), utilizando drenajes excavados a mano que iban desde el río hasta la tierra hasta llegar a los pantanos traseros. Los rendimientos de las cosechas eran modestos, pero proporcionaban ingresos suficientes para ganarse la vida dignamente.

Los suelos de sulfato ácido recuperados tienen una estructura de suelo bien desarrollada ; son bien permeables, pero infértiles debido a la lixiviación que se ha producido.

En la segunda mitad del siglo XX, en muchas partes del mundo, los suelos anegados y potencialmente ácidos con sulfatos se han drenado agresivamente para hacerlos productivos para la agricultura . Los resultados fueron desastrosos. [8] Los suelos son improductivos, las tierras parecen áridas y el agua es muy clara, desprovista de limo y vida. Sin embargo, los suelos pueden ser coloridos.

Construcción [ editar ]

Cuando el ladrillo está persistentemente húmedo, como en los cimientos, los muros de contención, los parapetos y las chimeneas, los sulfatos en los ladrillos y el mortero pueden con el tiempo cristalizar y expandirse y provocar la desintegración del mortero y los revoques. Para minimizar este efecto se debe utilizar albañilería especializada con bajos niveles de sulfato. Los sulfatos ácidos que se encuentran dentro de los estratos del subsuelo tienen los mismos efectos sobre los cimientos de un edificio. Puede existir una protección adecuada usando una lámina de polietileno para revestir los cimientos o usando un cemento Portland resistente a los sulfatos . Para identificar el nivel de pH del suelo se debe realizar una investigación del suelo.

Restauración y gestión [ editar ]

Al elevar el nivel freático, después de que se han infligido daños debido a un drenaje demasiado intensivo, se pueden restaurar los suelos. La siguiente tabla da un ejemplo.

Drenaje y rendimiento de la palma aceitera de Malasia en suelos de sulfato ácido (según Toh Peng Yin y Poon Yew Chin, 1982)
Rendimiento en toneladas de fruta fresca por hectárea:

Año6061626364sesenta y cinco666768697071
Producir17141512824814191819

La profundidad y la intensidad del drenaje aumentaron en 1962. El nivel freático se elevó nuevamente en 1966 para contrarrestar los efectos negativos.

En la "sequía del milenio" en la cuenca de Murray-Darling en Australia, se produjo la exposición de suelos de sulfato ácido. Se llevaron a cabo intervenciones de ingeniería a gran escala para evitar una mayor acidificación, incluida la construcción de un haz y el bombeo de agua para evitar la exposición y acidificación del lago Albert. [20] La gestión de la acidificación en los lagos inferiores también se llevó a cabo mediante dosificación aérea de piedra caliza. [5] [21]

Ver también [ editar ]

  • Drenaje de ácido minero
  • Acidificación de estuarios
  • PH del suelo

Referencias [ editar ]

  1. ^ a b c d Identificación e investigación de suelos de sulfato ácido (2006), Departamento de medio ambiente, Australia Occidental. Obtenido del portal Archivado el 12 de noviembre de 2009 en la Wayback Machine.
  2. ^ Mosley LM, Palmer D, Leyden E, Fitzpatrick R y Shand P (2014). Cambios en la acidez y la geoquímica de los metales en los suelos, las aguas subterráneas, el drenaje y el agua del río en el río Murray inferior después de una sequía severa. Science of the Total Environment 485–486: 281–291.
  3. ^ Mosley, LM; Palmer, D; Leyden, E; Fitzpatrick, R; Shand, P (2014). "Acidificación de las llanuras aluviales debido a la disminución del nivel del río durante la sequía". Revista de hidrología contaminante . 161 : 10-23. Código bibliográfico : 2014JCHyd.161 ... 10M . doi : 10.1016 / j.jconhyd.2014.03.003 . PMID  24732706 .
  4. ^ Mosley, LM; Zammit, B; Jolley, A; Barnett, L (2014). "Acidificación del agua del lago debido a la sequía". Revista de hidrología . 511 : 484–493. Código bibliográfico : 2014JHyd..511..484M . doi : 10.1016 / j.jhydrol.2014.02.001 .
  5. ^ a b Mosley, LM; Zammit, B; Jolley, A; Barnett, L; Fitzpatrick, R (2014). "Seguimiento y evaluación de la acidificación de las aguas superficiales tras la rehumectación de suelos oxidados de sulfato ácido". Monitoreo y Evaluación Ambiental . 186 (1): 1–18. doi : 10.1007 / s10661-013-3350-9 . PMID 23900634 . S2CID 46559400 .  
  6. ^ a b Manual técnico de suelo de sulfato ácido 1.2 (2003), CSIRO Land & Water, Australia. Obtenido de CSIRO Archivado 2007-06-27 en Wayback Machine.
  7. ^ a b Sammut, J & Lines-Kelley, R. (2000) Suelos de sulfato ácido 2a edición, Medio ambiente Australia, ISBN 0-7347-1208-1 
  8. ^ a b D. Dent, 1986. Suelos de sulfato ácido: una línea de base para la investigación y el desarrollo. Publ. 39, ILRI, Wageningen, Países Bajos. ISBN 90-70260-98-0 . Descarga gratuita desde: "Copia archivada" . Archivado desde el original el 21 de mayo de 2007 . Consultado el 1 de junio de 2009 . Mantenimiento de CS1: copia archivada como título ( enlace )
  9. ^ Fitzpatrick RW, Davies PG, Thomas BP, Merry RH, Fotheringham D. G y Hicks WS (2002). Propiedades y distribución de los suelos de sulfato ácido costeros de Australia del Sur y sus peligros ambientales. Quinta Conferencia Internacional de Suelos de Sulfato Ácido, Tweed Heads, NSW
  10. ^ Fitzpatrick, R., Marvanek, S., Powell, B., Grealish, G. y Gilkes, R. (2010). Atlas of Australian Acid Sulfate Soils: desarrollos recientes y prioridades futuras. En "Actas del XIX Congreso Mundial de Ciencias del Suelo: Soluciones del suelo para un mundo cambiante. Brisbane, Australia, 1 al 6 de agosto de 2010" (R. Gilkes y N. Prakongkep, eds.), Págs. 24-27. Publicado en DVD; ISBN 978-0-646-53783-2 ; http://www.iuss.org Archivado el 5 de abril de 2007 en Wayback Machine ; Simposio WG 3.1 Procesos en materiales de suelo sulfato ácido. 
  11. ^ Mosley, LM; Zammit, B .; Jolley, AM; Barnett, L. (2014). "Acidificación del agua del lago debido a la sequía". Revista de hidrología . 511 : 484–493. Código bibliográfico : 2014JHyd..511..484M . doi : 10.1016 / j.jhydrol.2014.02.001 .
  12. ^ Fitzpatrick, RW, Shand, P., Merry, RH, 2009. Suelos de sulfato ácido, en: Jennings, JT (Ed.), Historia natural de Riverland y Murraylands. Royal Society of South Australia (Inc.), Adelaide, South Australia, págs. 65-111.
  13. ^ Mosley, L., Fleming, N., 2010. Cargas contaminantes devueltas al río Murray inferior de la agricultura irrigada por inundaciones. Contaminación del suelo del aire del agua. 211, 475-487.
  14. ^ Mosley, L .; Zammit, B .; Leyden, E .; Heneker, T .; Hipsey, M .; Skinner, D .; Aldridge, K. (2012). "El impacto de los caudales extremadamente bajos en la calidad del agua de los lagos y el río Murray inferior (Australia del Sur)". Gestión de recursos hídricos . 26 (13): 3923–3946. doi : 10.1007 / s11269-012-0113-2 . S2CID 154772804 . 
  15. ^ Mosley, LM (2015). "Impactos de la sequía en la calidad del agua de los sistemas de agua dulce; revisión e integración". Reseñas de Ciencias de la Tierra . 140 : 203–214. Código bibliográfico : 2015ESRv..140..203M . doi : 10.1016 / j.earscirev.2014.11.010 .
  16. ^ Proyecto de recuperación de pólders de arroz, Guinea Bissau . En: Informe anual 1980, pág. 26–32, Instituto Internacional para la Recuperación y Mejoramiento de Tierras (ILRI), Wageningen, Países Bajos. Descarga de la página web "Informes, artículos, trabajos, estudios de casos" . Archivado desde el original el 7 de noviembre de 2009 . Consultado el 19 de noviembre de 2009 ., bajo nr. 12, o directamente como PDF: "Copia archivada" (PDF) . Archivado (PDF) desde el original el 25 de julio de 2011 . Consultado el 2 de noviembre de 2009 . Mantenimiento de CS1: copia archivada como título ( enlace )
  17. ^ Drenaje de tierras agrícolas: una aplicación más amplia mediante la precaución y la moderación . En: Informe anual 1991, págs. 21–35, Instituto Internacional para la Recuperación y Mejoramiento de Tierras (ILRI), Wageningen, Países Bajos. Descarga de la página web: "Informes, artículos, trabajos, estudios de casos" . Archivado desde el original el 7 de noviembre de 2009 . Consultado el 19 de noviembre de 2009 ., bajo nr. 3, o directamente como PDF: "Copia archivada" (PDF) . Archivado (PDF) desde el original el 27 de septiembre de 2007 . Consultado el 15 de junio de 2007 . Mantenimiento de CS1: copia archivada como título ( enlace )
  18. ^ HS Sen y RJ Oosterbaan, 1993. Investigación sobre gestión y control del agua en Sunderbans, India . En: Informe anual 1992, pág. 8-26. Instituto Internacional para la Recuperación y Mejoramiento de Tierras (ILRI), Wageningen, Países Bajos. Descarga de la página web: "Informes, artículos, trabajos, estudios de casos" . Archivado desde el original el 7 de noviembre de 2009 . Consultado el 19 de noviembre de 2009 ., bajo nr. 2, o directamente como PDF: "Copia archivada" (PDF) . Archivado (PDF) desde el original el 25 de julio de 2011 . Consultado el 2 de noviembre de 2009 . Mantenimiento de CS1: copia archivada como título ( enlace )
  19. ^ Revisión de los aspectos de la gestión del agua en Pulau Petak (cerca de la ciudad de Bandjermasin, Kalimantan, Indonesia). Informe de misión 39, Proyecto de investigación sobre suelos de sulfato ácido (sulfato) en los trópicos húmedos. Instituto Internacional de Recuperación y Mejoramiento de Tierras (ILRI), Wageningen, Países Bajos. Descarga de página web: "Informes de consultoría y misión sobre drenaje y salinidad de suelos" . Archivado desde el original el 7 de febrero de 2010 . Consultado el 19 de noviembre de 2009 ., bajo nr. 7, o directamente como PDF: "Copia archivada" (PDF) . Archivado (PDF) desde el original el 19 de noviembre de 2008 . Consultado el 4 de diciembre de 2007 . Mantenimiento de CS1: copia archivada como título ( enlace )
  20. ↑ Hipsey, M; Salmón, U; Mosley, LM (2014). "Un modelo hidrogeoquímico tridimensional para evaluar el riesgo de acidificación del lago". Modelado ambiental y software . 61 : 433–457. doi : 10.1016 / j.envsoft.2014.02.007 .
  21. ^ Mosley, LM; Shand, P; Yo, P; Fitzpatrick, R (2014). "La geoquímica durante el manejo de la acidificación de los lagos causada por la rehumectación de suelos sulfúricos (pH <4) de sulfato ácido". Geoquímica aplicada . 41 : 49–56. Código Bibliográfico : 2014ApGC ... 41 ... 49M . doi : 10.1016 / j.apgeochem.2013.11.010 .

Lectura adicional [ editar ]

  • Sammut, J .; White, I .; Melville, MD (1996). "Acidificación de un afluente estuarino en el este de Australia debido al drenaje de suelos de sulfato ácido". Investigación marina y de agua dulce . 47 (5): 669–684. doi : 10.1071 / mf9960669 .
  • Sammut, J .; Melville, MD; Callinan, RB; Fraser, G. (1995). "Acidificación de los estuarios: impactos en la biota acuática del drenaje de suelos ácidos sulfatos". Estudios geográficos australianos . 33 : 89-100. doi : 10.1111 / j.1467-8470.1995.tb00687.x .
  • Wilson, BP; White, I .; Melville, MD (1999). "Hidrología de la llanura aluvial, descarga ácida y cambio en la calidad del agua asociados con un suelo de sulfato ácido drenado". Investigación marina y de agua dulce . 50 (2): 149-157. doi : 10.1071 / mf98034 .
  • Wilson, BP (2005). "Temas de clasificación para los Órdenes de Suelos Hidrosol y Organosol para abarcar mejor la acidez superficial y los horizontes sulfídicos profundos en suelos ácidos sulfatos". Revista australiana de investigación del suelo . 43 (5): 629–638. doi : 10.1071 / sr04136 .
  • Wilson, BP (2005). "Elevaciones de capas piríticas en suelos de sulfato ácido: qué indican sobre los niveles del mar durante el Holoceno en el este de Australia". Catena . 62 : 45–56. doi : 10.1016 / j.catena.2005.02.002 .

Enlaces externos [ editar ]

  • Sitio web nacional de suelos sulfato de ácido costero del Departamento de Medio Ambiente y Patrimonio de Australia
  • Sitio web de Suelos de sulfato ácido del Departamento de Medio Ambiente de Australia Occidental
  • Sitio web de suelos de sulfato ácido de la Oficina de Medio Ambiente y Patrimonio de Nueva Gales del Sur
  • "Documento de la Estrategia Nacional Australiana para la Gestión de Suelos de Sulfato de Ácido Costero" (PDF) . Archivado desde el original (PDF) el 23 de junio de 2007.
  • [1] Preguntas frecuentes, pregunta 3: documentación sobre suelos de sulfato ácido