Paleopedología ( palaeopedology en el Reino Unido ) es la disciplina que estudia los suelos de eras geológicas pasadas, de muy reciente ( Cuaternario ) a los primeros períodos de la Tierra la historia 's. La paleopedología puede verse como una rama de la ciencia del suelo ( pedología ) o de la paleontología , ya que los métodos que utiliza son en muchos sentidos una combinación bien definida de las dos disciplinas.
Historia
Los primeros desarrollos de la paleopedología surgieron a partir de observaciones en Escocia alrededor de 1795 mediante las cuales se descubrió que algunos suelos en acantilados parecían ser restos de una antigua superficie terrestre expuesta. Durante el siglo XIX hubo muchos otros hallazgos de suelos antiguos en Europa y América del Norte . Sin embargo, la mayor parte de esto solo se encontró en la búsqueda de fósiles de animales y / o plantas y no fue hasta que la ciencia del suelo se desarrolló por primera vez que los suelos enterrados de edades geológicas pasadas se consideraron de algún valor.
Fue solo cuando se observaron las primeras relaciones entre los suelos y el clima en las estepas de Rusia y Kazajstán que hubo algún interés en aplicar los hallazgos de suelos anteriores a ecosistemas pasados. Esto ocurrió porque, en la década de 1920, KD Glinka había encontrado algunos suelos en Rusia que no encajaban con los climas actuales y se consideraban reliquias de climas más cálidos en el pasado.
Eugene W. Hilgard , en 1892, había relacionado el suelo y el clima en los Estados Unidos de la misma manera, y en la década de 1950 se había establecido firmemente el análisis de la estratigrafía cuaternaria para monitorear los cambios ambientales recientes en el hemisferio norte. Estos desarrollos han permitido que los fósiles de suelos se clasifiquen de acuerdo con la taxonomía de suelos del USDA con bastante facilidad con todos los suelos recientes. El interés por los fósiles de suelo anteriores creció mucho más lentamente, pero se ha desarrollado de manera constante desde la década de 1960 debido al desarrollo de técnicas como la difracción de rayos X que permiten su clasificación. Esto ha permitido que se produzcan muchos desarrollos en paleoecología y paleogeografía porque la química de los suelos puede proporcionar una gran cantidad de evidencia sobre cómo la vida se trasladó a la tierra durante la era Paleozoica .
Encontrar fósiles de suelo y su estructura.
Los restos de suelos anteriores se pueden encontrar bajo sedimentos depositados en áreas no vidriadas o en acantilados extremadamente escarpados donde el suelo viejo se puede ver debajo del suelo joven actual. En los casos en que los volcanes han estado activos, algunos fósiles del suelo se encuentran bajo la ceniza volcánica. Si continúa la deposición de sedimentos, se formará una secuencia de fósiles del suelo, especialmente después del retroceso de los glaciares durante el Holoceno . Los fósiles de suelo también pueden existir donde un suelo más joven ha sido erosionado (por ejemplo, por el viento), como en Badlands de Dakota del Sur . (Se deben excluir las áreas donde los suelos actuales son reliquias de climas más húmedos anteriores, como en Australia y África del Sur . Los suelos de estas regiones son paleosoles adecuados ).
Los fósiles del suelo, ya sean enterrados o expuestos, sufren alteraciones. Esto ocurre en gran parte porque casi todos los suelos pasados han perdido su cubierta vegetal anterior y la materia orgánica que una vez sustentaron ha sido consumida por las plantas desde que se enterró el suelo. Sin embargo, si se pueden encontrar restos de plantas, la naturaleza del fósil del suelo se puede aclarar mucho más que si no se encontrara ninguna flora, porque hoy en día las raíces se pueden identificar con respecto al grupo de plantas del que provienen. Los patrones de rastros de raíces, incluida su forma y tamaño, son una buena evidencia del tipo de vegetación que soportaba el suelo anterior. Los colores azulados en el suelo tienden a indicar que las plantas han movilizado nutrientes dentro del suelo.
Los horizontes de los suelos fósiles suelen estar claramente definidos solo en las capas superiores, a menos que parte del material original no haya sido borrado por la formación del suelo. Sin embargo, los tipos de horizontes en los suelos fósiles son, en general, los mismos que los que se encuentran en los suelos actuales, lo que permite una fácil clasificación en la taxonomía moderna de todos los suelos menos los más antiguos.
Análisis
El análisis químico de los fósiles del suelo generalmente se enfoca en su contenido de cal , que determina tanto su pH como cuán reactivos serán para diluir los ácidos . El análisis químico también es útil, generalmente mediante extracción con solvente para determinar minerales clave. Este análisis puede ser de alguna utilidad para determinar la estructura de un suelo fósil, pero hoy en día se prefiere la difracción de rayos X porque permite determinar la estructura cristalina exacta del suelo anterior.
Con la ayuda de la difracción de rayos X, los paleosoles ahora se pueden clasificar en uno de los 12 órdenes de taxonomía de suelos ( Oxisoles , Ultisoles , Alfisoles , Molisoles , Espodosoles , Aridisoles , Entisoles , Inceptisoles , Gelisoles , Histosoles , Vertisoles y Andisoles ). Sin embargo, muchos suelos precámbricos , cuando se examinan, no se ajustan a las características de ninguno de estos órdenes de suelo y se han colocado en un nuevo orden llamado arcillas verdes . El color verde se debe a la presencia de ciertos minerales no oxidados que se encuentran en la tierra primitiva porque el O 2 no estaba presente. También hay algunos suelos forestales de épocas más recientes que no pueden clasificarse claramente como Alfisoles o Spodosoles porque, a pesar de sus horizontes arenosos, no son lo suficientemente ácidos para tener las características típicas de un Spodosol.
Importancia
La paleopedología es una disciplina científica importante para la comprensión de la ecología y la evolución de los ecosistemas antiguos, tanto en la Tierra como en el campo emergente de la investigación de exoplanetas o Astropedología . [La sección está actualmente en construcción.]
Modelos
Las diferentes definiciones aplicadas a los suelos son indicativas de los diferentes enfoques que se les han adoptado. Cuando los agricultores e ingenieros experimentan diferentes desafíos del suelo, los científicos del suelo tienen nuevamente una visión diferente (Johnson & Watson-Stegner 1987 [1] ). Esencialmente, estas diferentes visiones de la definición de suelo son bases teóricas diferentes para su estudio (Retallack 2001 [2] ). Los suelos se pueden considerar como sistemas abiertos en el sentido de que representan un límite entre la tierra y la atmósfera donde se transportan y cambian los materiales. Hay cuatro tipos básicos de flujo: sumas, restas, transferencias y transformaciones (Simonson 1978; [3] Anderson 1988 [4] ). Los ejemplos de adición pueden incluir granos minerales y hojarasca, mientras que las sustracciones pueden incluir la erosión superficial de minerales y de materia orgánica. Las transferencias incluyen el movimiento de un material dentro del perfil del suelo, y las transformaciones son el cambio de composición y forma de los materiales dentro de un suelo.
Los suelos también pueden considerarse transformadores de energía en el sentido de que son estructuras físicas de material que son modificadas por procesos naturales. El sol constituye la fuente de energía primaria para los suelos y supera significativamente cualquier calor generado por la desintegración radiactiva que fluye desde las profundidades de la corteza terrestre. La deposición de sedimentos, o la adición de agua subterránea o lluvia, también puede considerarse una ganancia de energía porque nuevos minerales y agua pueden alterar los materiales preexistentes dentro del suelo. Estos procesos, junto con la cantidad de energía disponible para alimentarlos, son los que crean un perfil de suelo.
Otra forma de ver los suelos es que son productos ambientales que se moldean durante un período de tiempo a partir de los materiales disponibles para ellos. La gran cantidad de influencias que afectan la formación de suelos se puede simplificar a cinco factores principales: clima, organismos, relieve topográfico, material parental y tiempo (Jenny 1941; [5] Buol et al. 1997 [6] ). Estos cinco factores se pueden recordar fácilmente usando el acrónimo 'CLORPT'. Estas categorías son útiles para considerar mentalmente los aspectos que ocurrieron durante la formación de un suelo o paleosuelo. Sin embargo, lo que es más importante, CLORPT permite un marco teórico al crear experimentos naturales para el estudio de la formación del suelo. (Retallack 2001 [2] )
Clima
Cuando se fundó la ciencia del suelo, el clima se consideraba uno de los factores más importantes con respecto a la formación del suelo. Por ejemplo, las regiones templadas tienen Espodosoles de arena ácida generalizados, y en las regiones tropicales son comunes los Oxisoles arcillosos rojos. La tendencia a utilizar datos climáticos para la clasificación de suelos ha sido desafiada por los esfuerzos para basar la clasificación de suelos en características observables dentro de los suelos. Esta tendencia es lamentable porque los paleoclimas no se pueden interpretar a partir de los paleosuelos identificados utilizando datos paleoclimáticos. Afortunadamente, la identificación de paleosoles utilizando datos climáticos está cambiando. Por ejemplo, los Aridisoles han sido redefinidos (Soil Survey Staff 1998 [7] ) como suelos que poseen un horizonte cálcico de menos de 1 metro de profundidad.
Los términos clima y clima a veces se usan indistintamente en los lenguajes modernos, pero tienen significados científicos muy diferentes. El tiempo es el registro de temperatura, lluvia y humedad según lo informado diariamente en línea, por periódicos y por televisión. Por el contrario, el clima es el promedio de datos recopilados de los informes meteorológicos, generalmente durante un período de 30 años, que refleja estas observaciones. Los datos meteorológicos utilizados para determinar el clima se basan en estaciones meteorológicas particulares que generalmente se eligen para reflejar las condiciones que existen en la región circundante (Müller 1982 [8] ). Sin embargo, las altas crestas expuestas y los huecos de heladas locales no se consideran en las estaciones meteorológicas regionales porque representan microclimas y son significativamente diferentes del clima regional, aunque son importantes para la flora y fauna pequeñas.
Al igual que las altas crestas expuestas y los microclimas huecos de las heladas locales, el clima del suelo también es un tipo especial de microclima. Se refiere a la humedad, temperatura y otros indicadores climáticos que se encuentran dentro de los poros del suelo. Por ejemplo, en suelos bien drenados, el clima del suelo es una versión algo moderada del clima regional. En suelos anegados, el clima del suelo no está relacionado con el clima regional porque la temperatura y la oxigenación de los suelos anegados dependen más de las rutas y tasas de las aguas subterráneas locales que de las condiciones atmosféricas. Las estimaciones de otros tipos de clima del suelo están comenzando a encontrar su camino en la clasificación de suelos, los modelos para la formación de suelos y en el estudio de la biología del suelo .
La clasificación del clima de los paleosuelos se puede relacionar utilizando características climáticamente sensibles de suelos que son sensibles a variables climáticas particulares, pero incluso las mejores de estas características carecen de precisión. Esto se debe a que los suelos no son tan sensibles como los instrumentos meteorológicos para registrar las condiciones climáticas. Sin embargo, en una categoría bastante amplia, el clima se puede interpretar a partir de las características sensibles que se encuentran en los suelos. Una de las influencias a mayor escala con respecto a la clasificación del clima fue creada en 1918, luego modificada durante dos décadas por el meteorólogo alemán Vladimir Köppen (Trewartha 1982 [9] ). Propuso que hay cinco grupos climáticos principales ( clasificación climática de Köppen ), cada uno correspondiente a los principales tipos de vegetación terrestre. Cada tipo de clima se designa con letras, con mayúsculas que se refieren a los principales grupos climáticos y minúsculas que se refieren a características climáticas subsidiarias. (Retallack 2001 [2] )
Organismos
Las plantas grandes son solo una parte de los organismos que juegan un papel en la formación del suelo. Por ejemplo, los hongos están estrechamente asociados con las raíces de muchas plantas vasculares al hacer disponibles nutrientes como el nitrógeno y el fósforo de una manera que sus plantas hospedantes pueden utilizar, y desempeñan un papel importante en el retorno de la materia orgánica al suelo mediante la descomposición de la hojarasca. La lista de organismos que interactúan y afectan el suelo es extensa, y son estas interacciones las que permiten inferir la presencia de paleosoles. No solo se pueden interpretar organismos particulares a partir de paleosoles, sino también ecosistemas antiguos. La interacción de las plantas con el suelo es diferente de una comunidad a otra. Cada uno tiene patrones distintos de rastros de raíces, estructura del suelo y forma general del perfil. La identificación de estas características es útil para proporcionar una evaluación general de la influencia que los organismos pasados tuvieron en cualquier paleosuelo en particular. Sin embargo, calificar estos efectos generales de la actividad del organismo puede ser difícil porque el nivel de su expresión está tan relacionado con su naturaleza como con la cantidad de tiempo disponible para la formación del suelo. Incluso cuando se entienden los fósiles que se encuentran en los paleosoles, se puede aprender mucho más sobre su preservación, ecología y evolución al estudiar los paleosoles que habitaban.
Una huella fosilizada, una madriguera o un coprolito (heces fósiles) son ejemplos de rastros de fósiles (icnofósiles ). Estos rastros de fósiles no representan ninguna parte física de un organismo, sino más bien evidencia de la actividad de un organismo dentro de su entorno. Mientras que un hueso, una hoja o un tallo pueden proporcionar suficiente información para identificar positivamente una especie en particular, los rastros de fósiles rara vez permiten una identificación tan precisa. Sin embargo, a diferencia de las partes del cuerpo fosilizadas que pueden verse afectadas por muchas variables, los rastros de fósiles no suelen transportarse y, por lo general, se encuentran en el lugar donde vivía el organismo. Esta ventaja hace que los rastros de fósiles en los paleosoles sean especialmente importantes porque permiten interpretar el comportamiento del animal en su entorno natural. Un gran ejemplo de esto son las simples madrigueras fosilizadas poco profundas de abejas solitarias que hacen sus hogares en el suelo. Así como las huellas, madrigueras y coprolitos fosilizados representan rastros de fósiles u organismos, los paleosoles pueden considerarse rastros de fósiles de un ecosistema antiguo. Al igual que el pequeño porcentaje de especies que están fosilizadas, muy pocas especies dentro de un ecosistema dejan un rastro discernible en los paleosoles. Sin embargo, pueden conservarse sus efectos más generales dentro de un paleosuelo. Un buen ejemplo de esto son los rastros de raíz. El análisis del patrón de los rastros de las raíces, la secuencia de los horizontes del suelo y otras características puede ayudar a identificar el tipo de vegetación que estuvo presente durante la formación del suelo. Las características generales como la estatura y el espaciamiento determinan lo que los botánicos llaman una "formación de plantas". A diferencia de una comunidad o asociación, la formación de plantas no está definida por ninguna especie en particular. Los ejemplos de formación de plantas incluyen bosques, bosques y pastizales. Debido a que puede que no sea posible determinar si una planta en particular era un roble, eucalipto u otra especie, las formaciones de plantas en los paleosoles permiten identificar un ecosistema de bosque antiguo a partir de un ecosistema de pastizal antiguo. (Retallack 2001 [2] )
Relieve topográfico
La naturaleza de los suelos variará con la topografía , lo que puede entenderse comparando los suelos rocosos delgados de las cimas de las montañas con los suelos fértiles y gruesos de las tierras bajas cubiertas de hierba. Incluso en una tierra baja sin rasgos distintivos, la naturaleza de un suelo variará mucho dependiendo de si está bien drenado o no; aunque el drenaje del suelo no es completamente independiente porque la vegetación, el microclima y la edad de las superficies de la tierra variarán dentro de un paisaje dado. Sin embargo, en áreas más pequeñas, los factores limitantes pueden ser tan extensos que una variación en los suelos a través de un paisaje constituirá una verdadera toposecuencia (secuencia topográfica), y las características dentro de estos suelos pueden producir topofunciones confiables (funciones topográficas). Los paisajes audaces como las crestas y los picos alpinos se pueden resolver en función de distintos procesos relacionados con las pendientes. Por ejemplo, las laderas alpinas empinadas tienen una vegetación escasa con suelos que son erosionados por el deshielo, agitados por las heladas e impactados por la caída de rocas. Estos procesos crean suelos delgados, poco arraigados, ligeramente erosionados y rocosos que son indicativos de un entorno de laderas montañosas. El tamaño y el grado de estos procesos no permiten un análisis estricto como funciones principales debido a la gran variación en el clima, la vegetación, los materiales parentales y la edad de la superficie terrestre a diferentes elevaciones en la ladera de una montaña. (Retallack 2001 [2] )
Contenido para adultos
La roca o sedimento asociado con el desarrollo de un suelo se conoce como su material original ; es el punto de partida del proceso de formación del suelo. Durante la formación temprana, los suelos no son tan diferentes de sus materiales parentales. Sin embargo, con el tiempo, los suelos contendrán cada vez menos características de su material parental original, hasta que finalmente adquieran una identidad propia. Para hacer una evaluación precisa de la cantidad de formación de suelo que ha ocurrido, se debe conocer el material parental para establecer una línea de base o punto de partida en la formación del suelo.
En la mayoría de los casos, el material parental es independiente de la formación del suelo. La formación de rocas ígneas y rocas metamórficas ocurre en lugares y por procesos removidos de la superficie de la Tierra. Estos sedimentos son a menudo el material parental de los suelos y se derivan de los suelos, pero el grado de clasificación y distribución sedimentaria varía tanto que también se consideran independientes de los suelos.
Muy pocos materiales parentales asociados con suelos son completamente uniformes en su composición o estructura. Con frecuencia, existe cierto grado de irregularidad, incluida la foliación, las vetas, las juntas o las capas, que en algunos casos ayudan con la formación del suelo y en otros casos lo obstaculizan. Por ejemplo, algunas capas sedimentarias promueven la formación de suelo, como una capa limosa en el lecho de roca o una capa arenosa en una capa de aluvión arcillosa . En ambos casos, se ha establecido un material de superficie friable por casos no pedogénicos. Otros casos de cementación de la superficie sedimentaria, o secuencias finas entre capas de arcilla y arena, podrían considerarse no propicias para la formación de un suelo. Los materiales parentales no uniformes pueden ser difíciles de encontrar en suelos y paleosoles, aunque las desviaciones de los minerales que se encuentran normalmente podrían dar pistas sobre el material parental original. Si no se encuentran granos de materias primas en el material parental, se puede inferir que se produjeron adiciones posteriores. Por ejemplo, el cuarzo no se encuentra en la fonolita basáltica y el olivino no se encuentra en el granito .
El papel del material parental se comprende mejor a partir de estudios de suelos que se formaron en condiciones similares en diferentes materiales parentales o litosecuencias (diferentes características del perfil del suelo debido a diferentes materiales parentales). Esto proporciona un punto de partida para comprender qué papel jugó el material parental durante la formación del suelo. Las relaciones generalizadas obtenidas de estos estudios se pueden utilizar para determinar qué efectos tuvo el material parental sobre el paleosuelo durante su formación. La dificultad radica en el hecho de que el material parental ya no existe y, por lo tanto, su naturaleza solo puede estimarse utilizando materiales cercanos.
Por lo general, estas estimaciones se basan en cuatro supuestos críticos que deben reconocerse como supuestos y, por lo tanto, deben evaluarse con cautela al evaluar suelos y paleosoles.
- La primera suposición es que el material original es nuevo. Esto significa que el material parental que se supone que es un sustituto del material parental original debe ser química y físicamente similar al material original. Por ejemplo, la saprolita no puede considerarse una representación precisa de un material parental derivado de un suelo boscoso sobre granito, pero podría considerarse que representa un material parental de un suelo cultivado formado después de una tala y erosión de un suelo boscoso.
- El segundo supuesto es que el material original era uniforme. Esta suposición establece que el material parental tenía una composición uniforme dentro del perfil del suelo. Si las propiedades del material que se encuentra debajo del perfil deben considerarse representativas del material principal de todo el perfil, esto debe ser cierto. Sin embargo, esto es difícil considerando que pocas rocas o sedimentos son lo suficientemente uniformes como para ser considerados una representación precisa del material parental original. Por ejemplo, es extremadamente difícil detectar una capa delgada de polvo arrastrado por el viento sobre el granito dentro de un suelo arcilloso espeso.
- El tercer supuesto es que un constituyente es estable. Esto indica que al menos uno de los constituyentes del material parental no se ve alterado por la intemperie y todavía está presente. El principal problema con esto es que ningún componente es completamente inmune a los amplios procesos de meteorización que existen en la naturaleza (Gardner 1980 [10] ). Por ejemplo, el cuarzo es un mineral bastante estable en suelos con pH> 9, donde la alúmina (Al 2 O 3 ) es estable entre pH 4.5 y 8 (principalmente en arcilla). Los oligoelementos que generalmente son estables en suelos en una gama más amplia de condiciones ambientales incluyen plomo (Pb) y circonio (Zr), pero no siempre están lo suficientemente presentes para ser útiles.
- El cuarto supuesto es que el cambio de volumen es proporcional al espesor y la densidad. Esto establece que la pérdida de volumen del suelo y el grado de compactación durante el entierro están relacionados con su densidad o cambio de espesor. Aunque el sentido común sugiere que el volumen y la densidad son tridimensionales, y el espesor es unidimensional, las observaciones de varios materiales, incluidas las plantas fósiles de forma conocida (Walton 1936; [11] Briggs y Williams 1981 ), muestran que en condiciones de vertical estática La carga, los suelos y los fósiles se mantienen mediante presión en el lateral.
Estos cuatro supuestos simplificadores permiten un análisis detallado de los cambios que ocurren durante la formación de un suelo y el entierro de un suelo. (Retallack 2001 [2] )
En geoquímica , el conocimiento de la estructura de los suelos anteriores también es valioso para comprender la composición de los continentes paleo.
Ver también
- Cutanes
- Paleosoles
Referencias
- ^ Johnson, D. y Watson-Stegner, D. (1987). "Modelo de evolución de la pedogénesis". Ciencia del suelo . 143 : 349–366. doi : 10.1097 / 00010694-198705000-00005 .CS1 maint: varios nombres: lista de autores ( enlace )
- ^ a b c d e f Represalia, Gregory J. (2001). Suelos del pasado: una introducción a la paleopedología (2ª edición) . Malden, MA: Blackwell Science. pp. 171 -172, 180-182. ISBN 9780632053766.
- ^ Simonson, RW (1978). Un modelo de procesos múltiples de génesis del suelo . Norwich: Geoabstractos. págs. 1–25.
- ^ Anderson, DW (1988). "El efecto del material parental y el desarrollo del suelo en el ciclo de nutrientes en ecosistemas templados". Biogeoquímica . 5 : 71–97. doi : 10.1007 / bf02180318 .
- ^ Jenny, HJ (1941). Factores en la formación del suelo . Nueva York: McGraw-Hill.
- ^ Buol, SW (1997). Génesis y clasificación de suelos (4ª edición) . Ames: Iowa State University Press.
- ^ Personal de estudio de suelos (1998). Claves para la taxonomía de suelos . Blacksburg, VA: Pocahontas Press.
- ^ Muller, MJ (1982). Datos climáticos seleccionados para un conjunto global de estaciones estándar para la ciencia de la vegetación . Junk, La Haya.
- ^ Trewartha, GT (1982). Climas problemáticos de la Tierra . Madison, WI: Prensa de la Universidad de Wisconsin.
- ^ Gardner, LR (1980). "Movilización de Al y Ti durante la meteorización - evidencia química isovolumétrica". Geología química . 30 : 151-165. doi : 10.1016 / 0009-2541 (80) 90122-9 .
- ^ Walton, J. "Sobre los factores que influyen en la forma externa de las plantas fósiles; con descripción de algunas especies del género paleozoico equisetalean Annularia Sternberg" . Transacciones filosóficas de la Royal Society de Londres . Serie B, 226: 219-237. doi : 10.1098 / rstb.1936.0008 .