Espacio poroso en el suelo

El espacio poroso del suelo contiene las fases líquida y gaseosa del suelo , es decir, todo menos la fase sólida que contiene principalmente minerales de diferentes tamaños, así como compuestos orgánicos .

Para comprender mejor la porosidad se han utilizado una serie de ecuaciones para expresar las interacciones cuantitativas entre las tres fases del suelo.

Los macroporos o fracturas juegan un papel importante en las tasas de infiltración en muchos suelos, así como en los patrones de flujo preferenciales, la conductividad hidráulica y la evapotranspiración. Las grietas también influyen mucho en el intercambio de gases, influyendo en la respiración dentro de los suelos. Por lo tanto, modelar grietas ayuda a comprender cómo funcionan estos procesos y qué efectos pueden tener en estos procesos los cambios en el agrietamiento del suelo, como la compactación.

El espacio poroso del suelo puede contener el hábitat de plantas ( rizosfera ) y microorganismos .

Antecedentes

Densidad aparente

Artículo principal: densidad aparente

${\displaystyle \rho ={\frac {M_{s}}{V_{t}}}}$

La densidad aparente del suelo depende en gran medida de la composición mineral del suelo y del grado de compactación . La densidad del cuarzo es de alrededor de 2,65 g / cm ^3, pero la densidad aparente de un suelo puede ser menos de la mitad de esa densidad.

La mayoría de los suelos tienen una densidad aparente entre 1,0 y 1,6 g / cm ^3, pero el suelo orgánico y algunas arcillas friables pueden tener una densidad aparente muy por debajo de 1 g / cm ³ .

Las muestras de núcleos se toman introduciendo un núcleo de metal en la tierra a la profundidad y el horizonte del suelo deseados . A continuación, las muestras se secan al horno y se pesan.

Densidad aparente = (masa de suelo seco al horno) / volumen

La densidad aparente del suelo está inversamente relacionada con la porosidad del mismo suelo. Cuanto más espacio poroso en un suelo, menor es el valor de densidad aparente.

Porosidad

Artículo principal: Porosidad

${\displaystyle f={\frac {V_{f}}{V_{t}}}}$ o ${\displaystyle f={\frac {V_{a}+V_{w}}{V_{s}+V_{a}+V_{w}}}}$

La porosidad es una medida del espacio total de poros en el suelo. Esto se mide como volumen o porcentaje . La cantidad de porosidad en un suelo depende de los minerales que forman el suelo y la cantidad de clasificación que ocurre dentro de la estructura del suelo . Por ejemplo, un suelo arenoso tendrá una porosidad mayor que la arena limosa, porque el limo llenará los espacios entre las partículas de arena.

Relaciones del espacio poroso

Conductividad hidráulica

La conductividad hidráulica (K) es una propiedad del suelo que describe la facilidad con la que el agua puede moverse a través de los espacios porosos. Depende de la permeabilidad del material (poros, compactación) y del grado de saturación. La conductividad hidráulica saturada, K _sat , describe el movimiento del agua a través de medios saturados. Donde la conductividad hidráulica tiene la capacidad de medirse en cualquier estado. Puede estimarse mediante numerosos tipos de equipos. Para calcular la conductividad hidráulica se utiliza la ley de Darcy . La manipulación de la ley depende de la saturación del suelo y del instrumento utilizado.

Infiltración

La infiltración es el proceso por el cual el agua en la superficie del suelo ingresa al suelo. El agua ingresa al suelo a través de los poros por las fuerzas de la gravedad y la acción capilar . Las grietas y los poros más grandes ofrecen un gran depósito para la descarga inicial de agua. Esto permite una rápida infiltración . Los poros más pequeños tardan más en llenarse y dependen de las fuerzas capilares y de la gravedad. Los poros más pequeños tienen una infiltración más lenta a medida que el suelo se vuelve más saturado {{dn | fecha = febrero de 2020).

Tipos de poros

Un poro no es simplemente un vacío en la estructura sólida del suelo. Las diversas categorías de tamaño de poro tienen diferentes características y aportan diferentes atributos a los suelos según el número y la frecuencia de cada tipo. Una clasificación de tamaño de poro ampliamente utilizada es la de Brewer (1964): ^{[1] [2] [3]}

Macroporo

Los poros que son demasiado grandes para tener una fuerza capilar significativa. A menos que se impida, el agua se drenará de estos poros, y generalmente se llenan de aire a la capacidad de campo . Los macroporos pueden ser causados ​​por agrietamiento, división de peds y agregados , así como por raíces de plantas y exploración zoológica. ^[3] Tamaño> 75 μm. ^[4]

Mesoporo

Los poros más grandes se llenan de agua a capacidad de campo . También conocidos como poros de almacenamiento debido a la capacidad de almacenar agua útil para las plantas. No tienen fuerzas capilares demasiado grandes para que el agua no se vuelva limitante para las plantas. Las propiedades de los mesoporos son muy estudiadas por los científicos del suelo debido a su impacto en la agricultura y el riego . ^[3] Tamaño 30–75 μm. ^[4]

Microporo

Estos son "poros que son lo suficientemente pequeños como para que el agua dentro de estos poros se considere inmóvil, pero disponible para la extracción de plantas". ^[3] Debido a que hay poco movimiento de agua en estos poros, el movimiento de los solutos se debe principalmente al proceso de difusión. Tamaño 5–30 μm. ^[4]

Ultramicroporo

Estos poros son adecuados para ser habitados por microorganismos. Su distribución está determinada por la textura del suelo y la materia orgánica del suelo , y no se ven muy afectados por la compactación ^{[5] [3]} Tamaño 0,1–5 μm. ^[4]

Cryptopore

Poros que son demasiado pequeños para ser penetrados por la mayoría de los microorganismos. Por tanto, la materia orgánica de estos poros está protegida de la descomposición microbiana. Están llenas de agua a menos que el suelo esté muy seco, pero poca de esta agua está disponible para las plantas y el movimiento del agua es muy lento. ^{[5] [3]} Tamaño <0,1 μm. ^[4]

Métodos de modelado

El modelado básico de grietas se ha realizado durante muchos años mediante simples observaciones y mediciones del tamaño, la distribución, la continuidad y la profundidad de las grietas. Estas observaciones se han realizado en la superficie o en perfiles en fosas. El rastreo manual y la medición de patrones de grietas en papel fue un método utilizado antes de los avances en la tecnología moderna. Otro método de campo fue con el uso de una cuerda y un semicírculo de alambre. ^[6] El semicírculo se movió a lo largo de lados alternos de una línea de cuerda. Las grietas dentro del semicírculo se midieron en ancho, largo y profundidad con una regla. La distribución de grietas se calculó utilizando el principio de la aguja de Buffon .

Permeámetro de disco

Este método se basa en el hecho de que los tamaños de las grietas tienen una gama de potenciales hídricos diferentes. Con un potencial hídrico cero en la superficie del suelo, se produce una estimación de la conductividad hidráulica saturada , con todos los poros llenos de agua. A medida que el potencial disminuye progresivamente, las grietas se drenan. Midiendo la conductividad hidráulica en un rango de potenciales negativos, se puede determinar la distribución del tamaño de los poros . Si bien este no es un modelo físico de las grietas, sí da una indicación del tamaño de los poros dentro del suelo.

Modelo de Horgan y Young

Horgan y Young (2000) produjeron un modelo informático para crear una predicción bidimensional de la formación de grietas en la superficie. Se utilizó el hecho de que una vez que las grietas se acercan a una cierta distancia entre sí, tienden a sentirse atraídas entre sí. Las grietas también tienden a girar dentro de un rango particular de ángulos y, en algún momento, un agregado superficial alcanza un tamaño en el que no se producirán más grietas. Estos suelen ser característicos de un suelo y, por lo tanto, pueden medirse en el campo y utilizarse en el modelo. Sin embargo, no pudo predecir los puntos en los que comienza el agrietamiento y, aunque aleatoria en la formación del patrón de agrietamiento, en muchos sentidos, el agrietamiento del suelo a menudo no es aleatorio, pero sigue líneas de debilidades. ^[7]

Imágenes de impregnación de araldita

Se recolecta una muestra de núcleo grande. A continuación, se impregna con araldita y una resina fluorescente . Luego, el núcleo se corta con un implemento de trituración, muy gradualmente (~ 1 mm por vez), y en cada intervalo se obtiene una imagen digital de la superficie de la muestra del núcleo. Luego, las imágenes se cargan en una computadora donde se pueden analizar. A continuación, se pueden realizar mediciones de profundidad, continuidad, superficie y una serie de otras medidas en las grietas del suelo.

Imágenes de resistividad eléctrica

Usando la resistividad infinita del aire, se pueden mapear los espacios de aire dentro de un suelo. Un medidor de resistividad especialmente diseñado había mejorado el contacto entre el medidor y el suelo y, por lo tanto, el área de lectura. ^[8] Esta tecnología se puede utilizar para producir imágenes que se pueden analizar para una variedad de propiedades de agrietamiento.

Ver también

• Aireación del suelo
• Densidad de particula
• Presión de agua de poro
• Respiración del suelo

Referencias

1. Cervecero, Roy (1964). Análisis de tejidos y minerales de suelos . Huntington, NY: RE Krieger (publicado en 1980). ISBN 978-0882753140.
2. Chesworth, Ward (2008). Enciclopedia de la ciencia del suelo . Dordrecht, Holanda: Springer. pag. 694. ISBN 978-1402039942. Consultado el 2 de julio de 2016 .
3. Comité de términos del glosario de ciencias del suelo (2008). Glosario de términos de la ciencia del suelo 2008 . Madison, WI: Sociedad Estadounidense de Ciencias del Suelo. ISBN 978-0-89118-851-3.
4. Brewer, Roy (1964). "[extracto de la tabla]" (PDF) . Análisis de tejidos y minerales de suelos . Nueva York: John Wiley & Sons . Consultado el 28 de julio de 2020 .
5. Malcolm E. Sumner (31 de agosto de 1999). Manual de ciencia del suelo . Prensa CRC. pag. A-232. ISBN 978-0-8493-3136-7.
6. Ringrose-Voase, AJ; Sanidad, WB (1996). "Un método para medir el desarrollo de grietas superficiales en suelos: aplicación al desarrollo de grietas después del arroz de tierras bajas". Geoderma . 71 (3–4): 245–261. Código bibliográfico : 1996Geode..71..245R . doi : 10.1016 / 0016-7061 (96) 00008-0 .
7. Horgan, GW; Joven, MI (2000). "Un modelo estocástico empírico para la geometría del crecimiento de grietas bidimensionales en el suelo". Geoderma . 96 (4): 263–276. CiteSeerX 10.1.1.34.6589 . doi : 10.1016 / S0016-7061 (00) 00015-X . 
8. Samouëlian, A; Primo, yo; Richard, G; Tabbagh, A; Bruand, A. (2003). "Imágenes de resistividad eléctrica para detectar grietas en el suelo a escala centimétrica" . Revista de la Sociedad de Ciencias del Suelo de América . 67 (5): 1319-1326. Código bibliográfico : 2003SSASJ..67.1319S . doi : 10.2136 / sssaj2003.1319 . Archivado desde el original el 15 de junio de 2010.

Lectura adicional

• Foth, HD; (1990) Fundamentos de la ciencia del suelo. (Wiley: Nueva York)
• Harpstead, MI; (2001) Ciencia del suelo simplificada. (Prensa de la Universidad Estatal de Iowa: Ames)
• Hillel, D .; (2004) Introducción a la física ambiental del suelo. (Sydney: Elsevier / Academic Press: Amsterdam;)
• Kohnke, H .; (1995) Ciencia del suelo simplificada. (Prensa de Waveland: Prospect Heights, Illinois )
• Leeper GW (1993) Ciencia del suelo: una introducción. ( Prensa de la Universidad de Melbourne : Carlton, Victoria ).