Origen y formación de los suelos

En este artículo se describe lo que es el suelo y su composición básica. Además, se explica el origen y formación del suelo debido a procesos de meteorización, donde se incluye procesos físicos, químicos y biológicos.

¿Qué es el suelo?

El suelo es un elemento natural compuesto de minerales, agua, gases y material orgánico (organismo vivos y muertos) derivadas de la combinación de factores geológicos, climáticos, biológicos, las partículas que componen el suelo deben su origen a la erosión de los tipos de rocas preexistentes (ígneas, sedimentarias y metamórficas).

Tipos de suelos

Existen diversos tipos de suelos, todos ellos relacionados a la actividad para lo que van a ser usados, en este caso mencionaremos a los tipos básicos de suelos que se encuentran para actividades de ingeniería civil, mecánica de suelos y geotecnia.

Suelos gravosos (grava):	tienen tamaño de partículas entre 8-10 cm a 2 mm, son muy permeables y sus componentes se observan a simple vista.
Suelos arenosos (arena):	tienen tamaño de partículas entre 2-0,060 mm, son muy permeables y sus componentes también se observan a simple vista.
Suelos limosos (limo):	tienen tamaño de partículas entre 0,060 mm y 0,002 mm, tienen capacidad de retención de agua mayor que las arenas, pero menor que las arcillas, sus componentes ya no se reconocen a simple vista, suelen ser atractivos para la agricultura si tienen alto contenido mineral y orgánico.
Suelos arcillosos (arcilla):	tienen tamaño de partículas menores que 0,002 mm (inferiores a los limos), tienen alta capacidad de retención de agua y son muy atractivos para la agricultura sobre todo cuando tienen alto porcentaje de materia orgánica. Sin embargo, este tipo de suelo es el que genera mayor problema en ingeniería civil.

Composición y partes del suelo

¿Cómo está formado o compuesto el suelo? El suelo está compuesto de cuatro partes básicas: La parte mineral (minerales) o parte inorgánica, el componente orgánico (organismos vivos o muertos), agua, el aire

Minerales o componente inorgánico	Los minerales o la componente inorgánica es la más abundante, representa entre el 40 % al 50 % del volumen total del suelo. Los minerales deben su origen a la descomposición (erosión o meteorización in situ) de las rocas preexistentes o rocas madres (rocas ígneas, sedimentarias y rocas metamórficas). La parte sólida que compone el suelo se encuentra representado por minerales y partes de rocas y corresponden a partículas de tamaño de gravas, arenas, limos y arcillas.
Componente orgánico (materia orgánica)	El componente orgánico del suelo se encuentra representado por organismos vivos (microorganismos, plantas, etc) y organismo muertos (restos de plantas, microorganismos muertos, heces de animales, etc), conforma alrededor del 5 % del volumen total del suelo. El suelo que es rico en materia orgánica tiene alta capacidad de retener el agua y nutrientes básicos, por lo que es atractivo para la generación de cultivos.
El agua	El agua que está presente en el suelo se almacena en los espacios disponibles entre las partículas que conforman el suelo (porosidad), representa entre el 20 % al 30 % del volumen total del suelo y su importancia radica en la alta capacidad de transporte de los nutrientes básicos para la vida en el suelo y para facilitar la descomposición biológica – química. El porcentaje de agua que se retenga en el suelo va a depender sobre todo de los diferentes tipos de suelos, es así que un suelo arcilloso es el que más capacidad de retención de agua tiene y suelos gravosos-arenosos son los que menos capacidad de retención tienen (propiedad de permeabilidad).
El aire (los gases)	Los gases son otro de los componentes básicos del suelo, representa el aire que ocupa los espacios disponibles entre las partículas sólidas del suelo (porosidad), suele ocupar entre el 20 % al 30% del volumen total del suelo. El oxígeno es esencial para la respiración de las raíces y los microbios (microorganismo), lo que ayuda a mantener el crecimiento de las plantas.

Horizontes o capas del suelo

El suelo consiste en diferentes capas que a menudo se llaman horizontes. Hay tres horizontes del suelo principales llamados A, B y C, así como una capa orgánica (O) en la parte superior del suelo (O) y roca madre (R) a continuación:

Horizonte O: Esta es una capa compuesta principalmente de materia orgánica que tiene alrededor 2 pulgadas de grosor y está hecha de material vegetal muerto como hojas y ramas.

Horizonte A: Este horizonte superior del suelo también se denomina superficie del suelo. Tiene un grosor aproximado entre 5 y 10 pulgadas y está compuesto principalmente de materia orgánica y minerales. Esta es la capa de suelo donde viven las plantas y los organismos (microorganismo).

Horizonte B: esta capa también se denomina subsuelo. Está compuesto principalmente de arcilla, minerales de hierro y materia orgánica, que el agua de lluvia arrastra hasta este horizonte (capa).

Horizonte C: el horizonte C es el material principal a partir del cual se desarrollaron las capas superiores del suelo. Consiste principalmente en rocas grandes relictos de la roca madre, es decir que es una zona de transición entre el suelo y la roca madre.

Horizonte R: Este es el lecho de roca (roca madre) y se encuentra varios metros bajo la superficie. El lecho de roca está hecho de una masa sólida de roca. También se lo conoce como el horizonte D.

Origen y formación de los suelos

Los suelos deben su origen o formación por la acción desintegradora que sufren los macizos rocosos preexistentes o rocas madres, debido a factores medioambientales, procesos de meteorización in situ (físicos, químicos y biológicos) y procesos de erosión (transporte de suelos)

Cuando una superficie de roca se expone a la atmósfera durante un tiempo apreciable, se desintegra o se descompone en partículas pequeñas y así se forman los suelos.

Un suelo puede formarse in situ por la meteorización de los macizos rocosos. En este caso las rocas madres se descomponen y alteran en el mismo lugar y no ocurre transporte de materiales.

También puede ocurrir que las partículas que se generan por los procesos físicos, químicos y biológicos, sufran transporte y se genere un suelo transportado, es decir que las partículas se depositaron mas abajo.

Es necesario comprender como se forma el suelo, para entender las propiedades ingenieriles (parámetros geotécnicos) de los materiales que conforman el suelo y por tanto lograr que las obras de ingeniería civil sean seguras y rentables.

Factores que generan el suelo:

• Factores físicos
• Factores químicos
• Factores biológicos
• Transporte de las partículas

Desintegración física

La desintegración física o la meteorización mecánica de las rocas se produce debido a los siguientes procesos físicos:

Cambios de temperatura

Diferentes minerales de rocas tienen diferentes coeficientes de expansión térmica. La expansión desigual y la contracción de estos minerales ocurren debido a los cambios de temperatura. Cuando las tensiones inducidas debido a tales cambios se repiten muchas veces, las partículas se desprenden de las rocas y se forman los suelos.

Acción de la expansión del hielo (acuñamiento del hielo)

El agua en los poros y las diminutas grietas de las rocas se congela en climas muy fríos. Como el volumen de hielo formado es mayor que el del agua, ocurre la expansión. Las rocas se rompen en pedazos cuando se desarrollan grandes tensiones en las grietas debido a la acción de acuñamiento del hielo formado.

La difusión de las raíces de las plantas

A medida que crecen las raíces de los árboles y los arbustos en las grietas y fisuras de las rocas, las fuerzas actúan sobre las rocas. Los segmentos de la roca se separan y se produce la desintegración de las rocas.

Abrasión

A medida que el agua, el viento y los glaciares se mueven sobre la superficie de la roca, se produce abrasión y fregado. Resulta en la formación de suelos.

Nota: en todos los procesos de desintegración física, no hay cambios en la composición química. El suelo formado tiene las propiedades de la roca madre. Los suelos de grano grueso, como la grava y la arena, se forman por el proceso de desintegración física.

Descomposición química

Cuando se produce la descomposición química o la meteorización química de las rocas, los minerales de roca originales se transforman en nuevos minerales por reacciones químicas. Los suelos formados no tienen las propiedades de la roca madre. Los siguientes procesos químicos generalmente ocurren en la naturaleza:

Hidratación

En la hidratación, el agua se combina con minerales de roca y da como resultado la formación de un nuevo compuesto químico. La reacción química causa un cambio en el volumen y la descomposición de la roca en partículas pequeñas.

Un ejemplo de reacción de hidratación que está teniendo lugar en los suelos es la hidrólisis de SiO ₂

SiO ₂ + 2H ₂ O Si (OH) ₄

Carbonatación

Es un tipo de descomposición química en la cual el dióxido de carbono en la atmósfera se combina con el agua para formar ácido carbónico. El ácido carbónico reacciona químicamente con las rocas y provoca su descomposición.

El ejemplo para este tipo de es que está teniendo lugar en rocas sedimentarias que contienen carbonato de calcio.

Oxidación

La oxidación ocurre cuando los iones de oxígeno se combinan con minerales en la roca. La oxidación resulta en la descomposición de las rocas. La oxidación de las rocas es algo similar a la oxidación del acero.

Solución

Algunos de los minerales de roca forman una solución con agua cuando se disuelven en agua. La reacción química tiene lugar en la solución y los suelos se forman.

Hidrólisis

Es un proceso químico en el que el agua se disocia en iones H ⁺ y OH ^– . Los cationes de hidrógeno reemplazan a los iones metálicos como el calcio, el sodio y el potasio en minerales de roca y los suelos se forman con una nueva composición química.

Nota: La descomposición química de las rocas resulta en la formación de minerales de arcilla. Los minerales de arcilla imparten propiedades plásticas de los suelos. Los suelos arcillosos se forman por descomposición química.

Descomposición biológica

Es producida por actividad bacteriana. Las bacterias inducen putrefacciones de materiales orgánicos y mezclan el producto con otras partículas de origen físico-químico, las mismas que actúan como elemento catalizador, etc.

Transporte de suelos

Los suelos formados en un lugar pueden ser transportados a otros lugares por agentes de transporte, como agua, hielo, viento y gravedad.

Suelos transportados por el agua

El agua corriente es uno de los agentes más importantes de transporte de suelos. el tamaño de las partículas de tierra que transporta el agua depende de la velocidad. El agua rápida puede transportar las partículas de gran tamaño, como rocas y gravas. Con una disminución en la velocidad, las partículas más gruesas se depositan. Las partículas más finas se transportan aguas abajo y se depositan cuando la velocidad se reduce. Un delta se forma cuando la velocidad se reduce a casi cero en la confluencia con un cuerpo receptor de agua quieta como un lago, un mar o un océano.

Todos los tipos de suelos transportados y depositados por el agua se conocen como depósitos aluviales. Los depósitos hechos en lagos se llaman depósitos lacustres. Los depósitos marinos se forman cuando el agua que sigue transporta los suelos al océano o al mar.

Suelos transportados por el viento

Las partículas del suelo son transportadas por los vientos. el tamaño de partícula del suelo depende de la velocidad del viento. Las partículas más finas son llevadas lejos del lugar de la formación. Los depósitos de suelo por el viento se conocen como depósitos eólicos.

Las dunas de arena grandes están formadas por los vientos. Las dunas de arena se producen en las regiones áridas y en el lado del lado de sotavento del mar con playas de arena.

Loess es un depósito de limo hecho por el viento. Estos depósitos tienen baja densidad y alta compresibilidad. La capacidad de carga de tales suelos es muy baja. La permeabilidad en la dirección vertical es grande.

Suelos depositados en los glaciares

Los glaciares son grandes masas de hielo formadas por la compactación de la nieve. A medida que los glaciares crecen y se mueven, llevan consigo suelos que varían en tamaño desde finos a grandes rocas. Los suelos se mezclan con el hielo y son transportados lejos de su posición original.

Tabla resumen sobre el origen y formación del suelo

Origen y formación de los suelos
Origen	Rocas preexistentes Rocas madres Rocas ígneas, sedimentarias, metamórficas
Acción ambiental	Meteorización, erosión
Acción física	Variación térmica, Agua, Hielo, Difusión de raíces, Abración
Acción química	Hidratación, Carbonatación, Oxidación, Solución, Hidrólisis
Acción biológica	Actividad bacterias, Putrefacción
Resultado final	Diversos tipos de suelos