Gas del suelo

Los gases del suelo ( atmósfera del suelo ^{[ 1 ]} ) son los gases que se encuentran en el espacio aéreo entre los componentes del suelo . Los espacios entre las partículas sólidas del suelo, si no contienen agua , están llenos de aire . Los principales gases del suelo son el nitrógeno , el dióxido de carbono y el oxígeno . ^{[ 2 ]} El oxígeno es fundamental porque permite la respiración tanto de las raíces de las plantas como de los organismos del suelo . Otros gases naturales del suelo incluyen el óxido nítrico , el óxido nitroso , el metano y el amoníaco . ^{[ 3 ]} Algunos contaminantes ambientales subterráneos producen gases que se difunden a través del suelo, como los provenientes de vertederos , actividades mineras y la contaminación por hidrocarburos de petróleo que producen compuestos orgánicos volátiles . ^{[ 4 ]} La atmósfera del suelo también está compuesta por una variedad de compuestos volátiles emitidos por los organismos del suelo, como metabolitos respiratorios , ^{[ 5 ]} compuestos alelopáticos ^{[ 6 ]} o señales semioquímicas utilizadas en la comunicación intraespecífica ^{[ 7 ]} e interespecífica. ^{[ 8 ]} El suelo es un emisor neto de gases de efecto invernadero , ^{[ 9 ]} en particular cuando y donde el permafrost se está descongelando y desgasificando bajo la influencia del calentamiento climático . ^{[ 10 ]}

Los gases llenan los poros del suelo a medida que el agua drena o se elimina de un poro por evaporación o absorción radicular. La red de poros dentro del suelo airea o ventila el suelo. ^{[ 11 ]} Esta red de aireación se bloquea cuando el agua entra en los poros del suelo. Tanto el aire como el agua del suelo no solo son componentes muy dinámicos del suelo, sino que a menudo están inversamente relacionados. ^{[ 12 ]}

La composición de los gases presentes en los poros del suelo , denominada comúnmente atmósfera del suelo, es similar a la de la atmósfera terrestre . ^{[ 13 ]} Sin embargo, a diferencia de la atmósfera, la composición de los gases del suelo es menos estática debido a los diversos procesos químicos y biológicos que tienen lugar en él . ^{[ 13 ]} Los cambios resultantes en la composición derivados de estos procesos pueden definirse por su variación temporal (es decir, diaria frente a estacional). A pesar de esta fluctuación dependiente del espacio y el tiempo, los gases del suelo suelen presentar mayores concentraciones de dióxido de carbono y vapor de agua en comparación con la atmósfera. ^{[ 13 ]} Además, la concentración de otros gases, como el metano y el óxido nitroso , es relativamente menor, pero significativa para determinar el flujo de gases de efecto invernadero y el impacto antropogénico en los suelos . ^{[ 3 ]}

Según la teoría cinética de los gases , las moléculas de gas en el suelo se encuentran en continuo movimiento térmico , y también se producen colisiones entre ellas, un proceso de movimiento aleatorio . ^{[ 14 ]} En el suelo, un gradiente de concentración provoca un movimiento neto de moléculas desde zonas de alta concentración a zonas de baja concentración, lo que da lugar al movimiento del gas por difusión . ^{[ 15 ]} Numéricamente, esto se explica mediante la ley de difusión de Fick . La migración de gases del suelo, en particular la de especies de hidrocarburos con entre uno y cinco átomos de carbono, también puede deberse a microfiltraciones . ^{[ 16 ]}

La composición variable y el movimiento constante de la atmósfera del suelo pueden atribuirse a procesos químicos como la difusión , la descomposición y, en algunas regiones del mundo, el deshielo , entre otros. La difusión del aire del suelo con la atmósfera provoca la sustitución preferencial de los gases del suelo por aire atmosférico . ^{[ 13 ]} Además, y de manera más significativa, la variación en la composición de los gases del suelo debido a cambios estacionales, o incluso diarios, de temperatura y/o humedad puede influir en la tasa de respiración del suelo . ^{[ 17 ]}

Según el USDA , la respiración del suelo se refiere a la cantidad de dióxido de carbono liberado del suelo. ^{[ 18 ]} Este exceso de dióxido de carbono se crea por la descomposición de materia orgánica por organismos microbianos , en presencia de oxígeno . ^{[ 17 ]} Dada la importancia de ambos gases del suelo para la vida del suelo , una fluctuación significativa de dióxido de carbono y oxígeno puede resultar en cambios en la tasa de descomposición, ^{[ 17 ]} mientras que los cambios en la abundancia microbiana pueden influir inversamente en la composición de los gases del suelo. ^{[ 19 ]}

En regiones del mundo donde la congelación de suelos o la sequía son comunes, el deshielo y la rehumidificación del suelo debido a cambios estacionales o meteorológicos influyen en el flujo de gases del suelo . ^{[ 3 ]} Ambos procesos hidratan el suelo y aumentan la disponibilidad de nutrientes , lo que conduce a un aumento de la actividad microbiana. ^{[ 3 ]} Esto resulta en una mayor respiración del suelo e influye en la composición de los gases del suelo. ^{[ 17 ] [ 3 ]}

Los gases del suelo se han utilizado en múltiples estudios científicos para explorar temas como la microfiltración, ^{[ 16 ]} los terremotos , ^{[ 20 ]} y el intercambio gaseoso entre el suelo y la atmósfera . ^{[ 21 ] [ 3 ]} La microfiltración se refiere a la liberación limitada de hidrocarburos en la superficie del suelo y puede utilizarse para buscar depósitos de petróleo basándose en la suposición de que los hidrocarburos migran verticalmente a la superficie del suelo en pequeñas cantidades. ^{[ 16 ]} La migración de gases del suelo, específicamente radón , también puede examinarse como precursores de terremotos . ^{[ 20 ]} Además, para procesos como el deshielo y la rehumidificación del suelo, por ejemplo, los grandes cambios repentinos en la respiración del suelo pueden causar un mayor flujo de gases del suelo como el dióxido de carbono y el metano , que son gases de efecto invernadero . ^{[ 3 ]} Estos flujos e interacciones entre los gases del suelo y el aire atmosférico pueden analizarse además por distancia desde la superficie del suelo. ^{[ 21 ]}