Paleopedología

Las diferentes definiciones aplicadas a los suelos son indicativas de los diferentes enfoques adoptados para estudiarlos. Mientras que los agricultores e ingenieros se concentran en ciertas propiedades del suelo, los científicos del suelo tienen una perspectiva diferente. ^{[ 1 ]} En esencia, estas diferentes visiones de la definición de suelo son diferentes bases teóricas para su estudio. ^{[ 2 ]} Los suelos pueden considerarse sistemas abiertos, ya que representan un límite entre la Tierra y la atmósfera donde los materiales se transportan y se transforman. Hay cuatro tipos básicos de flujo: adiciones, sustracciones, transferencias y transformaciones. ^{[ 3 ] [ 4 ]} Ejemplos de adiciones 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 de un perfil de 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, ya que son estructuras físicas de material que se modifican mediante procesos naturales. El Sol constituye la principal fuente de energía para los suelos y supera con creces cualquier calor generado por la desintegración radiactiva que asciende 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, puesto que los nuevos minerales y el agua pueden alterar los materiales preexistentes en el suelo. Estos procesos, junto con la cantidad de energía disponible para impulsarlos, son los que dan forma al perfil del suelo.

Otra forma de ver los suelos es considerarlos productos ambientales que se moldean a lo largo del tiempo a partir de los materiales disponibles. 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. ^{[ 5 ] [ 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, más importante aún, CLORPT proporciona un marco teórico al crear experimentos naturales para el estudio de la formación de suelos. ^{[ 2 ]}

Cuando se fundó la ciencia del suelo, el clima se consideraba uno de los factores más importantes en la formación del suelo. Por ejemplo, en las regiones templadas abundan los espodosoles arenosos ácidos, mientras que en las regiones tropicales son comunes los oxisoles arcillosos rojos. La tendencia a utilizar datos climáticos para la clasificación de suelos se ha visto cuestionada por los esfuerzos por basar dicha clasificación en características observables dentro de los suelos. Sin embargo, los paleoclimas no pueden interpretarse a partir de paleosuelos identificados mediante datos paleoclimáticos. La identificación de paleosuelos mediante datos climáticos está cambiando. Por ejemplo, los aridisoles se han redefinido ^{[ 7 ]} como suelos que poseen un horizonte cálcico de menos de 1 metro de profundidad.

El clima del suelo es también un tipo especial de microclima. Se refiere a la humedad, la 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 atenuada del clima regional. En suelos anegados, el clima del suelo no está relacionado con el clima regional, ya que la temperatura y la oxigenación de estos suelos dependen más de las vías y los caudales de las aguas subterráneas locales que de las condiciones atmosféricas. Las estimaciones de otros tipos de clima del suelo están empezando a incorporarse a la clasificación de suelos, a los modelos de formación de suelos y al estudio de la biología del suelo .

La clasificación del clima a partir de paleosuelos puede relacionarse utilizando características climáticamente sensibles de los 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 puede interpretarse a partir de las características sensibles que se encuentran en los suelos. Una de las influencias más importantes con respecto a la clasificación del clima fue creada en 1918, y luego modificada durante dos décadas por el meteorólogo alemán Vladimir Köppen . ^{[ 8 ]} Propuso que existen 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, donde las letras mayúsculas se refieren a los grupos climáticos principales y las letras minúsculas a las características climáticas subsidiarias. ^{[ 2 ]}

Las plantas de gran tamaño son solo una parte de los organismos que intervienen en la formación del suelo. Por ejemplo, los hongos están estrechamente asociados a las raíces de muchas plantas vasculares, ya que les proporcionan nutrientes como nitrógeno y fósforo de forma que sus plantas hospedantes puedan aprovecharlos, y desempeñan un papel importante en la reincorporación de materia orgánica al suelo mediante la descomposición de la hojarasca. La lista de organismos que interactúan con el suelo y lo afectan es extensa, y son estas interacciones las que permiten inferir la presencia de paleosuelos.

No solo se pueden interpretar organismos específicos a partir de paleosuelos, sino también ecosistemas antiguos. La interacción de las plantas con el suelo varía de una comunidad a otra. Cada una presenta patrones distintivos de huellas radiculares, estructura del suelo y forma general del perfil. Identificar estas características es útil para evaluar la influencia que los organismos del pasado tuvieron en un paleosuelo en particular. Sin embargo, cuantificar estos efectos generales de la actividad de los organismos puede ser difícil, ya que su nivel de expresión está tan relacionado con su naturaleza como con el tiempo disponible para la formación del suelo. Incluso cuando se comprenden los fósiles encontrados en paleosuelos, se puede aprender mucho más sobre su preservación, ecología y evolución estudiando los paleosuelos que habitaron.

A fossilized footprint, burrow, or coprolite (fossil feces), are examples of trace fossils (ichnofossils). These trace fossils do not represent any physical part of an organism, but rather are evidence of an organism's activity within its environment. Whereas a bone, leaf, or stem might provide enough information to positively identify a particular species, trace fossils rarely allow for such a precise identification. However, unlike fossilized body parts which can be affected by many variables, trace fossils are not often transported away and are usually found in the place where the organism lived. This advantage makes trace fossils in paleosols especially important because they allow for interpretation of the animal's behavior in its natural environment. A great example of this is the simple shallow fossilized burrows of solitary bees that make their homes in soil.

Just as fossilized footprints, burrows, and coprolites represent trace fossils or organisms, paleosols can be considered trace fossils of an ancient ecosystem. Much like the small percentage of species that are fossilized, very few species within an ecosystem leave any discernible trace in paleosols. However, their more general effects within a paleosol may be preserved. A good example of this is root traces. Analyzing the pattern of root traces, the sequence of soil horizons, and other features can help identify the type of vegetation that was present during the formation of the soil.

General features such as stature and spacing determine what botanists call a "plant formation." Distinct from a community or association, plant formation is not defined by any particular species. Examples of plant formation include forests, woodlands, and grasslands. Because it may not be possible to determine whether a particular plant was an oak, eucalyptus, or other species, plant formations in paleosols make it possible to identify an ancient woodland ecosystem from an ancient grassland ecosystem.^[2]

The nature of soils will vary with topography, which can be understood by comparing the thin rocky soils of mountain tops to the thick fertile soils of grass-covered lowlands. Even in a featureless lowland, the nature of a soil will vary greatly depending on whether or not it is well drained; although the drainage of soil is not completely independent because vegetation, microclimate, and the age of the land surfaces will vary within a given landscape. However, in smaller areas, the limiting factors may be so extensive that a variation in soils across a landscape will constitute a true topographical sequence, and the features within these soils can yield reliable topographic functions.

Los paisajes escarpados, como las crestas y picos alpinos, pueden caracterizarse por procesos específicos relacionados con la pendiente. Por ejemplo, las laderas alpinas empinadas presentan vegetación escasa y suelos erosionados por el deshielo, alterados por la expansión del hielo y afectados por desprendimientos de rocas. Estos procesos generan suelos delgados, con raíces poco profundas, ligeramente meteorizados y rocosos, característicos de un entorno de ladera de montaña. La magnitud y el grado de estos procesos impiden un análisis estricto como funciones topográficas debido a la amplia variación del clima, la vegetación, los materiales parentales y la edad de la superficie terrestre a diferentes altitudes en una ladera. ^{[ 2 ]}

La roca o sedimento asociado al desarrollo de un suelo se denomina material parental , que es el punto de partida del proceso de formación del suelo. Durante su formación inicial, los suelos no difieren mucho de su material parental. Sin embargo, con el tiempo, los suelos contendrán menos características de su material parental original. Para realizar una evaluación precisa de la cantidad de suelo formado, es necesario 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 metamórficas ocurre en lugares y mediante procesos que tienen lugar bajo la superficie terrestre. Estas rocas suelen ser el material parental de los suelos y, en ocasiones, derivan de ellos, pero el grado de clasificación y distribución sedimentaria varía tanto que también se consideran independientes de los suelos.

Muy pocos materiales parentales asociados a los suelos presentan una composición o estructura completamente uniforme. Con frecuencia, existe cierto grado de irregularidad, como foliación, vetas, diaclasas o estratificación, que en algunos casos favorece la formación del suelo y en otros la dificulta. Por ejemplo, cierta estratificación sedimentaria promueve la formación de suelo, como una capa limosa sobre roca madre o una capa arenosa sobre un aluvión arcilloso . En ambos casos, se ha establecido un material superficial friable mediante procesos no pedogenéticos. Otros casos de cementación superficial sedimentaria, o secuencias finas intercaladas de arcilla y arena, podrían considerarse no propicios para la formación de un suelo. Los materiales parentales no uniformes pueden ser difíciles de encontrar en suelos y paleosuelos, aunque las desviaciones de los minerales que se encuentran normalmente podrían proporcionar pistas sobre el material parental original. Si no se encuentran granos de materiales primarios 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 mediante estudios de suelos formados en condiciones similares sobre diferentes materiales parentales o litosecuencias (con características de perfil de suelo distintas debido a la diversidad de los materiales parentales). Esto proporciona un punto de partida para comprender la función del material parental durante la formación del suelo. Las relaciones generalizadas obtenidas de estos estudios pueden utilizarse para determinar los efectos que el material parental tuvo en el paleosuelo durante su formación. La dificultad radica en que el material parental ya no existe y, por lo tanto, su naturaleza solo puede estimarse a partir de materiales cercanos.

Estas estimaciones suelen basarse en cuatro supuestos críticos que deben reconocerse como tales y, por lo tanto, evaluarse con cautela al analizar suelos y paleosuelos. Estos cuatro supuestos simplificadores permiten un análisis detallado de los cambios que ocurren durante la formación y el enterramiento de un suelo. ^{[ 2 ]}

1. La primera suposición es que el material parental es reciente. Esto significa que el material parental considerado como sustituto del original debe ser química y físicamente similar a este. Por ejemplo, la saprolita no puede considerarse una representación exacta de un material parental derivado de un suelo forestal sobre granito, pero sí podría ser representativa de un suelo cultivado formado tras la tala rasa y la erosión de un suelo forestal.
2. La segunda suposición es que el material original tenía una composición uniforme dentro del perfil del suelo. Si se pretende que las propiedades del material que se encuentra debajo del perfil sean representativas del material original de todo el perfil, esto debe ser cierto. Sin embargo, esto es difícil, ya que pocas rocas o sedimentos son lo suficientemente uniformes como para considerarse una representación precisa del material original. Por ejemplo, es extremadamente difícil detectar una fina capa de polvo arrastrado por el viento sobre granito dentro de un suelo arcilloso grueso.
3. La tercera suposición es que al menos uno de los constituyentes del material original no se altera por la meteorización y sigue presente. El principal problema con esto es que ningún constituyente es totalmente inmune a los procesos de meteorización generales que existen en la naturaleza. ^{[ 9 ]} Por ejemplo, el cuarzo es un mineral bastante estable en suelos con pH > 9, mientras que la alúmina ( _{Al₂O₃ ) es estable entre pH 4,5 y 8} (principalmente en arcilla). Los oligoelementos que suelen ser estables en los suelos en un rango más amplio de condiciones ambientales incluyen el plomo (Pb) y el circonio (Zr) , pero no siempre están presentes en cantidad suficiente para ser útiles.
4. La cuarta suposición es que el cambio de volumen es proporcional al espesor y la densidad. Esto indica que la pérdida de volumen del suelo y el grado de compactación durante el enterramiento 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 unidimensional, las observaciones en diversos materiales, incluidas plantas fósiles de forma conocida ^{[ 10 ],} muestran que, bajo condiciones de carga vertical estática, los suelos y fósiles se mantienen por la presión lateral.