Las concreciones de hierro y manganeso aparecen en el suelo como consecuencia de procesos geoquímicos influenciados por factores ambientales como la humedad, temperatura y acidez. Su formación está relacionada con cambios en el potencial redox del suelo, donde el manganeso y el hierro se oxidan y precipitan en presencia de oxígeno. Además, la presencia de materia orgánica y minerales específicos facilita la formación de estas concreciones, que tienen un impacto ambiental significativo, siendo capaces de adsorber contaminantes metálicos. La datación de estos nódulos también revela información sobre la historia geológica y climática del área.

Tierra y metal

La formación de nódulos de hierro y manganeso

Las concreciones de manganeso y hierro en el suelo son conocidas por su apariencia nodular y se forman a través de procesos geoquímicos específicos influenciados por diversas variables ambientales. Ambas se encuentran entre los componentes pedogénicos más importantes de los suelos, formando precipitados endurecidos. Son difíciles de destruir y pueden persistir durante mucho tiempo. El estudio de la formación y propiedades de estos accidentes es de gran importancia para predecir su impacto ambiental en los ecosistemas.

Manchas de manganeso en un agregado de suelo. Antonio Jordán/Imaggeo. Más detalles.

Los nódulos de hierro y manganeso son cuerpos duros, generalmente de forma esférica, discretos, y pueden incluir otras partículas o agruparse entre sí. Su presencia en el suelo es principalmente el resultado de cambios estacionales en el potencial redox (Eh) y la acidez del suelo. Bajo condiciones reductoras, por ejemplo, los cationes de hierro y manganeso se dispersan en forma soluble por toda la matriz del suelo. Pero cuando el ambiente del suelo se oxida más y los niveles de oxígeno aumentan gradualmente, estos dos iones metálicos se oxidan y precipitan, formando nódulos.

Concreciones de manganeso

La formación de nódulos de manganeso y hierro implica una interacción compleja entre la química del suelo y las condiciones ambientales. En entornos ricos en manganeso, las concreciones se desarrollan principalmente a través de la precipitación de óxidos de manganeso a partir de soluciones acuosas.

Izquierda: concreciones de manganeso en un agregado de suelo en Mallorca; Antonio Jordán/Imaggeo. Derecha: un test de campo sencillo para identificar los óxidos de manganeso consiste en añadir agua oxigenada; Antonio Jordán/Imaggeo.

Este proceso es facilitado por la oxidación del manganeso disuelto en el agua subterránea. La presencia de materia orgánica en el suelo puede desempeñar un papel crucial en este proceso, ya que actúa como catalizador para la oxidación, promoviendo la formación de concreciones.

Concreciones de hierro en un nódulo de carbonato. Antonio Jordán/Imaggeo. Más detalles.

Concreciones de hierro

En el caso de las concreciones de hierro, su formación se asocia comúnmente con la reducción y oxidación de hierro, conocidos como procesos redox. La oxidación del hierro ferroso (Fe²⁺) disuelto en el agua subterránea conduce a la formación de hidróxidos de hierro insolubles (Fe(OH)₂). Estos hidróxidos de hierro, al precipitarse, se acumulan y forman las concreciones nodulares características observadas en el suelo. Además, la presencia de bacterias anaeróbicas (en suelos muy húmedos, por ejemplo) puede influir en la reducción del hierro, contribuyendo así al desarrollo de estos nódulos.

Concreciones de óxido de hierro (color rojo) en suelos al norte de la provincia de Sevilla. A. Jordán/Imaggeo. Más detalles.

Influencia de las condiciones ambientales

Las condiciones ambientales desempeñan un papel fundamental en la formación de concreciones de manganeso y hierro. La velocidad de formación y el tamaño de las concreciones están influenciados por factores como la humedad del suelo, la temperatura y la presión. En ambientes húmedos, donde las condiciones favorecen la movilidad de los iones metálicos, se observa una mayor formación de concreciones. La temperatura también afecta la solubilidad de los compuestos, impactando en la velocidad de reacción y, por tanto, en la formación de estas estructuras.

Además, la variabilidad en la composición mineralógica del suelo puede influir en la formación de concreciones. La presencia de minerales específicos, como la goethita (óxido férrico hidratado: FeO₂H) y la birnessita, puede actuar como nucleantes para la precipitación de óxidos de hierro y manganeso, respectivamente. Estos minerales catalizadores promueven la formación de núcleos a partir de los cuales las concreciones se desarrollan con el tiempo.

La presencia de anillos concéntricos en nódulos, similares a los anillos de crecimiento de los árboles, indica su formación a lo largo de períodos alternos húmedos y secos y probablemente interrupciones en las etapas de desarrollo. Lo más probable es que cada anillo represente la precipitación de constituyentes solubles del suelo debido a condiciones químicas locales adecuadas y una fase en el desarrollo del material que se va añadiendo en capas.

Imagen al microscopio electrónico de la estructura interna de un nódulo de hierro y manganeso, según Gasparatos et al. (2004). Más detalles.

Edad de los nódulos y procesos químicos

La edad de las concreciones también ofrece información valiosa sobre los procesos químicos y su intensidad. Las técnicas de datación radiométrica, como la datación por ¹⁴C permiten determinar la antigüedad de estas formaciones. Esto proporciona una visión cronológica de los eventos geológicos y climáticos que han influido en la evolución del suelo y la formación de concreciones.

Varios estudios han demostrado la alta capacidad de adsorción de los nódulos de hierro y manganeso del suelo para muchos contaminantes metálicos tóxicos y, en algunos casos, los nódulos se consideran el principal material ambiental que controla la dinámica de los metales en el suelo.

El estudio detallado de estos procesos no solo amplía nuestro entendimiento de la geoquímica del suelo, sino que también proporciona información valiosa sobre la evolución geológica de una región específica.