¿De qué nos hablan los carbonatos del suelo?

En una entrada anterior hemos visto qué son y cómo se forman las concreciones de carbonatos secundarios en el suelo. Y como todo lo que podemos ver en el suelo, los carbonatos también nos cuentan una historia interesante. En esta entrada vamos a ver de qué nos habla su presencia.

Los carbonatos secundarios del suelo revelan información clave sobre el clima, los procesos de formación del suelo (pedogénesis), la dinámica del agua, las propiedades químicas y la estabilidad geomorfológica. Su acumulación indica climas áridos o semiáridos, niveles freáticos antiguos, drenaje limitado y pH básico. Además, sirven para interpretar cambios climáticos históricos y la madurez del suelo.

La historia del suelo que cuentan los carbonatos

Los carbonatos nos hablan sobre los procesos de formación del suelo

"Pedogénesis" es el palabro con que los edafólogos nos referimos a la formación del suelo, y es una de esas palabras que usamos para que nadie nos entienda cuando hablamos (😜). La acumulación de carbonatos secundarios es uno de los procesos que contribuyen a conformar los suelos de las zonas áridas y semiáridas del planeta, como ocurre en la zona donde yo vivo (que es Andalucía, 😅✊💚). 

El carbonato está presente de forma natural en el suelo cuando este se forma sobre roca caliza. 

La luz eléctrica arrancaba vivos destellos a los esquistos, las calizas y los viejos asperones rojos de las paredes; parecía que nos hallábamos dentro de una zanja profunda, abierta en el condado de Devon, que da su nombre a esta clase de terrenos. Magníficos ejemplares de mármoles recubrían las paredes: unos de color gris ágata, surcados de venas blancas caprichosamente dispuestas; otros de color encarnado o amarillo con manchas rojizas; mas lejos, ejemplares de esos jaspes de matices sombríos, en los que se revela la existencia de la caliza con más vivo color.

Julio Verne. Viaje al centro de la Tierra (1864).

Sin embargo, el carbonato puede formarse o acumularse en horizontes o suelos lejos de la influencia de la roca caliza. Este carbonato lo conocemos como carbonato secundario. Los carbonatos secundarios se forman cuando el agua del suelo, cargada de bicarbonato de calcio, Ca(HCO₃)₂, se evapora o se sobresatura, provocando la precipitación de carbonatos en forma de nódulos, pseudomicelios y recubrimientos.

Imagen microscópica de un pseudomicelio de carbonato cálcico en el suelo. Carlos Dorronsoro/Edafologia.net.

La localización de las concreciones puede indicar la profundidad a que se encuentra el nivel freático pasado o presente, o la profundidad a la que cesa el movimiento descendente de agua con bicarbonato de calcio.

Los carbonatos nos hablan del clima pasado y presente

La acumulación de carbonatos secundarios está asociada típicamente a climas áridos o semiáridos, donde la precipitación es insuficiente para lixiviar (extraer y desplazar una sustancia disolviéndola desde una matriz sólida) completamente los carbonatos hacia capas más profundas y la intensa evapotranspiración (evaporación de agua desde la superficie y transpiración a través de las hojas de las plantas) hace que el agua (y los carbonatos disueltos en ella) se acumulen en determinados horizontes.

Concreciones de carbonato cálcico en un horizonte de suelo. En el centro, el carbonato cálcico ha ocupado el canal dejado por una raíz muerta. Antonio Jordán/Imaggeo.

En casos como la Sierra de Grazalema (Cádiz), el suelo se forma a partir de calizas y es rico en carbonatos de calcio. Pero además de calcárea, Grazalema es con probabilidad el punto más lluvioso de España, lo que hace que en ocasiones el carbonato se pierda disuelto por el agua.

Paisaje kárstico en la Cueva del Hundidero (Sierra de Grazalema, Cádiz). Antonio Jordán/Imaggeo.

Como consecuencia, la presencia de estas concreciones en horizontes más o menos superficiales puede reflejar episodios pasados de cambio climático, como periodos de mayor o menor humedad que afectan el movimiento y precipitación del carbonato.

Impresionantes desde lejos. Volamos cerca de algunos y a Carroll le pareció estaban formados por trozos separados más pequeños, pero se trata probablemente de la erosión. La mayor parte de las aristas desmoronadas y redondeadas como si hubiesen estado expuestas a tempestades y cambios climáticos desde hace millones de años.

H. P. Lovecraft. En las montañas de la locura (1936).

Los carbonatos nos hablan sobre la dinámica del agua en el suelo

Las acumulaciones de carbonato cálcico secundario suelen formarse en suelos con movimientos limitados de agua, como en zonas con poca percolación o alta evapotranspiración. A su vez, los horizontes con concreciones indican un drenaje lento o impedido en la profundidad donde estas se encuentran. El drenaje lento, es decir, el movimiento lento del agua en el interior del suelo, se debe a la escasez o al pequeño tamaño de los poros del suelo. Esto ocurre cuando hay mucha arcilla (partículas minerales finas) o el suelo está compactado por otras causas (ya sea el paso de maquinaria agrícola o de animales).

Microfotografía de una lámina delgada de suelo que muestra un canal (en negro) con carbonato de calcio (rosado) depositado sobre sus paredes. Las láminas delgadas se iluminan con luz polarizada, por lo que los colores no tienen que corresponderse necesariamente con los reales. Carlos Dorronsoro/Edafologia.net.

Cada pedazo de planeta necesita que lo aferren de una forma nueva. Existen más modos de ramificarse de los que un lápiz de cedro hallaría jamás. Las cosas pueden viajar a cualquier sitio; para ello, no hay más que permanecer inmóvil.

Richard Powers. El clamor de los bosques (2018).

Por otra parte, la misma presencia de las concreciones de carbonatos contribuye a limitar la circulación del agua. En primer lugar, porque se depositan sobre las paredes de los poros y canales del suelo; en segundo lugar, porque las concreciones no son porosas. En el caso de que el suelo esté completamente endurecido, ni siquiera las raíces pueden atravesarlo. 

Los carbonatos nos hablan sobre las propiedades químicas del suelo

Como vimos aquí, el carbonato de calcio se descompone con la acidez del suelo. La reacción que ocurre, por ejemplo, en presencia de ácido clorhídrico (HCl), es así:

CaCO₃ + 2 HCl → Cl₂Ca + CO₂ + H₂O

Es decir, que una pequeñísima cantidad de ácido clorhídrico, ácido sulfúrico (SO₄H₂) o cualquier otro ácido presente en el suelo sería suficiente para descomponer las moléculas de carbonato de calcio. Dicho de otra forma, basta que el suelo sea ligerísimamente ácido para que no se pueda formar el carbonato de calcio.

Por tanto, los suelos con concreciones de carbonatos tienen siempre un pH básico (pH ≥ 7) frente a los suelos ácidos (pH < 7), lo que puede afectar la disponibilidad de nutrientes como fósforo y otros varios elementos. El fósforo forma compuestos insolubles en presencia de calcio, como el hidroxiapatito, Ca₅(PO₄)₃(OH). El hidroxiapatito es un mineral que también es un componente básico de los huesos, y es insoluble (¿imaginas que tus huesos pudiesen disolverse?).

En un mundo donde el hidroxiapatito cálcico fuese soluble, nos pareceríamos a los ositos de gominola.

Hierro o zinc, independientemente de la presencia de calcio, no son solubles (y asimilables por las plantas) en condiciones de pH básico, ya que forman óxidos, por lo que las plantas pueden mostrar carencias de estos minerales.

Sin embargo, otros macronutrientes sí pueden ser solubles a pH básico, como ocurre con el potasio o el magnesio, lo que beneficia a las plantas. La presencia de carbonatos es un indicador de alta saturación con cationes como calcio y magnesio. Sin embargo, una presencia fuerte de carbonatos de calcio y magnesio puede desplazar a otros minerales solubles del agua del suelo con estos minerales y "okupar" los sistemas de absorción de minerales por parte de las raíces. De modo que, en suelos ricos en calcio, las plantas pueden presentar síntomas de carencia de potasio, por ejemplo.

Izquierda: Suelo cultivado (Calcisol háplico) cerca de Estepa (Sevilla), donde se aprecian concreciones de carbonato cálcico secundario en los primeros 60 cm de profundidad y un horizonte muy rico en carbonatos cálcicos (de color blanco) debajo. Antonio Jordán/Imaggeo. Derecha: columna de un suelo muy similar y próximo extraída, donde se aprecian rasgos similares. Antonio Jordán/Imaggeo.

Hablar de "síntomas de carencia" de las plantas por ciertos minerales tiene sentido en suelos cultivados, pero aquí el manejo del suelo (con prácticas adecuadas de laboreo, encalado y abonado) puede corregir la situación. En el caso de los suelos naturales, la vegetación estará dominada por plantas indiferentes a los cambios de pH, plantas acidófilas (adaptadas a suelos ácidos y con pocos requerimientos de calcio) o plantas basófilas (adaptadas a suelos básicos, ricos en calcio).

Los carbonatos nos hablan sobre la estabilidad geomorfológica

Los horizontes de suelo ricos en carbonatos pueden ser signos de suelos maduros en los que ha habido tiempo suficiente para que se acumulen los carbonatos.

Suelo cultivado rico en carbonato de calcio sobre una superficie geomorfológicamente estable, cerca de Los Palacios (Sevilla). Antonio Jordán/Imaggeo.

En algunos casos, la formación de nódulos u horizontes endurecidos indica una superficie estable durante largos periodos. En taxonomía de suelos, estos horizontes en los que el carbonato de calcio forma una capa endurecida y continua, más o menos frágil) se conocen como petrocálcicos. Los horizontes petrocálcicos pueden limitar la penetración de raíces, que no pueden atravesarlos.

Por estas razones, las concreciones de carbonatos pueden ser datadas utilizando técnicas como la datación por isótopos de carbono y uranio-torio. Esto permite reconstruir las condiciones ambientales y climáticas a lo largo de miles de años.