Los minerales, química y estructura del suelo

El suelo está conformado por minerales, materia orgánica (restos de plantas y animales en descomposición), organismos vivos (macro y microscópicos); además de agua y aire que ocupan el espacio poroso. Los minerales pueden constituir hasta el 45 % del suelo, y a partir de ellos se generan algunos de los nutrientes que las plantas necesitan para su desarrollo, como sodio, potasio, calcio y magnesio.

La parte mineral del suelo es roca que al erosionarse da origen a partículas de diferentes tamaños, lo que define la textura del suelo, que va desde arcilla muy fina, hasta arena gruesa. Los minerales también están relacionados con la estructura y el comportamiento mecánico del suelo, y al estudiar este comportamiento, los investigadores pueden decidir en dónde se deben construir puentes, carreteras, así como evitar asentamientos irregulares en lugares en donde puede ocurrir algún deslizamiento.

Dentro de los minerales del suelo se encuentran las arcillas filosilicatadas, estas son químicamente aluminosilicatos de forma laminar, algunas de estas arcillas tienen la propiedad de actuar como “imanes” de cationes y aniones, que son partículas cargadas.  En el caso de los cationes (con carga eléctrica positiva) como el calcio, el potasio o el magnesio –que pueden ser parte de la estructura de las arcillas–  estos son considerados nutrientes porque las plantas los utilizan para su desarrollo, y “conocer esto es necesario si se quiere lograr un adecuado manejo nutrimental del suelo y decidir, dentro de las prácticas agrícolas, cuánto de estos elementos deben ser añadidos a los cultivos de manera artificial”, explicó la doctora Claudia Hidalgo Moreno, del Colegio de Postgraduados, Campus Montecillo.

La investigadora se ha dedicado a estudiar las arcillas, que son minerales de tamaño menor a dos micras (una micra equivale a la millonésima parte de un metro), y a los cuales se les ha relacionado con el comportamiento mecánico, físico y químico del suelo. Para poder determinar las propiedades y las características de las arcillas –y cómo intervienen en las propiedades del suelo– Hidalgo Moreno trabaja con una variedad de técnicas instrumentales, entre las que se encuentran la microscopia electrónica, el análisis térmico, la difracción de rayos X, y la resonancia magnética nuclear de aluminio y silicio.

Además, la especialista en mineralogía integra la química analítica y la fisicoquímica de  suelos para estudiar las interacciones de los minerales con elementos como el potasio,  uno de los macronutrientes esenciales para las plantas, y el carbono, que está relacionado con  el cambio climático.

“También queremos entender la relación de otros minerales del suelo que transportan elementos químicos como el fósforo, el cual está presente en muchas de las tierras de cultivo y que, a partir de su interacción con las arcillas, puede migrar hacia la parte baja de las cuencas y contaminar los cuerpos de agua”.

El suelo que pisamos

El suelo es un recurso natural cuya regeneración es lenta y además está sometido a constantes procesos de degradación y destrucción de origen natural o antropogénico, de ahí la necesidad de conservarlo, señaló la doctora Claudia Hidalgo Moreno, en entrevista para la Academia Mexicana de Ciencias en ocasión de 2015 Año Internacional de los Suelos.

La investigadora agregó que falta entender la acción de los minerales en los ciclos biogeoquímicos de diversos elementos presentes en el suelo. Sin embargo, “los estudios del suelo que incluyen las interacciones entre los minerales, la materia orgánica y los elementos químicos del suelo son limitados en México, ya que hay pocas personas que eligen esta área de investigación, en  parte, porque implica una formación específica”.

En el suelo existen comunidades de organismos que influyen, directa o indirectamente, en el ciclo de los nutrientes, la descomposición de la materia orgánica y la formación de la estructura del suelo. Uno de los aspectos que faltan por estudiar a detalle es  cómo las arcillas o los minerales interaccionan con los microorganismos,  en tanto que el suelo es un sistema complejo en el que ocurren de manera continua procesos químicos, físicos y biológicos. De hecho, se ha identificado que las bacterias, los hongos y otro tipo de microorganismos degradan los minerales, y “dejan libres” varios elementos que las plantas necesitan.

En opinión de la científica, se requieren más investigadores interesados en estudiar, por ejemplo, la relación de los microorganismos con los minerales para entender la formación del suelo y los ciclos biogeoquímicos del carbono, azufre, nitrógeno y fósforo; o resolver problemas técnicos, como puede ser la manera en que podrían utilizarse las zeolitas –minerales presentes en el suelo y que pertenecen al grupo de los tectosilicatos– para su uso en la industria, en la limpieza de ecosistemas contaminados y en la nutrición de los cultivos agrícolas.