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Gas del suelo

Los gases del suelo ( atmósfera del suelo [1] ) son los gases que se encuentran en el espacio de aire 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 desechos de vertederos, las actividades mineras y la contaminación por hidrocarburos de petróleo que producen compuestos orgánicos volátiles . [4]

Los gases llenan los poros del suelo en su estructura a medida que el agua se drena o se elimina de un poro del suelo por evaporación o absorción de las raíces. La red de poros dentro del suelo airea o ventila el suelo. Esta red de aireación se bloquea cuando el agua ingresa a los poros del suelo. No solo el aire y el agua del suelo son partes muy dinámicas del suelo, sino que ambos a menudo están inversamente relacionados.

Composición

La composición de los gases presentes en los poros del suelo , comúnmente denominada atmósfera del suelo o atmósfera del suelo, es similar a la de la atmósfera terrestre . [5] Además, a diferencia de la atmósfera, la composición de los gases del suelo es menos estancada debido a los diversos procesos químicos y biológicos que tienen lugar en el suelo . [5] Los cambios resultantes en la composición de estos procesos se pueden definir por su tiempo de variación (es decir, diario 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. [5] 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]

Procesos

Sistema automatizado de intercambio de CO2 que mide la respiración del suelo

Las moléculas de gas en el suelo están en continuo movimiento térmico según la teoría cinética de los gases , y también hay colisión entre moléculas, un proceso de caminata aleatoria . En el suelo, un gradiente de concentración causa un movimiento neto de moléculas desde una concentración alta a una concentración baja, lo que da lugar al movimiento del gas por difusión . Numéricamente, se explica por la ley de difusión de Fick . La migración de gas del suelo, específicamente la de especies de hidrocarburos con uno a cinco carbonos, también puede ser causada por microfiltración. [6]

La composición variable y el movimiento constante de la atmósfera del suelo se pueden atribuir a procesos químicos como la difusión, la descomposición y, en algunas regiones del mundo, la descongelación , entre otros procesos. La difusión del aire del suelo con la atmósfera provoca la sustitución preferencial de los gases del suelo por aire atmosférico . [5] Más significativamente, además, la variación en la composición de los gases del suelo debido a los cambios estacionales, o incluso diarios, de temperatura y/o humedad puede influir en la tasa de respiración del suelo . [7]

Según el USDA , la respiración del suelo se refiere a la cantidad de dióxido de carbono liberado del suelo. Este exceso de dióxido de carbono se crea por la descomposición de material orgánico por organismos microbianos , en presencia de oxígeno . [7] Dada la importancia de ambos gases del suelo para la vida del suelo , la fluctuación significativa del dióxido de carbono y el oxígeno puede resultar en cambios en la tasa de descomposición, [7] mientras que los cambios en la abundancia microbiana pueden influir inversamente en la composición del gas del suelo.

En las regiones del mundo donde la congelación de los suelos o la sequía son comunes, el deshielo y la rehumectación 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 da como resultado una mayor respiración del suelo e influye en la composición de los gases del suelo. [7] [3]

Estudios e Investigaciones

Los gases del suelo se han utilizado en múltiples estudios científicos para explorar temas como la microfiltración, [6] los terremotos , [8] y el intercambio gaseoso entre el suelo y la atmósfera . [9] [3] La microfiltración se refiere a la liberación limitada de hidrocarburos en la superficie del suelo y se puede utilizar para buscar depósitos de petróleo basándose en el supuesto de que los hidrocarburos migran verticalmente a la superficie del suelo en pequeñas cantidades. [6] La migración de los gases del suelo, específicamente el radón , también se puede examinar como precursores de los terremotos . [8] Además, para procesos como la descongelación y la rehumectación del suelo, por ejemplo, los grandes cambios repentinos en la respiración del suelo pueden provocar 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 se pueden analizar además por la distancia desde la superficie del suelo. [9]

Referencias

  1. ^ "Aire del suelo" (PDF) . Consultado el 16 de octubre de 2022 .
  2. ^ Pierzynski, Gary M.; Sims, J. Thomas; Vance, George F., eds. (2005). Suelos y calidad ambiental (3.ª ed.). Boca Raton, Florida: CRC Press . Consultado el 16 de octubre de 2022 .
  3. ^ abcdefg Kim, Dong Gill; Vargas, Rodrigo; Bond-Lamberty, Ben; Turetsky, Merritt R. (2012). "Efectos de la rehumectación y descongelación del suelo en los linos gaseosos del suelo: una revisión de la literatura actual y sugerencias para futuras investigaciones" (PDF) . Biogeosciences . 9 (7): 2459–2483. Bibcode :2012BGeo....9.2459K. doi : 10.5194/bg-9-2459-2012 . Consultado el 16 de octubre de 2022 .
  4. ^ Marrin, Donn L.; Kerfoot, Henry B. (1988). "Técnicas de estudio de gases en el suelo: una nueva forma de detectar contaminantes orgánicos volátiles en el subsuelo". Environmental Science & Technology . 22 (7): 740–745. doi :10.1021/es00172a001. PMID  22195653 . Consultado el 23 de octubre de 2022 .
  5. ^ abcde Russell, Edward John; Appleyard, Alfred (1915). "La atmósfera del suelo: su composición y las causas de variación". Revista de Ciencias Agrícolas . 7 (1): 1–48. doi :10.1017/S0021859600002410. ISSN  1469-5146. S2CID  83540675 . Consultado el 23 de octubre de 2022 .
  6. ^ abc Dembicki Jr, Harry (2017). "Geoquímica de superficie". En Dembicki Jr, Harry (ed.). Geoquímica petrolera práctica para exploración y producción. Elsevier . págs. 217–252. ISBN 978-0-12-803350-0. Recuperado el 30 de octubre de 2022 .
  7. ^ abcd Singh, JS; Gupta, SR (1977). "Descomposición de plantas y respiración del suelo en ecosistemas terrestres". Botanical Review . 43 (4): 449–528. Bibcode :1977BotRv..43..449S. doi :10.1007/BF02860844. ISSN  1874-9372. S2CID  40310421 . Consultado el 30 de octubre de 2022 .
  8. ^ ab Papastefanou, Constantin (2002). "Una visión general de la instrumentación para medir el radón en el gas del suelo y las aguas subterráneas". Journal of Environmental Radioactivity . 63 (3): 271–283. Bibcode :2002JEnvR..63..271P. doi :10.1016/S0265-931X(02)00034-6. ISSN  0265-931X. PMID  12440516.
  9. ^ ab Balesdent, Jérôme; Basile-Doelsch, Isabelle; Chadoeuf, Joël; Cornú, Sophie; Derrien, Delphine; Fekiacova, Zuzana; Hatté, Christine (2018). "Transferencia de carbono atmósfera-suelo en función de la profundidad del suelo". Naturaleza . 559 (7715): 599–602. Código Bib :2018Natur.559..599B. doi :10.1038/s41586-018-0328-3. ISSN  1476-4687. PMID  29995858. S2CID  49669782 . Consultado el 6 de noviembre de 2022 .