En geociencias , un paleosuelo ( palaeosol en Gran Bretaña y Australia ) es un suelo antiguo que se formó en el pasado. La definición del término en geología y paleontología es ligeramente diferente de su uso en la ciencia del suelo .
En geología y paleontología, un paleosuelo es un suelo antiguo preservado por enterramiento debajo de sedimentos ( aluvión o loess ) o depósitos volcánicos ( coladas de lava o ceniza volcánica ), que en el caso de depósitos más antiguos se han litificado en roca . En geología cuaternaria , sedimentología , paleoclimatología y geología en general, es una práctica típica y aceptada utilizar el término "paleosuelo" para designar dichos " suelos fósiles " que se encuentran enterrados dentro de depósitos sedimentarios y volcánicos expuestos en todos los continentes. [1] [2]
En la ciencia del suelo, la definición difiere ligeramente: los paleosuelos son suelos formados hace mucho tiempo que no tienen relación en sus características químicas y físicas con el clima o la vegetación actuales. Dichos suelos se encuentran dentro de cratones continentales extremadamente antiguos o en pequeñas ubicaciones dispersas en los límites de otros dominios rocosos antiguos.
Debido a los cambios en el clima de la Tierra durante los últimos 50 millones de años, los suelos formados bajo la selva tropical (o incluso la sabana ) han quedado expuestos a climas cada vez más áridos que hacen que los antiguos oxisoles , ultisoles o incluso alfisoles se sequen de tal manera que se forma una costra muy dura. Este proceso ha ocurrido tan ampliamente en la mayor parte de Australia que restringe el desarrollo del suelo: el suelo anterior es efectivamente el material parental para un nuevo suelo, pero es tan resistente a la intemperie que solo un suelo muy poco desarrollado puede existir en los climas secos actuales, especialmente cuando se han vuelto mucho más secos durante los períodos glaciares del Cuaternario .
En otras partes de Australia y en muchas partes de África, la desecación de los suelos antiguos no ha sido tan grave. Esto ha dado lugar a grandes áreas de podsoles relictos en climas bastante secos en el extremo sur del interior de Australia (donde antes predominaba la selva templada ) y a la formación de suelos torrox (un suborden de oxisoles) en el sur de África . Aquí, los climas actuales permiten, efectivamente, el mantenimiento de los suelos antiguos en climas en los que no podrían haberse formado a partir del material original durante el Mesozoico y el Paleoceno .
En este sentido, los paleosuelos son siempre suelos extremadamente infértiles , que contienen niveles de fósforo disponible órdenes de magnitud inferiores a los de las regiones templadas con suelos más jóvenes. Los estudios ecológicos han demostrado que esto ha obligado a una evolución altamente especializada entre la flora australiana [3] para obtener suministros mínimos de nutrientes . El hecho de que no se esté produciendo la formación de suelos dificulta aún más la gestión ecológicamente sostenible. Sin embargo, los paleosuelos a menudo contienen la biodiversidad más excepcional debido a la ausencia de competencia . [4]
El registro de paleosuelos se extiende hasta el Precámbrico en la historia de la Tierra, con raros paleosuelos de más de 2.500 millones de años de antigüedad. La geología, la biología y la atmósfera cambiaron significativamente durante ese tiempo, con cambios dramáticos en el Gran Evento de Oxidación (hace 2.420 millones de años) y durante el Paleozoico , cuando proliferaron animales y plantas terrestres complejos.
En consecuencia, nuestro sistema moderno de clasificación de suelos no se puede aplicar fácilmente a los paleosuelos. Por ejemplo, un alfisol moderno (definido en sentido amplio como un suelo forestal) no habría existido antes de la evolución de los árboles. Más problemático aún es que se define específicamente por propiedades químicas que no se conservan en el registro de rocas. Si bien los órdenes de suelos modernos se utilizan a menudo para describir los paleosuelos en un sentido cualitativo, se ha propuesto un esquema de nomenclatura específico para paleosuelos [5] , aunque solo se utiliza esporádicamente en la literatura.
Hasta que se adopte plenamente un esquema de denominación específico para los paleosuelos, muchos paleopedólogos se han limitado a utilizar la clasificación taxonómica de suelos proporcionada por el Departamento de Agricultura de los Estados Unidos (USDA). [6] La taxonomía de suelos del USDA intenta utilizar las propiedades mensurables y las características objetivas de los suelos para clasificarlos. La metodología desarrolló una estructura jerárquica entre los diferentes taxones de suelos, clasificando los suelos inicialmente a un nivel general y luego asignando suelos a subdivisiones progresivamente más limitadas.
La taxonomía de suelos del USDA tiene sus inconvenientes, entre ellos, el énfasis en las características observables, la nueva nomenclatura y la organización jerárquica. El énfasis en las características observables puede hacer que la taxonomía de suelos parezca similar a un documento legal. La estructura jerárquica no se puede aplicar más profundamente que el nivel de orden en lo que respecta a los paleosuelos. Sin embargo, a pesar de estos inconvenientes, la taxonomía de suelos del USDA sigue siendo el sistema de clasificación de suelos más completo e influyente hasta la fecha. [7] Para distinguir e identificar los paleosuelos entre sí, es necesario tener en cuenta ciertos horizontes y características de diagnóstico. Por ejemplo, todos los paleosuelos tienen un horizonte A, pero los histosoles tienen un horizonte O por encima del horizonte A.
Rye y Holland (1998) [8] establecieron cinco criterios para identificar un paleosuelo. Si bien esto surgió de la necesidad de una identificación más estricta de los paleosuelos precámbricos, es aplicable a paleosuelos de cualquier edad. Los criterios son:
En el campo, los signos físicos de un paleosuelo incluyen evidencia de horizontación (por ejemplo, cambios de color y textura), lecho de roca incorporado a una litología suprayacente más fina (núcleos de piedra) y evidencia de procesos superficiales (por ejemplo, rastros de raíces, materia orgánica, madrigueras, alteración redox ).
A continuación se presenta una lista de suelos y algunas de sus características diagnósticas que proporcionan un marco para diferenciar estos paleosuelos, o incluso suelos modernos:
Horizontes (de arriba a abajo): A y C
Este suelo tiene un grado muy leve de formación de suelo. Las características cristalinas, metamórficas o sedimentarias originales del material parental experimentaron poca alteración a partir de la formación del suelo. La mayoría se encuentran en superficies geomórficas jóvenes, como llanuras aluviales y pendientes pronunciadas donde la erosión elimina material a medida que se forma el suelo. Signos de vegetación sucesional temprana de pastos y otras hierbas y arbustos. Los rastros de raíces son diagnósticos de este tipo de paleosuelo debido a la pequeña cantidad de alteración de su material parental en otros aspectos. Sin embargo, para los Entisoles de edad Ordiviciana o más antiguos, un pico en la susceptibilidad magnética es indicativo de un Entisol.
Horizontes: A, a veces E, Bw y C
Estos suelos representan una etapa de formación más allá de los Entisoles, pero no al grado de desarrollo de otros órdenes de suelos. Por lo general, se los puede imaginar como si tuvieran un horizonte superficial de color claro sobre un horizonte subsuperficial moderadamente meteorizado. Se forman en partes bajas y onduladas de paisajes en frentes montañosos empinados y alrededor de ellos. Los bosques arbustivos de árboles de palo que se forman durante la recolonización de terrenos perturbados por bosques son particularmente característicos de este paleosuelo. Los bosques abiertos y los pastizales arbolados también son característicos de este paleosuelo.
Horizontes: A, B y C
Se trata de suelos de ceniza volcánica de naturaleza silícea, constituidos por burbujas o fragmentos de vidrio volcánico con una gran superficie interna. Estos suelos se meteorizan rápidamente formando imogolita y esmectita, por lo que son muy fértiles, ricos en materia orgánica y tienen una densidad aparente particularmente baja. Estas propiedades y los productos de meteorización antes mencionados suelen alterarse durante el enterramiento, a veces dando lugar a minerales distintivos como la celadonita y la clinoptilolita. Al menos un 60% de fragmentos piroclásticos reconocibles en secciones delgadas son característicos de este paleosuelo. Este paleosuelo se forma en el interior y alrededor de los volcanes.
Horizontes: O, A, a veces Bg y C
Suelos ricos en materia orgánica con horizontes turbosos espesos que se forman en localidades frescas y bien drenadas o en áreas bajas y permanentemente anegadas. El proceso de formación principal es la acumulación de turba (materia orgánica), lo que significa que la materia orgánica se produce más rápido de lo que se descompone en el suelo. La lixiviación o formación de minerales gley (pirita o siderita) que se superponen a características sedimentarias o del suelo anteriores se asocia con la acumulación de turba.
Horizontes: A, E, a veces Bh, Bs y C
Un horizonte subsuperficial enriquecido con óxidos de hierro y aluminio o materia orgánica es característico de los Spodosols. Presenta cementos opacos que forman distintivos bordes concrecionarios radialmente agrietados con abundantes granos de cuarzo en secciones delgadas. Los Spodosols se forman en lechos rocosos montañosos o sedimentos bajos y ondulados ricos en cuarzo. Se encuentran principalmente en climas húmedos en los que la arcilla y las sales solubles se disuelven y se eliminan del perfil y son más comunes en regiones templadas. La vegetación característica son los bosques de coníferas y otros tipos de vegetación leñosa perenne que pueden tolerar niveles bajos de nutrientes y alta acidez del suelo.
Horizontes: A, a veces E, Bt, a veces Bk y C
Suelos forestales ricos en bases que tienen un horizonte superficial de color claro sobre un horizonte subsuperficial arcilloso, rico en cationes intercambiables. Si los paleosuelos contienen nódulos de carbonato en un horizonte profundo dentro del perfil, se puede suponer que existe tal saturación de bases. Si carecen de nódulos de carbonato, los alfisoles se pueden distinguir por la abundancia de arcillas ricas en bases o por razones de meteorización molecular de alúmina/bases de menos de 2. Estos suelos no se encuentran en los polos ni en las cimas de las altas montañas.
Horizontes: A, a veces E, Bt y C
Suelos forestales pobres en bases que son similares a los Alfisoles a primera vista. Sin embargo, los Ultisoles están más profundamente meteorizados en nutrientes minerales. No debe haber ningún material calcáreo en ninguna parte dentro de un perfil Ultisol y deben tener proporciones de meteorización molecular de alúmina/bases de más de 2. La caolinita y los minerales aluminosos altamente meteorizados como la gibbsita son comunes en el perfil. El estado de baja base se atribuye a un largo tiempo de formación. Se forman principalmente en partes más antiguas de paisajes, como colinas onduladas de lecho rocoso, terrazas aluviales altas y cimas de mesetas. La vegetación natural consiste en bosques de coníferas o de madera dura.
Horizontes: A, Bo, a veces Bv y C
Suelos muy meteorizados con perfiles texturalmente uniformes. Predominan las arcillas caoliníticas u otros óxidos pobres en bases, como la gibbsita o la boehmita. Contienen proporciones de meteorización molecular de alúmina/bases de 10 o más. Estos suelos tienen horizontes moteados muy meteorizados. Una característica de este tipo de paleosuelo es una microestructura estable de micropedacitos esféricos del tamaño de la arena de una capa teñida de hierro. Muy antiguos, a menudo de decenas de millones de años. Se encuentran en lugares continentales estables en pendientes suaves de mesetas, terrazas y llanuras. La vegetación natural de los Oxisoles es una selva tropical.
Horizontes: A, B y C
Son suelos arcillosos, espesos y uniformes que presentan grietas profundas y anchas. El agrietamiento puede producir una topografía de montículos y zanjas. Compuestos principalmente por arcillas esmectíticas. La mayoría de los Vertisoles se encuentran sobre materiales intermedios a basálticos. Se encuentran principalmente en terrenos planos al pie de pendientes suaves. El clima y la vegetación son secos y lo suficientemente escasos como para que se puedan mantener las reacciones alcalinas. La vegetación varía desde pastizales hasta bosques abiertos, siendo comunes los pastizales arbolados.
Horizontes: A, a veces Bt, Bk, a veces By y C
Horizonte superficial bien desarrollado, rico en bases, de arcilla y materia orgánica íntimamente mezcladas. Una abundancia de rastros de raíces finas y estructuras de pedúnculos en forma de migas son características de este paleosuelo. El horizonte superficial característico de este paleosuelo es creado por sistemas de raíces finas de vegetación herbácea y la actividad de excavación de muchas especies de invertebrados del suelo. Los molisoles se encuentran en terrenos bajos, ondulados o planos.
Horizontes: A, a veces Bt, Bk, a veces By y C
Se forma en regiones áridas y semiáridas, y la falta de lluvia permite la creación de horizontes calcáreos, yesíferos o salinos poco profundos. Estos cementos forman nódulos grandes o capas continuas. Horizonte superficial de color claro, blando y a menudo vesicular. Los horizontes subsuperficiales no están cementados con ninguno de los cementos antes mencionados. Se encuentra principalmente en áreas bajas porque las pendientes pronunciadas en las regiones áridas tienden a erosionarse hasta el lecho rocoso. La vegetación es escasa e incluye arbustos espinosos y cactus.
Horizontes: A, a veces Por, y C
Suelos con hielo terrestre u otras características de permafrost a menos de un metro de la superficie. En los paleosuelos, las ubicaciones del hielo pueden conservarse como diques clásticos, bandas de congelación u otras deformaciones creadas por el hielo terrestre. Las tillitas y otros depósitos glacigénicos son indicativos de Gelisoles. Estos suelos se forman bajo la vegetación de desiertos polares, tundra y taiga. Incluye una sorprendente variedad de epipedones hísticos, pavimentos desérticos, horizontes sálicos y cálcicos.
Muchos otros factores, como las estructuras de los peds, como la presencia de peds en bloques, angulares o granulares y el tipo de tejido, como el tejido plasmático clinobimasépico, son estructuras que pueden ayudar a identificar si se trata de un paleosuelo. Algunas de estas estructuras son muy útiles para delimitar el paleosuelo que se está identificando. Sin embargo, cualquier paleosuelo debe verificarse geoquímicamente antes de su uso en reconstrucciones basadas en proxy; los procesos de alteración posteriores a la deposición, como el metasomatismo de potasio , pueden cambiar la química de un paleosuelo sin alterar drásticamente su apariencia física.
Los paleosuelos se utilizan frecuentemente como herramientas paleoclimatológicas para medir el clima en el que se formaron. [9] Debido a que las tasas y estilos de meteorización dependen de factores climáticos, los paleosuelos se pueden utilizar para reconstruir variables del clima pasado. La precipitación media anual (PAM) y la temperatura del aire (TAMA) son dos variables que se reconstruyen comúnmente y que, junto con la estacionalidad y en conjunción con otras herramientas paleoambientales, se pueden utilizar para describir climas terrestres pasados. Existe un conjunto de indicadores paleoclimáticos y, si bien varían en su enfoque, muchos se basan en cambios en la composición química a lo largo de un perfil de suelo que ocurren durante los procesos de meteorización, enterramiento y posentierro. [10] [11]
Su uso depende de factores como la alteración posterior al entierro, el material parental y el orden del suelo ; no todos los indicadores son aplicables a todos los paleosuelos. La mayoría de los indicadores son aplicables a los paleosuelos del Fanerozoico (no a los más antiguos), ya que los procesos del paisaje cambiaron drásticamente después del surgimiento de las plantas terrestres. La estacionalidad (la presencia y la fuerza de las estaciones) requiere un enfoque de reconstrucción más matizado. Los indicadores de estacionalidad propuestos se basan principalmente en un proceso de humectación/secado del suelo, durante el cual se puede formar carbonato pedógeno; [12] al igual que otros indicadores, esta herramienta se prueba y perfecciona continuamente. [13]
Los suelos se forman en contacto casi constante con la atmósfera , por lo que su composición química se ve afectada por la composición de la atmósfera a través de vías tanto directas como indirectas. La oxidación de los paleosuelos se ha utilizado como un indicador del oxígeno atmosférico, [14] que ha aumentado a lo largo de la historia de la Tierra. Los paleosuelos también se han utilizado para reconstruir los niveles de dióxido de carbono atmosférico, [15] basándose en estudios modernos del intercambio de gases de carbono del suelo , [16] isótopos de carbono en nódulos de carbonato pedogénico, [17] y enfoques de balance de masa que tienen en cuenta múltiples gases atmosféricos (normalmente dióxido de carbono , oxígeno y metano ). Estos métodos se están desarrollando activamente en el campo de la investigación de la Tierra primitiva.
Los paleosuelos son un importante archivo de información sobre ecosistemas antiguos y varios componentes de suelos fósiles pueden usarse para estudiar la vida vegetal pasada. Los paleosuelos a menudo contienen materiales vegetales antiguos como granos de polen y fitolitos , una forma biomineralizada de sílice producida por muchas plantas como las gramíneas. Tanto los fósiles de polen como de fitolitos de diferentes especies de plantas tienen formas características que pueden rastrearse hasta sus plantas progenitoras. [18] En escalas de tiempo geológicas largas, los fitolitos pueden no necesariamente conservarse en paleosuelos debido a la capacidad de la sílice poco cristalina para disolverse.
Otro indicador de la composición de la comunidad vegetal en los paleosuelos es la firma isotópica del carbono . La proporción de diferentes isótopos de carbono en la materia orgánica de los paleosuelos refleja las proporciones de plantas que utilizan la fotosíntesis C3 , que crecen en climas más fríos y húmedos, frente a las plantas que utilizan la fotosíntesis C4 , que se adaptan mejor a condiciones más cálidas y secas. [19] Otros métodos para detectar la vida vegetal pasada en los paleosuelos se basan en la identificación de los restos de ceras de las hojas , que se descomponen lentamente en los suelos con el tiempo. [20]
Como registros de superficies terrestres anteriores que pueden apilarse unas sobre otras, las secuencias de paleosuelos también son útiles en el campo de la paleosismología .
