En geociencias , paleosuelo ( paleosol 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 conservado mediante entierro debajo de sedimentos ( aluvión o loess ) o depósitos volcánicos ( ceniza volcánica ), que en el caso de depósitos más antiguos se han litificado hasta convertirse en roca . En geología, sedimentología , paleoclimatología y geología en general del Cuaternario , es práctica típica y aceptada utilizar el término "paleosol" para designar aquellos " 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 ninguna relación en sus características químicas y físicas con el clima o la vegetación actuales. Estos suelos se encuentran dentro de cratones continentales extremadamente antiguos o en pequeños lugares dispersos en valores atípicos 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 una Se forma una costra muy dura. Este proceso ha ocurrido tan ampliamente en la mayor parte de Australia que ha restringido el desarrollo del suelo; el suelo anterior es efectivamente el material parental de un suelo nuevo, pero es tan resistente a la intemperie que sólo un suelo muy poco desarrollado puede existir en los climas secos actuales, especialmente cuando se han vuelto mucho más secos durante los períodos glaciales en el Cuaternario .
En otras partes de Australia y en muchas partes de África, la desecación de los antiguos suelos 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 dominaba la selva tropical templada ) y a la formación de suelos de 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 parental durante el Mesozoico y el Paleoceno .
Los paleosuelos en este sentido son siempre suelos extremadamente infértiles , que contienen niveles de fósforo disponible en órdenes de magnitud más bajos que en 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 produzca formación de suelo hace que la gestión ecológicamente sostenible sea aún más difícil. Sin embargo, los paleosuelos suelen contener 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. 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 suelo forestal) no habría existido antes de la evolución de los árboles. Lo que es más problemático es que se define específicamente por propiedades químicas que no se conservarían en el registro de la roca. 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 denominación específico para los paleosuelos, [5] aunque sólo se utiliza esporádicamente en la literatura.
Hasta que se adopte por completo 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 dentro de los suelos para clasificarlos. La metodología desarrolló una estructura jerárquica entre los diferentes taxones de suelos, clasificando los suelos inicialmente a nivel general y luego asignando los suelos a subdivisiones progresivamente más limitadas.
La taxonomía de suelos del USDA tiene desventajas, incluido el énfasis en las características observables, nueva nomenclatura y organización jerárquica. El énfasis en las características observables puede hacer que la taxonomía del suelo tenga una apariencia similar a la de un documento legal. La estructura jerárquica no se puede aplicar más profundamente que el nivel de orden relacionado con 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 fue motivado por 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 horizonteización (p. ej., cambios de color y textura), lecho de roca incorporado a una litología suprayacente más fina (piedras centrales) y evidencia de procesos superficiales (p. ej., rastros de raíces, materia orgánica, madrigueras, redox) . modificación).
A continuación se muestra una lista de suelos y algunas de sus características de diagnóstico que proporciona 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 originales cristalinas, metamórficas o sedimentarias del material original experimentaron poca alteración debido a la formación del suelo. La mayoría se encuentra en superficies geomórficas jóvenes, como llanuras aluviales y en pendientes pronunciadas donde la erosión elimina el material a medida que se forma el suelo. Signos de vegetación de sucesión 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 original en otros aspectos. Sin embargo, para los Entisoles de edad Ordiviciana o mayores, 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 puede imaginar que tiene un horizonte superficial de color claro sobre un horizonte subsuperficial moderadamente erosionado. Se forma en partes bajas de paisajes dentro y alrededor de frentes montañosos empinados. Los bosques arbustivos de árboles postéricos que se forman durante la recolonización del suelo perturbado por los bosques son particularmente característicos de este paleosuelo. Los bosques abiertos y los pastizales arbolados también son característicos de este paleosuelo.
Horizontes: A, Bw y C
Son suelos de ceniza volcánica de naturaleza silícea, constituidos por burbujas o fragmentos de vidrio volcánico con una elevada superficie interna. Este suelo se erosiona rápidamente hasta convertirse en imogolita y esmectita. Por tanto, son muy fértiles, ricos en materia orgánica y tienen una densidad aparente particularmente baja. Estas propiedades y los productos de erosión antes mencionados generalmente cambian durante el entierro, a veces hasta convertirse en minerales distintivos como celadonita y clinoptilolita. Al menos un 60% de fragmentos piroclásticos reconocibles en secciones delgadas son característicos de este paleosuelo. Este paleosuelo se forma dentro 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 inundadas. El proceso de formación primaria es la acumulación de turba (materia orgánica), lo que significa que la materia orgánica se produce más rápido de lo que puede descomponerse en el suelo. La lixiviación o formación de minerales gley (pirita o siderita) que sobreimprimen características sedimentarias o del suelo anteriores está asociada 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 Spodosoles. Muestra cementos opacos que forman distintivos bordes de concreción agrietados radialmente hasta abundantes granos de cuarzo en secciones delgadas. Los espodosoles se forman sobre lechos rocosos montañosos o sobre sedimentos bajos y ondulados ricos en cuarzo. Se encuentra principalmente en climas húmedos en los que la arcilla y las sales solubles se disuelven y eliminan del perfil y son más comunes en regiones templadas. La vegetación característica son los bosques de coníferas y otros tipos de vegetación leñosa de hoja perenne que pueden tolerar niveles bajos de nutrientes y una alta acidez del suelo.
Horizontes: A, a veces E, Bt, a veces Bk y C
Suelos boscosos 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 asumir dicha saturación de bases. Si carecen de nódulos de carbonato, los alfisoles se pueden distinguir por la abundancia de arcillas ricas en bases o por relaciones de meteorización molecular de alúmina/bases inferiores a 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 a primera vista parecen alfisoles. Sin embargo, los Ultisoles están más degradados en cuanto a nutrientes minerales. No debe haber ningún material calcáreo en ningún lugar dentro de un perfil Ultisol y tener relaciones de intemperismo molecular de alúmina/bases de más de 2. La caolinita y los minerales aluminosos altamente intemperizados como la gibbsita son comunes en el perfil. El estatus de base baja se atribuye a un largo tiempo de formación. Se forman principalmente en partes más antiguas de los paisajes, como colinas onduladas de lecho rocoso, altas terrazas aluviales y cimas de mesetas. La vegetación natural se compone de bosques de coníferas o de frondosas.
Horizontes: A, Bo, a veces Bv y C
Suelos profundamente meteorizados con perfiles texturalmente uniformes. Dominado por arcillas caoliníticas u otros óxidos pobres en bases como la gibbsita o la boehmita. Contiene proporciones de intemperismo molecular de alúmina/bases de 10 o más. Estos suelos tienen horizontes moteados profundamente meteorizados. La característica de este tipo de paleosuelo es una microestructura estable de micropedios esféricos del tamaño de arena recubiertos de hierro. Muy antiguo, a menudo de decenas de millones de años. Se encuentra en ubicaciones continentales estables en suaves laderas de mesetas, terrazas y llanuras. La vegetación natural de los Oxisoles es la selva tropical.
Horizontes: A, Bw y C
Son suelos arcillosos, uniformes, espesos y con grietas anchas y profundas. Las fisuras pueden producir una topografía de montículos y zanjas. Compuesto principalmente por arcillas esmectíticas. La mayoría de los Vertisoles se encuentran en materiales intermedios a basálticos. Se encuentra principalmente en terrenos llanos al pie de pendientes suaves. El clima y la vegetación son lo suficientemente secos y escasos como para que se puedan mantener 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 finos rastros de raíces y estructuras de migajas son características de este paleosuelo. El horizonte superficial característico de este paleosuelo es creado por finos sistemas de raíces de vegetación herbácea y la actividad excavadora de muchas especies de invertebrados del suelo. Los molisoles se encuentran en zonas bajas, onduladas o planas.
Horizontes: A, a veces Bt, Bk, a veces By y C
Se forma en regiones áridas a semiáridas, y esa falta de lluvia permite la creación de horizontes calcáreos, yesíferos o salados poco profundos. Estos cementos forman grandes nódulos o capas continuas. Horizonte superficial de color claro, suave 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 regiones áridas tienden a erosionarse hasta convertirse en lecho de roca. La vegetación es escasa e incluye arbustos espinosos y cactus.
Horizontes: A, a veces By y C
Suelos con hielo molido u otras características de permafrost dentro 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. Tillitas y otros depósitos glacigénicos son indicativos de Gelisoles. Estos suelos se forman bajo la vegetación del desierto polar, la tundra y la taiga. Incluye una sorprendente variedad de epipedones hísticos, pavimentos desérticos, horizontes sálico y cálcico.
Muchos otros factores, como las estructuras de ped, como la presencia de peds en bloques, angulares o granulares y el tipo de tejido, como el tejido plásmico clinobimasépico, son estructuras que pueden ayudar a identificar si se trata de un paleosuelo. Algunas de estas estructuras son muy útiles a la hora de delimitar el paleosuelo que se está identificando. Sin embargo, cualquier paleosuelo debe verificarse geoquímicamente antes de usarlo en reconstrucciones basadas en sustitutos; 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 con frecuencia 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 (MAAT) son dos variables comúnmente reconstruidas que, junto con la estacionalidad y en conjunto con otras herramientas paleoambientales, pueden usarse para describir climas terrestres pasados. Existe un conjunto de indicadores paleoclimáticos y, si bien varían en su enfoque, muchos dependen de cambios en la composición química a lo largo del perfil del suelo que ocurren durante los procesos de meteorización, entierro y post-entierro. [10] [11]
Su uso depende de factores como la alteración posterior al entierro, el material parental y el orden del suelo ; no todos los proxy son aplicables a todos los paleosuelos. La mayoría de los sustitutos son aplicables a los paleosuelos fanerozoicos (no a los más antiguos), ya que los procesos del paisaje cambiaron dramáticamente 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 sustitutos de estacionalidad propuestos se basan principalmente en un proceso de humectación/secado del suelo, durante el cual se puede formar carbonato pedogénico; [12] al igual que otros servidores proxy, 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 indicador del oxígeno atmosférico, [14] que ha aumentado a lo largo de la historia de la Tierra. Los paleosoles también se han utilizado para reconstruir los niveles de dióxido de carbono atmosférico, [15] basándose en estudios modernos sobre el intercambio de gases de carbono en el suelo , [16] isótopos de carbono en nódulos de carbonato pedogénicos, [17] y enfoques de equilibrio de masa que toman múltiples gases atmosféricos (típicamente carbono dióxido , oxígeno y metano ). Estos métodos se están desarrollando activamente en el campo de la investigación de la Tierra primitiva.
Los paleosuelos son un archivo importante de información sobre ecosistemas antiguos y varios componentes de suelos fósiles se pueden utilizar para estudiar la vida vegetal del pasado. Los paleosuelos suelen contener materiales vegetales antiguos, como granos de polen y fitolitos , una forma biomineralizada de sílice producida por muchas plantas, como las gramíneas. Tanto el polen como los fósiles de fitolitos de diferentes especies de plantas tienen formas características que se remontan a sus plantas madre. [18] En escalas de tiempo geológicas largas, es posible que los fitolitos no necesariamente se conserven en los paleosuelos debido a la capacidad de disolución de la sílice poco cristalina.
Otro indicador de la composición de la comunidad vegetal en los paleosuelos es la firma isotópica de 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 plantas que utilizan la fotosíntesis C4 , que se adaptan mejor a condiciones más cálidas y secas. [19] Otros métodos para detectar vida vegetal pasada en paleosuelos se basan en la identificación de restos de ceras de hojas , que se descomponen lentamente en los suelos con el tiempo. [20]
Como registros de superficies terrestres anteriores que se pueden apilar unas sobre otras, las secuencias de paleosuelos también son útiles en el campo de la paleosismología .
