El espacio poroso del suelo contiene las fases líquida y gaseosa del suelo , es decir, todo menos la fase sólida que contiene principalmente minerales de diferentes tamaños, así como compuestos orgánicos .
Para comprender mejor la porosidad no se han utilizado una serie de ecuaciones para expresar las interacciones cuantitativas entre las tres fases del suelo.
Los macroporos o fracturas juegan un papel importante en las tasas de infiltración en muchos suelos, así como en los patrones de flujo preferencial, la conductividad hidráulica y la evapotranspiración. Las grietas también influyen mucho en el intercambio de gases, influyendo en la respiración dentro de los suelos. Por lo tanto, modelar grietas ayuda a comprender cómo funcionan estos procesos y qué efectos pueden tener en estos procesos los cambios en el agrietamiento del suelo, como la compactación.
El espacio poroso del suelo puede contener el hábitat de plantas ( rizosfera ) y microorganismos .
La densidad aparente del suelo depende en gran medida de la composición mineral del suelo y del grado de compactación . La densidad del cuarzo es de alrededor de 2,65 g/cm 3 pero la densidad aparente de un suelo puede ser inferior a la mitad de esa densidad.
La mayoría de los suelos tienen una densidad aparente entre 1,0 y 1,6 g/cm 3, pero el suelo orgánico y algunas arcillas friables pueden tener una densidad aparente muy por debajo de 1 g/cm 3 .
Las muestras de núcleos se toman introduciendo un núcleo de metal en la tierra a la profundidad y al horizonte del suelo deseados . Luego las muestras se secan en horno y se pesan.
Densidad aparente = (masa de suelo secado al horno)/volumen
La densidad aparente del suelo está inversamente relacionada con la porosidad del mismo suelo. Cuanto más espacio poroso haya en un suelo, menor será el valor de la densidad aparente.
o
La porosidad es una medida del espacio poroso total del suelo. Esto se mide como volumen o porcentaje . La cantidad de porosidad de un suelo depende de los minerales que lo componen y de la cantidad de clasificación que ocurre dentro de la estructura del suelo . Por ejemplo, un suelo arenoso tendrá mayor porosidad que la arena limosa, porque el limo llenará los espacios entre las partículas de arena.
La conductividad hidráulica (K) es una propiedad del suelo que describe la facilidad con la que el agua puede moverse a través de los espacios porosos. Depende de la permeabilidad del material (poros, compactación) y del grado de saturación. La conductividad hidráulica saturada, K sat , describe el movimiento del agua a través de medios saturados. Donde la conductividad hidráulica tiene la capacidad de medirse en cualquier estado. Puede estimarse mediante numerosos tipos de equipos. Para calcular la conductividad hidráulica se utiliza la ley de Darcy . La manipulación de la ley depende de la saturación del suelo y del instrumento utilizado.
La infiltración es el proceso por el cual el agua de la superficie del suelo ingresa al suelo. El agua ingresa al suelo a través de los poros por las fuerzas de gravedad y acción capilar . Las grietas y poros más grandes ofrecen una gran reserva para el flujo inicial de agua. Esto permite una rápida infiltración . Los poros más pequeños tardan más en llenarse y dependen de las fuerzas capilares y de la gravedad. Los poros más pequeños tienen una infiltración más lenta a medida que el suelo se satura más .
Un poro no es simplemente un vacío en la estructura sólida del suelo. Las diversas categorías de tamaño de poro tienen diferentes características y aportan diferentes atributos a los suelos dependiendo del número y frecuencia de cada tipo. Una clasificación ampliamente utilizada del tamaño de los poros es la de Brewer (1964): [1] [2] [3]
Los poros que son demasiado grandes para tener una fuerza capilar significativa. A menos que se lo impida, el agua se drenará de estos poros y, por lo general, están llenos de aire a su capacidad de campo . Los macroporos pueden ser causados por agrietamiento, división de pedregal y agregados , así como por raíces de plantas y exploración zoológica. [3] Tamaño >75 μm. [4]
Los poros más grandes se llenaron de agua a capacidad de campo . También conocidos como poros de almacenamiento por su capacidad de almacenar agua útil para las plantas. No tienen fuerzas capilares demasiado grandes para que el agua no resulte limitante para las plantas. Las propiedades de los mesoporos son muy estudiadas por los científicos del suelo debido a su impacto en la agricultura y el riego . [3] Tamaño 30–75 μm. [4]
Estos son "poros que son lo suficientemente pequeños como para que el agua dentro de ellos se considere inmóvil, pero disponible para la extracción de las plantas". [3] Debido a que hay poco movimiento de agua en estos poros, el movimiento del soluto se produce principalmente por el proceso de difusión. Tamaño de 5 a 30 µm. [4]
Estos poros son aptos para ser habitados por microorganismos. Su distribución está determinada por la textura del suelo y la materia orgánica del suelo , y no se ven muy afectados por la compactación. [5] [3] Tamaño 0,1–5 μm. [4]
Poros que son demasiado pequeños para ser penetrados por la mayoría de los microorganismos. Por tanto, la materia orgánica de estos poros está protegida de la descomposición microbiana. Se llenan de agua a menos que el suelo esté muy seco, pero poca de esta agua está disponible para las plantas y el movimiento del agua es muy lento. [5] [3] Tamaño <0,1 μm. [4]
El modelado básico de grietas se ha llevado a cabo durante muchos años mediante simples observaciones y mediciones del tamaño, distribución, continuidad y profundidad de las grietas. Estas observaciones han sido observaciones de superficie o realizadas en perfiles en pozos. El rastreo manual y la medición de patrones de grietas en papel era un método utilizado antes de los avances de la tecnología moderna. Otro método de campo era con el uso de hilo y un semicírculo de alambre. [6] El semicírculo se movió a lo largo de lados alternos de una línea de cuerda. Las grietas dentro del semicírculo se midieron en ancho, largo y profundidad usando una regla. La distribución de grietas se calculó utilizando el principio de la aguja de Buffon .
Este método se basa en el hecho de que los tamaños de las grietas tienen un rango de potenciales hídricos diferentes. Con potencial hídrico cero en la superficie del suelo se produce una estimación de la conductividad hidráulica saturada, con todos los poros llenos de agua. A medida que el potencial disminuye, las grietas cada vez más grandes se drenan. Midiendo la conductividad hidráulica en un rango de potenciales negativos, se puede determinar la distribución del tamaño de los poros. Si bien este no es un modelo físico de las grietas, sí da una indicación del tamaño de los poros dentro del suelo.
Horgan y Young (2000) produjeron un modelo informático para crear una predicción bidimensional de la formación de grietas superficiales. Se aprovechó el hecho de que una vez que las grietas se encuentran a cierta distancia unas de otras, tienden a atraerse entre sí. Las grietas también tienden a girar dentro de un rango particular de ángulos y, en algún momento, el agregado de la superficie alcanza un tamaño en el que no se producirán más grietas. Estos suelen ser característicos de un suelo y, por lo tanto, pueden medirse en el campo y utilizarse en el modelo. Sin embargo, no fue capaz de predecir los puntos en los que comienza el agrietamiento y, aunque la formación del patrón de grietas es aleatoria, en muchos sentidos, el agrietamiento del suelo a menudo no es aleatorio, sino que sigue líneas de debilidad. [7]
Se recoge una gran muestra básica. Luego se impregna con araldita y una resina fluorescente . Luego, el núcleo se corta utilizando un instrumento de molienda, muy gradualmente (~1 mm por vez), y en cada intervalo se obtienen imágenes digitales de la superficie de la muestra del núcleo. Luego, las imágenes se cargan en una computadora donde se pueden analizar. Luego se pueden realizar mediciones de profundidad, continuidad, área de superficie y una serie de otras mediciones en las grietas dentro del suelo.
Utilizando la resistividad infinita del aire, se pueden mapear los espacios de aire dentro de un suelo. Un medidor de resistividad especialmente diseñado había mejorado el contacto medidor-suelo y por lo tanto el área de lectura. [8] Esta tecnología se puede utilizar para producir imágenes que se pueden analizar para determinar una variedad de propiedades de craqueo.
