El suelo serpentino es un tipo de suelo poco común producido por rocas ultramáficas erosionadas como la peridotita y sus derivados metamórficos como la serpentinita . Más precisamente, el suelo serpentino contiene minerales del subgrupo serpentino , especialmente antigorita , lagardita y crisotilo o amianto blanco, todos los cuales se encuentran comúnmente en rocas ultramáficas. El término "serpentina" se usa comúnmente para referirse tanto al tipo de suelo como al grupo mineral que forma sus materiales parentales.
Los suelos serpentinos exhiben distintas propiedades químicas y físicas y generalmente se consideran suelos pobres para la agricultura. El suelo suele ser de color rojizo, marrón o gris debido a su alto contenido de hierro y bajo contenido orgánico. Geológicamente, las áreas con lecho de roca serpenteante son característicamente empinadas, rocosas y vulnerables a la erosión, lo que hace que muchos suelos serpentinos sean bastante poco profundos. [1] Los suelos poco profundos y la escasa vegetación provocan temperaturas elevadas del suelo [2] y condiciones secas. [1] Debido a su origen ultramáfico, los suelos serpentinos también tienen una baja proporción de calcio a magnesio y niveles bajos de muchos nutrientes esenciales como nitrógeno (N), fósforo (P) y potasio (K). Los suelos serpentinos contienen altas concentraciones de metales pesados, incluidos cromo, hierro, cobalto y níquel. [3] Juntos, estos factores crean serios desafíos ecológicos para las plantas que viven en suelos serpentinos.
La serpentinita es una roca metaígnea formada por la reacción metamórfica de una roca rica en olivino , la peridotita , con agua. La serpentinita tiene un color moteado, gris verdoso o gris azulado y, a menudo, es cerosa al tacto. La roca a menudo contiene vetas blancas de crisotilo que la atraviesan, que son un tipo de amianto natural . El amianto está relacionado con una serie de afecciones de salud humana, como el mesotelioma, por la exposición prolongada a la inhalación de partículas de polvo. Se debe tener precaución al trabajar en suelos serpentinos o cuando se trabaja con rocas serpentinas trituradas.
La serpentinita se forma con mayor frecuencia en la corteza oceánica cerca de la superficie de la tierra, particularmente donde el agua circula en rocas que se enfrían cerca de las dorsales oceánicas : masas de la roca ultramáfica resultante se encuentran en ofiolitas incorporadas en la corteza continental cerca de los límites de las placas tectónicas presentes y pasadas .
Los suelos serpentinos se derivan de rocas ultramáficas. Las rocas ultramáficas son rocas ígneas o metamórficas que contienen más del 70% de minerales de hierro o magnesio. [4]
Los suelos serpentinos están ampliamente distribuidos en la Tierra, reflejando en parte la distribución de las ofiolitas . Hay afloramientos de suelos serpentinos en la península de los Balcanes, Turquía, la isla de Chipre , los Alpes, Cuba y Nueva Caledonia. [2] En América del Norte, los suelos serpentinos también están presentes en áreas pequeñas pero ampliamente distribuidas en la ladera oriental de las Montañas Apalaches en el este de los Estados Unidos. [5] Sin embargo, California tiene la mayoría de los suelos serpentinos del continente.
Ecológicamente, los suelos serpentinos tienen tres características principales: baja productividad de las plantas, altas tasas de endemismo y tipos de vegetación distintos de las áreas vecinas. [6]
Las comunidades de plantas serpentinas varían desde pantanos y pantanos húmedos hasta páramos rocosos y deben poder tolerar las duras condiciones ambientales de un suelo tan pobre. Como resultado, a menudo son drásticamente diferentes de las áreas de suelos no serpentinos que bordean los suelos serpentinos. [4] Las características vegetativas a menudo se comparten entre los tipos de flora que se encuentran en suelos serpentinos. Exhibirán un hábito de crecimiento "reducido", con hojas cerosas y opacas de color verde grisáceo (vistas en Eriogonum libertini ), que permiten la retención de agua y el reflejo de la luz solar, respectivamente. [7] Otros posibles rasgos fenotípicos incluyen tallos pigmentados (como se ve en Streptanthus howellii ) y ocasionalmente una naturaleza carnívora como se ve en Darlingtonia californica . Algunos ejemplos de plantas comunes tolerantes a la serpentina incluyen el pino gris ( Pinus sabiniana ), el pino Jeffrey ( Pinus jeffreyi ), la lila de California ( Ceanothus sp. ), la manzanita ( Arctostaphylos sp. ), el roble vivo ( Quercus sp.), el ciclamor de California ( Cercis occidentalis). ), castaño de Indias ( Aesculus californica ), laurel de California (laurel) ( Umbellularia californica ) y los helechos Aspidotis densa y Polystichum lemmonii .
Las áreas de suelo serpentino también albergan diversas plantas, muchas de las cuales son especies raras o en peligro de extinción , como Acanthomintha duttonii , Pentachaeta bellidiflora y Phlox hirsuta . En California, el 45% de los taxones asociados con la serpentina son raros o están en peligro de extinción. [8] En California, los arbustos como el roble de cuero ( Quercus durata ) y la manzanita de hoja blanca costera ( Arctostaphylos viscida ssp. pulchella ) son típicos de suelos serpentinos. [4]
Para superar los desafíos químicos y físicos que presentan los suelos serpentinos, las plantas han desarrollado tolerancia a la sequía, los metales pesados y los nutrientes limitados. [4] Las proporciones bajas de calcio:magnesio provocan un crecimiento y una actividad de las raíces limitados, membranas celulares débiles y una absorción reducida de nutrientes esenciales. [9] Un mecanismo de adaptación a suelos con alto contenido de magnesio asigna más recursos a las raíces de crecimiento profundo. [7] Los metales pesados impiden el crecimiento, inducen deficiencia de hierro, causan clorosis y restringen el desarrollo de las raíces. [9] [7] Múltiples mecanismos de adaptación a los metales pesados incluyen la exclusión de metales mediante la restricción de la absorción por las raíces, la compartimentación de metales en varios órganos o el desarrollo de tolerancia a la toxicidad. [7] En sitios pobres en nitrógeno, los efectos fisiológicos en las plantas incluyen alteración de la síntesis de proteínas, clorosis , reducción de la turgencia de las hojas, reducción del número de hojas y macollos, reducción de la tasa de crecimiento y bajo rendimiento de semillas. [9] Los niveles bajos de fósforo causan efectos similares a los niveles bajos de nitrógeno, pero también causan un tamaño reducido de las semillas, una menor proporción de raíces y brotes y un aumento del estrés hídrico. [9] La baja humedad del suelo provoca una reducción de la absorción y el transporte de nutrientes, una disminución de la apertura de los estomas y una reducción de la capacidad fotosintética, y también reduce el crecimiento y la productividad de las plantas. [9] Las plantas serpentinas tienen sistemas de raíces fuertemente desarrollados para facilitar la absorción de agua y nutrientes. [7] Por ejemplo, Noccaea fendleri (también conocida como hierba centavo de Fendler) es un hiperacumulador de níquel y Sedum laxum expresa suculencia . En algunos casos, las simbiosis con ectomicorrizas tolerantes a la serpentina ayudan a facilitar la adaptación de las plantas a los factores estresantes edáficos de la serpentina. [7]
La adaptación a suelos serpentinos ha evolucionado varias veces. [7] [4] [1] [10] Las plantas tolerantes a las serpentinas son evolutivamente más jóvenes que las plantas no serpentinas. [11] La heterogeneidad de las comunidades serpentinas junto con su distribución irregular limita el flujo de genes pero promueve la especiación y la diversificación. [11] La heterogeneidad del hábitat contribuye de manera importante al nivel de endemismo y biodiversidad en este sistema. Aunque la distribución irregular se atribuye a las altas tasas de especiación en las comunidades serpentinas, existen varios desafíos asociados con esto. El aislamiento espacial de la fuente y de otras poblaciones limita el flujo de genes , [4] lo que podría hacer que estas poblaciones sean vulnerables a las condiciones ambientales cambiantes. Además, existe un alto flujo de genes con las comunidades no serpentinas que puede causar contaminación genotípica , hibridación y descendencia no viable. [4]
Las plantas únicas que sobreviven en suelos serpentinos se han utilizado en el proceso de fitorremediación , un tipo de biorremediación . Dado que estas plantas desarrollaron adaptaciones especializadas a altas concentraciones de metales pesados, se han utilizado para eliminar metales pesados del suelo contaminado. [12]
Los páramos serpentinos son una ecorregión única que se encuentra en partes de los Estados Unidos en áreas pequeñas pero ampliamente distribuidas de las Montañas Apalaches y las Cordilleras Costeras de California , Oregón y Washington. [13] Los archipiélagos de comunidades ricos en especies comprenden el 1,5% de la superficie terrestre del estado. [ especificar ] En California, el 10% de las plantas del estado son endémicas de serpentinas. Los páramos se encuentran en afloramientos de ofiolitas ultramáficas alteradas .
Llevan el nombre de minerales del grupo de las serpentinas , lo que da lugar a suelos serpentinos , con concentraciones inusualmente altas de hierro , cromo , níquel y cobalto . Los páramos serpentinos, como en Grass Valley, California , a menudo consisten en pastizales o sabanas en áreas donde el clima normalmente conduciría al crecimiento de bosques. [14]
Los suelos serpentinos se pueden modificar para sustentar cultivos y pastos para el pastoreo de ganado. Esto se puede hacer agregando grandes cantidades de yeso al suelo. Al agregar yeso se puede desarrollar una relación calcio-magnesio más favorable, creando un mejor equilibrio de nutrientes para las plantas. Sin embargo, esto plantea una posible implicación para el ganado en pastoreo. Un artículo del Journal of Trace Elements in Medicine and Biology descubrió que el 20% de los animales que pastaban tenían niveles tóxicos de níquel en los riñones y el 32% tenían niveles tóxicos de cobre en el hígado. [15] Se necesitan más estudios para ver si esto tendrá potencialmente un efecto negativo en la salud humana en lo que respecta al consumo de carne de res.
El área de entorno natural Soldiers Delight en el condado de Baltimore, Maryland , cubre 1,900 acres de terreno árido serpenteante. El área cuenta con más de 38 especies de plantas raras, amenazadas y en peligro de extinción; así como insectos, rocas y minerales raros. [dieciséis]
La Reserva Natural Rock Springs en el condado de Lancaster, Pensilvania, es una propiedad de 176 acres (71 ha) conservada por Lancaster County Conservancy que es un excelente ejemplo de un desierto serpentino. Originalmente era un pastizal, pero la extinción de incendios forestales llevó a la conversión del área en bosque. Este páramo contiene el raro aster serpentino ( Symphyotrichum depauperatum ), así como varias especies raras de polillas y saltadores . [17]
En el condado de Chester, Pensilvania , el UMCES recomendó el parque Nottingham, también conocido como Serpentine Barrens, como merecedor de la designación de Monumento Natural Nacional , por numerosos motivos. Incluyeron el apoyo a una serie de especies raras y endémicas, una población intacta de pino de brea y también el sitio que tiene importancia histórica . [14] Desde 1979, Nature Conservancy ha trabajado con la comunidad local para proteger y preservar varias zonas en State-Line Serpentine Barrens que albergan este frágil hábitat. [18]
Buck Creek Serpentine Barrens en el Bosque Nacional Nantahala en el condado de Clay, Carolina del Norte , es otro ejemplo. Los tipos de rocas dominantes son la dunita serpentinizada y el olivino , con profundidades de suelo variables que varían de 0 a 60 centímetros (0 a 24 pulgadas) y afloramientos rocosos que representan del 5 al 10% del paisaje local. La Clasificación Nacional de Vegetación de EE. UU. para esta comunidad es "Afloramiento ultramáfico estéril del sur de Blue Ridge" y se cree que es exclusiva del área de Buck Creek. En 1995, el Servicio Forestal de los Estados Unidos inició una gestión activa de conservación del sitio, principalmente con quemas controladas prescritas , que, junto con la eliminación manual de algunas cubiertas, han logrado regenerar poblaciones de especies que antes eran escasas. Además de las más de 20 especies de plantas incluidas en la lista de conservación, el aster de Rhiannon ( Symphyotrichum rhiannon ) fue descrito en 2004 y es endémico de estos páramos. [19]