¿De dónde vienen los minerales?
Todos los organismos vivos, desde las plantas hasta los humanos, están hechos del mismo polvo de estrellas que formó este planeta y proporcionó las circunstancias ideales para la creación de la vida. La Tierra y todo el sistema Solar se formaron a partir de los gases y las rocas que fueron desordenados durante el violento episodio conocido como Big Bang. La materia que explotó y se esparció por todo el universo contenía los ingredientes necesarios que eventualmente formarían estrellas, planetas, satélites y otros objetos celestes. Esta materia estaba compuesta de minerales. Además, los minerales ayudaron a formar el primer marco de compuestos estructurales de aminoácidos que finalmente condujeron al desarrollo de la vida.
Los minerales que se originaron en esa nebulosa explosiva se pueden encontrar en nuestros suelos y plantas y, lo que es más importante, se pueden encontrar hoy en nuestras células. Desde el Big Bang hasta el planeta Tierra, los minerales hacen la vida posible en casi todas las formas posibles. Pequeños organismos bacterianos, la fotosíntesis e incluso el crecimiento y desarrollo humano dependen de estos minerales para su propia supervivencia y continuación. En este año (2018) buscaré contar la notable historia de cómo los mismos minerales que formaron la Tierra contribuyen a nuestra existencia cotidiana e influyen en cosas como nuestra memoria, sistema inmunológico, crecimiento y desarrollo. Una vez que entendamos la variedad de procesos de los que los minerales son responsables en las plantas, será más fácil comprender su papel en nuestros cuerpos.
Este blog no se ocupa de los diversos compuestos minerales que existen en los suelos o de los miles de productos químicos, procesos o productos industriales que se crean a partir de minerales. En cambio, se busca contar la historia de dónde provienen los minerales, cómo ayudaron a formar la galaxia de la Vía Láctea, nuestro Sol, la Tierra, la Luna y todos los demás planetas y satélites dentro de nuestro alcance telescópico. En este blog también se buscará explicar cómo los minerales son absorbidos por las plantas, contribuyen al crecimiento y desarrollo de las plantas, terminan en nuestros alimentos y, finalmente, influyen en la mente y la materia del hombre. Esta notable historia transmite la extrema importancia de los minerales en nuestra vida cotidiana.
Aproximadamente hace 5 mil millones de años (Quizás algunos miles de millones de años más), una enorme cantidad de polvo y gases se acumularon en el borde exterior del sistema Solar y comenzaron a contraerse. Eventualmente, el poder gravitatorio colectivo de estas partículas se unió para crear un centro de masa extremadamente denso, mientras que una fuerza centrífuga lo mantuvo girando en una dirección horizontal, pero en espiral. Cuanto más densa es la materia, más fuerte es su atracción gravitatoria. Después de millones de años, esta masa densa en el centro, junto con la energía creada cuando las partículas colisionaron y se comprimieron juntas, forzaron a la masa a calentarse rápidamente. Este mismo proceso más tarde formó nuestro Sol.
Algunas partículas de materia fueron arrojadas en varias direcciones y finalmente formaron el patrón orbital de la Vía Láctea. Durante millones de años, muchas de estas partículas sueltas se unieron para formar gradualmente grandes trozos de materia que acumularon otras partículas y se hicieron aún más grandes. Por lo tanto, algunas de estas partículas se hicieron lo suficientemente grande como para formar los planetas y satélites que actualmente giran alrededor de nuestro Sol, mientras que otras partículas quedaron atrapadas y formaron un cinturón de asteroides, o quedaron atrapados en la gravitación de las partículas más grandes, formando anillos planetarios.
Durante la formación temprana de la galaxia, todo el universo estaba en desorden. La materia estaba dispersa por todas partes y desorganizada. Después de mil millones de años, los planetas siguieron aumentando de tamaño con cada meteorito que chocó contra ellos, y la fuerza de gravedad comenzó a formar la estructura particular de cada uno. A medida que la Tierra se hacía más y más grande con cada nueva adición de materia, la fuerza de su atracción gravitacional continuó aumentando y atrayendo material cósmico. Los meteoritos del cinturón de asteroides bombardearon la Tierra y los otros planetas durante los primeros 500 millones de años después de su formación. De hecho, Solo el 5% del cinturón de asteroides original todavía existe hoy en día, debido a que muchos asteroides fueron desalojados por la gravedad para eventualmente bombardear un objeto celeste.
Cuando un meteorito se estrella en un planeta, proporciona minerales tales como hierro, níquel, fósforo, diversos silicatos, y otros minerales de la nebulosa originales. Muchos sitios de impacto de meteoritos en la Tierra contienen elementos extremadamente raros, como el iridio. Los científicos pueden identificar un sitio de accidente de meteorito examinando el contenido de hierro y níquel, así como la fuerte presencia del iridio en el suelo circundante.
Los meteoritos que contienen hierro proporcionaron el hierro que formó el núcleo metálico de la Tierra hace miles de millones de años. Otros tipos de meteoritos, conocidos como acondritas, entregaron los materiales que encontramos en el manto y la corteza de la Tierra. La superficie de la Tierra estaba extremadamente desorganizada, y durante cientos de millones de años, el núcleo de la Tierra se hizo más y más caliente y el hierro y el níquel se derritieron. Estos metales pesados se hundieron hasta el fondo del núcleo, lo que empujó los elementos más ligeros hacia afuera, formando finalmente el núcleo externo, el manto y la corteza. A medida que la joven Tierra continuó su rotación durante cientos de millones de años, comenzó a tomar una forma más redondeada. Toda esta actividad geológica dio forma al planeta tal como es hoy.
Después de cientos de millones de años de desarrollo planetario y actividad cósmica violenta, las cosas se han calmado relativamente. Hoy en día, nuestro planeta ha desarrollado una atmósfera, en gran parte debido al aumento de las plantas y otros organismos respiratorios. Sin embargo, los meteoritos continúan golpeando nuestro planeta hoy, aunque la atmósfera tiende a quemar la mayoría de ellos. De hecho, desde diciembre de 1999, más de 22,000 meteoritos han sido catalogados, de acuerdo con Monica Gray del Natural History Museum de Londres, autora del Catálogo de meteoritos.
Durante este primer período de la Tierra, muchos elementos importantes que más tarde serían necesarios para mantener la vida fueron encerrados en lo más profundo de la Tierra. Afortunadamente, ocurrieron algunos eventos dinámicos que trajeron muchos de estos elementos a la superficie. Estos episodios violentos involucraron fuerzas extremadamente dramáticas y cambios repentinos en el paisaje. Según la edición de Nature del 3 de junio de 2004, un estudio realizado por la Ontario Geological Society y el Geological Survey of Canada, observó un sitio de impacto de meteorito que afectó a la Tierra a unas 89.000 millas por hora hace casi 2.000 millones de años cerca de lo que hoy se conoce como Ontario, Canadá. Los investigadores descubrieron y examinaron el cráter que durante mucho tiempo se había ocultado bajo tierra o erosionado con el tiempo, aunque parte de él todavía estaba expuesto.
James Mungall, un geólogo de la University of Toronto que trabajó en el proyecto, explica que el impacto fue tan poderoso que penetró capas muy profundas de nuestro planeta, causando que una cantidad masiva de roca sobrecalentada desde las profundidades del planeta se elevara y se asentara en la corteza terrestre, la cual casi cubre todo el cráter. Los investigadores primero notaron que el área consistía en hierro, níquel y platino, que normalmente se encontraría en las capas más profundas de la Tierra en lugar de en la corteza exterior.
Tras un examen más profundo, se dieron cuenta de que este era el sitio de un gran impacto de meteorito. El impacto no Solo invirtió la estratificación de la corteza y trajo estos valiosos minerales a la superficie, sino que también presentó iridio, que normalmente no se considera nativo de la formación temprana del planeta, pero generalmente se encuentra alrededor de los sitios de impacto de meteoritos.
En medio de toda esta actividad, el escenario se estaba organizando para un evento importante que ocurriría: el origen de la vida. La mayoría de los investigadores creen que el comienzo de la vida no consistió simplemente en un proceso biológico, sino que fue primero un proceso químico. Hace millones de años, la superficie de la Tierra consistía principalmente en rocas, aire y agua. Sin embargo, la vida finalmente surgió de estas circunstancias, y los expertos en el tema han debatido durante décadas cómo la actividad química contribuyó al desarrollo inicial de la vida. Los compuestos basados en el carbono que existían en este momento estaban compuestos principalmente por gases con Solo un átomo de carbono en cada molécula, como el dióxido de carbono, el monóxido de carbono y el metano. Sin embargo, los bloques de construcción de organismos vivos siempre consisten en grasas, azúcares y aminoácidos. Estas sustancias generalmente contienen hasta 12 átomos de carbono por molécula, formando una «cadena» compleja que se une y se organiza en órdenes particulares.
Investigadores de la University of Florida han demostrado cómo los minerales que contienen bórax transforman las moléculas que contienen carbono encontradas en las nubes de polvo atmosférico en un azúcar conocido como ribosa, que es un ingrediente crítico en el material genético ácido ribonucleico (ARN). La ribosa tiene una estructura química que la hace efectiva en la unión con compuestos minerales que contienen boro. El boro es esencial para mantener el azúcar de la ribosa lo más limpio posible y evitar que se convierta en una sustancia similar al alquitrán. En experimentos de laboratorio, un equipo de investigadores pudo imitar las condiciones tempranas de la Tierra y creó ribosa a partir de minerales que contienen boro. Este fue el primer estudio de laboratorio que realmente creó ribosa a partir de compuestos minerales de boro, demostrando que los minerales fueron responsables de la creación temprana no Solo de aminoácidos complejos, sino de azúcares simples como la ribosa.
Sin embargo, durante las etapas iniciales de la vida, la Tierra joven todavía estaba sin atmósfera, lo que permitía la radiación extremadamente dañina del Sol. Por lo tanto, el proceso inicial de formación de moléculas de carbono fue difícil de lograr, ya que cualquier molécula basada en el carbono se disolvió rápidamente en la intensa luz del Sol. Para que estas moléculas se formen y produzcan sus reacciones químicas, necesitan apoyo y protección de los rayos del Sol. Es una creencia ampliamente aceptada que los minerales proporcionaron esta asistencia para hacer realidad estos procesos críticos.
Los minerales, junto con el aire y el agua, fueron los únicos materiales disponibles durante la formación temprana de la Tierra que podrían crear los componentes básicos de un organismo vivo. Según el Dr. Robert M. Hazen, científico investigador del Carnegie Institute of Washington’s Geophysical Laboratory y profesor de Ciencias de la Tierra en la George Mason University, era necesario que se produjeran una serie de reacciones químicas que permitieran la aparición de la vida. En un ensayo titulado Life’s Rocky Start que se publicó en la edición de abril de 2001 de Scientific American, el Dr. Hazen explicó que las materias primas básicas que existían en ese momento necesitaban transformarse químicamente de una manera que permitiera a las moléculas basadas en carbono finalmente se replican ellos mismos. Según el informe, «las transformaciones críticas podrían no haber sido posibles sin la ayuda de minerales que actúan como contenedores, andamios, plantillas, catalizadores y reactivos».
Los minerales habrían actuado como un contenedor con sus pequeños agujeros encontrados en las superficies erosionadas de los compuestos, que habrían proporcionado a las primeras moléculas de la cadena formadora de carbono la cobertura necesaria que necesitaban de la luz Solar directa. Entonces, los minerales podrían haber actuado como un andamio para atrapar moléculas orgánicas transitorias entre sus capas de arcilla. Esto habría proporcionado el espacio necesario para que las moléculas orgánicas se ensamblen y comiencen a formar compuestos más complejos.
El Dr. Hazen también explica que los compuestos minerales proporcionaron a estas moléculas orgánicas la cobertura, el espacio y el tiempo que necesitaban para ensamblarse y formar cadenas complejas. Sin embargo, no todas las cadenas complejas que se estaban formando llegarían a ser significativas. Las observaciones de investigación han revelado que los aminoácidos están disponibles en dos formas diferentes, una con una forma particular conocida como «diestro» y otra con una forma particular conocida como «zurda». A través de la experimentación, los investigadores ahora entienden que las caras de cristal de diversos compuestos minerales ideal para las moléculas de aminoácidos zurdos. Poco a poco, la organización de estos aminoácidos zurdos dio lugar a una cadena cada vez más larga de moléculas similares a proteínas que finalmente comenzó a catalizar pasos importantes, en última instancia, aumentar la cantidad total de procesos biológicos.
Los minerales disueltos desempeñaron un papel fundamental en el desarrollo temprano de los orígenes de la vida. Cuando estos primeros minerales fueron expuestos al agua caliente a alta presión, disolvieron y liberaron sus átomos, que luego se involucraron en procesos químicos como las enzimas. Los minerales también proporcionaron un puerto seguro recogiendo y protegiendo las primeras moléculas basadas en carbono, y ayudando a organizarlas en sus complejas cadenas de aminoácidos. Estos primeros procesos comenzaron los primeros esfuerzos de replicación de estas moléculas. Pronto, los cambios, las adaptaciones y las mutaciones condujeron a la creación de cadenas de moléculas más grandes y, en última instancia, a la competencia por los recursos naturales, que gradualmente se convirtió en un proceso de selección natural.
Desde el núcleo interno hasta la corteza externa, toda la Tierra está compuesta de minerales en forma de rocas y tierra. Toda la vida vegetal y animal dependen de estos minerales y no podrían funcionar sin su presencia.
Comprender los minerales primero requiere cierta comprensión de las rocas. ¡Las rocas están en todas partes! En tu jardín, en la calle, en tu casa y en todos lados. Incluso las estructuras físicas, como las estatuas y los objetos cotidianos que utilizamos, como tiza, plomo, papel de lija, hormigón y vidrio, están compuestos de rocas. Los fragmentos de roca se usan para construir oficinas y hogares con ladrillos, construir automóviles y aviones con metales como el aluminio y formar joyas. La arena y el barro también son fragmentos de roca.
Las rocas están formadas por dos o más minerales fusionados por calor, temperatura, presión o cambios químicos dentro de nuestro planeta. De hecho, una roca puede comenzar como una sola sustancia y durante miles de años puede cambiarse muchas veces a través de estas diferentes fuerzas naturales. Estos cambios geológicos en rocas representan lo que se conoce como un «ciclo de rocas».
Las rocas se encuentran en tres formas diferentes. Las rocas ígneas se forman cuando los volcanes escupieron roca fundida llamada magma desde el interior de la Tierra que se asienta en la superficie y se enfría. La Tierra se sigue modificando a partir de este proceso volcánico en la actualidad.
Las rocas sedimentarias se forman a partir de materiales que se depositan en lagos y océanos. Los ejemplos incluyen arenisca, pizarra y piedra caliza, que se forman a partir de materiales oceánicos compactados que han sido presionados a lo largo del tiempo. La mayoría de los fósiles antiguos se encuentran en rocas sedimentarias ya que se depositaron juntas.
Las rocas metamórficas se forman cuando las rocas ígneas o sedimentarias se calientan o se someten a presión adicional. Si el calor y la presión son suficientes, los minerales originales se derretirán. A medida que se enfría, se pueden formar nuevos minerales, dependiendo de qué combinación de elementos se combinen para formar el nuevo mineral compuesto. El calor o la presión dentro de la Tierra exprime, hornea o pliega estas rocas en una nueva forma, que puede tomar miles de años. De hecho, metamórfico proviene del griego “μετα” (meta) más allá, entre, junto a, y “μορφο” (morpho) forma, lo que significa «cambio de forma».
Incluso hoy en día, las rocas de las profundidades de la Tierra o del espacio exterior continúan suministrando minerales a la superficie exterior de la Tierra a través de violentos impactos meteóricos, movimiento tectónico de placas que crea montañas y colinas y erupciones volcánicas.
La Tierra tiene tres capas: el núcleo en el centro, un manto muy grueso y una corteza delgada. La roca no siempre es sólida. El centro de la Tierra es una esfera de roca caliente, lenta y en continuo movimiento que se compone de hierro y níquel. El centro del núcleo es sólido, mientras que el núcleo externo es roca líquida. Este núcleo esférico siempre se mueve e influye en las fuerzas geológicas que dan forma a nuestro planeta.
Alrededor del núcleo hay otra capa de la Tierra llamada manto que está compuesta de oxígeno, silicio, magnesio, aluminio, hierro y muchos otros elementos en cantidades más pequeñas. Finalmente, la corteza exterior de la Tierra rodea el manto y es más ligera, más fresca y más rígida que el manto y es como una fina capa que rodea el planeta. El espesor de la corteza varia, pero es muy delgado en comparación con el manto o núcleo y se cree que comprende Solo el 1% de la masa total de nuestro planeta. El oxígeno, el silicio, el aluminio y el hierro contribuyen con el 96% de la composición total de la corteza, mientras que el calcio, el magnesio, el sodio, el potasio y todos los demás elementos constituyen el 4% restante. Por lo tanto, la mayoría de los minerales con los que estás familiarizado serán en realidad algún tipo de compuesto químico de los tres elementos más abundantes que se encuentran en la corteza: oxígeno, silicio y aluminio, con cantidades más pequeñas de otros elementos.
La corteza y el manto más externo juntos forman una capa rígida llamada litosfera, que está separada en una docena de placas grandes que rodean nuestro planeta. Estas placas de la litosfera tienen miles de kilómetros de ancho y están separadas por grandes fracturas. Las fuerzas geológicas dentro de la Tierra mantienen estas placas moviéndose muy lentamente, a veces rozándose unas con otras o colisionando. Si dos de estas placas chocan, algunas de las rocas son empujadas hacia arriba, subiendo montañas y colinas y creando formaciones rocosas, y exponiendo pedazos de la corteza y el manto a la superficie.
¿Qué causa que estas placas se muevan? El núcleo de la Tierra transfiere el calor por el movimiento lento de la roca justo debajo de la corteza. Este motor de calor interno se compone de un movimiento continuo de roca caliente y es responsable de distribuir las placas sobre la superficie y el movimiento y la reorganización de los continentes. Según Ron Vernon, autor de Beneath Your Feet: The Rocks of Planet Earth, «La Tierra es un objeto dinámico y en constante movimiento, y este movimiento interno rige el cambio continuo y el reciclaje de sus materiales. Su gran variedad de rocas refleja esta lenta pero implacable actividad dinámica en los últimos 4.600 millones de años «.
Un «mineral» se define como una sustancia sólida e inorgánica creada por la naturaleza. Son siempre sólidos cristalinos, lo que significa que cada átomo individual está unido estrechamente en patrones regulares. Algunos minerales tendrán formas regulares si crecen libremente en un líquido. Los minerales de este tipo forman cristales como los especímenes que puedes ver en los museos, pero si su crecimiento está obstaculizado por otros minerales y no puede crecer libremente, lo que hace que se forme una forma irregular, o si son fragmentos, se llaman granos. Sin embargo, la estructura atómica de estos minerales seguirá siendo sólidos cristalinos, independientemente de si crean cristales o granos.
Podemos clasificar cualquier sustancia de dos maneras diferentes: un «elemento» o un «compuesto». Los elementos son sustancias que no se pueden descomponer en una sustancia más simple. Por el contrario, un compuesto (como una roca) contendrá dos o más elementos, lo que significa que contiene dos o más tipos de átomos. Por ejemplo, el sodio es el undécimo elemento en la Tabla periódica de elementos y cuando existe por sí solo es un ejemplo de una sustancia única, o el elemento de sodio. Sin embargo, cuando el sodio se mezcla con cloro, ahora comprende una nueva sustancia compuesta llamada sal de mesa regular de cloruro de sodio. Cuando un elemento es ‘forzado’ a mezclarse con otro, se obtiene un compuesto.
Ahora hay 118 elementos en la Tabla Periódica de Elementos (La revisé el 16 de enero de 2018), y ocasionalmente se descubre un nuevo elemento. Los científicos debaten sobre cuántos de ellos se consideran «de origen natural» y, curiosamente, el número exacto aún es incierto. La mayoría de los científicos reconocen que los primeros 92 elementos son de origen natural, aunque solo se han encontrado 90 en la naturaleza. Dependiendo de cómo se defina el término, algunos científicos reconocen que 88 es de origen natural, mientras que otros insisten en que Solo hay 83. De todos modos, no todos estos elementos naturales se encuentran en la Tierra. Por ejemplo, el elemento 43 «Tecnecio» (Tc) nunca se ha encontrado naturalmente en la Tierra. Por el contrario, se encuentra solo en estrellas muy grandes.
La mayoría de los minerales con los que estamos familiarizados son en realidad combinaciones de dos o más de estos elementos fusionados de diversas maneras geológicas. Uno de estos elementos interactuará con otro elemento para formar un compuesto, y cuando se crea una sustancia compuesta, el resultado a menudo puede ser un mineral, dependiendo de qué elementos se mezclan. Se estima que hay entre 3.000 y 5.000 minerales diferentes en el mundo. ¡Es una gran cantidad de compuestos diferentes creados a partir de solo 118 elementos! Algunos ejemplos de estos compuestos minerales incluyen carbonato de calcio, cloruro de zinc y sulfato de cobre, por mencionar solo a algunos.
Independientemente de cómo lleguen las rocas a la superficie de la Tierra, ya sea a través de meteoros, volcanes u otras formas de actividad, las fuerzas de la naturaleza que descomponen estas rocas en pedazos más pequeños se conocen como «erosión». En general, la meteorización es un proceso constante que se desintegra y disuelve la roca en trozos cada vez más pequeños. La descomposición de estos grandes fragmentos de roca en piezas más pequeñas lleva miles de años y, finalmente, crea la corteza y el suelo exterior de la Tierra.
Estudiar minerales sería incompleto sin una comprensión de la geología y la ciencia del suelo, y el suelo no siempre recibe el reconocimiento que se merece. Una forma común en que alguien insulta a otra persona es decir que son «inferiores a la suciedad». ¡Es posible que no se den cuenta de que la suciedad es uno de los productos más valiosos de la Tierra! Conocido como «suelo», no es solo algo que nos lavamos después de trabajar en el jardín. El suelo contiene una historia geológica y biológica de un increíble mundo de vida que cubre todo el planeta. La próxima vez que salgas al exterior, recoge un puñado de tierra y huele su olor a tierra y siente su textura (bueno, quizá lo de olerlo no sea recomendable después de todo). ¡Entonces recuerda que ese puñado de tierra tardó miles de años en crearse!
He escuchado a la gente decir: «Eres lo que comes», pero lo que no se dice es que lo que comes suele estar directamente relacionado con el suelo en el que crecen. A medida que comenzamos a entender más íntimamente los principios básicos de la composición del suelo y los procesos complejos que lo crean, pronto nos damos cuenta de que los sistemas vivos, como las plantas y los animales, dependen de los suelos que son ricos en minerales.
El aire que respiramos es una mezcla de diferentes gases, y nuestro suelo es una mezcla de sólidos, espacio aéreo y organismos vivos. Durante millones de años, las partículas de roca se descomponen en pequeños fragmentos que constituyen aproximadamente el 97% de la parte sólida del suelo. El 3% restante comprenderá materiales orgánicos, como tejidos de plantas y animales descompuestos. Los espacios entre estas partículas de roca y los trozos de materia orgánica se llenan de aire y agua.
Los suelos son diferentes de los materiales originales en los que fueron creados. Los suelos son materiales altamente complejos que tienen elementos estructurales y biológicos que permiten que las plantas crezcan, y son sistemas ecológicos dinámicos que brindan soporte, agua, minerales y aire para el crecimiento y desarrollo de la vegetación. De hecho, los suelos provienen de diversos materiales y dependen de las condiciones geológicas para su desarrollo.
El suelo consiste en roca, arcilla o limo desgastados y sueltos, y materia orgánica como plantas muertas y en descomposición. Hay variedades de suelos que contienen cantidades variables de estos materiales. El contenido mineral del suelo proviene de la roca desgastada y de la materia orgánica en descomposición.
El suelo se forma cuando los materiales sueltos son transportados por el viento, el agua o la gravedad. También pueden ser transportados por los glaciares y depositados en un paisaje firme, o cuando la roca de fondo está expuesta y se vuelve vulnerable a la intemperie. La formación del suelo es un proceso geoquímico largo que reduce el tamaño de estas partículas, reorganiza las partículas minerales, cambia los tipos de minerales, agrega materia orgánica y produce arcillas. Hace millones de años, las rocas grandes y los trozos grandes de materia orgánica se descomponen por la erosión y la erosión en partículas más pequeñas para crear la arena, el limo y la arcilla que vemos hoy en nuestro suelo.
Los materiales originales para la formación del suelo deben ser transportados y depositados en un sitio adecuado. Sin embargo, la forma en que la naturaleza transporta las rocas a menudo se lleva a cabo a través de fuerzas muy dinámicas y métodos inusualmente destructivos. En algunas partes de Europa, las tormentas frente al Océano Atlántico están causando olas tan grandes y poderosas que están arrancando rocas gigantes de la cima de los acantilados y lanzándolas hasta 50 metros hacia el interior. Según el Dr. James Hansom del grupo de playa costera de la Glasgow University, hasta 100 olas gigantes podrían golpear la costa de Gran Bretaña cada año, lo suficientemente grandes como para superar los acantilados de 20 metros de altura. Los investigadores no pensaron originalmente que era posible que Gran Bretaña estuviera siendo golpeada por olas tan grandes que podrían aplastar la roca y luego arrojarla a distancias considerables, pero han encontrado varios lugares donde está sucediendo. Estas rocas pueden pesar hasta 50 toneladas y pueden tener hasta tres metros de largo, del tamaño de un camión pequeño y mucho más pesadas.
Los experimentos que se llevan a cabo en el tanque de olas de la Glasgow University muestran que las olas son capaces de romper cantos rodados en los acantilados previamente debilitados por las tormentas y llevarlos tierra adentro a una velocidad de cinco metros por segundo. El transporte de estos enormes cantos rodados por los vientos y las corrientes oceánicas no es un fenómeno moderno. El equipo del Dr. Hansom ha analizado muestras de suelo y plantas de debajo de los cantos rodados que han llegado a la costa en la isla de Orkney y descubrió que esos cantos rodados tienen casi 300 años. Muchas de las rocas se han amontonado en crestas, mostrando que las olas masivas habían repetido la acción de arrojar rocas muchas veces desde entonces. A veces la furia de la naturaleza es en realidad otra forma de meteorización física que marca la génesis de la formación del suelo depositando rocas que eventualmente se convertirán en el material parental del suelo.
El suelo solo puede heredar los minerales que se encuentran en el material original. Su formación es un proceso de meteorización constante pero lento que puede llevar millones de años involucrando muchos procesos ambientales diferentes que descomponen partículas grandes en piezas cada vez más pequeñas.
El clima de un área determina cómo la precipitación y la temperatura influirán en la formación del suelo, y variarán con la latitud y la elevación. La cantidad de precipitación (lluvia, nieve o ambas cosas) y su distribución durante el año son factores importantes. El aumento de la precipitación generalmente resulta en tasas más rápidas de erosión, mientras que la intensidad de la lluvia afecta la cantidad de escorrentía, erosión y destrucción del suelo.
Las temperaturas extremas a través de las fluctuaciones diarias y estacionales también debilitan y descomponen las grandes partículas de roca. Una de las fuerzas más destructivas de la intemperie es la congelación. La humedad puede abrirse paso en pequeñas grietas y pozos en las rocas, congelarse y luego expandirse, creando grietas más grandes y agujeros más grandes. La presión que se produce puede ser hasta 100 veces mayor que la presión de los neumáticos. Cuando la congelación y la expansión continúan una y otra vez, la roca se dividirá y se dividirá en pedazos más pequeños.
La meteorización también puede ocurrir en los ambientes desérticos. El viento es una fuerte fuerza de intemperie que constantemente arroja arena y otros desechos a las rocas, mientras que los extremos del clima frío y caliente hacen que los grandes cantos rodados se desmoronen.
El agua es uno de los agentes más importantes en todo el proceso de formación del suelo. Disuelve las rocas y los minerales de sus compuestos originales en nuevas formas, un proceso conocido como «disolución». El agua cae como precipitación y puede salir de la superficie del suelo. Se expande cuando se congela en las grietas de las rocas, haciendo que las rocas se quiebren y se abran. También puede desgastar rocas y molerlas en trozos más pequeños por el lento movimiento de los glaciares. La congelación, descongelación, calentamiento, abrasión, hinchazón y contracción son extremos ambientales que dividen las rocas grandes en fragmentos cada vez más pequeños, preparando los minerales contenidos en las rocas para ser absorbidos por las plantas.
La topografía del paisaje también influye en la formación del suelo. El ángulo de una pendiente determinará la cantidad de agua que se escurre o absorbe en el suelo. La pendiente puede afectar la temperatura del aire y la frecuencia del viento. En el hemisferio norte, las laderas orientadas al norte serán más frías que las laderas orientadas al sur debido a la menor exposición al Sol. El suelo más frío tiene menos desarrollo que el suelo más cálido debido a la menor fluctuación de temperaturas extremas. En los desiertos, la humedad es limitada, por lo que las temperaturas más frías y la menor evaporación por la menor exposición al Sol proporcionarán un suelo más profundo en las laderas orientadas al norte. En los hemisferios del sur, las laderas orientadas al sur tendrán una tasa diferente de formación de suelo.
Otro factor importante en el desarrollo del suelo es su contenido de organismos vivos como plantas e insectos conocidos como «biota». Estos organismos son de todos los tamaños, incluidos algunos que solo son visibles a través de un microscopio, y organismos más grandes como las arañas y tuzas. Cada uno de estos organismos crea poros en el suelo y mezclan la materia orgánica con la arena, el limo y las partículas de arcilla.
Las plantas también están involucradas en la formación del suelo. Toman carbono de la atmósfera y lo agregan al suelo, y cuando sus raíces atraviesan el suelo, añaden materia orgánica a través de sus hojas cuando sus raíces se desprenden y cuando sus hojas caen al suelo. Estos depositan nutrientes para los microorganismos pequeños en el suelo.
Durante siglos, los humanos viajaron y fueron pioneros en todos los continentes. Cuando los humanos se asentaron y desarrollaron la agricultura, las fuentes de alimentos ya no provenían de una variedad de suelos, sino que eran de la misma superficie cultivada año tras año. Los minerales esenciales pueden agotarse mediante el cultivo intenso de una sola cosecha año tras año, hasta que el suelo se agote, lo que lleva a una disminución en el rendimiento y la calidad de los cultivos. Los cultivos actuales se cosechan en los mismos suelos que se usan una y otra vez, y no todas las granjas practican regularmente la re-mineralización de los suelos utilizando todo el espectro de minerales. En cambio, la aplicación más común de fertilizantes consiste en solo tres minerales: nitrógeno, fósforo y potasio (NPK).
Siglos atrás, las personas oraban por inundaciones anuales que irrigaran y recargaran sus suelos con minerales. Algunos de los primeros pioneros viajaron al oeste cada 12 años porque se creía que después de 12 años los suelos se habían agotado de su contenido mineral. El ciclo mineral involucra a las plantas que absorben minerales del suelo y eventualmente reponen el suelo con materia orgánica, como raíces, hojas, flores, frutas, que devuelven los minerales al suelo para que la próxima generación de plantas los retomen. Pero como los cultivos son cosechados, los minerales no pueden regresar.
La fertilización es un proceso agrícola importante que devuelve algunos de los minerales que se perdieron durante la cosecha. Algunos suelos pueden ser naturalmente deficientes en fósforo, molibdeno o cobre, mientras que otros suelos pueden contener cantidades excesivas de selenio. Sin embargo, la sobre-fertilización puede destruir los microorganismos del suelo que son responsables de hacer que los minerales sean Solubles o puede cambiar el equilibrio de pH de los suelos para hacer que algunos minerales no estén disponibles.
La agricultura juega un papel importante en la producción de alimentos para los seres humanos. A los agricultores se les paga el rendimiento en lugar de la calidad, por lo que se utiliza el mínimo fertilizante. Cabe señalar que debe considerarse la reposición de los minerales perdidos utilizando materia orgánica descompuesta o fertilizantes que contengan más que la fórmula básica de NPK.
Las llanuras aluviales son generalmente sitios de tierra rica en minerales. Algunas de las tierras agrícolas más ricas de Australia se encuentran en un paisaje inundado regularmente. Sin embargo, el control de inundaciones ha eliminado este depósito anual de suelo fresco y el transporte de un nuevo suministro mineral. Los cultivos producidos durante estas condiciones de fertilización insuficiente tienen tasas de crecimiento bajas y no resisten muy bien las enfermedades o plagas. Los plaguicidas artificiales se utilizan para protegerse de las plagas y aumentar los rendimientos de los cultivos, lo que aumenta el problema. Los organismos vivos con una concentración saludable de minerales son naturalmente capaces de resistir a los patógenos. Sin estos minerales habrá una disminución en la fuerza del sistema inmune tanto en las plantas como en los animales.
El suelo es responsable de muchos aspectos diferentes de la supervivencia humana. Por ejemplo, la ciencia del suelo ayuda a los agricultores ayudando a seleccionar tierras de cultivo adecuadas y creando un terreno fértil para los cultivos. También ayuda a la construcción de carreteras, edificios, complejos comerciales y otras estructuras físicas. Los científicos del suelo llevan a cabo «estudios de suelos» que les permiten a los propietarios de tierras determinar si sus tierras son buenas para la agricultura, o si pueden apoyar una estructura de gran altura. ¿Es la tierra apropiada para la vivienda? ¿Construyendo caminos o carreteras? ¿Puede contener un vertedero? ¿Debería usarse para un parque o campo de golf? ¿Se drena bien?
El suelo rico en minerales es un bien importante por muchas otras razones. El suelo absorbe y filtra los materiales químicos, lo que también evita que los organismos enfermos contaminen el agua subterránea. Los agricultores ven el suelo como un recurso para cultivar cultivos u otros tipos de vegetación. Los ingenieros y los trabajadores de la construcción ven el suelo como la base de puentes, carreteras, carreteras, viviendas y edificios. Los propietarios lo ven como una fuente de belleza para sus jardines y hogares. ¡Debería ver el suelo como un proveedor de minerales para su comida!
La capacidad del suelo para proporcionar los nutrientes esenciales para el crecimiento y desarrollo de la vegetación es una medida de su calidad y se conoce como «fertilidad del suelo». La calidad del suelo le permite producir cosechas vibrantes equilibradas en todos los nutrientes esenciales e incluso algunos nutrientes beneficiosos Esta fertilidad proviene de los minerales que se han encerrado dentro de la arena, el cieno y las partículas de arcilla que se han sometido a los procesos de erosión y meteorización.
Una característica importante del suelo es que está compuesto de arena, limo y arcilla, que tienen diferentes funciones en el suelo. Se considera que la arena es una partícula de roca gruesa y grande que varía de 0.05 a 2.00 mm de diámetro. Se humedece con la lluvia y el agua de riego, airea el suelo al proporcionar espacio aéreo y permite el drenaje del agua. La arena está compuesta principalmente de silicio. El limo son partículas de roca mucho más pequeñas que varían de 0.002 a 0.05 mm de diámetro. ‘Puentea’ la arena y las partículas de limo para hacerlas compatibles. La arcilla son partículas de roca más pequeñas que van desde 0.0002 hasta 0.002 mm de diámetro. Absorbe y «retiene» el agua, los compuestos orgánicos y los nutrientes de las plantas. Todas estas partículas son rocas y su composición variable determina la textura del suelo. De hecho, la textura tiene tal importancia para los científicos del suelo que los suelos se nombran de acuerdo con la clasificación de su textura.
Es posible que hayan notado que el suelo viene en una variedad de colores, como naranja, marrón, amarillo, gris, rojo, blanco e incluso azul o verde. El color generalmente indica una presencia dominante de un elemento mineral.
Los suelos más oscuros generalmente contienen una fuerte presencia de materia orgánica. Los suelos blancos son comunes cuando existen sales o carbonato (piedra caliza) en el suelo. Los suelos rojos y amarillos indican un alto contenido de óxido de hierro y, por lo general, se encuentran en suelos altamente erosionados, generalmente por el viento o la lluvia. Los suelos grises, azules o verdes a menudo se saturan con agua porque los minerales que originalmente les dieron los colores rojo o amarillo se han lixiviado, lo que indica una vez más la meteorización física y química en proceso.
Sin embargo, las partículas de roca inorgánica no son los únicos ingredientes en el suelo. El suelo también consiste en material «orgánico». Orgánico es definido como una molécula de carbono que se ha unido a otra molécula. La materia viva contiene carbono. La materia orgánica típicamente incluye residuos de plantas y animales descompuestos que fueron sintetizados por pequeñas bacterias y microorganismos en el suelo. Las fuentes de materia orgánica incluyen la materia viva como las raíces de las plantas, las hojas y las ramas que caen en el suelo, la hierba y los desechos de animales de microorganismos y vertebrados grandes. Estos materiales orgánicos eventualmente se reciclarán a través de la descomposición y el deterioro, liberando los minerales inorgánicos de vuelta al suelo, completando finalmente el ciclo mineral.
El ciclo mineral nunca se detiene.
Referencias
Geochemical evidence from the Sudbury structure for crustal redistribution by large bolide impacts
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Ulrich Riller
Beneath Your Feet: The Rocks of Planet Earth
Ron Vernon
Tabla Periódica de los Elementos
Scotland’s coast: Understanding past and present processes for sustainable management
Jim D Hansom