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domingo, 26 de febrero de 2012

Historia de la Geotecnia - Historia de la Ciencia del Suelo 01


Desarrollo Histórico de la Ciencia del Suelo o Edafología

Edafología

Nacimiento de la Ciencia del Suelo

En el siglo XVIII ocurrió en Europa una gran erupción del desarrollo científico. En Francia e Inglaterra, el estudio del suelo era fundamentalmente agrícola y químico, mientras en Alemania y sobre las bases proporcionadas por la Geología, aparece una escuela para estudiar, definir e inventariar los suelos. 


Una teoría sobre la génesis del suelo de la época indicaba que: “Los suelos se originan por alteración “in situ” de las rocas o por depósito de materiales alterados después del transporte” los integrantes de esta escuela consideran que el suelo es el horizonte superior de las rocas, dando a la palabra horizonte el significado de capa

La historia de la evolución de la Ciencia del Suelo - Edafología - encargada del estudio de la composición y naturaleza del suelo, en su relación con las plantas y el entorno que lo rodea, ha sido documentado por el profesor español Salvador González Carcedo, en 2007, y de acuerdo a su gran importancia y relación con la Ingeniería Geotécnica, se dedica este capítulo a efectuar un recuento pormenorizado. Este capítulo complementa lo que se ha venido tratando en la Historia de la Geotecnia, y respecto de los Precursores de la Ingeniería Geotécnica.

Bishof (1792) desarrolló los problemas de alteración de las rocas, poniendo de manifiesto la importancia del CO2. Trommer en su escrito “Bodenkunde” ("Ciencia del Suelo"), publicado en 1857, propone un estudio del suelo como objeto científico sin referencia a sus posibles aplicaciones. Schmid presenta otra obra titulada “Bodenkunde” con capítulos sobre la formación, propiedades y variedades de suelos. Se desarrollaron numerosos sistemas de clasificación de suelos basados en estos conceptos, como el de Einhof y Crome (1812). 

Bodenkunde

Sin embargo, a pesar de la difusión alcanzada por estos sistemas, y su utilización hasta el primer cuarto del siglo XX, aún permaneció arraigada la antigua idea del suelo como soporte del desarrollo de plantas y de los cultivos. Senft (1810-1893) describe al suelo sobre el modelo de los perfiles geológicos, señalando la presencia de horizontes.

Sir Humphrey Davy (1778-1829), siguiendo los postulados de Albrecht D. Thaer (1752-1828) sobre la importancia del humus, al que creía la única fuente de nutrición para las plantas (Teoría del humus), considera al suelo como el resultado de dos procesos superpuestos: “la alteración de las rocas y la descomposición de la materia orgánica”. Shaler (1890) reafirma este criterio: la sola alteración de la roca no es suficiente para generar suelos y añade que los seres vivos participan activamente en su formación. 

El alemán Karl Sprengel habla del suelo como un “ente natural e independiente”. Su obra "Bodenkunde" (1837), es considerada por algunos autores como el primer tratado de Edafología. Al definir la ciencia del suelo por su objetivo “condensar los descubrimientos químicos relacionados con las ciencias del suelo” se le considera fundador de la misma, en el ámbito europeo de la época. Esta visión parcial del suelo no tardaría en ser superada. 

Friedrich Fallou (1794-1877) en “Pedologie oder allgemeine und besondera Bodenkunde” se manifiesta crítico frente a la mera consideración de las propiedades químicas y propone considerar al suelo como un ente natural. En 1859 define el suelo como: “… roca disgregada más o menos descompuesta… en parte transformada y completamente variada, mezclada con substancias orgánicas…” e incluye en su estudio la mayoría de los caracteres concernientes al suelo: historia, geografía, necesidad de estudio conjunto de los constituyentes, estructura y funcionamiento. En 1862 acuña el término “Pedologie” para los estudios científicos de suelos, simultáneo a otros tales como “Agricultural Geology” o “Agrogeology”, también conocida hoy en día como Agrología. Afirma que la Pedología es, necesariamente, una ciencia interdisciplinar, pues en aquél momento el suelo se observaba sólo como un fenómeno geológico, independiente de otros. Por todo ello, otros autores del ámbito americano, le consideran el fundador de la Pedología

Desde la Geografía, el alemán Ramann (1851-1926) creador del concepto de “suelo pardo”, definió al suelo como “la última capa de la corteza terrestre, constituida por piedras reducidas a fragmentos minúsculos, más o menos cambiados químicamente, en combinación con restos de las plantas y animales que viven en el suelo utilizando sus elementos”. No estableció la diferencia entre suelo y material rocoso, ni limitó la profundidad ni consideró al suelo como entidad natural. Su influencia en la Edafología Española, es importante. Su clasificación de los suelos de España y de Europa está fundada en la zonalidad climática. 

Portada del documento de Emil Ramman

En los EE.UU., Eugene W. Hilgard (1833-1916) contribuyó a perfeccionar el estudio de las muestras de suelo en el laboratorio y definió las regiones de suelos en el estado de Mississipi (1880) en función de diversos factores: litología superficial, configuración del terreno y vegetación natural. En sus “cinturones de suelos", el factor clima era muy importante y la acumulación de carbonatos en los suelos de las regiones áridas era una característica significativa. También aplica el conocimiento de los suelos salinos a la explotación agrícola de los suelos de California. Su forma de pensar supuso un cambio cualitativo decisivo en USA al enunciar ideas novedosas sobre la formación del suelo, alejándose de las bases meramente geológicas y sin olvidar la influencia ejercida por las ideas de von Liebig. 

En aquella época tiene suma influencia sobre el desarrollo de la Edafología, la información suministrada por geógrafos y botánicos en sus crónicas y descripciones de viajes, que sirvieron para el conocimiento de las interacciones paisaje-vegetación-clima-roca. Hay que destacar los trabajos de De Candolle, intentando establecer la dependencia del mundo vegetal respecto al suelo, y las ideas de Humboldt (1792-1859) que defendía una visión de la naturaleza, de la cual formaba parte el suelo, y en donde todo se encontraba armónicamente relacionado. 

En Rusia, hacia 1838, la IFES (Imperial Free Society of St. Petersburg) genera los primeros mapas de suelos, pero consideraba como suelo únicamente a la superficie orgánica, de forma independiente y separada del material geológico. Queda justificado porque muchos de sus integrantes eran miembros de la Sociedad de Mineralogía entre los que destacan Severgin, Kovalevsky, Koksharov, Mendeleev, Dokuchaev, Butlerov, Vernadsky, Belov, Chukhrov, Grigoriev, Smirnov, Frank-Kamenetsky, Lyelle, de Beaumont, Humboldt, Berzelius, Hauy, Murchison, Goldschmidt, Clarke, Bowen, Dana, ó Ramdohr. Su variada formación de origen sería vital para la aceptación de una nueva Ciencia: la Edafología

Mapa de Suelos FAO

En 1880, ya se considera al suelo como una entidad natural, es decir, un cuerpo de la naturaleza, independiente y variante. Se le precisa como un ente complejo, estructurado y dotado de regímenes cíclicos (diarios, mensuales y anuales), que evoluciona en el curso del tiempo y cuyos caracteres están en relación con los factores de diferenciación: rocas, clima, topografía, seres vivos y edad. Por tanto, se dota al suelo de historicidad y geograficidad y se le coloca dentro de los conjuntos naturales, lo que contribuye al desarrollo de la Ecología. Además, se acepta la existencia de un desarrollo (edafogénesis), que lleva a minimizar los enormes errores técnicos que producían las aproximaciones parciales. 


La figura central de esta revolución ideológica es el geólogo-geógrafo ruso Vasili Dokuchaev (1846-1903), de quien se dice, “no tenía conocimiento de las investigaciones realizadas por otros investigadores europeos ó americanos”, al vivir aislado en Rusia. 

V. Dokuchaev

En 1876, Ucrania sufrió una sequía devastadora. Mendeleev forma una comisión interdisciplinar y da la presidencia a Dokuchaev para investigar el “Chernozem” (un material de la tierra, particularmente importante para la agricultura y el desarrollo agrario) e intentar resolver el problema de su baja productividad. Una sociedad cultural rusa financió la expedición científica para estudiar sobre el terreno “los efectos del fenómeno y los remedios que hubieran de aplicarse”. Dokuchaev pudo estudiar “in situ” los suelos y se hizo preguntas básicas acerca de su existencia, origen y evolución. 

En aquella época, los suelos raramente eran examinados más abajo de la profundidad habitual del laboreo y Dokuchaev, por la forma de levantar los perfiles, rompe con la concepción del suelo como manto superficial de roca suelta y alterada (de donde se obtienen de forma dispersa datos analíticos físicos, químicos, agronómicos o forestales, sin ninguna visión de síntesis). 

Dokuchaev es el primero en reconocer que el suelo obedece a leyes deterministas y que su estado actual se asocia a diferentes fenómenos de la naturaleza. “El suelo es un cuerpo independiente, diferente de la roca madre, con un origen específico, producto de la actividad combinada de: 1) organismos vivos y muertos de las plantas y animales; 2) roca madre; 3) clima y 4) relieve”. Crea una nueva ciencia: la Pochvovedenie, cuya metodología y contenido se corresponden a lo que hoy constituye la Ciencia del Suelo

En 1886 evoluciona su concepto de suelo: “es un cuerpo independiente, ubicado en la parte superficial de las rocas, diferente de la roca madre que, de un modo natural ha experimentado cambios bajo la acción compleja del agua, aire y diferentes clases de organismos vivos y muertos, clima y relieve”. También menciona que con la edad, las rocas han sido objeto de procesos, pero este factor no lo emplea en su clasificación. En lugar de estudiar aspectos parciales, comenzó por analizar la anatomía del suelo, realizando cortes en el terreno (siempre de la misma manera), y estableciendo lo que se llamó perfiles de suelo. 

En 1906, y aislado en California, también Hilgard desarrolla el concepto de perfil en los EE UU. 

En su Tesis Doctoral, Dokuchaev emplea siempre la misma metodología, concordante con la de Hilgard, y describía al chernozem: “En las caras verticales de las zanjas que abría se presentaba siempre el siguiente perfil en un espesor de más de un metro”: 

  1. En superficie, una capa u horizonte bien aireado, casi negro, rico en humus, de estructura grumosa, en el que las raíces de las gramíneas se desarrollaban perfectamente. 
  2. Debajo, una capa menos rica en humus, más clara, con manchas oscuras (rellenando los túneles de los animales minadores) de la tierra de superficie, ó muy claras (depósitos de caliza). 
  3. Finalmente la roca, a partir de la cual se ha formado el suelo. 

Los campesinos ucranianos llamaban a este tipo de suelo, chernozem (del ruso chern: negro y zemlja: tierra), nombre vernáculo que ha pasado a formar parte de la nomenclatura científica. 

Chernozem

Comparando perfiles, Dokuchaev en 1883 llegó a la primera conclusión fundamental de su tesis doctoral “El chernozem ruso”: “en esta región, la naturaleza del suelo es prácticamente independiente de la roca madre", pues el mismo perfil se presenta sobre distintos tipos de roca, y su génesis se debe a la vegetación, que a su vez está determinada por el clima. Afirma que el suelo es un cuerpo natural, independiente y variable. También menciona que con el paso del tiempo las rocas sufren procesos de índole diversa, pero no emplea el factor tiempo en su clasificación de suelos. 

Años más tarde, el gobernador de Gorki, deseoso de repartir equitativamente los impuestos territoriales, recurrió a Dokuchaev para que estableciera un mapa de las cualidades de las tierras. Nuevamente tiene la oportunidad de examinar un gran número de perfiles, comprobando que eran muy distintos a los de Ucrania, formados en un clima más meridional. El suelo de la nueva región, llamado podzol por los campesinos (del ruso pod: debajo y zola: ceniza) hace referencia al horizonte fuertemente blanqueado de estos suelos. La descripción incluía los siguientes horizontes: 

  1. En superficie, un lecho de hojarasca y de ramitas mal descompuestas. 
  2. Debajo, un horizonte rico en humus, ácido y de color negro. 
  3. Un horizonte muy claro, casi blanco, de textura gruesa y aspecto ceniciento. 
  4. Un horizonte rico en arcilla, humus y hierro. 
  5. La roca madre, puede ser la misma que bajo el Chernozem. 
Podsol

La comparación del Chernozem de las estepas y del Podzol de la zona forestal, más húmeda y fría, llevó a establecer una segunda conclusión: en ocasiones, la génesis del suelo depende exclusivamente del clima. De esta forma se comprobó que no existe un único factor para definir el suelo, sino muchos, que influyen, en mayor o menor grado, en la formación y desarrollo del mismo, pero la zonalidad (concepto procedente de su formación geográfica), quedó anclado de manera definitiva en el mundo edafológico. 

Las investigaciones de Dokuchaev y su grupo, esclarecieron la posición del suelo como cuerpo natural y de la Edafología como Ciencia en el esquema de los fenómenos naturales. Estas ideas se propagaron entre los círculos científicos de la época, y hallaron aceptación general. Los trabajos de Dokuchaev tienen tres ideas fundamentales: 

  1. El suelo es un sistema natural, independiente y variable. Se trata de un sujeto nuevo, objeto de estudio “per se” y no sólo por sus propiedades agronómicas. Necesita métodos de estudio propios y una terminología específica que es elaborada por el mismo Dokuchaev y sus colaboradores, en especial por Nicolai Sibirtsev. 
  2. Existe una interdependencia entre los fenómenos que originan los suelos, lo que supone una visión global de la cuestión, no considerada hasta entonces. 
  3. Aprecia la zonalidad de los suelos, idea esencial de la Edafología madurada por el autor en sus últimas expediciones y publicaciones (1898-1900). Este concepto surge de forma lógica al considerar al suelo como un cuerpo natural en relación con factores naturales, y por tanto con regiones bioclimáticas. 

Dokuchaev genera la “Russian School” ó 'Escuela de Discípulos' entre los que destacan, entre otros, Sibirtsev (1860-1899) y Konstantin Glinka. Divulga sin éxito sus ideas en la World’s Columbian Exposition de Chicago (1893). Sibirtsev (1860-1899) (primer titular de la primera cátedra en el mundo en 1894 con el nombre específico de Edafología, Universidad de Nova Alexandría), elaboró una clasificación de los suelos naturales agrupada en clases y tipos químicos, en la que se distinguen las siguientes categorías, que sirvieron de base hasta 1960, de muchas clasificaciones: 

  • Clase A: Suelos zonales o completos coincidentes con las regiones bioclimáticas. 
  • Clase B: Suelos intrazonales, formados por la influencia particular del medio: salinidad, hidromorfía, etc. 
  • Clase C: Suelos azonales o incompletos no relacionados con las características o factores ambientales reinantes: suelos esqueléticos, aluviales y otros. 

Su forma de interpretar los suelos en su libro Pochvovedenie y en los textos de curso donde desarrolló muchos conceptos, fue fuente de teorías, conceptos y métodos que iluminaron el quehacer de la escuela rusa de edafólogos durante todo el siglo XX. 

La propuesta que Gorki hace a Dokuchaev sobre la evaluación de suelos por su productividad, la difusión de la publicación “Soils” realizada por Hilgard y avalada por su gran experiencia como geólogo, edafólogo y agrónomo y la visión productiva de Kearney, impulsan decisivamente a finales del siglo XIX al profesor Milton Whitney (1860-1927) a proponer en su país la creación del National Soil Survey Program y de una unidad de investigación de suelos dentro del Departamento de Agricultura con oficinas en todo el país (Jenny, 1941). Sus funcionarios (geólogos e ingenieros de campo) pronto encuentran que existe un claro efecto entre la calidad de las cosechas, el uso agrícola de los suelos y algunas de sus propiedades. Whitney enfatiza sobre la importancia de las propiedades texturales y la capacidad de un suelo para nutrir a las plantas y cubrir sus necesidades de agua y de nutrientes. King lo amplia resaltando el interés de las propiedades físicas de los suelos. 

Los investigadores de campo acaban aprendiendo que algunas de las propiedades importantes de los suelos no se relacionan necesariamente con su formación del suelo ni con el tipo de roca madre. Suelos con un mal drenaje tienen propiedades diferentes a aquellos que lo poseen bueno, y aquellos en pendiente podían clasificarse como estos últimos. La topografía fue relacionada con la forma de desarrollo de los perfiles. En 1902, la oficina de supervisión de suelos de Dubuque (Iowa) incluye la descripción de la estructura del suelo, y en 1904, la de Tama County, expone que suelos con igual material parental y distinto uso (cereal o forestal) presentan marcadas diferencias estructurales. 

Simultáneamente se realiza un gran número de trabajos sobre la física del suelo, justificada por el desarrollo que alcanzó la maquinaria agrícola de tracción mecánica. Destacan los trabajos de Darcy (1803-1858) sobre el movimiento del agua en el suelo y los de Jurrel (1813- 1858) sobre la erosión hídrica generada por acción de los torrentes.

Propiedades Físicas de los Suelos

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