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Resolviendo los misterios del agua y el aire bajo tierra


Párate afuera y mira debajo de tus pies. Allí, tal vez bajo un poco de hierba, está el suelo. En un día seco, todos los espacios del suelo están llenos de aire. Y a cierta distancia más abajo, esos espacios son completamente agua. Entonces, ¿qué hay en el medio?


Eric Hamilton


Esa es la franja capilar. Y podría ser lo más importante y misterioso de lo que nunca has oído hablar.

Como una toalla de papel que absorbe agua de una superficie, el agua se eleva por encima de su nivel natural en los suelos a través de la acción capilar. Una gran cantidad de actividad química y microbiana en el suelo varía según la cantidad de agua o aire que hay alrededor. Entonces, la franja capilar controla muchas funciones importantes en el suelo.

«Los procesos importantes como la descomposición de contaminantes y el almacenamiento de carbono dependen de la cantidad de agua y oxígeno disponible», dice Jaclyn Fiola, ahora estudiante graduada en Virginia Tech. «Comprender las condiciones en la franja capilar nos ayudará a predecir dónde ocurrirán ciertos procesos del suelo».

Tubos de PVC con óxido marrón y naranja.
Las tuberías de PVC pintadas con óxido, conocidas como tubos IRIS, ayudan a rastrear cuánto oxígeno hay en el suelo. Cuando no hay suficiente oxígeno, los microbios convertirán el óxido en hierro normal, que desaparecerá. Estos tubos se secan después de ser extraídos de los experimentos y enjuagados. Crédito: JC Fiola

Fiola y su equipo se propusieron comprender mejor esta extraña región. Pero eso no es tarea fácil. Con toda la franja bajo tierra, es invisible. E incluso los científicos tienen dificultades para acordar dónde comienza y dónde termina la franja. Ahí es donde los experimentos de laboratorio son útiles.

El equipo reunió dos tipos de suelo, uno arenoso y otro arcilloso. Los científicos empacaron esta tierra en cubos de cinco galones con agujeros cerca del fondo para permitir que entre agua.

Para rastrear los eventos clave en la franja capilar, Fiola recurrió a sistemas ingeniosamente simples. Para estudiar cuánto oxígeno había en el suelo, los investigadores pintaron tuberías de PVC con pintura incrustada de óxido. Insertaron estas tuberías en el suelo.

Donde no había suficiente oxígeno, los microbios «respirarían» óxido en su lugar. Eso convertiría el óxido en una forma diferente de hierro, que desaparece. Al medir la cantidad de óxido que quedaba, el equipo podía echar un vistazo debajo del suelo.

Los investigadores se sorprendieron al descubrir que el agua se elevó a la altura completa de los cubos en ambos tipos de suelos. Eso significa que la franja capilar se extendió al menos 9 pulgadas, más de lo que esperaban.

También les sorprendió que las tuberías de PVC hubieran perdido su óxido muy por encima del nivel freático. «Esto significa que el suelo en la franja capilar al menos 2 pulgadas por encima del nivel freático se está comportando como el suelo en el nivel freático a pesar de que no está completamente saturado», dice Fiola.

palos tendidos sobre cartón
El abedul de madera se pega después de estar en los cubos experimentales de la franja capilar durante 118 días. Se sacaron los palos del suelo, se enjuagaron, se secaron y se pesaron para determinar cuánta descomposición había ocurrido. Crédito: JC Fiola

«Según los resultados, el suelo directamente sobre la capa freática se comporta de manera muy similar al suelo saturado dentro de la capa freática», dice Fiola.

Los humedales son definidos por el gobierno como suelos saturados cerca de la superficie. Pero si los suelos actúan como si estuvieran saturados incluso por encima de la capa freática, eso significa que más áreas podrían actuar como humedales y merecerían protección.

Los científicos también querían comprender mejor cómo el agua y el aire en la franja capilar pueden afectar otros procesos del suelo. Para rastrear la descomposición, insertaron palos de madera en el suelo. Los investigadores descubrieron que los microbios que comían los palos de madera eran quisquillosos.

«Nuestros resultados sugieren que los microbios que llevan a cabo la descomposición requieren condiciones ideales: ni demasiado húmedos ni demasiado secos», dice Fiola. La madera se comía en medio de los cubos donde estaba húmeda.

«La franja capilar es demasiado complicada de definir en base a una sola medición», dice Fiola. Aunque su equipo midió muchos aspectos diferentes de la periferia, esas medidas no siempre coincidían entre sí.

Tubos verticales en balde de tierra.
Los cubos experimentales de suelo arcilloso ensamblados al comienzo del experimento. Se utilizaron tubos de PVC con pintura oxidada y palos de madera para rastrear el oxígeno y la descomposición. Crédito: MC Rabenhorst

Los suelos son complejos, especialmente fuera del laboratorio. Así que ahora los investigadores planean estudiar la franja capilar en condiciones más realistas y en el campo.

Ese trabajo futuro podría darnos una mejor comprensión y apreciación de los espacios intermedios difusos, complejos y vitales debajo de nuestros pies.


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