Retrogradación del fósforo

(Vía)

Los nutrientes mayoritarios que necesitan las plantas son nitrógeno, fósforo y potasio, de ahí que un fertilizante básico se denomine NPK, por su símbolo periódico respectivo. A través de la raíz, la planta toma estos y otros elementos (llamados oligonutrientes) del suelo. Para asegurar tanto una buena cosecha como que no haya contaminación ambiental, es necesario conocer la química de estos elementos en el suelo, y también en qué formas son captados por la planta. Antes se fertilizaba atendiendo solo a la primera variable, pero ahora se ha desarrollado suficientemente la ciencia como para conocer qué ocurre al aplicar fertilizante químico a un suelo. La llamada Química del Suelo trata de todos estos temas. Nos permite conocer que existen distintos tipos de suelo, que clasificamos de forma general en ácidos o básicos (según el pH o grado de acidez), esto es importante porque nos indica qué elementos estarán más o menos disponibles en el lugar de cultivo.

Se conoce que hemos sobrefertilizado el suelo con fertilizantes de fósforo: el fósforo se combina de forma irreversible con hierro, calcio y aluminio generando sales, que la planta no puede captar (es lo que se llama retrogradación del fósforo): el agricultor para solucionar el problema añadía más fertilizante y punto. Pero el suelo ha acabado contaminado con tanto fósforo que se ha filtrado a las aguas subterráneas, produciendo un problema conocido como eutrofización de las aguas. En realidad, el proceso de eutrofización es natural: en un lago habitan especies vegetales y animales, que al morir, van formando sedimentos en el fondo hasta que el lago deja de serlo. Es un proceso que dura mucho tiempo, pero que estamos acelerando de forma artificial con nutrientes como el nitrógeno y especialmente el fósforo. Cuando hay una cantidad superior de fósforo, se produce la proliferación de microalgas, que acaban cubriendo toda la superficie, de manera que agotan el oxígeno disuelto en agua, acelerando el proceso de muerte y sedimentación. 

(Vía)

Por esto, se están desarrollando nuevos fertilizantes que liberen el fósforo según las necesidades de la planta, de manera que se consiga una mayor productividad económica (mayor cosecha con menos fertilizante) y menor contaminación (si el fósforo no se libera, o todo lo que se libera es tomado por la planta, se evita la sobrefertilización). Se puede conseguir que el fósforo quede atrapado en una matriz inorgánica (y así no sea tomado por la planta) y también retenerlo en sustancias húmicas que aseguran que la planta lo tome según sus necesidades. Son los llamados fertilizantes PMHA, donde la P viene de fósfor que se une a los ácidos húmicos (HA) por medio de puentes estables con metal (M). De cara a diseñar el mejor fertilizante (al final toda química sostenible se basa en el diseño), se probó a complejar el fósforo no solo con las sustancias húmicas, sino también con hierro, aluminio y calcio. Se estudió tanto la fijación de fósforo en el suelo (contaminación) y la liberación de fósforo a la solución de suelo (donde puede ser captado por la planta). Se demostró, con modelos teóricos y de forma práctica que este tipo de fertilizantes incrementan la absorción de fósforo por la planta en suelos que presentan una alta fijación de fósforo.

Esto se simula en el laboratorio tomando muestras de suelo ácido y básico tratados con distintos fertilzantes: los convencionales y los PMHA. Se guardan en botes cerrados y en la oscuridad (simulando las condiciones del terreno), y se toma muestra cada ciertos días: se mide el fósforo que estaría disponible para la planta. Al final, el método tiene sus limitaciones: hay que ver si las plantas son capaces de obtenerlo. Por lo que en un invernadero, se cultivan plantas en muestras de suelo, controlando la cantidad de fertilizante añadida, así como el riego. Posteriormente, se cosecha, comparando peso húmedo y seco de las plantas (para observar qué tratamiento es más beneficioso), y se mide el fósforo que ha quedado en el suelo.

(Fuente)

Este post participa en la XVIII Edición del Carnaval de Química, alojado por XdCiencia

Referencias

Urrutia et al. (2012). Theoretical chemical characterization of phosphate-metal–humic complexes and relationships with their effects on both phosphorus soil fixation and phosphorus availability for plants J. Sci. of Food and Agric. DOI: 10.1002/jsfa.5756

Volcanes

 Ahora sí, con vuestro permiso, voy a hablar de los volcanes. Para empezar, se pueden distinguir tres tipos distintos:

1. En las zonas de expansión de las placas tectónicas (en el fondo de los océanos):

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Cuando las placas se separan, se produce un desgarrón en la litosfera. Esta fisura provoca una depresión en la capa superficial del manto que, por efecto de la descompresión, provoca la fusión de una parte del manto superior, llamada fusión parcial, y la creación de un magma (magma basáltico), cuya emisión requiere temperaturas superiores a 1100ºC. El magma circula a través de las fisuras verticales formadas a lo largo del desgarrón, zona donde la litosfera es muy delgada y donde la corteza tiene pocos kilómetros de espesor. Cuando el magma obstruye una fisura y se enfría, forma un dique.

Cuando las fisuras alcanzan la cámara magmática, o cuando la presión es suficiente como para que la lava pueda abrirse camino hasta la superficie, la lava, muy fluida y con una temperatura que oscila entre 1100ºC y 1200ºC, alcanza el fondo del océano. Al entrar en contacto con el agua, se forma una corteza vítrea. Esto origina amontonamientos de formas variadas, alargadas o redondeadas y con numerosas protuberancias. Enfriada por el agua, la lava no puede fluir como lo hace al aire libre, por lo que tiende a amontonarse alrededor de las fisuras: espesas coladas se acumulan mientras la lava se derrama continuamente a través del nuevo apilamiento.

2. En las zonas de subducción:

La placa que se hunde se calienta por efecto del rozamiento, y al entrar en contacto con el manto, funde parcialmente originando un magma que en superficie, dará lugar a un vulcanismo de arco o de cordillera. Este vulcanismo es de tipo explosivo.

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Los volcanes originados por subducción son lo más numerosos al aire libre y los más tristemente célebres a causa de las catástrofes que provocan. Los penachos de ceniza pueden causar alteraciones en el clima, y problemas en el tráfico aéreo: los reactores se bloquean al atravesar nubes de ceniza, aunque es un efecto temporal, puede causar víctimas si no se toman medidas de precaución.

Entre estos tipos de volcanes se distinguen los rojos que darían lugar a erupciones de lava, y los grises que dan lugar a nubes de cenizas.

Estas zonas, tectónicamente muy activas, están repletas de fracturas por las cuales el magma caliente puede subir hasta la superficie. El magma es una mezcla de silicatos fundidos que contienen gases disueltos y, en ocasiones, minerales procedentes de una cristalización más o menos avanzada. La apertura de fisuras y el ascenso del magma dan lugar a la despresurización de la parte superior de la cámara. Esto provoca un fenómeno de desgasificación del magma y la formación de micro-burbujas de gas magmático. Si se produce un desequilibrio en la cámara de presión, ya sea por una nueva inyección de magma o por una rápida descompresión en el techo de la cámara, los gases hacen estallar las paredes de las cavidades donde se encontraban atrapados y se esparcen con tal fuerza que arrastran consigo rocas y magma hacia el exterior.

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Actualmente, se considera necesario que un volcán debe permanecer inactivo durante 10 veces el período medio entre sus erupciones para considerar que se ha extinguido. En consecuencia, los vulcanólogos consideran potencialmente activos todos los volcanes que han experimentado actividad en el Cuaternario.

3. Por último, existe el vulcanismo llamado de puntos calientes:

Son las menos frecuentes pero también son las más espectaculares. Este tipo de vulcanismo ha tenido un papel muy importante en la historia de la Tierra, dando lugar a los relieves más altos de la superficie terrestre. Un volcán de punto caliente el ascenso de magma caliente o penacho: de base fija en relación al núcleo terrestre, actúa como un soplete, taladrando la litosfera cuando entra en contacto con la misma. Un punto caliente se caracteriza por una enorme cantidad de vulcanismo en superficie, que afecta, generalmente, a una cadena de volcanes cuyo grado de actividad ha ido disminuyendo con el tiempo. Las manifestaciones en superficie de estos puntos calientes fijos permiten la reconstrucción del movimiento de las placas litosféricas, y por tanto, de la historia terrestre.

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Actualmente, existen métodos geológicos, geofísicos y geoquímicos que permiten predecir las erupciones volcánicas e intentar proteger a la población, pero no son siempre eficaces.

Por otro lado, las más antiguas civilizaciones, se establecieron cerca de volcanes, que consideraban prácticamente como dioses... ¿Por qué hoy en día, conociendo el peligro, sigue habiendo asentamientos próximos a los volcanes? El suelo volcánico se clasifica edafológicamente como andisol o andosol: presentan organominerales estables que facilitan un buen drenaje (por la estructura porosa) del terreno aunque también retienen el agua, esto es, una combinación de arcillas imogolitas y halofanas con la materia orgánica que constituyen los pseudolimos: así, la materia orgánica queda protegida por los componentes inorgánicos Además, son muy ricos en nutrientes. Resumiendo: son suelos extremadamente fértiles, con mucha vegetación y de pH básico. Tienen una característica especial, que es la tixotropía: consistencia del suelo que cambia con la presión, de sólido plástico a líquido cuando se comprime, y vivecersa.

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Además, se puede aprovechar la energía desprendida en los procesos geotérmicos.

Por poner un ejemplo más cercano, en octubre empezó la erupción de un volcán submarino cerca de la isla de El Hierro. Al principio se observaron manchas de magma junto a la costa, y luego empezaron los seísmos o terremotos. Se analizaron las aguas para conocer si contenían gases volcánicos, y tomar medidas preventiva sen cuanto a la pesca de las especies que podrían estar intoxicadas por compuestos químicos. Ahora continúa la prevención puesto que la erupción sigue activa, y parece que el volcán está a 120 metros de ser una isla, y presenta otro cono secundario a 200 metros de la superficie del mar. 

Bibliografía:

http://sociedad.elpais.com/sociedad/2011/10/10/actualidad/1318197605_850215.html

Los volcanes de Jean Louis Cheminée

Los científicos del caos

Si algo tienen en común los científicos del caos es que eran inconformistas, que tenían curiosidad (bueno, esto creo que cualquier científico), que eran creativos y alguno hasta romántico: les gustaban las obras de Goethe,... En general, no se parecen en nada: físicos, matemáticos, meteorólogos, biólogos teóricos, psiquiátras, psicólogos,... Si algo les caracteriza es que no estaban cómodos en una única disciplina. May era biólogo pero le gustaban las matemáticas, Mandelbrot se dedicó a la economía, la ingeniería y las matemáticas, el grupo de la universidad de Santa Cruz tardó en doctorarse porque, aunque eran físicos, aún no existía la disciplina que estudiaban: una mezcla de matemáticas y de experimentos como el juego de la ruleta o un grifo goteante.

Además, estaban en contra de una visión reduccionista de la ciencia, estaban a favor de la interdisciplinariedad. Es cierto que la ciencia para entender el mundo, debe descomponer lo complejo en sus partes más simples, y así utiliza modelos simplistas. Pero no hay que perder de vista el conjunto global. Esto es lo que defendían los científicos del caos. No hay que quedarse en las partes, hay que avanzar hacia una comprensión más global y más total, y más realista, por otra parte...

Quizá por eso me gusta la teoría del caos. Que haya orden y armonía dentro de un aparente desorden, y que todo no sea tan sencillo como para explicarlo con un par de ecuaciones matemáticas deterministas... Queda lugar para la unión de las ciencias, para la filosofía, e incluso para la poesía si uno está inspirado,...

No soy una científica del caos, probablemente sus matemáticas y su física me superen totalmente. Pero soy una química a la que le interesa la edafología, la agricultura, la fisiología vegetal y que ahora se dedica a la enología... Ahora mismo me pondría a estudiar Ingeniería de Agrónomos, y puede que también Filología. Y encuentro dificultades para encontrar un tema de tesis que case todos mis intereses... (Sin contar con la cuestión económica en estos tiempos de crisis).

¿Le pido demasiado a la vida?

Un hombre de ciencia (José María Albareda)

Investigador español aragonés (15 de abril de 1902 en Caspe- 1966 en Madrid). Estudió Farmacia en la Universidad de Madrid, y Ciencias Químicas en la de Zaragoza, donde se inició en la investigación científica con los profesores Rocasolano, en el Instituto de Bioquímica, y Ríus Miró en el laboratorio de Electroquímica. Obtuvo los correspondientes doctorados de Farmacia y Ciencias en  1927 y 1931.

            Fue Catedrático de Agricultura del Instituto de Enseñanza Media de Huesca, donde inicia su carrera docente; y siete años más tarde se trasladó al Instituto Velázquez de Madrid. Se especializó en Ciencia del Suelo, en sus aspectos naturalista y agrícola, en Bonn, Zurich y Konisberg, con pensión (beca) concedida por la Junta para la Ampliación de Estudios e Investigaciones científicas.

            Participó en la creación, organización e impulso del Consejo Superior de las Investigaciones Científicas (CSIC). En varias ocasiones había compartido con su amigo Ibáñez Martín ideas para mejorar la ciencia española. Cuando Ibáñez Martín fue nombrado ministro de Educación, pidió a Albareda que pusiera por escrito sus proyectos. En 1939 fue nombrado secretario general del CSIC .  José María Albareda se había acreditado ante los especialistas europeos y los químicos españoles como experto en Edafología o  ciencia del suelo, y al terminar la guerra civil reanudó sus investigaciones, formó a muchos jóvenes investigadores y promovió institutos y cátedras universitarias poniendo a España en la vanguardia de la ciencia edafológica.

            El CSIC pretendía reconstruir y elevar científicamente a España después de la guerra civil. Aparecen, bajo la iniciativa de Albareda, los Centros del Consejo en todas las universidades españolas y en otros lugares o instituciones, respetando la personalidad de cada institución existente y creándola donde había condiciones favorables. Procuró, con amplitud de miras, le recuperación de algunos científicos políticamente marginados o exiliados. Logró que la carrera de investigador se considerara como tal, y que muchos jóvenes pudieran formarse en el extranjero. Otro objetivo eran las aplicaciones técnicas de las investigaciones a través de Institutos de Orientación y Asistencia Técnica que promovió Albareda.

            El instituto de Edafología, que fundó José María Albareda, contribuyó a formar investigadores y profesores universitarios en varias disciplinas científicas, ya que esta especialidad era confluyente para distintas ciencias: desde la Geología sedimentaria a la Biología vegetal, y todo animado por la amplitud de miras que Albareda otorgaba a la investigación.

            A finales de 1959 fue nombrado rector de la Universidad de Navarra y también fue ordenado sacerdote (José María Albareda era miembro del Opus Dei desde 1937). Renunció a la Secretaría del CSIC pero el ministro no se lo permitió, y hasta el final de su vida continuó en la Universidad de Navarra y en el CSIC. Su rectorado llegó apenas a seis años en los que el Estudio General pasó a ser Universidad de Navarra, empezaron dos escuelas técnicas superiores y cuatro nuevas licenciaturas.

            Don Francisco Ponz fue alumno en el instituto de Huesca y lo trató después a lo largo de su vida. Define a Albareda como un “cristiano recio, pensaba en amor, comprensión, perdón y ausencia de venganzas a pesar de que, como supe tiempo más tarde, su padre, farmacéutico, y uno de sus hermanos habían muerto en Caspe víctimas de grupos anarquistas. Le urgía la elevación del nivel científico, cultural y espiritual de España. En sus años de estudio en naciones europeas con pujante investigación científica, había sentido con agudeza el retraso español. Con fe en la capacidad de sus compatriotas para la investigación, que me ilustraba con elocuentes ejemplos, veía necesario crear en España un ambiente favorable a la investigación científica y despertar en los universitarios el entusiasmo por la ciencia. En el servicio de esos nobles afanes, vida cristiana y futuro científico español, gastó Albareda su vida.”

Edafo¿qué?

Finales de 2º de carrera. Los profesores de las optativas de 3º y 4º vienen a presentarnos sus asignaturas de cara a que escojamos cuando hagamos la matrícula. Se trata un poco de “vender la asignatura de biología” a los pocos químicos que quedamos.

Se sube el profesor de Edafología a la tarima, y empieza a contarnos con guasa, que en una salida de campo cuando él estudiaba su carrera, les paró la policía para preguntarles que qué estaban haciendo... Le respondieron que eran estudiantes de Edafología, y el poli preguntó: Edafo¿qué?

En aquel momento yo me estaba preguntando por qué nunca se me ocurrió considerar el suelo como objeto de estudio. Algo así como lo que me ha pasado este curso con la enología...

Según la RAE la edafología es la ciencia que trata de la naturaleza y condiciones del suelo, en su relación con las plantas. Me pareció interesante y ese curso no sólo me matriculé en Edafología, sino también en Génesis y tipología de suelos y en Química del suelo. Ninguno de mi clase comparte mi afición, pero yo disfruté muchísimo en esas asignaturas.

Me encantó aprender que suelos provenientes de un mismo material edáfico pueden ser distintos según el ambiente donde estén, y viceversa: que hay distintos tipos de suelos en un mismo clima por la diferencia del material del que provienen o por otras variables. Aprendí que los suelos se estructuran en horizontes y no en capas.

La salida a Urbasa fue espectacular. Me gustaría recordar todo lo que dijo el profesor sobre el proceso de formación de la sierra que luego se traducía en distintos tipos de suelo, uno de ellos ¡de arena de la playa!

Se pueden ver los distintos horizontes del suelo

En el laboratorio sentía que había vuelto a Primaria cuando me pasaba los recreos echando agua sobre la tierra para hacer “panes”. El primer día, amasamos el horizonte de suelo que nos había tocado, hicimos la granulometría con los tamices de distinto tamaño, y el ensayo de la probeta, medimos el pH y la conductividad,... Todo para llegar a definir qué tipo de suelo habíamos muestreado en nuestra salida de campo.

Como en todo, a mí siempre me gusta encontrar las aplicaciones prácticas. Química del suelo se podría traducir también como Química Agrícola. De un modo vulgar, podría decirse fabricar fertilizantes. Para mí es mejor: estudio de la nutrición de las plantas, y cómo hacer que esa nutrición sea más rentable. Al fin y al cabo, los nutrientes principales de la planta son el nitrógeno, el fósforo y el potasio (todo elementos químicos) y hay que conocer sus reacciones en el suelo para aportar la cantidad debida y en la forma debida a la planta.

Me encantó hacer prácticas en TimacAgro, en el laboratorio de Química del suelo. Estaban haciendo un estudio sobre la retrogradación del fósforo. El fósforo es un elemento muy reactivo en suelos, que se transforma en cosas que la planta no puede captar. La solución tradicional era aportar el doble, el triple: lo que hiciera falta, para que el cultivo fuera bueno. Pero el fósforo se iba acumulando en el suelo hasta que se filtró a las aguas subterráneas, donde sirve de nutriente a las algas. Este fenómeno se conoce como eutrofización:

Las algas crecen bruscamente al tener nutrientes en abundancia, y se mueren porque no llega suficiente oxígeno para todas. Al morir, sus restos sedimentan en el fondo del río o lago, haciendo más rápido su envejecimiento.

En el laboratorio pensaron desarrollar un fertilizante que soltara fósforo sólo en la medida en que lo pedía la planta. Pretendían disminuir la fracción de fósforo soluble en agua (que es la que reacciona mucho en suelos y no puede ser asimilada por la planta) y aumentar la fracción soluble en compuestos húmicos que la planta sí puede obtener. ¿No es guay?

Mi trabajo consistía en reproducir las condiciones de fósforo soluble e insoluble en agua, en distintos suelos y con distintos fertilizantes.

Leí en la revista Nuestro Tiempo, que José María Albareda, farmaceútico y químico, impulsor del CSIC estaba muy interesado en la Química del suelo. Porque consideraba que la agricultura española podría mejorar considerablemente y ayudar a salir dela crisis de aquellos momentos. En el artículo le definían como “un hombre con los pies en el suelo”, y me gustó.

Por soñar que no quede, sueño con poder ir un día a África a estudiar sus suelos y colaborar de alguna manera en disminuir el hambre en el mundo...