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2. Porcentaje de humedad y volumen de aire en el suelo

Conocimiento previo

Este es un tema del programa de Química II

El suelo

El suelo es una mezcla heterogénea que incluye componentes en los tres estados físicos de la materia. El componente sólido está formado por la materia orgánica y la inorgánica; el líquido, principalmente agua y la disolución del suelo; y el gas, que esencialmente es el aire.

A un suelo se le define como una mezcla heterogénea principalmente por dos criterios: el primero, porque puede observarse la mayor parte de sus componentes, ya sea a simple vista o con una lupa o microscópio. El segundo, porque su composición es muy variable dependiendo de la muestra que se tome. Así, una muestra de suelo, tendrá diferente cantidad de componentes (p. ej. ramas, rocas, raíces, insectos, aire, etc.) que otra muestra a un centímetro de distancia.

Como ya se dijo, la composición del suelo comprende los tres estados físicos de agregación: sólido, líquido y gaseoso. De forma general y deseable, un suelo estará compuesto por 45 % de material inorgánico (como arcillas, arena, etc.), un 1 - 5 % de materia orgánica (tierra negra o "de hoja", que es la apariencia del humus), un 15 - 35 % de agua y el resto de aire.

Estructura del suelo

Figura 2.I. Estructura del suelo. Obtenido de flickr.com (CC BY 2.0)

Determinación del porcentaje de humedad y volumen de aire en un suelo

La determinación experimental del porcentaje de humedad (% de humedad o %h) y el volumen de aire (Vaire) en un suelo se realiza de la siguiente forma:

Da clic en el título de cada componente del suelo, para que puedas leer la información al respecto. Es importante que comprendas la forma de determinarlos, porque se te plantearán problemas que se refieren a las mismas metodologías.

Porcentaje de humedad

1. Se pesa inicialmente una cápsula de porcelana vacía y posteriormente una muestra de suelo húmedo (mshum), llamado así porque todavía contiene agua. Se registran ambos pesos iniciales. 

2. La cápsula con la muestra de suelo húmedo se colocan dentro de una estufa a 105 ºC durante una hora, para que se evapore toda el agua que contiene el suelo.

3. Después de que ha transcurrido la hora, se saca la cápsula con la muestra de suelo (que ahora estará seco), se deja enfriar y se vuelve a pesar.

Suelo húmedo y seco

Figura 2.II. Suelo húmedo y seco. Obtenida de flickr.com (CC BY-NC-ND 2.0)

4. Al restar la masa de la cápsula, se obtiene la masa de suelo seco (mssec). El porcentaje de humedad (% h), se calcula entonces con la siguiente fórmula:

Porcentaje humedad 

Donde:

  • mshum = masa de suelo húmedo, en gramos (g)
  • mssec = masa de suelo seco, en gramos (g)
  • %h = porcentaje de humedad, sin dimensiones

Volumen de aire

El volumen de agua y de aire en el suelo están relacionados de forma directa. Ambas sustancias ocupan los espacios que se forman entre las partículas del suelo, llamadas poros. Así que, mientras el agua entra en los poros, el aire debe de salir de ellos y, cuando el agua es eliminada por drenaje, evaporación o el crecimiento de las raíces de las plantas; entonces el espacio poroso se llena de aire.

Burbujas

Figura 2.III. Burbujas de aire. Obtenida de flickr.com (CC BY-NC 2.0)

Una técnica para determinar el volumen de aire en una muestra de suelo, consiste en lo siguiente:

  1. Se mide un volumen de suelo (V1) en una probeta, por ejemplo: V1 = 10 mL de suelo
  2. En otra probeta, se mide un volumen de agua (V2), por ejemplo: V2 = 15 mL de agua
  3. Se suman los volúmenes de suelo y agua que tendrían que resultar en volumen de agua-suelo teoría (V3). En el ejemplo: V3 = V1 + V2 =10 mL + 15 mL = 25 mL de agua-suelo.
  4. Se vierte el suelo contenido en su probeta sobre la otra probeta con el agua. Se deja asentar la mezcla por 1 minuto y se registra después del tiempo el volumen agua-suelo real (V4). En el ejemplo, se supone que resultó en V4 = 22 mL.
  5. ¿Por qué V4 resultó menor a V3? Porque parte del agua se infiltra en los poros del suelo, sacando al aire que encuentra en el camino. Nota que al asentarse la mezcla salen burbujas de aire, porque la primera desplaza al segundo.
  6. Se calcula el volumen de aire (Vaire) restando el volumen que dio en realidad (V4) del que tuvo que haber dado en teoría (V3), por ejemplo: Vaire = V3 - V4 = 25 mL - 22 mL = 3 mL de aire.
  7. Si se desea mostrar el resultado como porcentaje de aire en el suelo (% aire) entonces se puede obtener como: % aire = Vaire/Vsuelo * 100.

En los problemas que se te plantearán a continuación, tanto en los ejemplos como ejercicios, revisa muy bien la información y el procedimiento descrito, para que puedas definir las variables conocidas y las que son incógnitas. Toma nota de las fórmula que puedes utilizar para solucionar el problema.