ANÁLISIS FÍSICO-QUÍMICOS DE SUELOS Y SEDIMENTOS

ESCUELA NACIONAL DE ANTROPOLOGÍA E HISTORIA

CITLALI BARÓN ARRIAGA

ANÁLISIS FÍSICO-QUÍMICOS DE SUELOS Y SEDIMENTOS

Profesor: Serafín Sánchez Pérez Optativa Auxiliar Análisis Físico-Químico de Suelos y Sedimentos

DICIEMBRE DEL 2014

Análisis Físico-Químicos de Suelos y Sedimentos Un problema común que enfrenta el arqueólogo es el de la caracterización de la estratigrafía en la excavación arqueológica. La omisión o agregado de estratos conllevan errores en la interpretación. Los análisis físico-químicos de suelos y sedimentos se presentan como una propuesta para la validación o corrección de la estratigrafía registrada en campo. En este trabajo se pretende mostrar algunos de los análisis que se pueden realizar, sus procedimientos, materiales y su utilidad en la interpretación arqueológica. El análisis siempre deberá seleccionarse tomando como base la pregunta de investigación y de acuerdo a las condiciones específicas del suelo o sedimento. “Esta evaluación de las propiedades físicas y químicas de los suelos y sedimentos permite hacer reconocimientos básicos en la identificación de los diferentes niveles estratigráficos, en el origen de los mismos, en la identificación de las áreas de actividad, en la evaluación de la materia prima para elaborar cerámica…” (Sánchez, 2005: 42), La Estratigrafía es la rama de la Geología que trata del estudio e interpretación, así como de la identificación, descripción y secuencia tanto vertical como horizontal de las rocas estratificadas; también se encarga de la cartografía y correlación de estas unidades de roca, determinando el orden y el momento de los eventos en un tiempo geológico determinado, en la historia de la Tierra. Por otra parte, la estratigrafía arqueológica es el estudio de la superposición de capas o estratos de la tierra en el terreno con una finalidad arqueológica. Cada capa tiene una edad diferente, y de acuerdo a la ubicación de un objeto se podría establecer una antigüedad. En una excavación es muy importante tener un orden y metodología adecuada para saber exactamente la ubicación de los estratos y de los materiales arqueológicos en ellos depositados ya que darán información sobre el contexto que permitirá emitir interpretaciones válidas. Se requiere distinguir los niveles y ordenarlos en una secuencia cronológica, que en determinados casos será la cronología relativa de un yacimiento. Algunas de las variantes estratigráficas que se encuentran en campo son las siguientes:  Estratigrafía perfectamente reconocible. Se conserva el piso.  Material arqueológico dentro de la matriz de tierra. La pregunta es ¿De dónde viene?  Descomposición del mismo material, reacción química (por ejemplo estuco), intemperismo químico de los materiales arqueológicos.

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 Deposición, sedimento. Identificación de textura de matriz de tierra.  Matriz de tierra mayor, escasos materiales. Los estratos son determinado por la matriz de tierra. Acerca de la diferencia entre suelos y sedimentos en los primeros el material intemperizado evoluciona in situ, mientras que en los sedimentos las partículas sufren transporte y deposición. Ambos inciden en los sitios arqueológicos como material de soporte de los mismos o sepultándolos y siendo parte de los procesos de formación del contexto (Sánchez, 2005:42). Muestreo de Micromorfología Para poder realizar un estudio microscópico del suelo se necesita una preparación de la muestra, que conserve la estructura del suelo inalterada, y un microscopio petrográfico. Se obtiene un bloque de cada estrato o de pisos, se seca y se impregna en resina para obtener una lámina delgada, esto en términos generales, pero que implica un proceso más detallado que no se tratará. Es recomendable tomar muestras en excavación para estudios futuros de Micromorfología, que permiten la identificación de minerales, suelos, sedimentos, etc. Muestras de Fitolitos Los fitolitos son microrrestos vegetales compuestos por sílice que se forman en el tejido de las plantas, adoptando la morfología de la célula en la que han cristalizado. El fitolito es un vidrio biogénico que tiene formas características, el vidrio biogénico es la impronta de la célula en el cuarzo amorfo (vidrio) que se observa acomodado de acuerdo a la célula de la planta. Es importante considerar que no todas las plantas tienen la capacidad de absorción de silicio, por lo que no todas tendrán fitolitos. Dentro del sitio arqueológico los fitolitos hablan acerca del consumo, por producción, intercambio etc. Mientras que fuera del sito refieren al entorno, a la reconstrucción paleoambiental, sin perder de vista la adecuada identificación del suelo del momento de ocupación. Por su naturaleza mineral, los fitolitos presentan gran resistencia a procesos postdeposicionales, así que se pueden encontrar en el registro sedimentario bajo diversas condiciones. El fitolito no viaja, y si lo hace puede romperse, a diferencia del polen (partícula con carga genética) que es fácilmente transportado. El problema de su estudio surge cuando se intenta localizar los pisos y suelos correspondientes, además como anteriormente se mencionó, no todas las plantas

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tienen fitolitos y finalmente en México hacen faltan aún la identificación y creación de muestrarios. Para realizar el muestreo de fitolitos en el caso de los sitios arqueológicos se toma muestra de los primeros 3 cm, ya que en ese espacio se localizan las plantas que murieron ahí. Fuera del sitio arqueológico se debe localizar el horizonte A, muestrear los primero 3 cm y luego otros 3 cm, así sucesivamente se pueden obtener muestras de 3 cm en 3 cm de todo el horizonte. Se tomarán aproximadamente 100 g como muestra. Análisis de susceptibilidad magnética Consiste en la identificación de minerales que tienen propiedades magnéticas, como son los óxidos de hierro. Esta técnica permite identificar cambios en los estratos, es muy útil sobre todo cuando por otras técnicas no se logra caracterizar la estratigrafía como en el caso de las playas. Los óxidos de hierro tienen isómeros (distintas formas) que pueden ser leídos por medio de la susceptibilidad magnética. Cuando no se logra identificar ningún estrato, y sobre todo en casos de emergencia se puede hacer lo siguiente:     

Seleccionar perfil que mejor represente lo que se encontró. Muestrear cada 10cm, de preferencia (medio kg de muestra). Análisis de Textura (proporciones de partículas). Análisis de Color (en seco y en húmedo) Se puede agregar también análisis de Materia Orgánica. Preparación de muestras

El primer paso es secar la muestra, tradicionalmente se realiza con el medio ambiente o puede introducirse a un horno a no más de 60°. Este proceso de secado es fundamental para detener la descomposición. Posteriormente se separan las gravas, arenas, limos y arcillas, desintegrando los terrones con ligeros golpes en un recipiente de preferencia mortero de porcelana. No debe molerse la muestra simplemente se romperán los terrones,

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MORTERO Usos Es una herramienta que tiene como finalidad machacar, desintegrar o triturar sustancias sólidas. Características y Formas El Mortero posee un instrumento pequeño creado del mismo material llamado "Mano o Pilon" y es el encargado del triturado. Normalmente se encuentran hechos en Madera, Porcelana, Piedra y Mármol.

Después se pasa la muestra por un tamiz con malla de 2mm. En este paso se separan las gravas (2-64mm) y en ocasiones aparece material arqueológico como fragmentos de cerámica, lítica, restos orgánicos etc. Lo que pasa a través del tamiz es lo que se usará para los análisis.

TAMIZ Usos Es un utensilio que se emplea para separar (cribar) materiales de diferente grosor. Características y Formas Están construidos en una sola pieza, se diseñan con un tejido sin ranuras para evitar la acumulación de suciedad. Tienen alta resistencia a la corrosión, y son fáciles de limpiar pues son de acero inoxidable hiperaleado. Son ampliamente probados, medidos ópticamente y expedidos con certificado de calibración.

Finalmente se coloca la muestra en bolsas, marcadas adecuadamente con la nomenclatura designada.

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Los análisis a realizar son los siguientes:

Cuantitativos

Cualitativos

ANÁLISIS FÍSICOS Color en seco y en húmedo Densidad aparente Densidad real Espacio Poroso Textura ANÁLISIS QUÍMICOS pH Materia Orgánica Fosfatos Carbonatos

Análisis de Color Por lo general el color se desarrolla por la cantidad y estado de óxido-reducción del hierro y/o de la concentración de la materia orgánica (Sánchez, 2005: 44). Esta técnica ofrece las siguientes ventajas:  Muy importante para la taxonomía de suelos.  Indica presencia de compuestos químicos.  Refleja rasgos ambientales. 1.- Colores oscuros: Tienen que ver con Materia Orgánica, como los ácidos húmicos y ácidos fúlvicos. También se pueden producir por presencia de bióxido de manganeso o carbón después de una quema. 2.- Colores grises: Se relacionan con un ambiente Redox (de óxido-reducción). El estancamiento de agua en áreas ricas en Materia Orgánica produce coloración grisácea. La Materia Orgánica se reduce en periodos intermitentes de humedad. Puede ser indicativo del ambiente anaeróbico. Este ambiente ocurre cuando el suelo se satura con agua, siendo desplazado o agotado el oxígeno del espacio poroso del suelo. 3.- Colores rojizos: El proceso por el cual el suelo adquiere el color rojo se denomina rubefacción, enrojecimiento o rubificación, y se debe a la pigmentación por la presencia de formas de hierro principalmente hematites. Los óxidos de hierro dan las coloraciones desde rojas, pasando por las amarillas, hasta las verdosas. EI que sean unas u otras depende del grado de oxidación del hierro. Cuanto más oxidado esté el hierro (Fe³+) más rojo aparece el suelo. Los suelos rojos se relacionan con ambientes muy húmedos (2,000-3,000 mm pma), mucho intemperismo químico, tiempos prolongados de pedogénesis (1,000-3,000 años) y temperaturas altas, no frías.

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4.- Colores amarillos: Cuando el Fe₂O₃ se hidrata. La diferencia es que en los suelos rojos el agua pasaba rápido y no se hidrataban, mientras que en los amarillos se estanca el agua. Se relacionan con climas templados a semiáridos. Los óxidos de hierro hidratados acumulan sales. 5.- Colores cafés: Relacionados con climas templados subhúmedos a semiáridos. Este color está muy asociado a estados iniciales a intermedios de alteración del suelo; se relaciona con condiciones de niveles medios a bajos de materia orgánica. En general se asocia con materia orgánica parcialmente descompuesta y combinación de óxidos de hierro hidratados con un poco de materia orgánica. 6.- Colores verdosos: Cuanto más reducido este el hierro (Fe²+) se observan más hacía los colores verdes. La oxidación del hierro se debe a una mayor aireación del suelo. Así, los suelos que se encuentran encharcados o muy húmedos durante largos períodos de tiempo tienden a ser verdosos, pues el encharcamiento impide su aireación y el ion hierro se reduce a Fe²+ que es de color verde. Los materiales predominantes en estos suelos son los minerales. Se relacionan con un ambiente anaeróbico, pobres en oxígeno y problemas de drenaje. 7.- Colores gris claro y blanco: La caliza le da al suelo color blanco. La intensidad de blanco tiene bastante relación con el contenido en caliza dentro de una misma zona. En un perfil de suelo es fácil distinguir las zonas de acumulación de caliza. Existen otros componentes mayoritarios de los suelos que son también blancos, tales como el cuarzo o los feldespatos. También se relacionan con presencia de carbonatos, yeso o las sales más solubles, de color blanco y actúan como diluyentes de color. 8.- Colores negros: se asocia a la incorporación de materia orgánica que se descompone en humus que da la coloración negra al suelo. Este color ha sido asociado con niveles altos de materia orgánica en el suelo, condiciones de buena fertilidad, en especial presencia de cationes tales como el Ca²⁺, Mg²⁺, K⁺. Procedimiento de análisis de color La determinación del color del suelo se por medio de la comparación con las tablas de color Munsell, se realiza en seco y en húmedo. Se coloca muestra del suelo en dos de los orificios de una placa de porcelana con cavidades, una de estas se humedece con gotero y a otra se deja seca, se toman la lectura de comparación con la tabla Munsell y se anotan los resultados.

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PLACA DE PORCELANA CON CAVIDADES Usos Está placa sirve de contraste por ser blanca para apreciar mejor los colores que aparecen en algunas de las pruebas de laboratorio. En las concavidades se coloca una muestra del material que se analiza y el fondo blanco ayuda a apreciar mejor los colores. Características y Formas Esmaltada excepto la base Gran resistencia química y térmica Ideal para pequeñas reacciones químicas Fácil limpieza

Es importante que se realice siempre primero la lectura en seco, se anota la longitud de onda dominante, valor y chroma; es recomendable anotar el nombre en inglés como aparece en la tabla para evitar errores de traducción.

TABLA MUNSELL El sistema Munsell utiliza tonos, luminosidad y saturación para evaluar el color y puede ser aplicado de muchas formas. Los tonos hacen referencia al color espectral en cinco grupos principales (rojo, amarillo, verde, azul y violeta) y cinco subgrupos (rojo-amarillo, amarillo-verde, verde-azul, azul-violeta y violeta-rojo). La luminosidad hace referencia al grado de luz desde negro cuyo valor es cero a blanco cuyo valor es 10. La saturación hace referencia al grado de saturación del pigmento, o la intensidad de color.

Análisis de Densidad Aparente La densidad aparente se define como la masa de suelo por unidad de volumen. Describe la compactación del suelo, representando la relación entre sólidos (densidad de las partículas) y el espacio poroso de su entorno.

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𝑫=

𝑀 V

Densidad=Masa/Volumen

La densidad aparente del suelo depende de varios factores como los siguientes: la densidad de las partículas de suelo mineral, la cantidad de materia orgánica, la compactación del suelo, las actividades de animales que excavan en la tierra y la abundancia de raíces de plantas. La densidad aparente de un suelo se suele utilizar como medida de la estructura del suelo. Una densidad baja, generalmente, equivale a más porosidad y mayores agregados del suelo. Una densidad baja corresponde a mayor estabilidad, menos compactación y, probablemente, mayor contenido de humedad que un suelo con una densidad mayor. Procedimiento de análisis de Densidad Aparente El método utilizado en este caso es el método de la probeta. 1. 2. 3. 4. 5.

Pesar la probeta de 10ml en una balanza granataria. (peso de la probeta) Colocar muestra de suelo seco hasta la marca de 10 ml. Golpear 10 veces contra un paño húmedo. Llenar nuevamente con suelo hasta 10 ml. Se pesa la probeta en la balanza granataria. (peso de la probeta con suelo)

Finalmente se calcula el resultado con la formula siguiente, la unidad de densidad aparente se expresa en g/cm³.

𝑫𝒆𝒏𝒔𝒊𝒅𝒂𝒅 𝑨𝒑𝒂𝒓𝒆𝒏𝒕𝒆 (𝑫. 𝑨. ) =

𝑃𝑒𝑠𝑜 𝑑𝑒 𝑙𝑎 𝑃𝑟𝑜𝑏𝑒𝑡𝑎 𝑐𝑜𝑛 𝑠𝑢𝑒𝑙𝑜 − 𝑃𝑒𝑠𝑜 𝑑𝑒 𝑙𝑎 𝑃𝑟𝑜𝑏𝑒𝑡𝑎 Volumen Total

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PROBETA Usos Es un instrumento volumétrico que consiste en un cilindro graduado de vidrio que permite contener líquidos y sirve para medir volúmenes de forma aproximada.

Características

Está formado por un tubo generalmente transparente de unos centímetros de diámetro y tiene una graduación desde 5 ml hasta el máximo de la probeta, indicando distintos volúmenes. En la parte inferior está cerrado y posee una base que sirve de apoyo, mientras que la superior está abierta (permite introducir el líquido a medir) y suele tener un pico (permite verter el líquido medido).

BALANZA GRANATARIA Usos Una Balanza granataria es un tipo de balanza muy sensible, esto quiere decir que pesa cantidades muy pequeñas. Es muy utilizada en laboratorios como instrumento de medición auxiliar, ya que aunque su precisión es menor que la de una balanza analítica, tiene una mayor capacidad que ésta y permite realizar las mediciones con más rapidez y sencillez, así como por su mayor funcionamiento.

Características Suelen tener capacidades de 2 ó 2,5 kg y medir con una precisión de hasta 0,1 ó 0,01 g. No obstante, existen algunas que pueden medir hasta 100 ó 200 g con precisiones de 0,001 g; y otras que pueden medir hasta 25 kg con precisiones de 0,05 g.

Análisis de Densidad Real La Densidad real es la densidad de la partícula sin tomar en cuenta el espacio poroso. Es la relación entre la unidad de peso y la unidad de volumen de la fase sólida del suelo, siendo más o menos constante, ya que está determinado por la composición química y mineralógica de la fase sólida. El peso específico de los componentes del

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suelo es variado, por ejemplo menor de 2.5 gr/cm³ (humus y yeso), 2.5 a 3.0 (arcillas, cuarzo, feldespatos, calcitas, micas), de 3.0 a 4.0 (limonitas, piroxenos, olivinos) y mayor de 4.0 (hematitas y magnetitas). (Heredia, s/f: 1) Se toma como valor medio 2.6 gr/cm³ considerado como la densidad normal de suelos y sedimentos minerales. Se encuentra en el punto medio entre el cuarzo (2.5 gr/cm³) y el feldespato (2.7 gr/cm³). Procedimiento de análisis de Densidad Real La técnica utilizada es una adaptación del método del picnómetro, utilizando un matraz aforado de 25 ml. 1. Se pesa un matraz aforado de 25ml con su tapón, ambos completamente secos (peso del matraz). 2. Se pesa en la báscula 5 gr de suelo seco. 3. Los 5 gr de suelo se vacían al matraz y se agrega agua con una pizeta hasta la mitad del matraz aproximadamente. 4. Se agita y se deja reposar 15 minutos. 5. Con la pizeta se agrega agua hasta el borde, y se seca lo que desborda. 6. Se pesa nuevamente (peso del matraz más suelo y más agua). 7. Lavar completamente el matraz y rellenar de agua, pesar nuevamente (peso del matraz más agua). Finalmente se realiza el cálculo con la siguiente fórmula: 𝑫𝒆𝒏𝒔𝒊𝒅𝒂𝒅 𝑹𝒆𝒂𝒍 (𝑫. 𝑹. ) =

𝐶−𝐴 (𝐶 − 𝐴) + (𝐵 − 𝐴) − (𝐷 − 𝐴)

Dónde: A= Peso del matraz B= Peso del matraz más agua C= Peso del matraz más suelo D=Peso del matraz más suelo y más agua

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MATRAZ AFORADO DE 25ml Usos Se emplea para medir un volumen exacto de líquido en base a la capacidad del propio matraz, que aparece indicada.

Características Tiene un cuello alto y estrecho para aumentar la exactitud, pues un cambio pequeño en el volumen se traduce en otro considerable en la altura del líquido en el cuello del matraz. Se denomina aforado por disponer de una marca de graduación o aforo en torno al cuello para facilitar determinar con precisión cuándo el líquido alcanza el volumen indicado.

PIZETA La Pizeta es un recipiente cilíndrico sellado con tapa rosca, el cual posee una extensión tubular con una abertura, capaz de expulsar agua o cualquier líquido que se encuentre contenido en la pizeta, en pequeñas cantidades. Normalmente se fabrica de plástico y su función principal en el laboratorio es "lavar". Se denomina frasco lavador o matraz de lavado. este utiliza agua destilada para eliminar productos o reactivos impregnados en los materiales

Análisis de Espacio Poroso El espacio poroso de un suelo es la parte del mismo que en su estado natural está ocupado por aire y/o agua. El volumen de este espacio poroso depende mucho de la disposición de las partículas sólidas. Pocos espacios porosos  50% Muchos espacios porosos Arenas grandes 

--

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 Arcillas chicas

“Los suelos arenosos superficiales varían del 35 al 50% de espacio poroso total, mientras que en los suelos de textura más fina tienen del 40 al 60%. Así los suelos limosos y arcillosos tienen un mayor porcentaje de espacio poroso, pero tienen un diámetro muy pequeño, y los suelos arenosos tienen un menor número de poros pero éstos son de diámetro mucho mayor que los anteriores” (Sánchez, 2005: 56).

Procedimiento de análisis de Espacio Poroso El espacio poroso puede ser calculado a partir de la DR y DA y resulta la suma de la porosidad capilar (relacionada con retención de humedad) y de la porosidad no capilar (intercambio gaseoso).

%𝑬𝒔𝒑𝒂𝒄𝒊𝒐 𝑷𝒐𝒓𝒐𝒔𝒐 (𝑬. 𝑷) = 100 [1 −

𝐷𝑒𝑛𝑠𝑖𝑑𝑎𝑑 𝐴𝑝𝑎𝑟𝑒𝑛𝑡𝑒 (𝐷. 𝐴. ) ] 𝐷𝑒𝑛𝑠𝑖𝑑𝑎𝑑 𝑅𝑒𝑎𝑙 (𝐷. 𝑅. )

Análisis de Textura La textura se refiere a la proporción relativa de arena, limo y arcilla. La textura tiene que ver con la facilidad con que se puede trabajar el suelo, la cantidad de agua y aire que retiene y la velocidad con que el agua penetra en el suelo y lo atraviesa.

Procedimiento de análisis de Textura 1. Se pesan 50 gr de suelo en la balanza granataria (en este caso pesamos 30gr). Y se colocan en un vaso de aluminio. 2. Agregar agua hasta una cuarta parte del vaso. 3. Se agregan 5ml de cada uno de los reactivos dispersantes: oxalato de sodio y pirofosfato de sodio. 4. Meter a un agitador mecánico durante 15 minutos. 5. Vaciar la solución en una probeta de 1000 ml y agitarla hasta homogeneizar. 6. Se realizan 6 mediciones con el densímetro. A partir de que se deja de agitar la solución tenemos el tiempo 0 (t₀).

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El proceso de mediciones con el densímetro se realiza tomando como base los siguientes parámetros de tiempo:

t₀ t₁ t₂ t₃ t₄ t₅ t₆

A partir de que se finaliza el paso 5 A los 40 segundos A los 4 minutos A los 10 minutos A los 60 minutos A los 120 minutos A los 1440 minutos

Se anota cada una de las lecturas del densímetro, frente al tiempo en que fueron tomadas

Es importante recordar que el tiempo de reposo se cuenta a partir del momento en que se dejó de agitar. 7. Posteriormente con el valor de las lecturas del densímetro se calcula el diámetro y porcentaje de partículas con las siguientes fórmulas: 98.3 − 𝑅 𝐷𝑖á𝑚𝑒𝑡𝑟𝑜 𝑚á𝑥𝑖𝑚𝑜 𝑑𝑒 𝑝𝑎𝑟𝑡í𝑐𝑢𝑙𝑎𝑠 𝑒𝑛 𝑚𝑖𝑐𝑟𝑎𝑠 (𝑑) = 5.57√ 𝑡

𝑅 𝑃 = [ ] ∙ 100 𝑤 R=Lectura del densímetro t= Tiempo de reposo en minutos w= Peso de la muestra

8. Se construye una tabla como la siguiente con los datos obtenidos:

t₁ t₂ t₃ t₄ t₅ t₆

Tiempo de reposo en minutos

Lecturas del densímetro

Diámetro de partículas

Porcentaje

0.67 4 10 60 120 1440

17 14 13 8 7 2

61.35 25.57 16.26 6.83 4.85 1.44

56.66 46.66 43.33 26.66 23.33 6.66

Tabla de textura de la muestra TJ20

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9. Utilizando el formato de Diagrama para determinación de texturas se realiza una gráfica que permite calcular los porcentajes de arcilla, limo y arena. 10. Finalmente con el triángulo de texturas se asigna la clase textural correspondiente.

Triangúlo para determinación de Clase Textural

DENSÍMETRO Un densímetro es un instrumento de medición que sirve para determinar la densidad relativa de los líquidos sin necesidad de calcular antes su masa y volumen. Normalmente, está hecho de vidrio y consiste en un cilindro hueco con un bulbo pesado en su extremo para que pueda flotar en posición vertical.

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Descripción de las arenas Los atributos de las arenas se describieron de acuerdo a los siguientes parámetros, observados por medio del microscopio estereoscópico: Morfología  Redondez (contorno)  Morfología angulosa: Partículas que tienen caras y aristas.  Morfología subredondeada: Indica normalmente poco transporte.  Morfología redondeada: Comúnmente indican mucho transporte.  Textura superficial (como vemos la superficie)  Superficies brillantes transparentes: se observa el color natural del mineral y los colores de los fragmentos rocosos.  Superficies con textura mate, rugosa o esmerilada: No es transparente ni se puede observar el color natural del mineral. En las superficies de los materiales se ven como golpecitos. Se relacionan con sedimentos eólicos cuando tienden a ser partículas esféricas.  Texturas barnizadas: Las partículas están cubiertas de una capa, como una pátina, normalmente de color blanco (sales). Están asociadas a lugares que se humedecen y luego se secan rápidamente (como orillas de lagos), lugares de evaporación intensa.  Composición (de que está hecha la arena) Minerales: Forma geométrica, indicios de aristas y caras, sino las tiene se considera en geología como “fragmento lítico”.  Transparentes e incoloros: Cuarzos (normalmente).  Blancos lechosos y blancos rosáceos: Cuarzo.  Blancos + Gris: Feldespatos.  Negro intenso, sólido, profundo: Anfiboles y piroxenos. Tienden a ser hexagonales.  Vidrios volcánicos.  Olivino: Asociado a flujos basálticos. Color verde botella.  Micas: mineral hecho de láminas. Cuando son de color negro con líneas o manchas color amarillo son del tipo de la biotita. Cuando son tienden a ser transparente con color gris claro (como vidrio empañado) son del tipo de la muscovita.

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ANÁLISIS QUÍMICOS Cuantificación de Materia Orgánica Los productos de deshecho producidos por los microorganismos contribuyen a la formación de la materia orgánica del suelo. Los materiales de desecho son más difíciles de descomponer que el material original de las plantas y los animales, pero pueden ser usados por un gran número de organismos. La materia orgánica es el resultado de la descomposición de plantas y animales, derivando en compuestos bioquímicos (lípidos, ácidos grasos, carbohidratos, proteínas, almidones, aminoácidos, celulosa). A medida que aumenta la cantidad de residuos orgánicos agregados al suelo anualmente generalmente aumenta el contenido total de materia orgánica. También se le conoce a la materia orgánica con el nombre de humus. El humus tiene efecto sobre las propiedades físicas del suelo formando agregados y dando estabilidad estructural, uniéndose a las arcillas y formando el complejo de cambio; también favorece la penetración y retención del agua y disminuye la erosión favoreciendo el intercambio gaseoso. En cuanto a las propiedades químicas del suelo aumenta la capacidad de cambio de este, reserva nutrientes, favorece la acción de abonos minerales y facilita su absorción. En las propiedades biológicas favorece los procesos de mineralización, desarrollo de cubierta vegetal y estimula la formación de un sistema ecológico equilibrado. Procedimiento de Cuantificación de Materia Orgánica El método empleado fue el de la Combustión Húmeda, a través de ácidos. 1. 2. 3. 4. 5. 6.

Pesar 0.5 g de suelo en balanza analítica. Colocar la muestra en un Matraz Erlenmeyer de 500 ml. Agregar 5ml de dicromato de potasio con una bureta. Agregar 10 ml de ácido sulfúrico por las paredes del matraz. Agitar y dejar reposar 30 minutos Se agregan 100 ml de agua destilada y 5ml de Ácido fosfórico. Se cuantifica el ácido sobrante. 7. Agregar sulfato ferroso gota a gota (titular). 8. Se termina la titulación cuando la solución adquiere una tonalidad verde esmeralda. 9. Se anotan los mililitros gastados de sulfato ferrosos y se calcula el porcentaje de materia Orgánica:

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% 𝑀. 𝑂. =

5𝑚𝑙 − (𝑚𝑙 𝑑𝑒 𝐹𝑒𝑆𝑂4 ∙ 𝑁) ∙ 0.69 𝑔𝑟𝑎𝑚𝑜𝑠 𝑑𝑒 𝑚𝑢𝑒𝑠𝑡𝑟𝑎

N= Normalidad de sulfato ferroso (0.5) ml de FeSO₄ = Mililitros gastados de sulfato ferroso en la titulación.

BALANZA ANALÍTICA Se conoce como balanza analítica a un tipo de balanza que se caracteriza por dar datos exactos y muy específicos respecto del peso de un objeto o elemento particular. La balanza analítica es mucho más exacta que otras balanzas en un principio pesando un rango menor del miligramo (y que hoy día, las digitales, llegan hasta la diezmilésima de gramo: 0,0001 g o 0,1 mg).

MATRAZ ERLENMEYER Es un recipiente de vidrio con la boca más estrecha que el fondo. Se utiliza para mezclar disoluciones que, durante la mezcla, hay que agitar para que reaccionen más rápidamente. La forma que tiene, disminuye el peligro de que se pueda derramar su contenido. Normalmente tiene una escala de volumen en mililitros a título de orientación.

BURETA Las buretas son unos recipientes de forma alargada, tubulares y están graduados. Las buretas disponen de una llave de paso en su extremo inferior, esto sirve para regular el líquido que dejan salir. El uso de las buretas es en trabajos volumétricos, los cuales se realizan para valorar disoluciones de carácter ácido o básico. La bureta permite saber con gran exactitud cantidades exactas de líquidos en química.

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Análisis de Fosfatos El efecto de la adición de fósforo al suelo dependerá del tipo de «material añadido», del «crecimiento de las plantas» y de la «naturaleza del suelo». El fósforo de origen biológico forma fosfatos insolubles, sobre todo con componentes de calcio, hierro y aluminio. Una vez incorporado al suelo, sufre distintos procesos físicos y químicos. Procesos de «adsorción» (fijación de una sustancia en la superficie de otra) y «absorción» (función por la cual penetran los nutrientes en los organismos vegetales o animales) ocurren en el fósforo del suelo. La actividad del hombre en el pasado rompe el ciclo natural del fósforo, provocando un aumento en la concentración de fosfato orgánico o disminuyendo la cantidad total de fósforo. Los fosfatos se acumulan muy rápidamente en el suelo, tienen una solubilidad baja y una gran facilidad para fijarse en los perfiles del suelo, pudiendo permanecer durante milenios en los yacimientos arqueológicos. Los fosfatos derivados de la actividad humana tienen principalmente tres orígenes: excrementos de hombres y animales, desperdicios (huesos, carne, pescado, plantas, enterramientos...) y abonado. El grado de concentración y la extensión y espesor de los fosfatos en el perfil pueden indicar la extensión y la intensidad de la ocupación. Un factor que afecta al ciclo natural del fósforo, que se puede denominar cultural, es la utilización del campo circundante a los asentamientos. La forma de explotación del mismo puede aumentar o disminuir la cantidad de fósforo en el subsuelo, permitiéndonos inferir la naturaleza agrícola o pastoril de la misma. Una explotación agrícola aumentará la concentración de fósforo en el abonado de los campos. La ganadería, por su parte, disminuye la cantidad de fósforo acumulada en el suelo natural, debido al continuo crecimiento de la vegetación, que aprovecha la mayor parte del fósforo asimilable, provocaría un efecto contrario si la explotación ganadera se hiciese en campos cercados y con una densidad de animales alta. Procedimiento de análisis de fosfatos 1. Se coloca 0.5 g de suelo seco en un papel filtro sin cenizas. 2. Se añaden 2 gotas de reactivo A (35 ml de ácido clorhídrico 5N con 5g de molibdato de amonio y completar con agua destilada hasta 100ml) 3. Después de 30 segundos se añaden 2 gotas del reactivo B (0.5 g de ácido ascórbico disueltos en 100 ml de agua destilada) 4. Se añade después de 1 minuto 30 segundos suficiente cantidad de reactivo C (solución saturada de citrato de sodio).

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5. Se dejan secar las muestras y se comparan las intensidades del color azul que adquieren para formar grupos por intensidades semejantes. 6. A cada grupo se le asigna un valor que va desde 0 para la ausencia de coloración y 5 para el grupo de color más intenso. PAPEL FILTRO SIN CENIZAS Filtros sin cenizas, son especialmente recomendados para filtraciones al vacío y/o presión y al trabajar con soluciones acuosas, ácidas y alcalinas. Fabricados con linters de algodón y celulosa superrefinados Lavado con ácidos y aclarado con agua para neutralizar. Libre de minerales y iones metálicos, ideal para la detección de iones metálicos. Fácil lavado y posterior recuperación de precipitados. Alta resistencia a componentes agresivos, como ácido sulfúrico o nítrico. Para aplicaciones analíticas, métodos rutinarios cuantitativos y/o gravimétricos

Análisis de Carbonatos En condiciones naturales, los iones bicarbonato se forman como consecuencia de la solución del CO₂ en agua. El agua que contiene CO₂ es un agente químico intemperizante que libera cantidades apreciables de cationes en forma de bicarbonatos. Los iones de carbonato y bicarbonato están relacionados entre sí y la cantidad que hay de cada uno es una función del pH de la solución. Los carbonatos también pueden ser heredados de la descomposición de rocas sedimentarias principalmente de las calizas. (Sánchez, 2005: 75) En arqueología la determinación de carbonatos ayuda a detectar elementos de origen antrópico, sobre todo áreas de actividad. Las cantidades elevadas de carbonatos en los suelos pueden referir a que se trata de un área de preparación de materiales de construcción a partir de cal y/o concha por ejemplo. (Sánchez, 2005: 75) Procedimiento de análisis de carbonatos 1. 2. 3. 4.

Se coloca 1 g de muestra en un tubo de ensaye Se agregan 2 gotas de agua destilada, de esta forma se elimina el aire. Se agregan 2 gotas de HCl (ácido clorhídrico) al 10%. De acuerdo a la reacción de la efervescencia observada asignar un número tomando como base la siguiente tabla de referencia:

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No hay burbujas y no se percibe ruido al acercarse el tubo de ensaye a la oreja No hay burbujas, pero se percibe el ruido Se observan pequeñas burbujas Reacción uniforme, burbujas en superficie Liberación de grandes burbujas, formación de espuma Reacción violenta, la espuma sube dentro del tubo, sonido fuerte y burbujas muy grandes.

0 1 2 3 4 5

RESULTADOS Después de llevar a cabo los análisis descritos anteriormente los resultados obtenidos de las muestras de suelo estudiadas se observan en las siguientes tablas: RESULTADOS DE ANÁLISIS FÍSICOS No. Muestra TJ20

Color Seco 2.5Y 6/3 café claro amarillento

Húmedo

Arcilla

Textura % Limo

2.5Y 4/3 Café olivo

11

44

45

Migajón

1.06

2.5

57.60

Arena

Clase Textural

D.A. gr/cm³

D.R. gr/cm³

E.P. %

TJ25

2.5Y 7/3 Amarillo pálido

2.5Y 4/4 Café olivo

12

51

37

Migajón Limoso

0.98

2.77

64.63

TJ29

2.5Y 6/3 café claro amarillento

2.5Y 4/2 Café grisáceo oscuro

11

49

40

Migajón

0.97

2.77

67.14

TJ44

2.5Y 7/3 Amarillo pálido

2.5Y 4/4 Café olivo

6

42

52

Migajón Arenoso

0.98

2.63

63.00

TJ45

2.5Y 6/3 café claro amarillento

2.5Y5/4 Café olivo claro

0

60

40

Migajón Limoso

0.99

2.77

65.00

TJ2E639

2.5Y 7/4 Amarillo Pálido

2.5Y 4/3 Café olivo

13

53

34

Migajón Limoso

1.02

2.94

65.31

RESULTADOS DE ANÁLISIS QUÍMICOS No. Muestra

M.O. %

Fosfatos (PO₄)

Carbonatos (CO₃)

TJ20 TJ25 TJ29 TJ44 TJ45 TJ2E639

0.213 1.035 1.340 0.934 0.147 0.690

4 3 3 4 2 5

3 4 3 3 3 4

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Atributos de Arenas

Morfología subredondeada. Composición: piroclastos, concha, carbón, cuarzos. Morfología subredondeada. Composición: piroclastos, concha, carbón, carbonatos y una semilla. Morfología subredondeada. Composición: piroclastos, concha, carbón, un olivino y un fragmento cerámico. Morfología subredondeada. Composición: piroclastos, concha, carbón y fragmento de pedernal. Morfología subredondeada. Composición: piroclastos, concha, carbón, cuarzo. Morfología subredondeada. Composición: piroclastos, concha, carbón, cuarzos y pedernal blanco.

Muestra TJ20 En este estrato se observa un color en seco café amarillento que se relaciona con la hidratación de Fe₂O₃ e indica estancamiento, así como acumulación de sales. Respecto al estancamiento de agua también se observa en el color en húmedo café olivo (verdoso) que puede indicar que los materiales predominantes son minerales. Puede tratarse de una combinación de óxidos de hierro hidratados con un poco de materia orgánica. La clase textural es migajón, es una textura media, el contenido de limos es alto (44%) y puede relacionarse con el estancamiento del agua, al cubrir algunos de los espacios porosos. En general el migajón tiene una mezcla equilibrada de arena, limo y arcilla. Esto supone un equilibrio entre permeabilidad al agua y retención de agua y de nutrientes. La Densidad Aparente está relacionada con las presencia de arenas y algunos materiales bofos, de acuerdo al análisis de las arenas el microscopio esto tiene sentido ya que se observaron materiales bofos como son los piroclastos. Por otra parte la Densidad Real es baja, lo que tiene que ver con la abundancia de piroclastos. Y lo anterior se refleja también en el alto porcentaje de Espacio Poroso (57.60%). En cuanto a la Materia Orgánica se encuentra en un rango bajo pero hay presencia de ella reflejada también en el análisis de color. Los resultados de fosfatos muestran alta contenido de fósforo en el estrato, podría tener relación con alguna ocupación humana. En el análisis al microscopio se encuentra una gran cantidad de fragmentos de concha que puede ser producto del sedimento del rio cercano al estrato. También se observa restos de carbón que pudieran resultar de la actividad humana y piroclastos. Se observan además fragmentos rocosos, fragmentos de pedernal y cuarzos predominantemente blancos. La morfología que predomina en las arenas es subredondeada, indica normalmente poco transporte y se relaciona con procesos sedimentarios. Por lo que el origen del estrato pudiera ser un sedimento que posteriormente evoluciono a un suelo. Muestra TJ25 El color en seco indica presencia de óxidos de hierro pero el drenaje es muy lento, el color es bastante claro probablemente por los carbonatos de calcio. Por otra parte el color en húmedo habla de un estrato que permanece estancado, se pierde oxígeno y el hierro se reduce; puede deberse al exceso de lluvia que hace que permanezca anegado muchos meses.

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El análisis textural muestra un 51% de limo, valor muy alto, que condiciona el drenaje al bloquear los espacios porosos. La presencia de CO₃ contribuye a la formación de estructuras más o menos resistentes al agua. La Densidad Aparente de 0.98 gr/cm³ está relacionada con materiales poco pesados o huecos, que en el caso de esta muestra son los piroclastos, los carbonatos y la materia Orgánica. Por otro lado la Densidad Real se encuentra en valores muy altos: 2.77 gr/cm³ por lo que se pensaría en materiales pesados como minerales pesados que podrían ser metales. Esto es posible debido a que la muestra fue extraída de un área donde se considera que hay hornos, tema que aún no ha sido estudiado a detalle. Sería necesario llevar a cabo análisis puntuales para la identificación de materiales, por ejemplo DRX. En cuanto al Espacio Poroso se encuentra en los valores altos (64.63%), los Espacios Porosos que generan los limos comúnmente son intermedios y en ocasiones estos espacios se bloquean por la presencia de limos alentando el drenaje. La Materia Orgánica está en un rango bajo desde el punto de vista de temas agrícolas, pero para el caso de este tipo de análisis es alto, sobre todo comparado con otras de las muestras, e indica que el estrato está cerca de la superficie. El análisis de las arenas muestra claramente la presencia de los materiales bofos como piroclastos de caída y fragmentos de carbón. También hay una importante incidencia de fragmentos de concha presentes como ya se mencionó como consecuencia del río cercano. Además se observa la presencia de carbonatos que se verifica con el valor 4 que está muestra presentó en la prueba química de carbonatos. Finalmente también se llegó a observan una semilla que sería interesante analizar detalladamente para conocer de qué es y si tiene alguna relación con ocupación humana o es natural. En cuanto al origen del estrato se trata muy probablemente de un sedimento que evolucionó a un suelo posteriormente. Muestra TJ29 El color en seco café amarillento como se menciona anteriormente se debe a la hidratación de los óxidos de hierro, estancamiento lento de agua y acumulación de sales. Por otra parte el color en húmedo café grisáceo oscuro refuerza la idea del estancamiento de agua pero se además puede tratarse de un área rica en Materia Orgánica que al reducirse produce el color gris. Esto coincide con el análisis de Materia Orgánica realizado a esta muestra que d como resultado el valor más alto de contenido orgánico del perfil estudiado. Además el mayor contenido en materia orgánica aumenta el agua retenida por los suelos.

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La clase textural es migajón, una mezcla relativamente uniforme de los tres separados texturales. Este tipo de suelos son ligeros, aireados y permeables pero no tanto como los arenosos y tienen de media a alta capacidad de retención de agua aunque no retienen tanta como los arcillosos. Igual que en las descripciones anteriores la Densidad Aparente se relaciona con materiales huecos que se observan en el análisis de las arenas al microscopio principalmente los piroclastos. La Densidad Real refleja la presencia de materiales pesados que podrían ser minerales pesados. El espacio poroso se observa en un porcentaje alto (67.14%), está relacionado con los resultados de densidad aparente y la presencia de piroclastos y otros materiales bofos en la muestra. Tiene una cantidad significativa de carbonatos (3) que también contribuyen a hacer menos pesada la muestra. El origen de este estrato también está relacionado con procesos sedimentarios, por que domina la presencia de arenas con morfología subredondeada que indican normalmente poco transporte. Además se observan al microscopio algunos materiales provenientes por ejemplo del río cercano como son los fragmentos de concha. Muestra TJ44 La muestra TJ44 da como resultado de color en seco amarillo pálido, los suelos amarillos deben su color a óxidos de hierro que han reaccionado con agua y son de este modo señal de un estrato mal drenado, el color en húmedo es café olivo que también indica estancamiento de agua en un suelo normal, donde los materiales que predominan son minerales, se trata de un estrato comúnmente de ambiente anaeróbico con problemas de drenaje donde el hierro se encuentra reducido. La clase textural el migajón arenoso por lo que predominan las arenas. Son suelos muy permeables. Comúnmente se caracterizan por su gran porosidad, en este caso los espacios porosos también se observan en un porcentaje alto (63%) y lo que puede producir que el color muestre características de suelos mal drenados puede deberse a que los limos obstruyan los espacios porosos así como también la Materia Orgánica que tiene presencia en este suelo (0.9344% M.O.) y los carbonatos que actúan como cementantes. La Densidad Aparente de la misma forma que en el resto de las muestras indica la presencia de materiales bofos en el estrato, mientras que la Densidad Real se encuentra dentro del rango normal (2.63 g/cm³) para suelos y sedimentos minerales.

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Muestra TJ45 El color en seco es café claro amarillento y en húmedo café olivo claro, este estrato nuevamente se relaciona con la presencia de óxidos de hierro hidratados, donde el agua se estanca y se acumulan sales, tiene que ver también con climas desde templados hasta semi-áridos en el caso de los amarillos. El color verde se relaciona con suelos pobres en oxígeno y con problemas de drenaje. Las tonalidades que resultan en el análisis de color se relacionan perfectamente con los resultados del análisis textural que marca como clase textural del estrato migajón limoso. Predominan los limos o partículas entre 0.05 y 0.002 mm. En ellos la permeabilidad varía mucho según sea su estructura. Puede ser muy lenta cuando la estructura es masiva (sin formar agregados) o bastante rápida cuando la estructura es grumosa. Se apelmazan fácilmente cuando se destruye su estructura, dificultándose mucho la circulación del aire y del agua. La Densidad Aparente también hace referencia a materiales de poco peso, se atribuye esta característica por ejemplo a los piroclastos observados en el análisis de las arenas. La Densidad Real está en un valor alto, lo que puede indicar la presencia de metales pesados en el suelo y que podrían corroborarse con análisis más puntuales. La cantidad de Materia Orgánica es muy baja (0.147%), esta característica también se nota en los colores obtenidos por tabla munsell que son claros y denotan poca materia orgánica. Y se observa también la relación de esto con el valor de la prueba de fosfatos que resultó el valor menor del perfil estratigráfico (valor 2). Muestra TJ2E639 El color en seco es amarillo pálido que indica estancamiento de agua, hidratación de óxidos de hierro lentamente y acumulación de sales, el color en húmedo es café olivo que se relaciona con suelos o sedimentos en condiciones anaeróbicas que se originan por la presencia de hierro en estado reducido o ferroso. La textura es migajón limoso, siendo los limos un factor que puede relacionarse con la anegación de agua, ya que los limos tapan los poros que se sabe que hay en el suelo por el porcentaje de espacio poroso. La Densidad Aparente indica una textura fina, que apenas rebasa el límite de 1 por lo que aún puede hacer referencia a presencia de algunos materiales bofos como los piroclastos y carbonatos. Por otro lado la Densidad Real da un valor muy alto (2.94 g/cm³) se puede pensar que posee un elevado contenido de óxidos de Fe o minerales pesados.

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Consideraciones Finales En general el perfil coincide en varias de las características de los estratos, sobre todo en los resultados de color que arrojan como datos la presencia de agua estancada y la hidratación de óxidos de hierro, pero parecen ser diferentes desde mi punto de vista todos los estratos. La textura se encuentra dentro del tipo migajón en general, texturas medias; varía siendo en algunos casos migajón limoso y arenoso o solo migajón. Los porcentajes de los tres tamaños de partículas en todos los estratos son parecidos, predominando los limos y arenas. La Densidad Aparente en la mayoría de los casos presento la característica típica de suelos con contenidos bofos o huecos, que se relaciona con la presencia de Materia Orgánica en el suelo así como con los materiales antes mencionados que se pudieron apreciar al microscopio, principalmente piroclastos que son muy ligeros. También se contrastan estos resultados con los del análisis de Espacio Poroso que siempre dio resultados mayores a 50%. Un dato interesante fueron los valores muy altos de Densidad Real que se encontraron en algunas de las muestras. La explicación que se puede dar es en relación a la existencia de hornos que podrían haber sido utilizados para trabajos con metales, un análisis más puntual para la identificación de minerales permitiría saber si es esta la causa y que materiales específicamente fueron trabajados. Los resultados del análisis de fosfatos muestran algunos valores altos, lo que es indicador de actividad humana, se refuerza esta idea con la presencia de algunos materiales como el caso de la muestra TJ29 que en el análisis de las arenas registró un fragmento de cerámica, también se localizaron fragmentos de carbón y una semilla. Los análisis físico-químicos en suelos y sedimentos permiten caracterizar los estratos, compararlos y diferenciarlos y conocer a detalle muchos datos que llevan a formularse más preguntas en líneas específicas de investigación. La interpretación será mejor entre más se conozca del sitio de donde se obtuvieron las muestras.

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REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS Heredia Mendoza, Eric s/f

“Densidad real, aparente y porosidad del suelo” en http://www.academia.edu/7716432/DENSIDAD_REAL_APARENTE_Y_POROSIDAD_DEL_SUELO

Fecha de Consulta: 10 de Diciembre del 2014

Sánchez Pérez, Serafín 2005 Descripción de perfiles estratigráficos en campo y análisis físico-químicos de suelos y sedimentos. CONACULTA-INAH, Escuela Nacional de Antropología e Historia. México D.F.

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