SISTEMOLOGAYTERMODINMICAENEDAFOGNESIS1REVUE1990

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Systemology and thermodynamics in pedogenesis. I. Soils and state
of thermodynamic equilibrium
Article · January 1990
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Juan José Ibánez
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Avelino Garcia-Alvarez
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Rev. Écol. Biol. Sol, 1990,27 (4) : 371-382. 
Sistemología y termodinámica en edafogénesis. 
l. Los suelos y el estado de equilibrio termodinámico 
POR 
J. J. IBÁÑEZ *, R. JIMÉNEZ-BALLESTA ** & A. GARCÍA-ALVAREZ * 
* Instituto de Edafología y Biología Vegetal, CSIC, Madrid, España. 
** Departamento de Química Agrícola, 
Geología y Geoquímica, Facultad de Ciencias, UAM, Madrid, España 
Synopsis: After briefly reviewing the different types of therrnodynamic realms, the 
problem is posed as to whether certain pedogenetic pathways can end up in a state of 
equilibrium. The authors believe that the oxisols reach a state of therrnodynamic equilibrium 
or a steady one very close to it. 
Keywords: Soils genesis, systems, nonequilibrium therrnodinamics, entropy, state of 
equilibrium, oxisols. 
INTRODUCCION 
Los recientes descubrimientos en el campo de la termodinámica de los 
procesos irreversibles lejos del equilibrio han producido un cambio de orientación 
en las investigaciones de ciertas disciplinas científicas. De este modo, el estudio 
por los fisicos de sistemas abiertos y altamente complejos, ha demostrado como 
lejos del equilibrio termodinámico se pueden dar mecanismos de autoorga-
nización espontáneos que incrementan su complejidad estructural y dinámica 
(PRIGOGINE & STENGERS, 1983 y PRIGOGINE, 1961). 
Sin embargo, el cambio, los saltos cualitativos y el comportamiento discontinuo 
en la dinámica de ciertos sistemas ha interesado también a matemáticos como 
THOM (1975). Una aplicación generalizada de los trabajos de éste último autor 
a otras ciencias ha sido difundida por ZEEMAN (1977) con el término de Teoría 
de Catástrofes. 
R~u le 3/1/1990. 
Accepté le 9/11/1990. 
REVUE D'ÉCOLOGIE ET DE BIOLOGIE DU SOL - 0035-1822/90/04 371 12/$ 3.20/ <él Gauthier-Villars 
372 J. J. IBÁÑEZ, R. JIMÉNEZ-BALLESTA y A. GARCIA ALVAREZ 
Este artículo trata de la aplicación de los recientes avances de la termodi-
námica al estudio de la estructura y evolución de los suelos, con especial 
énfasis en la ruta edafogenética hacia los Oxisoles (Soil Survey Staff, 1975). 
l. - TIPOS DE SISTEMAS Y REGIMENES TERMODINAMICOS 
En termodinámica se pueden distinguir tres tipos de sistemas. Se denominan 
sistemas aislados a los que no intercambian materia y energía con el ambiente. 
Sistemas cerrados son aquellos en los que puede haber un intercambio de energía, 
pero no de materia. Finalmente, en los sistemas abiertos existen flujos de materia 
y energía con el entorno. Generalmente se admite que en la naturaleza no suelen 
darse las condiciones necesarias para la presencia de sistemas aislados s. s., si bien 
como veremos, ciertos suelos pueden tratarse como tales s. 1. 
En el siglo XIX, se propusieron los dos principios de la termodinámica 
basándose en el estudio de sistemas aislados. El primer principio es el de 
conservación de la energía, a cuya formalización contribuyen los trabajos ya 
clásicos de CLAUSIUS y JOULE. El segundo, trata del aumento de entropía hacia 
un estado atractor de equilibrio y es formulado por CLAUSIUS en 1865. Una 
interpretación microscópica y mecánico-estadística de este último fue 
propuesta por BOLTZMANN a finales del s. XIX. 
La producción de entropía en un sistema dado, debe cumplir la relación: 
dS= diS+ deS; 
siendo en cualquier situacióndiS > 0, donde dS es la variación temporal de 
entropía (más estrictamente dSjdt), deS es el intercambio de S entre el sistema 
y su entorno y diS es la producción interna de entropía del sistema debida a 
sus procesos irreversibles. Para sistemas aislados deS = 0, por lo que S aumenta de 
forma continua hasta que se estabiliza, con su valor máximo, en el estado de 
equilibrio. 
BOLTZMANN señala que la entropía es una medida del desorden molecular o 
microscópico de un sistema, siendo: S = K .log P; donde K es la constante uni-
versal de BOLTZMANN y P el número de posibles configuraciones o estructuras 
que pueden darse en un sistema sin que pierda su identidad. En el estado de 
equilibrio S (y por lo tanto P), alcanza su valor máximo. De este modo, el 
sistema se encuentra en su estado más probable, que es también el de máxima 
homogeneización o desorden. 
Para sistemas cerrados, la situación es la misma, salvo que en lugar de la 
entropía interesa determinar la energía libre (F): 
F=E-T.S 
donde E es la energía del sistema y T su temperatura. En este caso, la evolución 
del sistema hacia el estado de equilibrio termodinámico impone un descenso 
progresivo de F. La estructura de esta ecuación refleja la competencia entre E 
y S, siendo T la que determina sus influencias relativas. A bajas temperaturas, la 
SISTEMOLOGIA y TERMODINÁMICA EN EDAFOGENESIS. I 373 
energía libre es dominante, formándose estructuras ordenadas de baja entro-
pía. Por el contrario, al aumentar la temperatura, el sistema se desplaza hacia 
estructuras de entropía creciente, más caóticas. 
La termodinámica del equilibrio señala que la evolución de un sistema, 
hacia su estado de equilibrio, se encuentra caracterizada por el olvido progresivo 
de las condiciones iniciales (el pasado pierde importancia en la dinámica futura) 
y un continuo aumento de su entropía. 
Las primeras generalizaciones acerca de la termodinámica lineal fuera del 
equilibrio, para sistemas cerrados y abiertos, reciben el nombre de relaciones de 
reciprocidad (ONSAGER, 1931). Se considera región lineal, a aquella en la que se 
cumplen las leyes deterministas, es decir, cuando la evolución del sistema no 
sufre discontinuidades ni inestabilidades. La reacción de dicho sistema es propor-
cional a la intensidad de las fuerzas a la que es sometido y su futuro es predecible. 
De este modo, cuando el sistema es sometido a momentáneas perturbaciones 
ambientales, regresa siempre a la situación anterior, tras cesar dichas perturbacio-
nes (alteraciones reversibles en su dinámica). 
Con posterioridad, PRIGOGINE (1962) propone el Principio de la Mínima 
Producción de Entropía para sistemas abiertos cercanos al equilibrio termo-
dinámico: « La producción de entropía es una magnitud no negativa que 
decrece durante cualquier evolución y se hace constante y mínima en el estado 
estacionario ». Es decir, en estas situaciones, el sistema evoluciona hacia un estado 
estacionario caracterizado por la mínima producción de entropía, compatible 
con las ligaduras ambientales impuestas al sistema. En el estado estacionario, la 
invariancia frente al tiempo del estado de las variables macroscópicas que caracte-
rizan al sistema, así como de la entropía (dS=O), implican que deS= -diS=O. 
En otras palabras, la producción interna de entropía debida a procesos irre-
versibles se disipa constantemente al ambiente. Así pues, el mantenimiento del 
estado estacionario implica un incremento de entropía en el entorno del sistema, 
pero también, que esta transferencia es la mínima posible para unas condiciones 
ambientales determinadas. En este contexto, el estado de equilibrio correspon-
dería a un caso especial en el que las condiciones externas al sistema permiten 
que diS=O. De todo ello se deduce que cuando un sistema, abierto o cerrado, no 
puede alcanzar el estado de equilibrio, se adapta lo mejor posible, dirigiéndose 
hacia el estado estacionario más próximo al equilibrio (diS es la menor 
posible): el de la mínima actividad compatible con los flujos de materia y 
energía que lo alimentan. El Teorema de la Mínima Producción de 
Entropía implica también el olvido de las condiciones iniciales y que la respuesta 
del sistema a los cambios ambientales es predecible. 
A pesar de todos los esfuerzos, parecía imposible encontrar una generaliza-
ción del teorema de PRIGOGINE para sistemas en cuya evolución aparecen 
procesos de auto organización e incrementos de la complejidad (estructural y 
funcional) bruscos y no predecibles. En otras palabras, aunque los sistemas que 
evolucionan hacia el estado estacionario son mucho más frecuentes en la natura-
leza que los que lo hacen hacia el estado de equilibrio, tampoco pueden explicar 
toda la variedad de comportamientos descubiertos. 
Investigaciones posteriores (GLANDSDORFF & PRIGOGINE, 1971 Y PRIGO-
GINE, 1972) demostraban que al aumentar la distancia respecto al estado de equili-
brio, el teorema de PRIGOGINE no puede garantizar la estabilidad del estado 
estacionario. De este modo, en cierto tipo de sistemas, generalmente muy abiertos 
374 J. J. IBÁÑEZ, R. JIMÉNEZ-BALLESTA y A. GARCIA ALVAREZ 
a los flujos externos, aparecen umbrales a partir de los cuales el sistema se hace 
inestable (rama no lineal de la termodinámica). La Termodinámica no lineal 
lejos del equilibrio prevé que en ciertos sistemas, un cambio de las condiciones 
ambientales o en su funcionamiento interno, pueden producir transformaciones 
cualitativas y cuantitativas, profundas y estables. Surge entonces un proceso de 
auto organización (estructuras disipativas) cuyo mantenimiento requiere de un 
aporte constante de materia y/o energía, ya que soporta procesos de disipación 
entrópica permanentes. Más aún, el olvido de las condiciones iniciales deja 
de ser una condición general y la evolución del sistema puede ser condicionada 
por su historia. Al tipo de orden generado se le denomina «Orden por 
Fluctuaciones ». La aplicación de este régimen termodinámico al proceso de 
edafogénesis será tratado en un artículo posterior. Un esquema de todos los 
aspectos teóricos tratados hasta aquí aparece resumido en la tabla 1. 
11. - EL SUELO COMO SISTEMA TERMODINAMICO 
A partir de la formulación de la ecuación de los factores de estado 
(JENNY, 1941), numerosos edafólogos se han interesado por una aproximación 
sistemológica y termodinámica a la edafogénesis, partiendo de planteamientos 
distintos (SIMONSON, 1959 y 1968; CUNE, 1961; RODE, 1961; CHESWORTH, 1973, 
1976a y b, 1980; RUNGE, 1973; YAALON, 1975; HUGGETT, 1975 y 1976, etc.). Sin 
embargo, muchos de estos trabajos carecen de un tratamiento termodinámico 
adecuado (SMECK et al., 1983). 
El suelo es un sistema abierto que intercambia materia y energía a través 
de sus fronteras. Operativamente, aunque siempre de modo arbitrario, puede 
dividirse también en una serie de subsistemas susceptibles de tratamiento sistémico. 
Así mismo, la edafogénesis puede analizarse desde distintos puntos de vista, 
según las preferencias de los especialistas. En este artículo, se han considerado 
los procesos de alteración y horizonación, así como las relaciones de los 
suelos con clima y geomorfología. 
111. - DINAMICA DE LA ENTROPIA, 
HORIZONACION y PROCESOS DE ALTERACION 
Según SIMONSON (1959), los cambios que sufre un suelo durante su evolu-
ción son una función de las adiciones, extracciones, transformaciones y transfe-
rencias de materiales dentro del sistema. SMECK et al., (1983) señalan que el proceso 
edafogenético de horizonación (equivalente a un incremento de organización 
morfológica) puede identificarse como un descenso en la entropía del sistema, 
debido a que su flujo hacia el ambiente es mayor que el que producen los procesos 
irreversibles internos. En nuestra opinión, la producción de entropía en los 
procesos irreversibles debe relacionarse con' el ataque a las reservas de minerales 
primarios alterables y a la formación de productos en equilibrio metaestable 
dentro de la edafosfera. Para que elproceso de horizonación progresiva sea una 
realidad, es necesario que todas aquellas condiciones, procesos y factores, internos 
o externos, que induzcan la anisotropía macromorfológica - heterogeneidad, 
horizonación - posean mayor intensidad que los que tienden a generar su 
TAB. 1. - Síntesis de las propiedades termodinámicas de diferentes tipos de sistemas. Para más información leer el texto y las 
monografias de PRIGOGINE & STENGERS (1983), PRIGOGINE (1983) Y WAGENSBERG (1985). 
Syntheses of the thermodynamic characteristics of different types of systems. For more information see the text along with the monographs 
by PRlGOGINE & STENGERS (1983), PRIGOGINE (1983) and WAGENSBERG (1985). 
Relación 
Tipos Dominio Leyes y principios con referencia Algunas Dominio 
de sistemas termodinámico termodinámicos al estado inicial propiedades paradigmático 
Sistemas Lineal en 2° principio Evolución Determinismo 
aislados el equilibrio de la irreversible 
termodinámica hacia el caos 
y la desorganización 
Sistemas cerrados Lineal cerca Principio Olvido Los cambios producidos 
del equilibrio de la de las condiciones en la evolución 
(Dominio de las mínima producción iniciales son proporcionales 
relaciones de Onsager) de entropía a las fuerzas 
ejercidas 
Lineal lejos Orden por sobre el sistema 
del equilibrio fluctuaciones Ligada a las 
(estructuras condiciones Autoorganización. 
disipa ti vas) iniciales Incremento 
de la complejidad. 
Evolución con 
discontinuidades e 
inestabilidades 
Sistemas abiertos No lineal, Indeterminismo 
lejos del equilibrio 
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VI 
376 J. J. IBÁÑEZ, R. JIMÉNEZ-BALLESTA y A. GARCIA ALVAREZ 
isatrapía homogeneidad, haploidización (JOHNSON & WATSON-
STENGER, 1987). 
En otras palabras, tanto los factores ambientales como la dinámica interna, 
pueden conducir al suelo hacia estados de mayor o menor entropía_ 
Si bien numerosas rutas edafogenéticas pueden ser tratadas en el contexto de 
la termodinámica no lineal lejos del equilibrio, en ciertos casos, como el de los 
Oxisoles, el estado de equilibrio debe ser considerado. 
IV. - ESTADO DE EQUILIBRIO, 
RELACIONES DE RECIPROCIDAD Y SUELOS 
Cuando se estudia el comportamiento termodinámico de sistemas naturales 
complejos, una clasificación de los sistemas como aislados, cerrados y abiertos 
(o el dominio de validez de las distintas regiones termodinámicas: en el equilibrio, 
cerca del equilibrio, lineal lejos del equilibrio y no lineal lejos del equilibrio) pueden 
ser « prudentemente» abordadas en términos relativos. Seguidamente considerare-
mos el caso de los Oxisoles. 
Los Oxisoles se asocian generalmente a superficies geomorfológicas muy 
antiguas y estables (o sedimentos derivados de ellas), que bajo climas tropicales 
húmedos o ecuatoriales poseen una alteración capaz de extraer casi todos los 
productos de meteorización solubles (VAN W AMBEKE el al., 1983). Estos suelos 
son pues el resultado de la concentración de arcillas caoliníticas, cuarzo y 
sesquióxidos de hierro y aluminio (YOUNG, 1976). En algunos casos, los procesos 
de alteración sobre ciertas rocas, pueden terminar por eliminar toda la sílice, 
dejando un residuo de sesquióxidos cristalinos y/o amorfos - Ferralitas o Alitas, 
de la clasificación francesa (DUCHAUFOUR, 1977) -. La secuencia de alteración 
en estos ambientes sería fersialización -+ ferruginización -+ ferralización 
(DUCHAliFOUR, 1977). Se trata de una hidrólisis total en medio neutro o poco 
ácido y exento de compuestos orgánicos, que produce la liberación de la 
mayoría de los constituyentes de los minerales alterables. Paralelamente, en los 
estadios finales, el suelo sufre un proceso de haploidización de sus horizontes y 
pérdida de la estructura macromorfológica. 
Por otro lado, VAN W AMBEKE el al. (1983) señalan que el horizonte óxico 
es uno de los pocos cuyos materiales pueden retener las propiedades de diagnós-
tico, aún cuando estos hallan sido movilizados por la erosión y depositados 
en otro lugar tras su transporte. Así pues, desde un enfoque termodinámico, 
los Oxisoles muy alterados presentan los siguientes aspectos de interés: 
1. El agotamiento de las reservas minerales alterables - o lo que es lo mismo, 
de la energm libre - imposibilita, en gran medida, las reacciones químicas 
necesarias para continuar los procesos edafogenéticos. 
2. El proceso de haploidización - pérdida de las estructuras macromorfo-
lógicas - induce a una progresiva isotropía u homogeneización de los 
pedones (aunque no necesariamente a escala de microagregados). Se trata pues de 
un incremento de la entropía estructural del sistema. 
3. La disminución de la diversidad mineralógica, según transcurre el 
proceso de edafogénesis, tiene como resultado final la formación de unos pocos 
minerales en balance metaestable con el ambiente (o lo que es lo mismo de baja 
SISTEMOLOGIA y TERMODINÁMICA EN EDAFOGENESIS. I 377 
energía libre). En otras palabras, también a nivel mineralógico, se genera un 
incremento de entropía y un descenso de F. 
4. Los mecanismos de erosión y transporte apenas afectan a los procesos 
de edafogénesis y horizonación de los sedimentos en los nuevos lugares de 
depósito, a pesar de los insumos de energía que representan. Desde un punto 
de vista termodinámico, este hecho puede interpretarse como un acercamiento 
paulatino al estado de equilibrio termodinámico y, en consecuencia, como la 
progresiva pérdida de posibilidades para una futura evolución neguentrópica 
(procesos de auto organización) que responda a cambios ambientales no porta-
dores de energía libre a los procesos edafogenéticos. 
La constatación de un incremento progresivo de la entropía estructural 
de los suelos, al sobrepasarse un determinado umbral en el estado de la alteración 
de sus materiales constituyentes, puede realizarse utilizando el índice de 
entropía derivado de la teoría de la información (SHANNON & WEAVER, 1949), 
a nivel de especies mineralógicas, horizontes edáficos, etc. En otras palabras, 
el tránsito: Fersialización --+ Ferrugínización --+ Ferralización, o el que a 
menudo es equivalente: Alfisoles --+ Ultisoles --+ Oxisoles, conlleva un incremento 
de la entropía del sistema. Por lo tanto, los suelos progresan hacia un estado de 
equilibrio u otro estacionario tan próximo a aquel como sea posible. Esta 
interpretación contrasta con la opinión de otros autores como SMECK 
el al. (1983) cuando afirman que en la evolución de los suelos, se puede alcanzar 
un estado estacionario pero no el de equilibrio. En nuestra opinión, la interpreta-
ción termodinámica de los procesos edafogenéticos no puede ser tan simple. 
Probablemente las preguntas a contestar serían: ¿ pueden encuadrarse todos los 
procesos edafogenéticos en el dominio de una sola rama termodinámica o, a 
través del tiempo y según sean las condiciones externas o internas del sistema, 
pueden desplazarse entre varios dominios?; en el caso de que el sistema suelo 
evolucione hacia un estado est'lCionario ¿ que características tendría este ¿ las 
del principio de la mínima producción de entropía de PRIGOGINE, las que 
se dan lejos del equilibrio, o pueden propiciarse ambas situaciones según las 
circunstancias? . 
Las posibilidades de cambio de un Oxisol son tanto más reducidas cuanto 
mayor es su grado de alteración. Por lo tanto, en términos edafogenéticos, puede 
decirse que un Oxisol o bien se encuentra en el estado estacionario de PRIGOGINE 
o en el estado de equilibrio. Si se asocia la producción de entropía debida a 
los procesos irreversibles con la liberación de energía que sucede durante el 
proceso de alteración, es lógico pensar que cuando los minerales alterables se 
han agotado, no existe posibilidad de reanudar la dinámica edafogenética si no 
existe un nuevo flujo de materia menos meteorizada (fig. 1). 
Si se analizan los paisajes más frecuentemente ligados a los Oxisoles puede 
observarse que: 
l. Las superficiestecto-geomórficas prolongadamente estables no suelen 
recibir nuevos aportes de materiales, al margen de los exiguos insumos eólicos y 
fluviales de estos ambientes. En todo caso, si éstos últimos son insuficientes para 
reactivar la edafogénesis, se puede hablar de sistemas edafogenéticamente cerrados 
o cuasi-cerrados. En el caso contrario, el sistema estaría abierto y continuaría 
su evolución. 
SISTEMA EN LAS 
CONDICIONES INICIALES 
GRAN OISIPACtON 
OE ENTROPIA 
LEJOS OEL EQUILIBRIO 
REGION LINEAL 
ESTRUCTURAS 
OISIPATlVAS 
OISIPACION MINIMA 
OE ENTROPtA 
J 
ESTAOO ESTACIONARIO 
! 
MAXIMA ORGANIZACION y 
OlFERENCIACION MORFOLOGICA 
AUMENTO DE 
ENTROPIA 
HAPt.0I011ACION y 
DESORGANIZACION 
CONTROL AMBIENTAL 
MAYOR MENOR 
/ I 1 ESTACtOS ESTAC~ '--. 
lo 
REGION !lE ONSAGER 
GRAVE PEROIOA OE 
RESERVAS MINERALES 
APRQXIMACION AL EQUILIBRIO 
RELACIONES DE ONSAGER 
---- - _.~-
• 
AGOTAMIENTO DE 
RESERVAS MINERALES 
EQUILIBRIO 
TERMOOINAMlCO 
FIG. l. - Aspectos teóricos de termodinámica lineal en cdafogéncsis hacia oxisoles. El modelo representa una evolución idealizada suponiendo que no hay discontinuidades 
o inestabilidades debidas a cambios ambientales durante la edafogénesis (cambios climáticos, adición de nuevos materiales, etc.). La existencia de un estado estacionario 
lejos del equilibrio presupone que existe unintervalo de tiempo donde la mitxima anisotropa macromorfológica es alcanzada. Esta, puede ser mantenida hasta que se 
alcanza un cierto umbral en las reservas de minerales alterables. 
FIG. l. - Theorelical aspects o{ linear thermodynamics In pedogenesis toward, oxisols. 
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SISTEMOLOGIA y TERMODINÁMICA EN EDAFOGENESIS. 1 379 
2. Independientemente de la variación temporal de los cinturones climá-
ticos a escala planetaria, motivada por la dinámica de la tectónica de placas 
(ANGUITA, 1988), los Oxisoles aparecen preferentemente bajo climas cálidos y 
húmedos. Si se aplica la ecuación que describe el comportamiento termodiná-
mico lineal de los sistemas cerrados - F= E - T. S -, se deduce que la disminu-
ción de la energía libre es directamente proporcional al aumento de tempera-
tura. Así pues, cuando el balance hídrico es adecuado (sin déficits ni hidro-
morfía prolongados), los suelos evolucionan hacia el estado de equilibrio de 
forma directamente proporcional al aumento de temperatura, es decir, según nos 
acercamos a los trópicos húmedos y el ecuador. 
3. Las superficies geomorfológicas antiguas y estables suelen corresponder 
a fases seniles del ciclo davisiano de denudación continental. Se trata de relieves 
muy homogéneos, en donde los potenciales que estimulan los flujos de energía y 
materia están muy mermados. Estos paisajes parecen comportarse como sistemas 
aislados o cuasi-aislados, por lo que en ausencia de actividad tectónica tienden 
hacia el estado de equilibrio (homogeneización de las irregularidades del relieve: 
incremento de la entropía fisiográfica), si bien en su interior ciertas estructuras 
y procesos (subsistemas) pueden considerarse localmente alejadas de este 
(CHORLEY, 1962). 
4. La estabilidad de estas superficies y la antigüedad de sus materiales (algunas 
de edad cretácica; KING, 1950) sugieren que el flujo de energía gravitacional 
derivado de la tectónica .es despreciable. Por estas razones, el tiempo que necesita 
el suelo para alcanzar el estado de equilibrio, en una misma región climática, 
dependerá exclusivamente del tipo de substrato. Así pues, termodinámica-
mente, es más correcto hablar de un tiempo interno (distancia relativa al estado 
de equilibrio, que es estimable como un operador de la entropía) que del tiempo 
externo estimable en años o crones (PRIGOGINE & STENGERS, 1983 Y 
W AGENSBERG, 1985). 
V. - CONCLUSIONES 
El suelo es un sistema complejo constituido por diversos subsistemas con 
estructura y dinámica diferentes. De este modo, enfoques distintos (física, 
química, mineralogía, biología, etc.) pueden dar lugar a hipótesis, resulta-
dos y conclusiones diferentes. Así pues, el tratamiento termodinámico requiere 
de prudencia y elasticidad. Más que modelos concluyentes, la termodinámica 
ofrece a los edafólogos un marco donde actualizar y reorganizar antiguos concep-
tos sobre modelos físicos. De este modo, se potenciará un fructífero y 
heurístico flujo transdisciplinar de ideas con otras ramas del conocimiento que 
están adoptando este mismo enfoque. Desde este punto de vista, los autores 
opinan que el sistema suelo es capaz de alcanzar el estado de equilibrio o al menos 
otros estacionarios cercanos a el. Este hecho parece estar relacionado con el 
comportamiento termodinámico de las superficies geomorfológicas que les 
sirven de soporte. Como consecuencia de lo anterior, la duración de este proceso 
sólo es estimable a escala geológica, frecuentemente de mayor antigüedad 
que las derivas continentales que dieron lugar a la distribución actual de los 
continentes. 
380 J. J. IBÁÑEZ, R. JIMÉNEZ-BALLESTA y A. GARCIA ALVAREZ 
RESUMEN 
Tras realizar una breve revisión de los diferentes tipos de dominios termodinámicos, 
se plantea el problema de si ciertas rutas edafogenéticas pueden finalizar en el estado de 
equilibrio termodinámico. Los autores opinan que los Oxisoles alcanzan este estado o 
uno estacionario muy próximo. Este proceso parece estar directamente relacionado con 
el comportamiento termodinámico de las superficies geomorfológicas que los sustentan. 
Procesos de alteración, horizonación, clima y geomorfología, han sido las materias 
utilizadas en esta discusión. ! 
Systémologie et thermodynamique dans la pédogenese. 
l. Les sois et l'état d'équilibre thermodynamique. 
Une breve révision est faite dans différents domaines thermodynamiques, on se pose la 
question de savoir si certaines routes pédogénétiques peuvent déboucher sur un état d'équi-
libre thermodynamique. Les auteurs sont de l'avis que les oxisols atteignent cet état ou 
bien un état stationnaire tres voisin. Le processus semble directement relationner avec le 
comportement thermodynamique des surfaces géomorphologiques qui les soutiennent. Les 
matieres utilisées dans ce débat sont les procédés d'altération, l'horizonation, le climat et la 
géomorphologie. 
SUMMARY 
Systemology and thermodynamics in pedogenesis. 
l. Soils and state of thermodynamic equilibrium. 
Recent findings in the thermodynamics of systems very far from equilibrium have 
brought a revolution in certain scientific fields. Former deterministic views have given way 
to others in which order and chao s, chance and necessity, determinism and indeterminism, 
coexist. 
This article is the first in a series of two which deal with the application of thermodyna-
mic theories to the study of soil genesis. 
The soil is an open system that exchanges materials and energy through its boundaries. 
Pedogenesis can be analyzed [rom different points of view as wel!, according to each 
specialist's preference. In this article, processes of alteration and horizonation have been 
considered along with the relation of soils with climate and geomorphology. 
When the thermodynamic behaviour of complex natural system is studied, consideration 
of the typology of systems as isolated, closed or open (or the realm of validity of different 
therodynamic regimes) can be dealt with "wisely" in relative terms. 
The Oxisols are general!y associated with very old and tectonical!y stable geomorpholo-
gical surfaces (or sediments derived from them), which in humid tropical or equatorial 
climates undergo an alteration capable of extracting almost al! the soluble products of 
weathering. These surfaces usual!y correspond to senile phases of the davisian cycle of 
continental denudation. These landscapes are very homogeneous reliefs where the potentials 
stimulate fluxes of energy and materials are greatly diminished. In consequence,there exist 
a gradual movement towards thermodynamic equilibrium (then we can speak of closed 
systems: their evolution tends to eliminate the initial disequilibriums and, with a constant 
increase in entropy, take them to total disorganization and uniformization). Nevertheless, 
SISTEMOLOGIA y TERMODINÁMICA EN EDAFOGENESIS. 1 381 
the eulmination of this proeess may be eonsidered as an exeeption and is rare!y reaehed. 
On other hand, the most frequent event is that the erosion eycle is interrupted or opened 
repeatedly by teetonie movements whieh have their origin in the readjustments produeed by 
plate teetonies. This is why the system is generally moved towards a state far from equilibrium 
thermodynamies - dissipative struetures. Under these eireumstanees, the earth's erust aequires 
highly disparate morphologies (deerease of entropy) depending various environmental 
faetors. 
Thus, from a thermodynamic foeus, the highly altered Oxisols show the following 
interesting features: 
l. If the produetion of entropy due to irreversible processes is assoeiated with the 
liberation of energy wich oeeurs during the proeesses of alteration, then it is logical to 
expect that when alterable rninerals have been exhausted (only the products in metastable 
equilibrium remain), there would be no possibility of renewing the pcdogenetie dynamics if 
there were no new fluxes of less weathered materials - rieh in free energy -. If these are 
insufficient to reactivate in any case, then we can speak of closed systems (in pedogenetie 
terms). If the reverse were true, the systems would be open and would continue its evolution. 
2. The process of haploidization (soil horizons tend to gradually become indistinguisha-
ble, eulminating in a total or almost totalloss of maeromorphological structures) induces a 
progressive inerease in entropy of the pedons. 
3. The meehanisms of erosion and transport seareely affeet the proeesses of horizonation 
and pedogenesis of sediments in new deposit sites, in spite of the energy inputs they represent. 
In other words, the sequenee fersialitization --+ ferruginization --+ ferralitization, or 
what is sometimes equivalent, Alfisols --+ Ultisols --+ Oxisols, involves an increase in entropy 
of the soil system, or what is the same thing, evolution towards disorganization and chaos. 
Therefore, the pedons advanee towards a state of equilibrium (equilibrium struetures) or 
towards a steady state as close to equilibrium as possible (quasi-equilibrium structures). 
The authors reach the conclusion that there exist a close relationship between the 
thermodynamic evolution of the earth's crust and that of soils covering it. Therefore, both 
the geomorphological surfaees and the pedosphere may behave temporality as closed or 
open systems, approaehing equilibrium or distaneing themse!ves from it, all as a funetion 
of dinamism of the earth's crust. 
In thermodynamie terms, we could speak of an internal time (state in whieh the system 
is with respeet to the state of equilibrium) and external time that can be measured by mano 
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