Microscopic and tomographic studies for interpreting the genesis of desert varnish and the vesicular horizon of desert soils in Mongolia and the USA

espanolEl articulo analiza la composicion y microestructura del Horizonte vesicular Av (Aye), que consiste en la corteza superficial diagnostica y el barniz del desierto (laca) de suelos, formados sobre diferentes rocas madres y llanuras fanaluvial y antigua en condiciones extremadamente aridas de Asia Central (Transaltai Gobi, Mongolia) y America del Norte (Mojave, Estados Unidos). Se aplico una amplia gama de metodos. Entre ellos, descripciones morfologicas y micromorfologicas, microscopia electronica de exploracion, analisis electronico de microsondas y microtomografia, y tambien los metodos fisicos y quimicos tradicionales. Los datos mostraron que laca del desierto (barniz del desierto) tiene la misma composicion y la relacion relativa de los elementos (Fe/Ti y Mn/Ba) independientemente de la composicion inicial de las rocas madres y de la ubicacion geografica de las regiones estudiadas. Las propiedades hidrofisicas especificas del horizonte cortical superficial, sobre todo su baja permeabilidad al agua, pueden explicarse debido al dominio absoluto de los poros cerrados (vesiculares) aislados identificados por la micromorfologia y confirmados por la microtomografia. Explicamos el proceso de formacion de suelos -formacion conjunta de la corteza ligera, superficial y vesicular y tambien la laca oscura del desierto (barniz del desierto)- como un mecanismo hidrofisico- biogeoquimico causante de un aumento de la actividad microbiologica y procesos fisico-quimicos despues de las lluvias raras y fuertes en temporada calurosa. La evidencia de este fenomeno radica en la evolucion de las zonas empobrecidas de hierro alrededor de los poros. Al mismo tiempo, Mn2+ esta sujeto a la movilizacion en el horizonte de la corteza y luego se mueve hacia arriba a la superficie con flujos de humedad capilar y de pelicula contra el gradiente gravitacional seguido de la fijacion en la barrera de oxigeno. La recuperacion de sulfatos (sulfatreduccion) se confirma indirectamente mediante la movilizacion de Ba2+, que se encuentra inmovil en la presencia de sulfatos. Estos elementos (Mn y Ba) se acumulan en la parte inferior de las peliculas de doble capa, las cuales estan en los microcavidades sobre los lados superiores de los fragmentos de roca del puente desertico en las areas investigadas. Las peliculas sobre los lados inferiores y la parte superior de los fragmentos de roca, estan enriquecidas con Fe y Ti y, por lo tanto, adquieren colores rojizos. Sugerimos llamar a este proceso ‘criptosolodizacion’, a pesar de su caracter a corto plazo(explosivo). Incluye 5 etapas: (1) recuperacion de Fe, Mn y sulfatos con la movilizacion de Ba2+ de BaSO4 , (2) deposicion de FeS y migracion de Ba2+ y Mn2+ a la superficie de la roca, (3) coprecipitacion de Ba y Mn en la barrera combinada de oxigeno-sorcion, (4) oxidacion S2- a SO4 2- con la movilizacion de Ti2+ de TiO2 y (5) la oxidacion Ti2+ y Fe2+ y su coprecipitacion en forma de oxidos/hidroxidos TiO2 y Fe(OH)3. EnglishThe composition and microfabric of the Av diagnostic surface horizon (crust) and desert varnish of soils formed on various parent materials covering ancient alluvial fans in extremely arid deserts of Central Asia (Trans-Altai Gobi, Mongolia) and North America (Mojave, USA) are analysed. Application of a wide range of methods—morphological and micromorphological descriptions, scanning electron microscopy, electron microprobe analysis and microtomography, together with traditional physicochemical methods— has shown that desert varnish retains the same composition and relative contents of elements (Fe/Ti and Mn/Ba) independently from the initial composition of parent materials and geographical location of the studied regions. The absolute dominance of isolated closed (vesicular) pores, identified by micromorphology and confirmed by microtomography, can account for specific hydrophysical properties of the crust horizon; that is, low water-holding capacity and permeability. We explain both phenomena of desert pedogenesis—light-coloured crust horizon and dark-coloured desert varnish—the burst of microbiological activity and physicochemical processes after rare but heavy showers during the hot season. The development of iron-depleted zones around pores is considered the evidence of that phenomenon. Consequently, we propose that Mn2+ undergoes mobilization within the crust horizon, followed by its upward migration with capillary and film moisture flows, against the gravity gradient to the surface of desert pavement with its subsequent fixation at the oxygen barrier. The processes of sulphate reduction are indirectly confirmed by the mobilization of Ba2+, which is immobile in the presence of sulphates. These elements (Mn and Ba) accumulate within the lower part of two-layer films. These films are located in microcavities on the upper sides of rock fragments of desert pavements in the studied regions. Films on lower sides of rock fragments and the upper part of those two-layered films are enriched in Fe and Ti, and therefore acquire reddish-brownish colours. Despite its transitory character, the process, which we suggest to call ‘cryptosolodization’, includes five stages: (1) Fe, Mn and sulphate reduction with mobilization of Ba2+ from BaSO4, (2) precipitation of FeS and migration of Ba2+ and Mn2+ to the stone surface, (3) coprecipitation of Ba and Mn at a combined oxygen-sorption barrier, (4) oxidation of S2- to SO4 2- with mobilization of Ti2+ from TiO2 and (5) oxidation of Ti2+ and Fe2+ and their coprecipitation in the form of oxides/ hydroxides TiO2 and Fe(OH)3.