Micromorphological characteristics reflecting soil-forming processes during Albeluvisol development in S Norway

This paper presents micromorphological observations of the only two Albeluvisol chronosequences to have been reported in the international literature so far. These observations are combined with existing profile morphological and soil chemical data in order to identify the major processes involved in the development of Albeluvisols. The study area is located in the counties Vestfold and Østfold on the western and eastern sides of the Oslofjord, S Norway. The region is characterized by continuous glacio-isostatic uplift over the Holocene, and hence the age of the land surface increases continuously from the beach towards the higher elevations. Twelve soil pits in loamy marine sediments were investigated, six each in Vestfold and Østfold; in addition, three samples of fresh sediments were taken from the shoreline. Results of this study suggest that as soon as the land surface is raised above sea level, drainage of the coarse pores and aeration of the upper part of the young soils leads to five major processes: i) development of deep desiccation cracks, forming a polygonal pattern; ii) compaction, taking place as soon as the land surface reaches an elevation above sea level that leads to drainage of the coarse pores; iii) pyrite oxidation, releasing sulfuric acid; iv) rapid decarbonatization of the originally calcareous sediments through carbonate dissolution by acids from pyrite and iron oxidation; v) precipitation of iron hypocoatings and coatings in the capillary fringe The next morphological change, also taking place within less than 2.1 ka, is horizon differentiation into Ah, Eg and Btg horizons due to the limited water permeability of the fine-textured sediments. Eg horizons, for example, become lighter in colour with time. The process leading to the next morphological change in the soil profiles is clay illuviation, which is also already present in the 2.1 ka-old soil. Soil pH in the upper part of the E horizon of this soil is already too low for significant clay mobilization. Clay illuviation is still active in all soils studied, but the upper boundary of the clay mobilization zone is at 20-50 cm depth. Progressive clay illuviation is recorded by the increasing thickness of clay coatings and proportion of voids having clay coatings. Clay mobilization and iron co-eluviation in the upper parts of the Eg horizons cease within less than 2.1 ka, whereas weathering and formation of clay minerals and iron oxides continue, leading to formation of a BE horizon in the upper part of the Eg horizon. Albeluvic tongues start to form after 4.6-6.2 ka. They develop preferably along the desiccation cracks. Albeluvic material is washed into the cracks, and enhanced leaching of bases and clay eluviation takes place in the cracks. As both processes proceed, the albeluvic tongues get longer and wider. Clayey intercalations occur in the Stagnic Albeluvisols of the sequence, and the following concept is suggested to explain their genesis: after snow melt or a rainy period infiltrating water arrives at the lower end of an albeluvic tongue, the tongue fills up with water, and perched water also accumulates on top of the dense Btg horizon. Water, carrying suspended clay, penetrates under pressure from the tongue into the Btg horizon, where additional clay is mobilized. The clay settles when the velocity of the water decreases, forming clayey intercalations in the dense matrix of the Btg horizon.Este trabajo presenta las observaciones micromorfológicas de las dos únicas cronosecuencias de Albeluvisoles recogidas en la bibliografía internacional hasta el momento. Estas observaciones se combinan con datos previos de morfología y propiedades químicas de los perfiles con el fin de identificar los procesos más importantes que han tenido lugar durante su desarrollo. La zona de estudio está localizada en los condados de Vestfold y Østfold, al oeste y este del Oslofjord (S Noruega), y ha estado sujeta a un levantamiento glacio-isostático continuo a lo largo del Holoceno. En consecuencia, la superficie del terreno es cada vez más antigua desde las zonas de playa hacia las áreas más elevadas. Se investigaron doce suelos sobre sedimentos marinos de textura franca, seis de ellos en Vestfold y otros seis en Østfold. Además se tomaron tres muestras de sedimentos frescos en la línea de costa. Los resultados de este estudio sugieren que, en cuanto la superficie del terreno se eleva por encima del nivel del mar, el drenaje de los poros más gruesos y la aireación de la parte superior de los suelos jóvenes da lugar a cinco procesos principales: i) el desarrollo de grietas poligonales con fuerte desecación; ii) una compactación, producida cuando la superficie del terreno alcanza una determinada elevación por encima del nivel del mar que causa el drenaje de los poros más gruesos; iii) la oxidación de pirita, que produce ácido sulfúrico; iv) una rápida decarbonatación de los sedimentos carbonatados originales a través de la disolución de carbonato por los ácidos producidos a partir de la oxidación de pirita y hierro; v) la precipitación de revestimientos e hiporrevestimientos de hierro en la franja capilar. El siguiente cambio morfológico, que se produce también en menos de 2,1 ka, es la diferenciación de horizontes de tipo Ah, Eg y Btg debido a la limitada permeabilidad hidráulica de los sedimentos de textura fina. Los horizontes Eg adquieren un color más claro con el tiempo. El proceso que da lugar al siguiente cambio morfológico en los perfiles de suelo es la iluviación de arcilla, también observada en el suelo que tiene 2,1 ka. En este suelo, el pH en la parte más superficial del horizonte E es todavía demasiado bajo para que se produzca una significativa movilización de arcilla. La iluviación de arcilla todavía se produce en todos los suelos estudiados pero el límite superior de la zona de movilización de arcilla se encuentra a una profundidad entre 20 y 50 cm. La progresiva iluviación de arcilla se refleja en un aumento del espesor de los revestimientos de arcilla y de la proporción de poros con revestimientos de arcilla. La movilización de arcilla y la co-eluviación de hierro en las partes más superficiales de los horizontes Eg cesa en suelos con menos de 2,1 ka, mientras que la meteorización y formación de minerales de la arcilla y óxidos de hierro continúa, dando lugar a la formación de un horizonte BE en la parte más superficial del horizonte Eg. Las lenguas albelúvicas aparecen tras 4,6-6,2 ka y se desarrollan preferentemente a lo largo de las grietas de desecación. El material albelúvico se lava hacia las grietas y en ellas se produce un aumento de lavado de bases y la eluviación de la arcilla. A medida que ambos procesos progresan, las lenguas albelúvicas se hacen más largas y anchas. Las intercalaciones arcillosas se producen en el Albeluvisol Estágnico de la secuencia. La génesis propuesta es la siguiente: cuando tras el deshielo o algún periodo húmedo, el agua que se va infiltrando alcanza la parte inferior de una lengua albelúvica, la lengua se llena de agua y el agua colgada se acumula también sobre la parte superior del horizonte Btg denso. El agua, cargada de arcilla en suspensión, penetra bajo presión desde la lengua en el horizonte Btg, donde se produce una movilización adicional de arcilla. La arcilla se va acumulando cuando la velocidad del agua disminuye, formando intercalaciones arcillosas en la matriz densa del horizonte Btg