Pedologia e Chimica del Suolo: composizione, formazione e proprietà

Pedosfera e Composizione del Suolo

PEDOSFERA è la zona della superficie terrestre in cui idro-atmo-biosfera interagiscono tra loro scambiando energia e materia. COMPOSIZIONE DEL SUOLO: 45% minerali, 5% sostanza variabile organica, 50% pori che permettono scambi gassosi tramite macropori e la trattenuta di acqua tramite i micropori. Minerali: roccia madre, quarzo, feldspati, carbonato di calcio ... Sostanza organica viene trasformata (degradata) in HUMUS, deriva da residui di piante (vegetali) e animali. (Ha velocità diverse di decomposizione). Nel suolo sono presenti microrganismi che aiutano a degradare/elaborare la sostanza organica. Il suolo è la base della vita degli ecosistemi viventi e non viventi. Oligocheti rimescolano e omogeneizzano il suolo. Tra questi ci sono i lombrichi. I lombrichi sono capaci di ingerire annualmente fino a 900 quintali di suolo per ettaro. Il materiale organico subisce parziale decomposizione enzimatica. Le deiezioni dei lombrichi contribuiscono ad aumentare la fertilità del suolo perché hanno una composizione simile all'humus Capacità di scambio cationico: somma delle basi scambiabili (Mg, K, Ca, Na) Tasso di saturazione basica: basi scambiabili /CSC

Domande d'Esame

1. legge di Jenny: Il suolo, la sua formazione e sviluppo è dovuto dall'interazione di fattori esterni o pedogenici come: flora, fauna, matrice litologica, l'intervento dell'uomo, il tempo, clima e il rilievo. L'equazione di jenny: S = f (cl, r, t, o, u, p).
   • F: suolo (clima, organismi, topografia, roccia madre e terreno);
   • Cl: clima ambientale, precipitazioni e temperatura (taiga ,tundra, deserto, foresta tropicale);
   • R: rilievo (incluse le caratteristiche idrologiche come la falda freatica e l'altitudine). I suoli posti in zona sommitale sono ben drenati e danno una modesta profondità e sostanza organica. Invece i suoli lungo il versante (pendenza) hanno erosione che è proporzionale alla loro pendenza e quindi l'acqua trascina via i nutrienti. I suoli alla base sono profondi perché ricevono molto materiale, inoltre sono molto fertili.
   • O: entità biotiche la flora e la fauna;
   • U: interazione dell'uomo;
   • P: matrice litologica (aspetti chimici e fisici);
   • T: il tempo, età del suolo (tempo assoluto di formazione). Il suolo si forma normalmente ad un tasso medio di 1 mm ogni 200-400 anni. Un profilo di suolo si sviluppa in tempi molto lunghi per gli esseri umani ma relativamente brevi per il pianeta (2000-10000 anni). Globalmente i suoli agricoli sono persi fino a 40 volte più in fretta rispetto al loro tempo di ripristino naturale. Globalmente la perdita di suolo è di 6 mln di ha/anno su una base approssimativa di 1200 mln di ha.
2. Composizione della struttura silicati e non silicati: I Silicati: Il silicio si dispone in tetraedri, legandosi con 4 O2, o in ottaedri, legandosi a 8 ossigeni. In base a quanti ne condividono, vanno a formare:
   • Caolinite: è un argilla di tipo 1:1 con csc di 3-15 meq/100gr. Lo scambio di acqua avviene solo sulla superficie esterna. I terreni ricchi di carbonite sono terreni forti per esempio i terreni tropicali;
   • Montmorillonite: è un'argilla di tipo 2:1 con csc molto alta 70-150 meq/100gr. È costituita da due strati tetraedrici esterni e uno ottaedro in mezzo. L'acqua penetra nei "pacchetti" e l'argilla diventa riserva di cationi. La sostituzione isomorfo e a carico dell'ottaedro.
   • Vermiculite: è un'argilla di tipo 2:1 ehm e le sostituzioni isomorfe avvengono a carico del tetraedro. La Mica è un'argilla madre di tante argille. L'argilla può subire fratture. La Mica ha una csc molto bassa per la presenza di cationi K fissati negli interstrati;
   • Illite: è un'argilla di tipo 2:1 costituita da due strati esterni tetraedrici e uno centrale ottaedrico. Può derivare dalla Mica. Ha una csc molto bassa 10-40 meq/100gr;
   • Clorite: e un'argilla di tipo 2:1:1 e può derivare dalla Mica. Ha una csc bassa di 10-40 meq/100gr e sono presenti strati gibsittici o brucitici;
   • Allofane: è un argilla tipica dei terreni vulcanici. I tetraedri sono difettosi. Csc molto alta 100 meq/100gr. Sono terreni molto fertili e l'acqua penetra nella struttura e viene trattenuta.
   I Tectosilicati: sono silicati caratterizzati da una struttura di tetraedri legati ai vertici. Es.ortoclasio. I NON Silicati: I non silicati sono minerali che non contengono silicio e comprendono:
   • Carbonati: il calcio cristallizza come calcite e aragonite. I carbonati sono costituenti fondamentali di numerose rocce. La dolomite è un carbonato doppio di calcio e magnesio ed è poco diffusa e solubile.
   • Solfati: In condizioni ossidative lo zolfo può essere presente sotto forma di sostanza organica o come solfato. I minerali sono gesso o anidrite.
   • Solfuri: sono presenti in terreni con condizioni riduttive, lo zolfo è presente come solfuro. (minerale pirite);
   • Fosfati: Se il terreno è acido il fosforo precipita come fosfato di Fe o Al. Se il terreno è basico precipita come fosfato tricalcico. Il fosforo è poco solubile;
   • Alogenuri: salgemma, silvite e fluorite (dovute alla deposizione salina) solo le entità mineralogiche più importanti;
   • Ossidi: di Fe, Mn, Al e Si(ossido di silicio è il quarzo): Il ferro (solubile fino a pH 3), può essere bivalente in condizioni riduttive (Fe2+) che partecipa ai processi di neogenesi che può formare i fillosilicati. In presenza di acidi organici il ferro viene complessato formando i chelati. Poi troviamo il ferro trivalente (Fe3+) in condizioni ossidative (pH>3), questo si lega all'OH dell'acqua e forma ossidi e idrossidi di ferro. Il manganese, nei tre stati di ossidazione Mn2+,Mn3+,Mn4+, è stabile fino a pH 7.5-8 poi precipita come ossido. Si presentano nel suolo come laccature, noduli o concrezioni di colore nero bluastro.I noduli sono presenti nell'orizzonte B.L'alluminio, bivalente. È solubile fino a pH 5 poi precipita e diventa idrossido di alluminio. Se il ph è 5 l'alluminio diventa solubile ed esce dalle argille perché va in soluzione (tossico x piante), poi si lega al fosforo e lo fa precipitare. Bisogna correggere la reazione con la calce così ripristina le argille. Silicio, SiO2 cristalli di quarzo, solubile a pH neutro 7, questo ha un comportamento opposto da Fe e Al, precipita in ambienti acidi e diventa Si(OH)4, è solubile come ortofosfato.
3. Come si formano le argille nei suoli , 2 modi: L'argilla deriva dalla roccia madre = Mica, le argille si formano in 2 processi:
   • Processo di trasformazione dei fillosilicati, avviene per allontanamento di K+ dagli interstrati della mica. La diffusione del potassio provoca l'idratazione della mica che nel lungo tempo diventa ILLITE, e man mano che il potassio diminuisce va a formare la Vermiculite e la Montmorillonite;
   • Reazione dell'acido ortosilicico: si aggiunge l'acido ortosilicico che si lega all'idrossido di Al con l'eliminazione dell'acqua e questo andrà a favorire la genesi dei minerali argillosi.
4. Come viene disgregata la roccia madre e la composizione come viene trasformata dal punto di vista chimico: I processi di alterazione, si dividono in:
   • FISICI: portano alla disgregazione del materiale roccioso, senza variarne la composizione chimica;
   • CHIMICI: causano una variazione della struttura e dell'associazione ionica del minerale.
   I processi di disgregazione e di alterazione avvengono assieme e di conseguenza, risulta impossibile separarne gli effetti. Nei climi di tipo arido, prevalgono i processi di disgregazione mentre, nei climi di tipo umido, prevalgono quelli di decomposizione. Disgregazione: si verifica quando, all'interno delle rocce, si formano delle tensioni che vanno a provocare una perdita di coesione, frantumazione e un aumento della superficie. Generalmente è provocata da fattori quali:
   • L'acqua: tramite il suo ruscellamento, provoca asportazione di materiale roccioso. Questo fenomeno è tanto più intenso, quanto più intensa è la velocità dell'acqua. Un altro fattore non trascurabile dell'acqua, è il suo potere solvente. Una volta ghiacciata dentro le fessure, l'acqua è in grado di esercitare una forza tale da spaccare la massa rocciosa.
   • Cristallizzazione: è la cristallizzazione dei Sali, i quali portano a un riempimento delle cavità, provocando una spinta disgregazione della massa rocciosa.
   • Ghiacciai: essendo delle enormi masse in movimento, consumano le superfici rocciose, accumulando i detriti in enormi formazioni moreniche. L'azione erosiva è maggiore nel fondo del versante in quanto, la pressione esercitata è nettamente maggiore.

Fattori di Disgregazione

• Irraggiamento solare: causa una variazione di temperatura con conseguente disgregazione (termoclastismo). Questo tipo di fenomeno, interessa in particolare gli strati superficiali i quali tendono a sgretolarsi e desquamarsi.
• Vento: l'aria in movimento provoca l'asportazione di materiale (deflazione). Inoltre, le particelle di roccia trasportate dal vento, provocano un'azione abrasiva sulle varie formazioni rocciose circostanti (corrosione). Questi fenomeni sono molto accentuati in aree desertiche o regioni caratterizzate da clima arido.[LOESS: sono dei depositi di particelle fine depositate dopo l'ultima glaciazione, con uno spessore superiore ai 300m.]
• Azione entità biotiche: l'insediamento di licheni e muschi, provoca fenomeni di disgregazione e di decomposizione. Ciò apre la strada all'insediamento di specie di vegetali colonizzatori (ginestra, fico d'india ecc ... ) i quali con le loro radici penetrano all'interno della roccia provocando fenomeni di frantumazione e amminutamento.

Processi di Decomposizione

Decomposizione: è un insieme di reazioni che portano alla modificazione delle associazioni cristalline e alla trasformazione delle associazioni ioniche dei minerali presenti. La velocità di decomposizione aumenta all'aumentare della disgregazione e di conseguenza all'aumentare della superficie di contatto fra i costituenti della roccia e gli agenti di alterazione. La decomposizione è influenzata da reazioni di:

• Idratazione e disidratazione: l'acqua, reagendo con l'anidrite, mi dà come prodotto il gesso, questa reazione comporta un aumento di volume, comportando la disgregazione fisica della roccia. Mentre reagendo con la nitrire (rossastri per la presenza di ematite) genera goethiti;
• Idrolisi: In particolare, l'H2O, reagisce con i silicati e gli alluminosilicati (dando come prodotto minerali argillosi e cationi);
• Ossidazione: è una reazione che si produce spontaneamente al di sopra della zona di saturazione idrica permanente. Al di sotto di questa soglia, ci sono condizioni riducenti. (ossigeno svolge attività ossidante);
• Chelazione: Reazioni di formazione di complessi tra acidi organici e metalli, velocizzando i processi di disgregazione. È un metodo per il terreno di trattenere il ferro;
• Scambio ionico: è l'alterazione provocata dallo scambio di ioni fra minerali e soluzioni acquose, tramite l'idratazione;
• Solubilizzazione: queste reazioni, portano in soluzione i vari sali solubili come ad esempio, il cloruro di sodio e carbonato di calcio. Un esempio, è la carbonatazione;
• Acidolisi: è operata da ioni H+, è molto più intensa rispetto alle reazioni di idrolisi. Questi protoni H+, derivano dall'acido carbonico debole H2CO3 il quale, a sua volta deriva dalla reazione dell'acqua con la CO2 ma anche dalla dissociazione degli acidi organici e inorganici;
• Redox: vengono colpiti principalmente i minerali che contengono Ferro, manganese o zolfo. Questi minerali, vengono disgregati e decomposti in presenza di aria e acqua. La variazione di carica favorisce l'allontanamento dei cationi dal reticolo, indebolendo la struttura cristallina. Questo porta a fenomeni quali il weathering.

I principali agenti della decomposizione: acqua, ossigeno, anidride carbonica e ioni H+.