Geochimica- Parte 3

Mar Rosso e suolo

A differenza del caso precedente le due coste sono uguali, si tratta di una spaccatura vera e propria profonda fino a 2900 m, che al centro arriva quasi fino alla Moho, tant’è che in profondità si trovano rocce basaltiche: non è una placca ad essere sprofondata, come nel Golfo Persico, ma una frattura tettonica recente.

Ha un clima simile a quello del Golfo Persico; dal lato dell’Arabia Saudita ha una situazione sabbiosa e nel mare c’è molta circolazione di acqua, ambiente ossigenato. Abbiamo organismi costruttori.

C’è un punto al centro del Mar Rosso: area principale di salamoie calde. L’acqua più pesante si infiltra nella frattura e va a contatto coi basalti; le acque si scaldano molto, lisciviano i basalti strappando gli elementi chimici e, scaldandosi, dunque l’acqua sale, facendo incontrare questi sali strappati ai basalti con l’acqua fredda: i sali precipitano e abbiamo evaporiti.

La sequenza di sali precipitati è diversa da quella tipica della sabka perché essi sono arricchiti di metalli che sono stati sottratti ai basalti e che non sono normalmente presenti nell’acqua di mare. Ai lati abbiamo evaporiti normali, sabka.

Il suolo

Abbiamo finito il ciclo sedimentario: ora parliamo di un sedimento molto particolare collegato all’umanità: il suolo!

Cos’è un suolo? Def. “Corpo naturale con componenti minerali ed organici differenziati in orizzonti di profondità variabile, diversi tra loro ma anche rispetto al materiale sottostante per aspetto e proprietà fisico-chimiche”.

I suoli sono sedimenti molto particolari e importanti perché con la loro fertilità hanno permesso l’insediamento antropico; sono fatti di sostanze organiche e inorganiche e sono suddivisi in “orizzonti”, non per i processi di sedimentazione ma per il processo di formazione.

Ogni suolo ha un suo profilo, costituito da un insieme di livelli, che dall’alto al basso possiamo così dividere, immaginando di esaminare però un suolo perfetto:

• Livello O: materia organica parzialmente decomposta, foglie, fusti che cominciano la decomposizione.
• Livello A, diviso in A₁ e A₂:

A₁ = scuro, ricco in sostanza organica decomposta, humus = colloidale o amorfo, + materia inorganica.

A₂ = chiaro, massima eluviazione che viene dilavato dall’acqua meteorica. Scarso humus = incoerente.

Massima attività biologica in quanto l’humus viene creato e distrutto, e massimo dilavamento, soluzioni vere o colloidali.

Livello B: di accumulo = orizzonte illuviale, accumula sostanze strappate e dilavate dal livello A; è il più importante perché è quello che dà la fertilità; infatti l’acqua piovana ha pH acido, ma passando per l’humus e il livello A si porta via il deposito interagendo con esso: il pH può diventare alcalino ed il materiale non è più solubile a pH alcalino, riprecipita!

Nell’orizzonte B si depositano dunque i nutrienti raccolti, e i sali che erano sciolti riprecipitano ma si fermano comunque qui perché argilla e gli idrossidi li adsorbono.

• Livello C: roccia alterata che ha permesso la formazione di A e B.
• Livello R: roccia base che regge tutto, detta bed rock e non sempre è la roccia madre!

Il suolo reale non è uguale al suolo ideale.

Il suolo reale presenta livello O; livello A chiaro indiviso; livello B con colloidi ed argille, più scuro per la presenza di Fe(OH), idrossidi di ferro, importanti perché essendo colloidi bloccano insieme alle argille il K ecc…

Fattori di formazione del suolo

Generalmente il tipo di suolo è determinato da 4 fattori:

Roccia madre = materiale originario. La bed rock è la roccia di partenza o no?

Questo fattore non agisce sul tipo di suolo che si forma, perché il clima è un fattore più importante; influisce invece sulla velocità di formazione del suolo, se il materiale è compatto o più disgregabile.

Clima = fattore più importante: da uno stesso materiale si possono formare 2 suoli diversi in 2 situazioni climatiche diverse. Da 2 materiali diversi si può formare lo stesso suolo se il clima è molto simile.

Variabili: temperatura (T) e precipitazioni (p).

• Se le precipitazioni sono >> dell’evaporazione, elevate T, l’acqua va dall’alto verso il basso: percolazione.
• Se le precipitazioni sono < dell’evaporazione l’acqua risale verso l’alto per capillarità.
• Se il clima è stagionale, movimenti dall’alto verso il basso e viceversa = movimenti basculanti.
• Acqua percolante = più simile è il suolo al profilo ideale.
• Se “p” sono abbondanti il pH è leggermente acido; nei suoli aridi il pH è alcalino.

Attività biologica: collegata al clima.

• Tipo e quantità vegetazione, favorita da > umidità: formazione sostanza organica. Radici profonde = accelerano l’alterazione del suolo ed evitano l’erosione meccanica = il suolo ha tempo di formarsi.
• Attività microrganismi, favorita da > temperature: degradazione sostanza organica.
• Climi troppo secchi = meno humus perché se ne forma poco.
• Climi troppo caldi = meno humus perché si distrugge rapidamente.
• Clima fresco e umido: molto humus.

Rilievo: variabili locali.

Rilievo troppo acclive = il suolo raggiunge l’angolo di caduta e non abbiamo un profilo completo del suolo.

Se siamo in una zona troppo piana:

• Il drenaggio può non essere libero: l’acqua incontra livelli impermeabili, solitamente argille, e si forma acqua stagnante, suolo paludoso*. Possibilità torba = sostanza vegetale in fermentazione per condizioni anossiche.
• Il drenaggio può essere libero: il suolo è troppo permeabile e tutte le sostanze utili vengono disperse nella tavola d’acqua, falde sotterranee = suolo non fa in tempo a formarsi.

Situazione ideale = debole pendenza o pianura con un buon drenaggio.

Tempo:

• Processo più veloce = alterazione = formazione del livello A: bastano poche decine di anni.
• Processo più lento = formazione livello B, accumulo elementi: servono migliaia di anni.

Il suolo è legato alla sopravvivenza dell’uomo e la classificazione dei tipi di suolo che utilizziamo noi è legata ai climi e alle condizioni locali [tabella 7.3 fotocopie] = geologico-geochimica.

Categorie di suoli

3 categorie:

1. Zonali: suoli veri e propri.

• Di zone fredde = suolo di tundra. Il clima è freddo-umido. Sembrerebbe quello favorevole, ma è troppo freddo quindi sotto l’A invece del B troviamo il permafrost*. L’acqua non può percolare; il permafrost agisce quindi come l’argilla del suolo paludoso*.
• Di zone temperate e foreste tropicali = sono i suoli migliori. Clima buono, precipitazioni buone, T media buona. Podzol = non è il suolo ideale ma quasi: O, A, B.
• Di zone semiaride, subumide o di prateria. Non abbiamo piante a radici profonde = il suolo non è buono. L’humus è dovuto solo alla degradazione dell’erba: è un suolo normale, dove A e B non sono ben definiti, ma c’è abbastanza humus.
• Di regioni aride, chiari, perché non c’è humus = suolo desertico. Evaporazione alta, poche precipitazioni. La vita è incapsulata nei semi che si sviluppano quando arriva quel poco di acqua. Vi è uno strato impermeabile per concrezioni calcaree = la poca acqua che piove non può percolare perché la CaCO₃ precipita e forma un crostone.

NB: stop percolamento verso il basso = come zone paludose*, zone di permafrost* ecc…

2. Intrazonali: dipende da situazioni ambientali.

• Paludosi* = marshes, swamps = drenaggio non libero.
• Salini = nel deserto si formano ai lati dei WADI. Acqua si infiltra, torna su per evaporazione e deposita i sali = troviamo suoli salini al di là degli argini degli Wadi.

3. Azonali: dipende da situazioni ambientali.

Non riescono a formarsi perché si trovano in zone dove l’alterazione è lentissima.

Come l’uomo interagisce coi suoli?

2 azioni antropiche: favorevoli e dannose.

Influenzano la matrice litologica del suolo, il clima, il rilievo, il tempo di formazione del suolo, l’attività biologica ecc… [vedi tabella 1.11 = attività antropiche interferenti con i fattori di formazione del suolo].

Idrosfera

5 aprile 2011, lezione 8.

L’idrosfera è il complesso delle acque che si trovano sulla superficie terrestre, incluse le sostanze in essa disciolte; comprende acque marine ed oceaniche e le acque continentali: fiumi, laghi, nevi e ghiacciai e anche il vapore acqueo atmosferico perché può dare origine all’acqua piovana.

Gli oceani occupano il 70,8% della superficie terrestre e le acque oceaniche rappresentano il 98% dell’idrosfera; le sostanze disciolte (4%) possono essere sali, gas, sospensioni colloidali, sostanze solide e liquide in sospensione.

Ciclo dell’acqua

Tutta la materia ha un andamento ciclico, anche se il ciclo più evidente è quello dell’acqua.

P = R + I + Et

(vapore condensato = precipitazioni) (ruscellamento) (infiltrazione) (evapotraspirazione)

Dove P, R ed I sono gli elementi idrologici principali che dipendono dalle condizioni climatiche, le quali sono elementi idrologici secondari!

Dunque il vapor d’acqua atmosferico si condensa in nubi che determinano le precipitazioni al suolo, sotto forma di pioggia, neve, grandine; qui una parte dell’acqua scorre in superficie seguendo il reticolo idrografico e va ad alimentare laghi, mari e oceani per ruscellamento di superficie, un’altra parte penetra attraverso la superficie nel suolo e sottosuolo e con l’infiltrazione alimenta le acque sotterranee che costituiscono la riserva d’acqua del suolo e delle falde acquifere.

Una parte delle precipitazioni è evaporata, prima, o al momento della caduta, e principalmente alla superficie, nella copertura vegetale, ecc… Si aggiunge la traspirazione delle piante, evaporazione + traspirazione = evapotraspirazione; le acque sotterranee scorrono in profondità, alimentano il reticolo idrografico, arrivano agli oceani e il ciclo si chiude.

Relativamente alla zona in cui cadono le precipitazioni il ciclo idrologico generale può essere distinto in ciclo lungo e ciclo breve:

• Ciclo breve = l’acqua evaporata dall’oceano è riprecipitata nell’oceano senza cadere sulle terre emerse e non svolge una importante azione meccanica.
• Ciclo lungo = nel primo invece le precipitazioni avvengono sulle terre emerse e l’acqua ritorna all’oceano dopo un tempo variabile ed è il fattore principale per l’alterazione e il trasporto delle rocce.

Il ciclo dell’acqua assume caratteristiche diverse a seconda delle condizioni climatiche:

• Nei climi temperati le acque superficiali e profonde non si mescolano subito con le acque oceaniche ma vi fluiscono sopra.
• Nei climi freddi il ciclo è rallentato perché l’acqua permane più a lungo sotto forma di neve o ghiaccio.
• Nei climi aridi in genere l’evaporazione supera la precipitazione e il flusso è unidirezionale, dall’oceano, o dal suolo, all’atmosfera.

Acque marine-oceaniche

Si possono considerare come una soluzione salina contenente sali disciolti, sostanze inorganiche in sospensione colloidale, sostanze gassose in soluzione, sostanze organiche e inorganiche in sospensione; sono presenti oltre 50 elementi, praticamente tutti.

Si usano due grandezze convenzionali per esprimere la composizione dell’acqua marina:

1) Salinità: la salinità per mille, S%, è il contenuto in solidi di un kg di acqua ottenuto nelle seguenti condizioni:

• I solidi sono seccati fino a peso costante, ripetendo 3-4 volte la misurazione, a 480 °C.
• I carbonati sono convertiti in ossidi perdendo la CO₂.
• La materia organica è distrutta a quelle temperature.
• Bromo e iodio sono sostituiti da cloro.

Effettivamente la S% è inferiore al vero contenuto in solidi, in quanto perdo effettivamente CO₂ e sostanza organica. Devo portare tutto ad una situazione standard per confrontare le acque.

[NaCl è un sale igroscopico, nell’aria riprende acqua: come impedire queste interazioni? La pesata deve essere fatta velocemente e si deve pesare nel vuoto].

S% = 35% ovvero 35 g/kg.

Mari diversi hanno salinità diversa a seconda delle situazioni geologico-geografiche. Le acque del nord sono diluite dai ghiacciai. Il mar Mediterraneo ha un’alta salinità perché è un bacino chiuso rispetto all’oceano, che è meno salato. Mar Rosso è molto più salato.

Chi sono i rappresentanti chimici principali di questa salinità 35%?

Siamo in un sistema semplice in quanto siamo in un sistema chimico naturale. I sali sono tutto ciò che deriva dalla dissoluzione delle rocce.

Cationi più abbondanti = Na⁺ > Mg²⁺ > Ca²⁺ > K⁺, più abbondanti nei minerali.

Anioni più abbondanti = Cl^- > SO₄^2- > Br^- > HCO₃^- > BO₃^3-: cloruri, solfati, bromuri, bicarbonati, borati.

NaCl = sapore salato al mare.

MgSO₄ = sapore amarognolo.

Questo andamento delle abbondanze è rispettato in tutti i mari. Qual è la specificità dei vari ioni?

Nel mare il rapporto fra i vari ioni è costante, ma non è uguale la quantità.

Posso dunque determinare solo uno ione e da lì calcolarmi gli altri sapendo i rapporti di abbondanza. Determino quindi la clorinità per mille C%.

2) Clorinità: la clorinità per mille, C, è il peso di cloro equivalente al peso di alogeni contenuti in 1 kg di acqua marina.

S% = 0,03 + 1,8050 C%.

Ripeto:

• Salinità media variabile.
• Rapporto fra ioni costante.
• Possibilità di determinare la salinità tramite uno di questi ioni, Cl è il più facile da misurare.

Si può determinare la densità e la conducibilità dell’acqua, sono altri parametri, per determinare la salinità.

Questi ioni sono il 99,9% delle sostanze presenti nell’acqua. Gli elementi minori sono solo lo 0,01%.

Elementi minori

Elementi minori si dividono in 2 gruppi:

1) Coinvolti fortemente con l’attività biologica.

• SiO₄ = condizionato dalle specie che lo fissano nel guscio, spicole spugne: a seconda dell’attività biologica è più o meno presente nelle acque.
• Fe = se ci sono organismi lo metabolizzano come micelle colloidali.
• Mn = indispensabile per lo sviluppo delle piante acquatiche.
• P = appetito dalle cellule.
• Cu = emocianina = pigmento respiratorio degli invertebrati.

Tutti questi variano il loro contenuto a seconda delle attività biologiche.

2) Non risentono fortemente dell’attività biologica.

Spieghiamo l’andamento delle abbondanze con la grandezza tempo di residenza: quando una specie chimica entra e resta nell’acqua come tale e non entra in reazioni particolari.

Tempi di residenza degli elementi negli oceani

T = A / dA/dt.

A = contenuto elemento in acqua.

dA/dt = rapporto dell’elemento nel tempo, 1 anno, 2 anni ecc… Ciò che viene apportato rimane? O viene sottratto?

Gli oceani hanno un ruolo fondamentale nel meccanismo di circolazione degli elementi nelle sfere geochimiche; gli elementi vengono continuamente portati agli oceani