Fondamenti di geologia - il suolo

L’aria presente nel suolo differisce

molto da quella dell’atmosfera a

causa dell’interazione degli

organismi con il suolo. Infatti

presenta un’alta concentrazione di

CO ed una bassa concentrazione di

2

O ; la diversa composizione dipende

2

oltre che dalle attività biologiche,

anche dalla porosità del suolo.

Componente liquida

E’ costituita prevalentemente da acqua.

Questa percola nel suolo dalla superficie,

oppure può provenire da falde

sotterranee, essa provvede al trasporto

verticale sia delle componenti organiche

che inorganiche e la sua attività e

presenza, dipende strettamente sia dalla

componente gassosa, che dalla

granulometria del suolo. L’acqua svolge

un ruolo fondamentale sia per la

degradazione fisica che per quella

chimica del suolo.

Pedologia e chimica

del suolo

La pedologia è la scienza che studia

la composizione, la genesi e le

modificazioni del suolo dovute sia

ai fattori biotici che abiotici.

La chimica del suolo è invece la

disciplina che si occupa dello

studio e caratterizzazione chimica

e chimico-fisica del suolo.

Pedogenesi

La pedogenesi è l'insieme di

processi fisici, chimici e biologici

che portano alla formazione di un

suolo, nel corso del tempo, a

partire dal cosiddetto substrato

pedogenetico, un materiale

roccioso derivante da una prima

alterazione della roccia madre (il

materiale litologico originario).

• La semplice alterazione dei minerali delle rocce, anche se

molto spinta, non è tuttavia sufficiente per la formazione

di un suolo, dato che l'elemento discriminante tra questo e

un semplice accumulo di sedimento non pedogenizzato è

la presenza di sostanza organica mescolata alla

componente minerale; è indispensabile, ai fini dello

sviluppo di un suolo, l'azione di una componente biologica.

Le prime comunità viventi che si instaurano su un substrato

inorganico sono formate da organismi semplici: licheni,

muschi, colonie batteriche, che esercitano un duplice

effetto: da una parte proseguono l'opera di alterazione

chimica e fisica del substrato, dall'altra riforniscono il

suolo "neonato" di un primo pool di sostanze organiche e

ioni minerali che viene successivamente sfruttato per

l'insediamento di organismi più complessi, come le piante.

L’Intensità e la tipologia dei

processi pedogenetici è

determinata da:

• la roccia madre;

• la morfologia;

• il clima dell'area;

• gli organismi viventi (incluso l'uomo);

• il trascorrere del tempo;

tali componenti vengono chiamate fattori

pedogenetici e, ad ogni istante,

determinano le caratteristiche del suolo. Il

primo stadio della pedogenesi è

l'alterazione del materiale originario, che

avviene sotto l'influenza dei diversi fattori

fisici, chimici, e biologici.

I processi di pedogenesi si instaurano sul cosiddetto

substrato pedogenetico, vale a dire un accumulo di

detriti derivanti da una porzione di roccia madre

alterata e disgregata. Questi detriti possono derivare

direttamente dalla roccia madre presente in situ

(substrato autoctono)

oppure da rocce madri esterne all'area (substrato

alloctono); esempi di substrati alloctoni possono essere

dei detriti alluvionali, eolici (come il löss), morenici

oppure colluviali (detriti di frane, coni di deiezione,

ecc...).

• Le trasformazioni subite dalla roccia madre

(meteorizzazione) possono essere di tipo fisico, vale a

dire un semplice sminuzzamento della massa rocciosa

affiorante sulla superficie terrestre, causato dai diversi

agenti fisici, oppure di tipo chimico, implicante cioè

una modifica della composizione chimica o una

riorganizzazione della struttura cristallina, che conduce

alla creazione dei cosiddetti minerali secondari.

Degradazione fisica

L'azione dei diversi agenti atmosferici sulle

rocce conduce, sul lungo periodo, al loro

sminuzzamento con produzione di sedimenti

a granulometria progressivamente sempre

più fine, fino ad arrivare alle dimensioni

della sabbia (granuli, quasi sempre

composti da un solo minerale, con

dimensioni dell'ordine di frazioni di

millimetro); particelle di dimensione più

fine, come per esempio quelle argillose, non

possono essere ottenute tramite alterazione

esclusivamente fisica, ma devono entrare in

gioco altre forme di trasformazione (chimica

o biologica).

Modalità di degradazione

fisica:

• Crioclastismo

• Aloclastismo ( precipitazione e crescita cristallina di volumi di Sali

)

sufficienti a spaccare la roccia

• Bioclastismo

• Termoclastismo

Tutti i processi di disgregazione fisica producono

un notevole incremento del rapporto

superficie/volume della massa rocciosa

considerata in toto; poiché l'alterazione chimica

dei minerali avviene a partire dalla superficie

del minerale, è evidente che una elevata

degradazione fisica, a parità di condizioni

geochimiche, favorisca una maggiore

alterazione chimica.

Alterazione chimica

Questo processo dipende in gran parte

dall’ acqua che funge da solvente. La

dissoluzione dei minerali dipende da un

gran numero di fattori:

• La solubilità dei minerali (dipende dalla

stabilità dei legami chimici)

• Dalla temperatura

• Dal pH (acidi organici, acido carbonico e

dalla concentrazione di altri ioni)

• L’acqua che non rappresenta l’unico

solvente ma è l’unico veicolo per la

redistribuzione dei prodotti del processo

di weathering.

Possiamo dire che ci sono sei processi

fondamentali per descrivere la

disgregazione chimica dei minerali:

• Dissoluzione

• Idratazione

• Idrolisi

• Acidolisi

• Chelazione

• Reazioni di ossido/riduzione

Dissoluzione

La dissoluzione è quel processo che

si ha quando viene rotta la struttura

dei cristalli, che si trasformano in

ioni disciolti nell’acqua. I minerali

maggiormente coinvolti in questo

processo sono:

• Sali

• Solfati

• Carbonati (es. fenomeni carsici)

Idratazione

Consiste nell’assorbimento di

molecole di acqua all’interno del

minerale producendone una

modificazione chimica. Questo può

ridurre drasticamente la stabilità del

minerale, rendendolo più incline ad

alterazione chimica di altro tipo. Un

esempio di questo fenomeno è la

trasformazione dell’anidrite in gesso.

Idrolisi

E’ data, tecnicamente, da una rottura dei reticoli

cristallini dei minerali causata dall'azione

dell'acqua. Nella pedogenesi è un potente

fattore di alterazione, assolutamente di primo

piano in ambienti caldi e umidi come, ad

esempio, quelli equatoriali. La capacità

alterativa delle molecole di acqua è aumentata

dalla lieve acidità (contenuto in acido

carbonico, H2CO3). Il processo idrolitico

comporta la liberazione della silice e delle basi;

in dipendenza delle caratteristiche climatiche,

poi, queste possono essere completamente

dilavate (desilicizzazione) oppure dare origine

ad argille di neoformazione e idrossidi di ferro,

alluminio e manganese (complesso di

alterazione). Acidolisi

Si tratta di un processo simile a

quello dell’idrolisi, ma questo

però non avviene ad opera di

ioni H presenti nell’acqua ma che

+

provengono da acidi organici o inorganici

come:

• acidi umici,

• acido carbonico,

• acido nitrico

• acido solforico

Chelazione

Si tratta di una forma particolare di alterazione

chimica (in alcuni casi, biochimica) causata da

alcune tipologie di composti organici (acidi

organici, fenoli) che possono essere prodotti

da organismi inferiori (muschi, funghi, licheni)

o provenire dalla decomposizione delle

lettiere forestali. Tali composti attaccano i

minerali, estraendone degli ioni metallici

(altrimenti piuttosto refrattari a tali reazioni)

formando dei composti organo-metallici

chiamati chelati; questi ioni possono poi

subire una traslocazione, ad opera dell'acqua

circolante, verso le parti più basse del profilo.

Reazioni di

ossido/riduzione

Hanno importanza nel suolo in quanto agiscono

sulla solubilità e quindi sulla mobilità di alcuni

elementi; queste ultime grandezze variano al

variare delle condizioni ossidoriduttive che si

determinano nel terreno. Alcuni fra gli elementi

chimici più importanti nella pedogenesi hanno

dinamiche molto influenzate dal loro stato

ossidativo: il ferro, ad esempio, in condizioni

riducenti (come si possono determinare in un

suolo saturato d'acqua) si riduce a ione Fe2+ e

diventa parzialmente solubile in acqua,

potendo essere così allontanato. Quando

l'ambiente pedologico ritorna ossidante (ad

esempio, cessando le condizioni di saturazione

idrica) il ferro ritorna nella sua forma trivalente

e riprecipita come ossido o idrossido.

“Nonostante ci sia una

separazione operata per esigenze

didattiche tra disgregazione

fisica ed alterazione chimica,

possiamo affermare che in natura

questi processi sono difficilmente

separabili, infatti concorrono

entrambi contemporaneamente

alla formazione dei suoli”.

Origine dei suoli

Un suolo si origina dall'alterazione, per via fisica,

chimica e biologica (detta, in inglese,

weathering) di un substrato pedogenetico, vale

a dire un accumulo di materiale disgregato e

inconsolidato derivante da alterazione di

qualche tipo di roccia; solo raramente un suolo

si sviluppa direttamente da roccia in posto

(come è il caso, ad esempio di alcuni suoli

sviluppatisi direttamente su marne). Ad un certo

punto del cammino di formazione di un suolo

compare anche la frazione organica, originata

dal lento accumularsi di resti organici (animali,

piante, funghi, batteri), una parte dei quali

viene complessata (attraverso l'attività dei

microrganismi) fino ad essere trasformata in

composti resistenti alla degradazione (humus).

Il percorso di formazione di un suolo varia

moltissimo in dipendenza dell'ambiente in

cui si trova a svilupparsi, le cui

caratteristiche dipendono dall'intensità di

alcuni, ben definiti, fattori pedogenetici:

• clima;

• la topografia;

• la componente biotica;

• la roccia madre;

• il tempo.

Il ruolo delle sostanze

organiche

“La presenza di sostanza organi