Geopedologia - Soil taxonomy e i suoli (parte 2/2)

Pedogenesi

: l’insieme dei processi fisici, chimici e biologici che, a partire dall’iniziale

interazione tra un materiale litologico e le sostanze organiche, hanno per risultato la

formazione di un determinato suolo. La differenziazione in orizzonti è la manifestazione

macroscopica di tali processi

Processo pedogenetico

: successione temporale degli eventi che modificano il suolo

allontanandolo nel tempo dalla roccia madre. Tali eventi possono essere simultanei,

contrastanti, sequenziali….

Orizzonte pedologico

: strato grossolanamente parallelo alla superficie del terreno costituito

da materiali prodotti dalla pedognesi e formatosi attraverso la disgregazione fisica e

l’alterazione chimica della roccia parentale con incorporazione della sostanza organica

Profilo pedologico

: successione verticale di orizzonti risultanti da trasformazioni, migrazioni

e spostamenti di sostanze solide liquide e gassose

Alterazione delle rocce

La disgregazione fisica della roccia primaria rappresenta la prima tappa del processo di

formazione del suolo.

La roccia subisce degli attacchi fisici provocati da:

● Crioclastismo

: l’alternanza di gelo/disgelo muta il volume dell’acqua provocando

una variazione delle tensioni interne con conseguente azione disgregante

● Aloclastismo

: i sali disciolti cristallizzano mutando il proprio volume provocando una

variazione delle tensioni interne con conseguente azione disgregante

● Termoclastismo

: riscaldamento solare e/o variazioni termiche provocano una ciclica

dilatazione/contrazione dei minerali con aumento e diminuzione della tensione

interna che ne prvoca una disgregazione

● Fitoclastismo

: l’attività organica di radici aiuta la disgregazione

● Allentamento della pressione dovuti alla caduta di corpi sovrastati, forze tettoniche….

● passaggio di onde sismiche che ne provocano uno scuotimento

1

Le rocce ignee , metamorfiche e sedimentarie a contatto con l’atmosfera subiscono un

adattamento termodinamico alle nuove condizioni ambientali (diverse da quelle di

formazione)

Alterite

: strato superficiale di alterazione di una roccia la quale ha conservato l’essenziale

della struttura litologica e che possiede caratteri chimici e fisici correlati a quelli degli

orizzonti soprastanti quando presenti. In esso avvengono fenomeni di trasporto ionico e

particellare ad opera delle acque di infiltrazione.

1 Rocce ignee (

dal latino ignis cioè fuoco, magmatiche ): si formano in seguito alla solidificazione di

magmi

, cioè di masse silicatiche fuse contenenti vari componenti (FeO, MgO, CaO, ecc.) e sostanze

volatili (

acqua

, anidride carbonica

, idrogeno

,

metano

, ecc.). Costituiscono quasi il 65% della crosta

terrestre 1

La serie di Goldich riflette la serie di Bowen della cristallizzazione magmatica: i minerali che

cristallizzano prima sono quelli che poi si alterano più facilmente in quanto risultano meno in

equilibrio con l’ambiente subaereo

I processi di alterazione chimica della roccia primaria sono:

1. ossidazione e riduzione

Ossidazione: perdita di elettroni da parte di un atomo di un elemento metallico o non

metallico con conseguente aumento della sua carica positiva

es. Ferrolisi: ossidazione-idrolisi del ferro, è responsabile della dissoluzione di molti

minerali argillosi

Gli effetti pedologici della ossidazione coinvolgono anche la mobilità di alcuni elementi. La

mobilitazione del Ferro produce caratteri importanti per alcuni suoli.

In condizioni riducenti e non eccessivamente acide una parte del Fe viene solubilizzata e

lisciviata mentre in ambienti ossidanti il ferro precipita dando luogo a composti ferrici.

La ossidazione-riduzione del ferro caratterizza la rubefazione,la gleyzzazione, la

ferrallitizzazione 3+

La prima reazione di introduzione degli ossidi del Fe nel ciclo pedogenetico è la

2+

decomposizione idrolitica ed ossidativa del Fe contenuto nei silicati

Tramite ossidazione (ovvero perdita di elettroni) ottengo:

FeS → Fe SO da solfuro di ferro (pirite) a solfato ferroso

2 2 4

Fe SO → Fe (SO ) da solfato ferroso a solfato ferrico

2 4 2 4 3

Fe (SO ) → Fe O.nH O da a solfato ferrico a idrossido ferrico (Goethite)

2 4 3 2 2

I principali ossidi del ferro sono

Ematite άFe ,O , tipica di paleosuoli e ambienti caldi

2 3

maghemite γFe ,O suoli sviluppati su rocce basiche in climi

2 3

temperati/tropicali

ilmenite FeTiO

3

magnetite Fe O

3 4

goethite άFeOOH suoli bruno giallastri a drenaggio regolare

lepidocrocite γFeOOH suoli idromorfi con screziature giallo-arancioni,

argillosi e poveri di carbonati

ferridrite Fe O (OH).4H O negli orizzionti spodici dei suoli podzolici

5 7 2 2

L’insieme degli ossidi del ferro e dell’alluminio, di magnesio e silice appartiene al complesso

di alterazione dei suoli

Le forme ioniche del Ferro sono frequenti in suoli molto acidi (podzolici) o anaerobici (suoli

idromorfi), nei pedoambienti areati e biologicamente attivi l’ossido idrosubilizza e diventa

idrossido

Metodiche chimiche per separare le diverse forme del ferro

● Fe : estrazione di tutto il ferro tramite fusione al borato o attacco con HF

tot

● Fe : con Na-citrato-bicarbonato-ditionito si estraggono gli ossidi di ferro liberi e il

d

gerro complessato in materia organica

● Fe : l’ossalato di ammonio estrae il Ferro amorfo e mal cristallizzato oltre che a tutti i

o

chelati

● Fe : il Na-pirofosfato estrae il ferro legato alla materia organica nei chelati e nei

p

complessi organo-metalli

Al in luoghi caldi e umidi dà luogo ad idrossidi amorfi che poi assumono struttura cristallina

tramite ossidazione, Mn in ambienti alcalini forma ossidi e idrossidi tramite ossidazione

2. Dissoluzione e decarbonatazione

Le molecole dipolari dell’acqua indeboliscono le forze elettrostatiche degli ioni sulla

superficie dei cristalli e ne provocano il passaggio in soluzione, tale “potere” è incrementato

dalla leggera acidità impartita all’acqua dalla CO in soluzione. In base a quanta CO è

2 2

disciolta nell’acqua aumenta il potere di sciogliere i carbonati di Ca e Mg provocando un

impoverimento in carbonati (decarbonatazione)

CaCO + H O Ca(HCO )

⇒

3 2 3 2

Si definisce carbonatazione la reazione di trasformazione dei silicati in minerali argillosi o in

carbonati (reagisce con la CO )

2

3. Idrolisi

Processo molto importante nella degradazione dei silicati che costituiscono i minerali più

abbondanti della crosta terrestre

Gli ioni Si e Al dotati di cariche libere attraggono e polarizzano i dipoli d’acqua, si determina

così un eccessi di cariche positive sulla superficie del cristallo che viene bilanciato

dall’ingresso di H+ libero nel cristallo. Lo scambio di H+ e K+ costituisce l’aspetto

fondamentale dell’idrolisi alcalina

L’intensità dell’idrolisi è determinata anche dal pH delle soluzioni 3

Alterazione biochimica - Chelazione

Con l’intervento delle sostanze organiche nei meccanismi di alterazione prende avvio il

processo pedogenetico (t della formazione del suolo).

0

Il licheni e i muschi attaccano chimicamente i minerali formando un sottile velo di alterazione

2

grazie a acidi organici (ossalico, citrico e salicilico) e composti fenolici producendo chelanti .

Si ha una “cattura” di ioni metallici entro strutture ad anello, molto stabili

I composti di Fe(III) possono essere ridisciolti sia attraverso una riduzione microbica a Fe(II)

sia attraverso una complessazione per opera di leganti organici (chelanti)

La sostanza organica nel suolo può essere presente in diverse forme:

❖ biomasse vegetali, animali e microbiche

❖ necromasse integre o in fase di demolizione delle strutture cellulari

❖ unità molecolari semplici che si liberano dalle bio e necromasse

❖ molecole umiche che si originano per ossidazione, polimerizzazione e

policondensazione dei composti precedenti

➢ Acidi umici bruni (chiari): sono poco polimerizzati, liberi e molto mobili

➢ Acidi umici gridi (scuri): sono molto polimerizzati, poco mobili, legati all’argilla

2+ 2+ 3+ 3+

mediante ponti Ca , Fe , Fe e Al

➢ Acidi fulvici

2 chelante: composto/miscela che forma complessi con ioni e atomi tramite chelazione (l’atomo

metallico funge da acido di Lewis accettandi elettroni e viene legato da un chelante con un legame

chimico covalente detto coordinativo). Il nome deriva dalle chele del granchio perchè avvolge l’atomo

sottratto 4

Evoluzione di un suolo

Alterazione

: adattamenti termodinamici delle rocce alle condizioni ambientali della

superficie terrestre dove è predominante l’azione delle acque meteoriche e dei gas

atmosferici

Quando le acque (contenenti O e CO ) si infiltrano reagiscono con i componenti minerali e

2 2

organici: la sostanza organica entra nel sistema grazie alla sua ossidazione (consumo di O )

2

e la sua mineralizzazione (produzione di CO )

2

I minerali risultano possedere un’alterabilità tanto maggiore quanto minore è stata l’energia

di formazione richiesta per la loro separazione e cristallizzazione.

Altri fattori che influenzano l’alterabilità delle rocce sono

● la temperatura dell’ambiente

● il tasso di percolazione dell’ambiente

● il grado di ossidazione dello strato alterato

● il grado di suddivisione e l’area superficiale dei frammenti esposti

La granulometria e la tessitura dei minerali è da considerare nell’alterabilità:

● Argille → 0,0002 - 0,002 mm

● Limo → 0,002 - 0,05 mm

● Sabbia fine → 0,05 - 0,15 mm

● Sabbia media → 0,15 - 0,5 mm

● Sabbia grossolana → 0,5 - 2 mm

● Scheletro fine → 2 - 10 mm

● Scheletro grossolano → 10 - 80 mm

● Ciottoli → > 80 mm

A causa dei movimenti d’acqua lungo il profilo del suolo si possono determinare fenomeni di

migrazione di composti minerali e organici, tali movimenti possono essere discendenti

(acqua gravitazionale), ascendenti (acqua capillare) o obliqui (legati alla morfologia del

rilievo)

Ai fenomeni di migrazione seguono fenomeni di accumulo dei composti (minerali o organici)

che portano alla differenziazione del profilo del suolo in orizzonti,quando l’accumulo avviene

sul luogo in cui si è verificata la disgregazione minerale si creano substrati pedologici

autoctoni, in caso di trasporto si creano substrati pedologici alloctoni

Quando i fenomeni di migrazione e accumulo si sono stabilizzati viene raggiunto un

equilibrio detto “suolo in climax”.

Cosa migra:

❖ + + 2+ 2+

Metalli alcalini (K e Na ) ed alcalino terrosi (Ca e Mg )

❖ Elettroliti (cloruri, solfati e carbonati)

❖ Ossidi ed idrossidi di Fe, Al, Mn

❖ Humus

❖ Argilla

❖ Silice 5

Le migrazioni sono condizionate dal clima (temperatura e precipitazioni), dalla tessitura e

struttura del suolo, dalla permeabilità della roccia madre, dal tipo di humus, dalle condizioni

idrologiche e dal pH

I processi di accumulo avvengono sia in particolari orizzonti che caratterizzano il profilo

pedologico sia in superficie (efflorescende saline), sono da imputare a fenomeni di

precipitazione e vengono influenzati dalla concentrazione delle soluzioni, dall’eterogeneità

del profilo, dal pH e dalla gleyficazione

I 5 Fattori della pedogenesi

1. Roccia madre e minerali

: assume importanza nella genesi di vari tipi di suoli. Da

essa dipendono alcune proprietà fisiche come la permeabilità che infuenza la

velocità di alterazione della roccia e da proprietà chimiche che determinano gli

elementi liberati durante l’alterazione.

Le rocce madri sono generalmente distinte in:

a. Rocce ignee → derivano dal consolidamento dei magmi, possono essere

intrusive (es. granito,nelle masse continentali) o effusive (basalto, nei fondali

oceanici). Non sono in equilibrio con l’ambiente subaereo

es. intrusive: granito, diorite, sienite, gabbro.

effusive: basalto, andesite, riolite, trachite, porfido, ossidiana, pomice

b. Rocce sedimentarie → predono origine dala decomposizione, trasporto,

accumulo e diagenesi delle rocce ignee,metamorfiche. Contengono sia

3

minerali residuali che autìgeni . Sono in equlibrio con l‘ambiente

pedogenetico.

Possono essere distinte in clastiche (a seconda delle dimensioni),

piroclastiche (origine vulcanica), di deposito chimico, organògene (con frammenti

organici o biocostituite)

es. clastiche: arenaria, argillite,puddinga, breccia, arenaria

piroclastiche: tufo

di deposito chimico: gesso, travertino

organogene: calcare compatto, dolomia, torba, antracite

c. Rocce metamorfiche → derivano da rocce ignee,sedimentarie,

metamorfiche a seguito di elevati pressioni e temperature a cui sono state

sottoposte nelle profondità della crosta terrestre, non sono in equilibrio con

l’ambiente pedogenetico

es. gneiss,marmo, serpentinite

2. Clima: le variabili principali sono precipitazioni e temperatura

a. acqua → è responsabile dei processi di alterazione dei minerali, di

dissoluzione e ridistribuzione

3 autigeno: In geologia e mineralogia, di materiali naturali che si trovano nello stesso ambiente o posto

nel quale si sono originariamente formati. es rocce clastiche 6

b. temperatura → può esercitare un effetto inibitorio (t. rigide) o accelerare i

processi di formazione (t. elevate) oltre che determinare la possibilità di vita

degli organismi viventi

3. Morfologia: la superficie terrestre risulta modellata da eventi tettonici, processi di

erosione, deposizione di materiali. Le diverse conformazioni morfologiche

determinano una sensibile influenza sul comportamento delle acque,

sull’irraggiamento solare e sullo sviluppo della vegetazione.

4. Organismi: Licheni, alghe, batteri, funghi, muschi, vegetali superiori (erbacei,

arbustivi, arborei) concorrono alla alterazione chimica della roccia, ed apportano

sostanza organica fresca per la formazione dell’ humus. Gli animali con il movimento

contribuiscono al rimescolamento della massa del suolo condizionandone la

struttura.Anche l’uomo rientra nei fattori della pedogenesi perchè capace di

modificare in maniera intensiva e radicale i processi pedogenetici. 7

5. Tempo (inteso come durata): è difficile stabilirei tempi di formazione del suolo per

mancanza di dati riferiti al passato ma è ipotizzabile un lasso di tempo di 200-300

anni per lo sviluppo di un suolo naturale con spessore significativo. La velocità di

formazione di un suolo è in funzione di:

a. alterabilità della roccia madre

b. clima (umidità e temperatura)

c. stabilità geomorfica

d. copertura vegetale

e. durata del processo

Alcuni ped