Il suolo - chimica ambientale

Il suolo

Costituisce lo strato superficiale della crosta terrestre ed è un miscuglio variabile di minerali, materiale organico, acqua e aria. Il suolo può essere definito come un sistema plurifasico costituito dallo strato superficiale roccioso alterato dalla crosta terrestre.

• Fase solida: costituita da una frazione minerale (inorganica) e da una frazione organica (derivata principalmente dalla degradazione della biomassa)
• Fase liquida: costituita da acqua in cui sono sciolti nutrienti e minerali
• Fase gassosa: spazi d'aria intrappolati tra i vari strati di terra, prevalenza di CO2 (in % maggiori rispetto all'atmosfera) e di O2 (anche se in % minori rispetto a quello che possiamo trovare in atmosfera). Questo lo spieghiamo in base ai processi di degradazione che consumano ossigeno e producono anidride carbonica. In minima parte è presente anche azoto.

Il suolo accoglie batteri, funghi, micro/meso/macrofauna terricola, fondamentali per la decomposizione della sostanza.

organica e di sostanze tossiche come pesticidi. Si comporta come un filtro contro le sostanze inquinanti, come tampone e come sede di attività chimiche e biochimiche.

Formazione del suolo → il suolo è la porzione più esterna e sottile della crosta terrestre e si differenzia in livelli sovrapposti, detti orizzonti.

- Orizzonte O: è formato da un accumulo di materiale organico indecomposto o parzialmente decomposto. Il suo spessore dipende dalla quantità della vegetazione e dalla presenza o meno di microrganismi decompositori (batteri, protozoi, funghi)

- Orizzonte A: accumulo di materiale decomposto (humificato), è uno strato che acquista e perde costantemente acqua, sostanza organica e radiazioni solari. Il suo colore dipende dalla quantità di sostanza organica e dall'intensità e dal tipo di processi chimico-fisici che ci sono.

- Orizzonte E: orizzonte di liscivazione caratterizzato dalla prevalenza dei processi

diliscivazione ed impoverimento delle sostanze minerali che gli conferiscono un colore grigio–

Orizzonte B: è l'orizzonte di accumulo delle sostanze minerali e organiche che vengono liscivate dagli orizzonti superiori e trasportate sotto forma di ioni. Il dolore è grigio, rosso, giallo a seconda del processo chimico intervenuto–

Orizzonte C: è la roccia consolidata da cui si è formato il suolo. La parte superiore del suolo “top soil” può arrivare a contenere fino al 95% di sostanze organiche ed è la parte con la maggiore attività biologica, qui avvengono principalmente reazioni di ossidazione.

Sostanza organica → insieme di composti organici presenti nel terreno, questo insieme eterogeneo è in prevalenza di origine biologica, in piccolissima parte di origine sintetica.

Sostanza inorganica → sostanze non prodotte da materia vivente e che non ha forza vitale.

Per quanto riguarda la fase solida abbiamo

distinto la fase organica da quella inorganica: COMPONENTE ORGANICO è dato dalla degradazione della biomassa vegetale (lignina e cellulosa) e dipende dalla T e dalla disponibilità di ossigeno, costituisce il 5% in un suolo produttivo. I prodotti di degradazione dellalignina prendono il nome di sostanze umiche. Le sostanze umiche possono essere ulteriormente suddivise sulla base di un mezzo di separazione chimica, in particolare, aggiungendo una base forte le sostanze umiche si separano in umina (che è la fase che non va in soluzione), acidi umici (rimangono in soluzione). Possiamo ulteriormente suddividere gli acidi umici in acidi fulvici applicando un acido forte che fa precipitare gli acidi umici e lascia in soluzione gli acidi fulvici. Non esistono delle strutture ben precise per queste sostanze ma gli acidi umici in generale hanno una massa molare maggiore degli acidi fulvici e un minor contenuto di ossigeno, motivo per il quale tendono a precipitare rispetto agli acidi fulvici.acidi fulvici. Gli acidi fulvici la funzione naturale non è ancora del tutto chiara, probabilmente siccome sono dei complessanti permettono di portare in soluzione alcuni nutrienti importanti per le piante. Humus → è ottenuto dalla decomposizione della sostanza organica ad opera di enzimi prodotti da funghi e batteri. L'humus attrae ioni e assorbe cationi Ca2+, K+, Mg+ che rimangono disponibili per le piante. La frazione organica è importante anche per definire la produttività perché la frazione organica è in grado di adsorbire nutrienti e altri cationi mediante la capacità di scambio cationico, grazie alla possibilità di avere interazioni di natura elettrostatica, di complessazione ma anche interazioni idrofobiche ad esempio pigreco-pigreco. Questo permette alle sostanze umiche di trattenere nutrienti evitandone il dilavamento e la lisciviazione lasciandoli disponibili per le piante che possono assorbirli, in particolare le.

Le radici sono in grado di acidificare le piante locali nell'intorno in cui si trovano, questo permette di produrre dei protoni che competono per i siti di legame delle sostanze umiche e quindi poi questi nutrienti vengono rilasciati alla pianta, questo procedimento naturale diventa un fenomeno di inquinamento quando le sostanze umiche adsorbono degli inquinanti in particolare dei metalli pesanti e quando arrivano ad esempio le piogge acide questo comporta la mobilizzazione di questi inquinanti e quindi un fenomeno di inquinamento secondario. La capacità del suolo di accumulare sostanze inquinanti può impedire l'immediata contaminazione di altri comparti ambientali ma può anche determinare un improvviso rilascio degli inquinanti una volta raggiunto il limite di ritenzione. Se le sostanze inquinanti che filtrano nel suolo raggiungono determinati quantitativi possono attraversare la falda acquifera e quindi tramite il ciclo dell'acqua distribuirsi.

nell'atmosfera e nella biosfera. Il suolo grazie alla sua capacità di autodepurazione è in grado di smorzare gli effetti negativi derivanti dall'immissione di sostanze inquinanti. Grazie all'assorbimento gli inquinanti, con meccanismi di tipo meccanico e chimico, possono essere parzialmente sottratti alla soluzione. Diminuisce così la possibilità di lisciviazione e evaporazione, con azione protettiva anche nei confronti degli altri comparti ambientali. Tuttavia la capacità autodepurativa del suolo ha un limite oltre il quale danni divengono irreversibili. Infatti l'eccessivo accumulo di contaminanti, oltre a provocare una perdita di qualità del suolo stesso, costituisce un pericolo potenziale di rilascio di inquinanti quando questi superano la capacità di ritenzione o a seguito di variazione delle condizioni ambientali (come variazioni della solubilità dovuta a variazioni di pH).

COMPONENTE INORGANICA

Si ottiene

dall'erosione e dalla trasformazione delle rocce, minerali e sali. Fornisce i nutrienti essenziali per la vita vegetale, adsorbe sostanze altrimenti dannose per le piante. 95% in un suolo produttivo. Può avere una granulometria variabile: - Ghiaia → diametro tra 2-20mm (inerte, scarsa possibilità di contaminazione) - Sabbia grossolana → diametro tra 0.2-2mm (scarsa reattività, ridotte possibilità di contaminazione) - Sabbia fine → diametro tra 20-200μm (scarsa reattività, ridotte possibilità di contaminazione) - Limo → diametro 2μm- 20μm (reattività intermedia) - Argilla → diametro < 2μm (reattività elevata, elevato rischio di contaminazione) Dal punto di vista ambientale ci interessano il limo e l'argilla perché in particolare le argille sono dei materiali colloidali, non fanno passare acqua (a differenza di ghiaia e sabbie) e interagiscono con l'acqua formano sostanze viscose in grado.

di adsorbire anche gli inquinanti. Le argille sono costituite da alluminosilicati, in cui un atomo di silicio è stato sostituito da un Al3+ che avendo una carica positiva in meno lascia sulla superficie di queste particelle colloidali una carica negativa netta che può interagire con nutrienti e inquinanti.

TIPOLOGIE DI SUOLO

• Suolo inorganico → sabbioso o argilloso. La sabbia ha scarsa densità quindi è favorito il passaggio di acqua, l'argilla è molto densa, forma una massa viscosa con acqua. Poco C organico, inquinanti sciolti prevalentemente in acqua, poco assorbimento nel suolo.
• Suolo organico → con molto "humus", molto C organico, molto assorbimento e complessazione, inquinanti trattenuti dal suolo.
• Sedimenti → molto C organico, alta attività anaerobia di microrganismi (molta CO2 e poco O2), condizioni riducenti, alta CEC.

CAPACITÀ DI SCAMBIO CATIONICO (CEC)

I substrati contenenti particelle

di alluminio silicati oppure materia organica, hanno una carica elettrica preponderante negativa, in grado di attirare cationi. La capacità di scambio cationico del suolo è un parametro operativo di carattere chimico-fisico collegato alla capacità di un suolo di accumulare cationi della soluzione circolante, essenzialmente per interazioni elettrostatiche fra componenti di carica opposta in fasi diverse. Essa è regolata dalle leggi di equilibrio chimico in fase eterogenea. La CSC è da ritenersi apprezzabile per particelle di diametro minore uguale di 2μm, pertanto dipendente in massima parte della frazione dei componenti del suolo con proprietà colloidali. La CSC pur essendo in relazione alla quantità di colloidi del suolo con cariche negative, come humus e argilla, ne fornisce solo una stima approssimata. Operativamente la capacità di scambio cationico di un suolo è la misura della capacità del suolo di scambiare i cationi.

ovvero dell'ammontare delle cariche dei cationi scambiabili per unità di peso della terra fine del suolo, normalmente è espressa: meq 100g^-1 ossia milliequivalenti di cationi monovalenti scambiati su 100g di suolo secco. Dipende dal pH, vengono adsorbiti selettivamente gli ioni a carica maggiore e, tra cationi con uguale carica, quelli aventi raggio idrato inferiore. La capacità di scambio cationico è importantissima perché è il principio mediante il quale le radici prendono nutrienti dal suolo. Permette quindi di valutare la fertilità del suolo come il contenuto e mobilità di colloidi e nutrienti. La sua quantificazione può servire a prevedere il destino, il trasferimento e la disponibilità nel suolo di inquinanti. Le sostanze humiche hanno elevata capacità di attrarre cationi. Questa capacità è ridotta in condizioni di pH acidi e annullata per pH inferiori a 4.5.

argilla → 1-150 meq/100g

humus

→ 100-500 meq/100g

Il pH del suolo varia da 5.5 a 8.5, di solito i suoli sabbiosi e ricchi di humus sono acidi mentre quelli calcarei sono alcalini.