Pedologia forestale

Pedologia

La pedologia è la scienza che studia i suoli ed i processi che originano gli strati (orizzonti) di cui il suolo è costituito, in un determinato ambiente climatico, a partire da una determinata roccia madre. Il suolo può essere definito come un corpo naturale costituito da solidi (minerali e sostanza organica), liquidi e gas che si trovano nella superficie della terra. È caratterizzato da:

• Orizzonti o strati, che sono distinguibili dal materiale iniziale come risultato di aggiunte, perdite, trasferimenti e trasformazioni di energia e materia;
• Abilità di mantenere la vita di piante radicanti in un ambiente naturale;

Le classificazioni principali del suolo sono USDA (americana) e FAO. I fenomeni sempre presenti nel suolo sono:

1. Apporti: apportano al suolo sostanze che non ne fanno parte (in genere sostanza organica e residui da vegetali (cascame), apporto epigeo (foglie) o ipogeo (radice);
2. Perdite: i minerali vanno incontro ad alterazione liberando elementi chimici che possono subire più destini, anche gli elementi nutritivi vengono perduti (soprattutto gli anioni perché vengono difficilmente trattenuti);
3. Traslocazioni: spostamento di materiale dalla superficie verso il basso e si fermano (differente dalle perdite), riguarda l’alterazione dei minerali e la sostanza organica;
4. Trasformazioni: tutto ciò che costituisce il suolo può essere trasformato;

La formazione del suolo è un processo di diverse reazioni di varia natura, in cui alla base vi è l’alterazione della roccia madre o substrato pedogenetici, divise in tre famiglie: sedimentarie, magmatiche e metamorfiche.

Erosione subaerea

L'erosione subaerea include tutti i tipi di erosione che avvengono su terreni esposti all'atmosfera. Materiali rocciosi esposti sono spesso alterati da processi chimici o meccanici e poi trasportati in vario modo. Gli agenti principali dell'erosione subaerea sono la gravità, l'acqua corrente, il ghiaccio (particolarmente sotto forma di ghiacciai), il vento e le onde del mare sulle coste.

La sedimentazione, cioè il processo di accumulo dei sedimenti, si ha quando un agente vettore è costretto a depositare il suo carico. La deposizione può avvenire per cause fisiche, come quando una massa di sedimenti che si muove per gravità lungo il fianco di una collina raggiunge la base del versante, quando una corrente di acqua o aria rallenta, o quando un ghiacciaio fonde; può avvenire per cause chimiche, quando un materiale disciolto in acqua precipita, o può avvenire per cause biologiche o biochimiche, come quando qualche organismo raccoglie o fa accumulare sedimenti.

Lapidificazione

La zona di lapidificazione è dove avviene la compattazione dei sedimenti. Le rocce si classificano in base alla loro formazione:

• Magmatiche (consolidamento massa fluida interna alla crosta terrestre: rocce vulcaniche)
• Sedimentarie (cementazione di sedimenti e detriti, possono essere coerenti (dure) o semicoerenti in base alla profondità che raggiungono)
• Metamorfiche (rocce preesistenti che si modificano per azione di pressione e temperatura che determinano uno "schiacciamento" dei cristalli)

Orogenesi

Il termine orogenesi indica il processo di formazione di un qualsiasi rilievo. Nel linguaggio geologico, il termine si riferisce alla formazione degli orogeni, derivanti da masse rocciose, che hanno subito una deformazione tettonica per prevalenza di spinte laterali, arrivando quindi ad impilarsi creando una catena montuosa. Le placche si muovono su una superficie fluida a seguito di movimenti convettivi, la parte solida offre una certa inerzia (resistenza al movimento), si hanno così zone di frizione (dove collidono 2 zolle).

Suolo = f (clima, organismi, topografia, roccia madre, tempo)

Il suolo è quindi una funzione di questi cinque fattori ambientali. Alcune variabili tra queste sono indipendenti come la roccia madre ed il tempo altre invece dipendenti. Per rilievo si intende pendenza, esposizione, altitudine, latitudine; gli organismi invece sono sia microrganismi che la vegetazione. Non è solo il suolo a dipendere da questi fattori ma anche le sue proprietà come tessitura, pH, pool microbico, contenuto di nutrienti…ecc.

Glaciazioni

Una glaciazione (o era glaciale o periodo glaciale) è una condizione climatica che caratterizza un lungo periodo di tempo della storia climatica della Terra, in cui si registra un forte sviluppo delle coltri glaciali sulla superficie terrestre, dovuto ad un generale abbassamento della temperatura media globale.

• Variazioni dell'orbita terrestre - Le variazioni periodiche dell'eccentricità dell'orbita della Terra, dell'inclinazione dell'asse come pure la sua precessione, non sembrano poter essere identificati come fattori scatenanti di una Era Glaciale, quanto piuttosto in grado di influenzare notevolmente il susseguirsi dei periodi glaciali e soprattutto degli interglaciali all'interno di una singola Era glaciale.
• Attività solare - L'emissione della radiazione solare, conseguenza dell'attività solare, non ha un andamento costante nel tempo, ma segue dei cicli principali di undici anni ed altri secondari, legati alla variazione del numero delle macchie solari, la cui attività ha un influsso diretto sulla quantità di radiazione inviata verso la Terra e di conseguenza sulla temperatura della superficie terrestre. Tali variazioni da sole non sono in grado di dare avvio ad una glaciazione propriamente detta, ma possono dare un contributo alla sua intensità e durata quando sono in coincidenza con alcune delle altre possibili.
• Attività vulcanica e meteoritica - È possibile che un intensa attività vulcanica o anche una pioggia di meteoriti possano innalzare una coltre di gas e polveri in grado di respingere molti dei raggi solari, abbassando così la temperatura. In verità, all’interno di una glaciazione, ogni 3000-5000 anni c’è un’alternanza di fasi più calde, talvolta più calde della fase interglaciale stessa. La glaciazione si divide quindi in periodi stadiali (periodi freddi di una glaciazione) e periodi interstadiali (periodi caldi di una glaciazione).

La fase interglaciale è invece il periodo di tempo che intercorre tra una glaciazione e l’altra e differisce dai periodi interstadiali per il lasso di tempo di intensità maggiore.

Ghiacciai

Si definisce ghiacciaio una massa di ghiaccio originatasi per progressiva trasformazione (compattazione e ricristallizzazione) di accumuli di neve e soggetta a lento scorrimento sulla superficie terrestre. Un ghiacciaio continentale è una massa di acqua ghiacciata che ricopre la terraferma e la cui estensione è superiore ai 50.000 km². Una calotta di ghiaccio, invece, è una massa di ghiaccio continentale che copre il terreno di una vasta area geografica, estendendosi per più di 50.000 km². Le calotte di ghiaccio sono di notevoli dimensioni e di solito alimentano una serie di ghiacciai lungo la loro periferia. Sebbene la superficie sia fredda, la base della calotta glaciale è generalmente più calda a causa del calore geotermico. Talvolta si verifica la liquefazione del ghiaccio e l'acqua sciolta lubrifica la calotta di ghiaccio che può così fluire più velocemente.

La neve al momento della sua caduta si presenta in cristalli, contiene molta aria e possiede una bassa densità (0,1 circa). Però, quando nel nevaio si accumula su più strati, risulta progressivamente compressa in profondità per il peso delle coltri sovrapposte e per fenomeni di fusione e rigelo dell’acqua formatasi. Può andare incontro ad alcuni fenomeni quale ablazione (portata via dal vento), sublimazione ed albedo (colore del terreno). Lo strato di neve caduta in inverno rimane solamente per il 2-3 % circa ed arriva sino all’estate successiva. A poco a poco si trasforma in un ghiaccio compatto, con l’eliminazione dell’aria inizialmente contenuta (che vi rimane solamente in rarissime bolle), che si presenta sotto forma di un materiale granulare chiamato neve vecchia. La neve comprime quindi gli strati inferiori, maggiore sarà lo spessore maggiore sarà la sua compattazione (aumento della densità per diminuzione del volume).

Successivamente i granuli si fanno più grossi e dopo gli strati inferiori della massa di firn cominciano a compattarsi per fenomeni di appiattimento dei granuli e per continue successive fusioni dovute alla compressione (il ghiaccio fonde se sottoposto a pressione) seguite da subitanei rigeli, nonché per cementazioni di parte della neve di fusione della neve attualmente superficiale. Si forma così una massa di ghiaccio che raggiunge una densità attorno a 0,91 - 0,92 (generalmente superiore a quella del normale ghiaccio dell’uso comune) e che va a costituire il ghiacciaio. Il ghiacciaio tende a rattenere le particelle portate dal vento ed inglobarle (polveri e ceneri). Vengono inglobati anche frammenti di roccia, la quale assorbendo energia dalla radiazione solari si riscalda provocando la fusione del ghiaccio superficiale, così con il tempo verrà inglobata nel ghiacciaio sprofondando anche per qualche metro. Il permafrost sotto il ghiacciaio è profondo od addirittura assente, dovuto dall’azione dell’entalpia e del calore latente (calore che si libera dall’acqua allo stato solido, diminuendo l’entropia si ha una liberazione di calore). Più il ghiacciaio si inspessisce più il permafrost scende o scompare. Il ghiacciaio non scompare perché nuovo ghiaccio si forma alla superficie, si crea così uno strato stazionario che dipende dal periodo climatico (equilibrio dinamico, fusione = formazione in superficie). L’acqua liquida che si crea a seguito di pressioni nel ghiacciaio può formare fiumi ipoglaciali (sotto il ghiacciaio) i quali quando fuoriescono si possono nuovamente congelare.

I ghiacciai non sono entità statiche, ma il ghiaccio che li ricopre è dinamico e segue la morfologia della montagna stessa su cui giace; la forma a spiovente è data inoltre dal fatto che ad altitudini inferiori il ghiaccio fonde più facilmente. Lo spessore del ghiaccio è quindi composto di piani di discontinuità sottoposti a pressione degli strati superiori. La neve tende però ad essere spostata a valle in due modi:

1. La pressione eccessiva degli strati superiori determina la fusione del ghiaccio negli strati vicini alla roccia, creando un varco e scivolando a valle. Gli strati superiori tendono così a scendere.
2. In superficie gli strati risentono maggiormente della gravitazione (la parte corrispondente all’ 1/3 iniziale).

Ad un certo livello di profondità c’è una situazione più o meno stabile, all’incirca a 1/3 della stratificazione. Gli strati rappresentano gli anni degli inverni nei quali si sono accumulati, ma non si trovano paralleli alla superficie terrestre: quelli più vecchi, infatti, più vicini alla roccia, sono più soggetti ad incurvarsi e scendere a valle. Nella ricerca di un particolare strato ci si deve quindi spostare non solo in profondità, ma anche lateralmente.

Geomorfologie di origine glaciale

La geomorfologia glaciale studia e descrive il prodotto dall'azione dei ghiacciai sulla superficie terrestre, la maggior parte delle aree oggi caratterizzate da questa morfologia sono state create dal movimento dei grandi ghiacciai continentali. Quando i ghiacciai si espandono, a causa del loro peso di neve e ghiaccio accumulato, frantumano e levigano le rocce in superficie e la roccia in posto. Le morfologie che ne risultano comprendono striature, circhi, picchi piramidali, arêtes, trim line, valli a forma di U, roches moutonnées e valli pendenti.

• I circhi: luogo di partenza per i ghiacciai montani
• Valle a forma di U: creata dai ghiacciai montani (chiamati fiordi quando creano un'insenatura riempita d'acqua di mare)

Una volta che i ghiacciai si ritirano, lasciandosi dietro il loro carico di roccia frantumata e sabbia (ammasso glaciale), creano depositi sedimentari con caratteristiche morfologiche e di organizzazione interna ben definite, come morene, esker e kame.

Morene - Una montagna morenica è una particolare forma di accumulo di sedimenti, costituito dai detriti rocciosi trasportati da un ghiacciaio. I sedimenti che costituiscono le morene, chiamati till (o tillite se consolidati), sono caratterizzati da:

• Assenza di classazione,
• Forte eterogeneità nella dimensione dei clasti, spesso costituiti da detriti ghiaiosi a spigoli vivi, annegati in un'abbondante matrice argillosa siltosa.

Roche moutonnée - In glaciologia, una roccia montonata o roche moutonnée, è un particolare tipo di formazione rocciosa generata dal passaggio di un ghiacciaio. Il ghiacciaio in movimento può erodere il suolo fino ad arrivare al substrato roccioso, dando luogo a formazioni rocciose di struttura asimmetrica, arrotondate a monte cioè dal lato che subisce la spinta del ghiaccio in movimento, e che in genere si assottigliano e sfilacciano in modo irregolare a valle, dove si esaurisce la spinta data dal movimento del ghiacciaio. Questi effetti erosionali possono estendersi su scale che vanno dal metro fino a qualche centinaio di metri.

Seracco - Un seracco è una formazione tipica di un ghiacciaio, che si genera a seguito dell'apertura di crepacci longitudinali o trasversali o alla variazione di pendenza del letto glaciale.

Till glaciale (glacial till) - Materiale caotico (dal pdv granulometrico) che si insedia prima dell’avvento della vegetazione (è quasi un suolo, in quanto comprende anche materiale fine, pulviscolo,…) formato dal materiale della morena di fondo e da quello che si origina durante la fase di arretramento del ghiacciaio (è diverso da una morena!).

Erratici - Massi di grandi dimensioni che sono stati spostati dal ghiaccio e che si trovano in situazioni estranee al paesaggio circostante. Es: masso granitico in ambiente calcareo, anche se non è necessario che abbia una litologia diversa da quella del paesaggio.

Striature - Solchi lasciati dal passaggio di un masso trascinato dai ghiacci in cui era stato inglobato compiendo un lavoro simile a quello di un aratro.

Kame - Dossi/rilievi in un Till Field (distesa di Till) che si originano per accumulo di materiale nella fessura di un ghiacciaio che sprofonda per albedo; quando questo si ritira, essendo materiale incoerente, forma un collinetta conica arrotondata.

Ambiente glaciale

Ambiente glaciale: presenza del ghiacciaio

Ambiente proglaciale: ambiente interessato dalla presenza del ghiacciaio ma si trovano nei loro pressi (ne risentono della sua presenza), il permafrost è superficiale, temperature basse ed umidità satura

Ambiente periglaciale: temperatura media annua massima di 2 °C con alternanza di gelo/disgelo, possono esserci anche in assenza di ghiacciai, si possono distinguere in diverse tipologie:

• Spessore del permafrost consistente con scarsa vegetazione, presenza di Talik ovvero porzione sottosuperficiale di suolo o roccia dove non c’è congelamento, l’acqua fa da conduttore di calore;
• Spessore del permafrost minore e possibile presenza di piante arboree ed erbacee, i laghi possono scomparire per processi di paludizzazione;
• Il permafrost può essere discontinuo e sporadico, inspessendo lo strato attivo;

Permafrost

Il permafrost non è un orizzonte in senso stretto perché non si forma a causa di un processo pedogenetico bensì da una condizione termica. Il permafrost infatti è qualsiasi materiale terroso o roccioso la cui temperatura è sempre al di sotto degli 0°C. Ai fini del suo riconoscimento basta comunque verificare che la temperatura rimane costante al di sotto degli 0°C per almeno due anni. Se il permafrost contiene acqua questa è in forma di ghiaccio ed ha un’azione cementante. Il permafrost può essere distinto in:

• Continuo (è sempre presente per km)
• Discontinuo (talvolta ci sono delle interruzioni)
• Sporadico (si riscontra molto più raramente, in quanto, in %, sono più le aree dove non c’è rispetto a quelle dove c’è)
• Isolato (si riscontra solo raramente in aree molto circoscritte, es: sulle Alpi)

Strato attivo

In ambienti contenenti permafrost, lo strato attivo è il livello superiore del suolo che disgela durante l'estate e congela di nuovo durante l'autunno. In tutti i climi, che vi sia o meno il permafrost, la temperatura nei livelli inferiori del suolo rimarrà più stabile di quella in superficie, dove l'influenza della temperatura dell'ambiente è maggiore. Ciò significa che, nel corso di molti anni, l'influenza del raffreddamento invernale e del riscaldamento estivo (nei climi temperati) diminuirà con l'aumentare della profondità. Se la temperatura invernale è al di sotto del punto di congelamento dell'acqua, nel suolo verrà a formarsi un fronte di frost, una linea di congelamento che costituisce il confine tra suolo congelato e scongelato; con l'arrivo della primavera e dell'estate, lo scongelamento del suolo avviene sempre dall'alto in basso. Se il riscaldamento durante l'estate supera il raffreddamento invernale, il suolo sarà completamento scongelato durante l'estate e non ci sarà nessun permafrost. Questo succede quando la temperatura media annuale è al di sopra dello 0 °C, ma anche quando essa è leggermente al di sotto di 0 °C in siti esposti al sole con materiali parentali dalla granulometria grossolana. Quando il calore non è sufficiente per provocare il disgelo completo del suolo congelato, si forma il permafrost. Lo strato attivo in questo caso è costituito dagli strati superiori del suolo che si scongelano durante l'estate, mentre lo strato inattivo si riferisce al suolo sottostante che è congelato per tutto l'anno in quanto il calore non riesce a penetrarvi. L'acqua liquida non può fluire al di sotto dello strato attivo.