Riassunto Chimica del Suolo

COSTITUENTI MINERALI DEL SUOLO

Una è un aggregato di due o più minerali, oppure sistema consistente di un solo composto

ROCCIA

(cristallino o amorfo) che si presenta come massa solida di notevole estensione.

Sono classificate in magmatiche, sedimentarie e metamorfiche.

R : derivano direttamente dalla solidificazione di magmi fusi.

OCCE MAGMATICHE

Se questo processo è avvenuto all’interno con successiva comparsa in superficie vengono dette ;

INTRUSIVE

se la solidificazione avviene direttamente sulla superficie terreste si parla di rocce ; quelle

EFFUSIVE IPOABISSALI

presentano un raffreddamento meno veloce, perché sono vicine ma non parte della superficie.

Il raffreddamento relativamente brusco che si ha nella formazione di rocce effusive (in contrasto con quello

più graduale che si verifica in profondità) tende a produrre masse vetrose amorfe o cristalli più piccoli e

malformati.

Strutture in ordine di aumento di cristallinità e diminuzione della velocità di raffreddamento:

1. vetrosa (massa solida non cristallina) (ossidiana)

2. porfirica (cristalli grandi, pasta di fondo microcristallina) (porfido)

3. aplitica (cristalli molto piccoli) (aplite)

4. olocristallina (cristalli di dimensioni notevoli) (granito)

La composizione delle rocce magmatiche è molto variabile, soprattutto in funzione della profondità da cui

provengono: gli strati inferiori del globo terrestre sono più ricchi di Mg e Fe e più scarsi di Al e Si.

Vengono considerate acide le rocce con oltre il 64% di Silice, neutre quelle con un contenuto compreso tra

il 52% e il 65%, basiche quelle il cui contenuto è inferiore al 52%.

La serie di Bowen prevede la formazione dei vari minerali con il progressivo raffreddamento del magma; a

destra la serie continua, a sinistra la serie discontinua (isomorfa).

Il diagramma di Streckeisen serve per classificare le rocce ignee guardando alla composizione percentuale

di quarzo, alcalifeldspati, plagioclasio e feldspatoidi.

Bruschi Pietro

R : sono formate dal trasporto e/o deposito di frammenti di rocce preeesistenti ad opera

OCCE SEDIMENTARIE

di agenti vari, oppure dall’accumolo o dalla precipitazione di composti proventienti da soluzioni, o da

spoglie di organismi.

Le sono formate da detriti derivati dalla frantumazione di rocce sia magmatiche che

ROCCE CLASTICHE

sedimentarie e metamorfiche, trasportati da agenti fisici in luoghi più o meno lontani da quelli di origine ed

ivi depositati.

Le consistono di materiale di eruzione vulcanica aerea (cenere e lapilli) con successiva

ROCCE PIROCLASTICHE

deposizione ed eventuale cementazione.

Le sono originate dalla precipitazione di composti poco solubili da soluzioni, in

ROCCE DI DEPOSITO CHIMICO

seguito a variazioni ambientali (temperatura, pH, pressione, concentrazione ecc.).

Le sono derivate da residui di organismi in seguito alla decomposizione della

ROCCE DI DEPOSITO ORGANOGENO

parte organica.

R : provengono dalla trasformazione di altre rocce preformate, operata in condizioni di

OCCE METAMORFICHE

temperature e/o pressione notevolmente alte, quali si verificano all’interno della crosta terrestre.

Possiamo distinguere , ereditati dalla roccia madre, o , formatisi in seguito a

MINERALI PRIMARI SECONDARI

processi susseguenti. Per comodità di esposizione i minerali vengono suddivisi in gruppi a seconda della

loro composizione chimica: elementi, ossidi, cloruri, nitrati, solfuri, carbonati, solfati, fosfati e silicati.

Gli unici minerali costituiti da , capaci di avere una rilevanza quantitativa e/o qualitativa sono

ELEMENTI

carbonio (sotto forma di grafite, formatosi come residuo di combustione di sostanze organiche) e zolfo

(derivante dalla parziale ossidazione di gas sulfurei eruttivi che entrano a contatto con l’ossigeno dell’aria).

Bruschi Pietro

Gli più abbondanti ed importanti sono quelli (anidri o idrati) di Si, Al, Fe ed Mn.

OSSIDI ( )

Gli hanno formula e prendono il nome generico di “silice”. Non esistono

OSSIDI ANIDRI DI SILICIO 2

doppi legami tra l’atomo di silicio e quelli di ossigeno, per cui ogni atomo di Si è legato a 4 atomo di O a

formare la struttura tetraedrica alla base della chimica del Si (quarzo, tridimite, cristobalite).

∗ < 2),

Gli hanno formula (con l’idrogeno che entra nella composizione

OSSIDI IDRATI DI SILICIO 2 2

dei minerali in questione è infatti sotto forma di gruppi ossidrilici (−) legati a loro volta all’atomo di Si.

Gli e quelli di possono essere tratti insieme in vista della stretta somiglianza dal

OSSIDI DI FERRO ALLUMINIO

punto di vista chimico. Sono ossidi anidridi l’ematite ( ) e la magnetite ( ) ed il corindone

2 3 3 4

∗

( ). Molto più importanti e frequenti sono gli ossidi idrati, con formula ed

2 3 2 3 2

∗ < 3);

(con in questi composti si ha la coordinazione ottaedrica, con 6 gruppi legati

2 3 2

all’atomo centrale (gibbsite, boehmite, goethite). 2+

Gli hanno grande importanza pedologica grazie alla possibilità di fornire ,

OSSIDI DI MANGANESE

elemento indispensabile per la nutrizione vegetale, il più noto ed abbondante è la pirolusite .

2

Poiché tutti i e quasi tutti i sono molto solubili in acqua, la loro presenza nel terreno in

NITRATI CLORURI

quantità è possibile solo in particolari condizioni di aridità. Il cloruro più importante è l’ di origine

marina; i nitrati possono provenire da reazioni biologiche, concimazione ed inquinamento.

I sono tipici minerali primari in quanto non sono stabili in condizioni pedologiche normali. Il

SOLFURI

processo di ossidazione della pirite oltre a produrre idrossido ferrico genera una notevole quantità di

2

acido solforico, è quindi da considerare una notevole causa di acidificazione dell’ambiente.

Per quanto riguarda i , molto frequente e molto abbondante il carbonato di calcio che

CARBONATI 3

costituisce i minerali di calcite ed aragonite, importanti per la propria azione di tampone per contrastare

l’acidificazione. Il carbonato di sodio essendo notevolmente solubile in acqua è presente solo in

2 3

terreni con movimento dell’acqua dal basso verso l’alto, formando efflorescenze bianche in superficie;

quando è presente conferisce un alto grado di alcalinità e salinità. Più rara è la presenza di dolomite

)

( .

3 2

L’unico che si può ritrovare nel terreno in quantità apprezzabili è il solfato di calcio, in particolare

SOLFATO ∗ 2 .

sotto forma di gesso 4 2

Benchè non abbondanti, i sono di importanza fondamentale in quanto costituiscono la fonte di un

FOSFATI

elemento indispensabile. I minerali primari più frequenti sono le apatiti:

( )

3 ∗ /() / / (fluoroapatite, idrossiapatite, cloroapatite, carbonatoapatite).

3 4 2 2 2 2 3 Bruschi Pietro

I sono i costituenti minerali più importanti delle rocce del terreno.

SILICATI

Nei i singoli tetraedri non sono collegati direttamente tra loro, ma le valenze libere degli atomi

NESOSILICATI 44−

di ossigeno posti ai vertici di ciascuno sono saturate dalle cariche positive di ioni metallici

( / )

(olivina ).

2 4 76−

I sono condensati di due tetraedri di silicio a formare l’anione (gneiss, micascisti).

SOROSILICATI 2

I presentano collegamenti estesi fra tetraedri fino a formare anelli chusi di 2, 4 o 6 elementi.

CICLOSILICATI

Gli sono collegamenti lineari indefiniti a catena semplice (pirosseni) o doppia (anfiboli).

INOSILICATI

I hanno una struttura cristallina bidimensionale, che si sviluppa in lunghezza e larghezza.

FILLOSILICATI

Sono caratterizzate una struttura a strati tetraedrici (Si) strettamente connessi a strati ottaedrici

(diottaedrici con Al o triottaedrici con Mg) (minerali 1:1 o 2:1) e dalla possibilità di sostituzioni isomorfe.

I tetraedri dello strato silicico condividono tre vertici fra loro, mentre il quarto serve da collegamento con le

strutture ottaedriche; quest’ultimi hanno due vertici in comune con i tetraedri, due tra loro e i due

rimanenti con altri tetraedri di un terzo piano o non sono condivisi.

I rappresentati principali del gruppo minerali 1:1 sono la caolinite fra i diottaedrici ed i serpentini tra i

triottaedrici; nel gruppo dei minerali 2:1 invece abbiamo la pirofillite ed il talco.

Per quanto riguarda le sostituzioni isomorfe abbiamo la famiglia delle smectiti (montmorillonite) in cui

2+ 2+ 3+ 3+ 4+

o sostituisce e sostituisce , con conseguente carica negativa residua; la famiglia

delle vermiculiti presenta una carica reticolare più alta; famiglia delle miche o illiti; famiglia delle cloriti.

I presentano una parte dei tetraedri (i quali si espandono in tutte le dimensioni dello spazio)

TECTOSILICATI 3+

occupati da , sono molto abbondanti e vengono divisi in feldspati (ortoclasio), feldspatoidi (leucite,

nefelina) e plagioclasi (albite, anortite). Bruschi Pietro

COMPONENTE ORGANICA DEL SUOLO

Il suolo per essere definito tale, oltre che rocce deve sempre contenere una certa quantità di sostanza

organica, costituente di essere viventi, loro residui o spoglie o prodotti dalla alterazione di quest’ultimi.

Generalmente la migliora l’aggregazione e la porosità di qualsiasi suolo; in particolare

SOSTANZA ORGANICA

aumenta la stabilità della struttura nei sabbiosi, diminuisce le croste superficiali nei limosi e riduce la

formazione di crepe negli argillosi.

I carboidrati sono una vasta gamma di composti ternari (C, H, O) che si uniscono in zuccheri semplici

( )

( ) mediante processi di condensazione o di alterazione. Sia semplici (glucosio, mannosio,

2

galattosio) che a basso grado di condensazione (saccarosio, lattosio, maltosio) possono far parte del

materiale organico che finisce nel suolo, ma di gran lunga più importanti sono da considerare i polisaccaridi.

Amido e cellulosa sono polisaccaridi prodotti di condensazione del glucosio.

Le molecole di zucchero semplice sono unite tra loro con legami glucosidici 1->4 e nel caso dell’amido

anche 1->6; nella configurazione spaziale del gruppo funzionale emiacetalico si ha la forma alpha assiale

nell’amido e beta equatoriale nella cellulosa; l’amido risulta una molecola in cui la catena si avvolge dando

al composto la forma granulare ramificata, mentre la cellulosa è composta da catene pressoché rettilinee

legate da ponti a idrogeno. Vengono degradati da amilasi (molto più numerosi) e cellulasi, sino ad essere

ricondotte al glucosio.

Le emicellulose sono polisaccaridi derivati dalla condensazione di vari zuccheri sia esosi (glucosio,

mannosio, galattosio) sia pentosi (xilosio, arabinosio) con legami beta 1->4.

Sono più facilmente decomponibili della cellulosa.

Le pectine sono polisaccaridi prodotti dalla condensazione con legami beta 1->4 di galattosio, arabinosio,

acido pectico ed acido galatturonico.

La lignina è un polimero ternario di natura molto aromatica (resistente alla sottrazione/addizione di atomi),

si può infatti considerare come derivato della condensazione di unità strutturali fenilpropaniche (alcool

coniferilico, alcool sinapico, alcool paraidrossicinnamico). La lignina possiede una notevole resistenza alla

demolizione dell’ossatura a carattere aromatico e una buona alterabilità delle catene alifatiche laterali,

facilmente ossidabili a dar luogo a gruppi carbossilici acidi.

Aminoacidi, peptidi e proteine sono da considerarsi importanti per il proprio apporto di azoto. I peptidi

sono catene prodotte della condensazione tra aminoacidi. Vengono scissi per idrolisi dagli enzimi proteasi.

I lipidi sono esteri di acidi grassi con glicerina o, in minor misura altri alcoli; quando anche l’alcool

esterificato è a lunga catena alifatica prendono il nome di cere. L’importanza nell’evoluzione della sostanza

organica nel terreno risiede nel loro carattere idrorepellente, che rallenta l’attacco da parte dell’acqua. Più

alterabili in funzione del contenuto di N e P sono i fosfolipidi, mentre le resine (composti di tipo terpenico a

carattere idrocarburico) sono più resistenti.

I tannini sono composti di natura polifenolica (e quindi aromatica), generalmente idrofili, ma capaci di

formare complessi insolubili e scarsamente attaccabili con le proteine.

Altri componenti rivestono importanza soprattutto come fonte di N (acidi nucleici, clorofilla, coenzimi) o di

P (acidi nucleici, fitina, fosfolipidi).

L’humus è un materiale amorfo derivante dalla lenta azione di microrganismi degradanti molecole tipiche

degli organismi vegetali; è composto da sostanze polimeriche molto resistenti all’aggressione e al

dilavamento quali umina, acidi umici e acidi fulvici, oltre a una notevole quantità di spoglie microbiche.

Durante l’umificazione si ha un progressivo aumento dell’acidità e una diminuzione dei rapporti C/N, C/P e

C/S. Nell’impossibilità di riconoscere i singoli componenti dell’humus ci si limita a suddividerlo in frazioni

con determinate caratteristiche mediante procedimenti fisici e chimici di estrazione e separazione (umina,

acidi fulvici, beta-humus, acido imatomelanico, acidi umici bruni, acidi umici grigi).

Bruschi Pietro

PEDOGENESI

La è l’insieme di processi fisici, chimici e biologici che portano alla formazione di un suolo, nel

PEDOGENESI

corso del tempo, a partire dalla roccia madre. Quest’ultimo è di particolare importanza perché molti dei

processi coinvolti nella pedogenesi sono relativamente lenti; l’evoluzione di un determinato terreno

continua a lungo dopo la sia prima formazione, passando attraverso fasi di sviluppo, maturità, senescenza.

I sono essenzialmente la frantumazione, l’erosione ed il trasporto.

PROCESSI PEDOGENETICI DI NATURA FISICA

La frantumazione è data da dilatazione termica, alternarsi di gelo e disgelo, idratazione ed essiccamento,

effetto di organismi viventi. Facilita l’alterazione in seguito ad interazione con fattori ambientali diversi e

comporta una maggiore mobilità sotto l’azione di fattori di trasporto; è inoltre importante notare che la

diminuzione di un ordine di grandezza delle dimensioni delle singole particelle comporta un aumento dello

stesso ordine nella superficie specifica del materiale.

Il trasporto consiste nell’asportazione dal luogo di origine dei materiali costituenti il terreno e nella

deposizione altrove; gli agenti che agiscono in tal senso sono principalmente le acque correnti, il vento ed i

ghiacciai.

L’erosione consiste nell’azione combinata di frammentazione e trasporto. Agisce come fenomeno costante

e relativamente continuo nel tempo; si verificano tuttavia eventi episodici e catastrofici (frane,

smottamenti, alluvioni) in grado di modificare in tempi più brevi l’aspetto del paesaggio.

Gli sono l’acqua, le sostanze a carattere acido, l’ossigeno e i complessanti.

AGENTI CHIMICI DELLA PEDOGENESI

L’acqua agisce chimicamente sui composti minerali del suolo mediante processi di solubilizzazione,

idratazione ed idrolisi. La rappresentano un importanza fondamentale per l’approvvigionamento

SOLUBILITÀ

dei vegetali poiché non esiste niente di teoricamente del tutto insolubile e le acque telluriche contengono

sempre disciolte piccole ma significative quantità di sostanze di natura sia minerale che organica;

l’ consiste nella formazione di legami tra ioni o composti e molecole indissociate di acqua, che

IDRATAZIONE

entrano a far parte integrante di compagini cristalline; per si intende la reazione per cui l’anione e/o

IDROLISI

+ −

il catione costituenti un sale si legano rispettivamente ad od .

L’azione degli acidi è di incrementare i processi di idrolisi alcalina che sono i più importanti e diffusi nella

formazione del suolo, svolgendosi a carico dei silicati. Nel terreno possono formarsi piccole quantità di acidi

minerali forti, tuttavia la presenza di questi composti è aleatoria e di scarsa entità; viceversa sempre

+

presenti e in quantità spesso notevole sono gli acidi organici e la . Da un lato la presenza di in

2

concentrazione notevolmente superiore a quanto si verifica nell’acqua induce un attacco diretto che porta

+ −

alla formazione dell’acido indissociato, d’altro canto l’eccesso di è capace di neutralizzare gli che si

formano nell’idrolisi vera e propria. L’acidificazione può provocare in particolare la dissoluzione di 3

(formazione di stalattiti e stalagmiti).

L’azione dell’ossigeno si esplica naturalmente solo su quei componenti che possono subire una variazione

(in aumento) del grado di ossidazione: composti di C, N, S, Fe, Mn, P, As. In normali condizioni di aerazione

il terreno contiene in fase gassosa tanto ossigeno da assicurare un ambiente nettamente ossidante; inoltre

le ossidazioni ad opera dell’ sono avvantaggiate da ambiente acido.

2

I complessanti, composti per lo più organici presenti nel terreno, sono capaci di legare ioni metallici (Fe, Cu,

Ni, Pb, Mn) con legami di coordinazione. Bruschi Pietro

Nel terreno si ha un apporto continuo di sostanza organica, proveniente da tutti gli essere viventi che ivi

risiedono o, talvolta, semplicemente di passaggio. Gli organismi autotrofi contribuiscono ad aumentare la

sostanza organica nel suolo, mentre gli eterotrofi hanno viceversa tendenza a farla diminuire,

consu