Il suolo è una unità del paesaggio dinamica ed eterogenea · Il suolo è una unità del paesaggio...
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La pedogenesi Il termine pedogenesi indica l’insieme dei processi e dei fattori che sono alla base della formazione e dell’evoluzione di un suolo con le caratteristiche morfologiche e le proprietà mineralogiche, chimiche, fisiche e biologiche che lo rendono habitat per le comunità animali e vegetali.
Le dinamiche di evoluzione (formazione, maturazione e degradazione) del suolo sono la risultante dell'azione di processi fisici, chimici e biologici, i quali agiscono con intensità diversificata, contemporaneamente oppure in sequenza, in modo sinergico oppure in opposizione. Interessano gli orizzonti del pedon e determinano una precisa direzione evolutiva del suolo.
I processi di formazione del suolo
Il suolo è una unità del paesaggio dinamica ed eterogenea
I principali meccanismi di formazione del suolo sono:
la disgregazione delle rocce
la decomposizione dei minerali
l'addizione, la trasformazione, il trasferimento e la
rimozione di materiali organici ed inorganici
l’accumulo e la trasformazione della sostanza organica
weathering
Composizione chimica media della litosfera
Ossigeno (O) 46.7 %
Silicio (Si) 27.7 %
Alluminio (Al) 8.1 %
Ferro (Fe) 5.1 %
Calcio (Ca) 3.7 %
Sodio (Na) 2.8 %
Potassio (K) 2.6 %
Magnesio (Mg) 2.1 %
Altri 1.2 %
Minerali primari
Minerali secondari
Silicati
Non silicati
Alterazione dei componenti minerali (weathering)
I processi di alterazione si classificano in:
fisici: che portano alla disgregazione del materiale roccioso, senza determinarne variazioni nella composizione chimica e mineralogica;
chimici: che provocano la più o meno completa decomposizione della struttura e dell'associazione ionica dei minerali presenti.
Nell'ambiente di pedogenesi le rocce ed i minerali che le compongono subiscono eventi di trasformazione sia di natura fisica sia di natura chimica, che comportano cambiamenti evolutivi dei minerali primari e neosintesi di minerali secondari.
Alterazione dei componenti minerali (physical weathering)
La disgregazione delle rocce (physical weathering) determina perdita di coesione, frantumazione, aumento della superficie specifica. Dipende dalla litologia, struttura, tessitura ed omogeneità della massa rocciosa, dalla giacitura iniziale della roccia e dalla durata dell’esposizione in superficie. E' provocata da:
Azione termica (termoclastismo),
Azione dei ghiacciai (abrasione e stritolamento),
Azione dell’acqua (crioclastismo),
Azione del vento (corrosione, deflazione),
Azione delle entità biotiche (licheni, radici, lombrichi)
Alterazione dei componenti minerali (chemical weathering)
La decomposizione delle rocce (biogeochemical weathering) porta a cambiamenti nella organizzazione cristallina dei costituenti minerali delle rocce. Dipende dalle condizioni litologiche, fisico-chimiche e termodinamiche. Può avvenire:
reazioni di idrolisi
reazioni di idratazione/disidratazione
reazioni di solubilizzazione e carbonatazione
reazioni di ossidoriduzione
reazioni di complessazione/chelazione
reazioni di scambio di ioni
Fattori di alterabilità chimica
L’alterazione chimica comporta trasformazioni della natura e composizione dei minerali e delle rocce. I principali agenti di alterazione sono: H2O, O2, CO2, ioni H+, leganti polidentati. La stabilità all’alterazione di un minerale è funzione:
della specifica composizione
della struttura e della natura dei legami
(Si-O > Al-O > Mg-O > Ca-O)
Fattori di alterabilità chimica
L’alterazione chimica inizia dai punti di maggiore debolezza. I fattori di alterabilità chimica sono:
la quantità di cationi solubili (alcalini e alcalino terrosi)
la posizione degli ioni nella struttura minerale
il grado di collegamento tra tetraedri adiacenti
il contenuto in cationi ossidabili (FeII e MnII)
Stabilità all’alterazione di alcuni minerali primari
MINERALI FERROMAGNESIACI MINERALI NON FERROMAGNESIACI
Olivina (1) Ca – Plagioclasi (5)
Iperstene (2) Ca - Na – Plagioclasi (5)
Augite (2) Na - Ca – Plagioclasi (5)
Albite (5)
Orneblenda (3) (Na – Feldspato)
Ortoclasio (5)
Biotite (4) (K - Feldspato)
Muscovite (4)
stabilità crescente ai ordine di cristallizzazione
processi di alterazione del magma
Quarzo (5)
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Struttura degli alluminosilicati Numero di atomi di ossigeno condivisi tra
tetraedri di silicio adiacenti
(1) Nesosilicati (tetraedri indipendenti) => Nessuno
(2) Inosilicati (singole catene di tetraedri: pirosseni) => 2
(3) Inosilicati (doppie catene, o nastri, di tetraedri: anfiboli) => 2-3
(4) Fillosilicati (disposizione planare, o a strati, dei tetraedri) => 3
(5) Tectosillicati (intelaiatura tridimensionale dei tetraedri) => 4 (tutti)
(Serie di Bowen)
Stadi dell’alterazione di minerali del suolo STADI TIPO DI MINERALI CARATTERISTICHE DEL SUOLO
Primo stadio di alterazione
1 Gesso Questi minerali si trovano nelle frazioni limosa e argillose di suoli
2 Calcite giovani di tutta la terra e nei suoli delle regioni aride dove
3 Orneblenda la scarsità di acqua inibisce l'alterazione chimica
4 Biotite e il dilavamento.
5 Albite
Stadio di alterazione intermedia
6 Quarzo Suoli essenzialmente di regioni temperate, spesso su roccia
7 Muscovite madre (anche illite) di origine glaciale o periglaciale;
Vermiculite e interstrati misti generalmente fertili, con vegetazione naturale erbacea o forestale.
9 Montmorillonite e smectiti
Stadio di alterazione avanzata
10 Caolinite Questi minerali sono dominanti nelle frazioni
11 Gibbsite argillose di molti suoli fortemente
12 Ematite (anche goethite) alterati di antiche superfici terrestri nelle regioni
13 Anatasio intertropicali umide e calde; suoli spesso di bassa fertilità.
8
(Jackson e Sherman)
I processi pedogenetici sono insiemi di fenomeni fisici e reazioni chimiche e biochimiche che concorrono a formare il suolo a partire dalla roccia madre o da un suolo preesistente. E’ raro che un processo pedogenetico agisca in via esclusiva: quasi sempre operano combinazioni di processi
che contribuiscono alla formazione di un suolo.
I principali processi pedogenetici sono:
I processi di formazione del suolo
l'addizionel'addizione
la traslocazionela traslocazione
la trasformazionela trasformazione
la rimozione di materiali organici la rimozione di materiali organici
ed inorganicied inorganici
Processi pedogenetici di base
PROCESSO TIPO DI PROCESSO
DESCRIZIONE SINTETICA
Eluviazione Traslocazione Impoverimento ed uscita di materiali da una parte del profilo
Illuviazione Traslocazione Arricchimento ed ingresso di materiali in una parte del profilo
Lisciviazione Rimozione Dilavamento o trasporto di soluti fuori dal regolite
Arricchimento Addizione Aggiunta di materiali al corpo suolo o aumento della loro concentrazione residuale
Erosione Rimozione Rimozione fisica di materiali dagli orizzonti superficiali
Cumulizzazione Addizione Accumulo eolico o idrico di materiali sulla superficie del suolo
Decalcitazione Traslocazione Dissoluzione e rimozione di CaCO3 da uno o più orizzonti (detto
anche processo di decarbonatazione)
PROCESSO TIPO DI PROCESSO
DESCRIZIONE SINTETICA
Calcitazione Traslocazione Precipitazione di CaCO3 in uno o più orizzonti sottostanti un orizzonte di decalcitazione (detto anche processo
di carbonatazione)
Salinizzazione Traslocazione Accumulo di sali più solubili del CaCO3 in uno o più orizzonti
Desalinizzazione Traslocazione Dissoluzione e rimozione di sali più solubili del CaCO3 in uno o più
orizzonti
Alchilazione Traslocazione Saturazione del complesso di scambio di un orizzonte con Na
Dealchilazione Traslocazione Desaturazione e lisciviazione di Na da orizzonti saturi
Lessivage Traslocazione Trasporto meccanico di argille da un orizzonte A (o E) un orizzonte B di
accumulo
Pedoturbazione Traslocazione Rimescolamento ad opera di agenti biotici (bioturbazione), fisici (crioturbazione), climatico-
mineralogici (vertisolizzazione)
Processi pedogenetici di base
PROCESSO TIPO DI PROCESSO
DESCRIZIONE SINTETICA
Podzolizzazione Trasformazione e Traslocazione
Movimento di Fe, Al e/o sostanza organica verso orizzonti profondi
con arricchimento residuale superficiale di quarzo e/o minerali
resistenti
Laterizzazione Trasformazione e Traslocazione
Trasporto di silice verso orizzonti profondi e concentrazione residuale superficiale di
ossidrossidi con formazione eventuale di croste o concrezioni
Alterazione Trasformazione Degradazione della fase minerale e organica primaria per dissoluzione,
ossidazione, idrolisi, chelazione, protonazione
Sintesi Trasformazione Neoformazione di minerali secondari (argille, ossidi, materiale
amorfo) e di costituenti umici
Melanizzazione Addizione e Traslocazione
Annerimento degli orizzonti superficiali per azione della sostanza organica umificata
Leucizzazione Traslocazione Schiarimento di orizzonti superficiali per scomparsa della
frazione umica
Littering Addizione Accumulo superficiale di sostanza organica fresca (lettiera)
Processi pedogenetici di base
PROCESSO TIPO DI PROCESSO
DESCRIZIONE SINTETICA
Umificazione Trasformazione Trasformazione biochimica della sostanza organica fresca in humus
Paludizzazione Trasformazione Accumulo superficiale di depositi organici indecomposti (torbe) in
ambiente idromorfo
Fermentazione Trasformazione Mineralizzazione incompleta della sostanza organica
Brunificazione Trasformazione Cambiamento di colore legato al rilascio del Fe dai minerali e
all’arricchimento e/o pigmentazione con ossidrossidi di Fe bruni
(ferridrite e goethite)
Rubefazione Trasformazione Cambiamento di colore legato all’arricchimento e/o pigmentazione
con ossidi di Fe rossi (ematite)
Ferruginazione Trasformazione Cambiamento di colore legato all’arricchimento e/o pigmentazione con ossidrossidi giallastri (goethite)
Gleyzzazione Traslocazione e Trasformazione
Cambiamento di colore in orizzonti soggetti a riduzione del Fe in
ambiente anaerobico per sommersione o idromorfia
Processi pedogenetici di base
I fattori della formazione del suolo
I fattori della formazione del suolo (V. Dokuchaev, 1883; H. Jenny, 1941) possono definirsi “fattori di stato”, cioé le condizioni ambientali che determinano lo sviluppo e le proprietà caratteristiche di un suolo. Essi sono:
la matrice litologica (rm)
il clima (cl)
la geomorfologia (r)
le entità biotiche (bio)
il tempo (t)
l’azione antropica (u)
Suolo = f (cl, rm, r, bio, t, u)
I fattori della formazione del suolo
Negli anni ’70, l’olandese Schelling ed il russo Gerasimov proposero indipendentemente uno schema in cui i fattori di stato determinano le caratteristiche di un suolo non direttamente, ma attraverso i processi di pedogenesi, che costituiscono gli effettivi agenti della formazione del suolo
Fattori di stato Processi di pedogenesi
Caratteristiche del suolo
I suoli antropogenici
I "suoli antropogenici" sono quelli che derivano la loro formazione da alterazioni antropiche della normale evoluzione del suolo verso un equilibrio apparente non esclusivamente determinato dai fattori naturali "in situ" della pedogenesi. Le pratiche umane e/o i nuovi materiali resi disponibili come substrato pedogenetico portano ad una decisiva variazione del materiale parentale, della frazione organica e dei componenti inorganici rispetto alle condizioni originarie o del suolo indisturbato.
I suoli antropogenici comprendono:
1. Suoli ricostruiti con materiale organico o minerale "non-suolo“
2. Suoli integrati con fasi minerali alloctone incorporate negli o stratificate sugli orizzonti superficiali
3. Suoli in cui lavorazioni profonde hanno portato alla ripresa della roccia madre o della parte profonda del regolite
4. Suoli di aree soggette a drastiche azioni di scavo e riporto
5. Suoli terrazzati, gradonati o sistemati con opere di ingegneria naturalistica
6. Suoli sommersi e suoli a drenaggio interno impedito o alterato artificialmente
7. Suoli integrati con biomasse per la biodepurazione di sostanze inquinanti
I suoli antropogenici