|
|
|
ECOPEDOLOGIE
Pedologia este o stiinta de tranzitie,care se ocupa cu studiul solului, avand legaturi stranse cu stiintele fundamentale.
Solul - stratul superior afanat al litosferei, care se afla intr-o continua transformare sub influenta combinata a factorilor naturali (clima, vegetatia, relieful, apa freatica si activitatea umana) . Impreuna cu atmosfera invecinata reprezinta mediul de dezvoltare a plantelor.
Insusirea esentiala a solului este fertilitatea - capacitatea de a aproviziona permanent cu apa si substante nutritive, in conditiile unei aerisiri normale.
Stiintele inrudite
Studiul proceselor fizice si chimice din sol este practic imposibil de realizat fara aportul fizicii, chimiei, matematicii. De asemenea, pedologia are legatura cu stiintele naturii prin problemele de geneza, evolutie si repartitie. Este necesar sa se cunoasca litologia/ geologia locului, geomorfologia, climatologia, biogeografia. In problemele de fertilizare, ameliorare si utilizare a solurilor se face apel la stiintele aplicative agrosilvice.
Pedologia are un caracter complex datorat pozitiei centrale pe care o ocupa solul in ecosistemele si geosistemele din natura.
Solul formeaza un invelis la suprafata uscatului, invelis cunoscut sub numele de pedosfera.
Pe langa metodele de cercetare ale disciplinelor cu care intra in contact, pedologia si-a dezvoltat si metode proprii de cercetare:
Metoda cercetarii profilului si a unitatii teritoriale de sol
Metoda morfologica si micromorfologica (prin culoare, structura, textura, compactitate si neoformatii)
Metoda comparativa genetico-geografica
Odata cu cresterea presiunii demografice, folosirea rezonabila a resurselor de sol asigura o reproducere naturala continua a acestora. S-a creat falsa impresie ca solul ar fi o resursa inepuizabila. La ora actuala insa se pune acut problema conservarii, ocrotirii si regenerarii resurselor de sol.
Importanta pedologiei este legata si de problema de combatere a poluarii mediului prin faptul ca solul are un rol epurator. Aceasta capacitate a solului depinde de modul de folosire si de interactiunea solului cu agentul contaminator.
Istoricul dezvoltarii pedologiei
Prima lucrare stiintifica de amploare este intitulata " Agriculture fundamenta chemica" si apartine chimistului suedez Wallerius (1871). Lucrarea prezinta insusirile chimice ale solului. Pentru prima data apare aici termenul de sol de la latinescul solum.
In secolul al XIX-lea a crescut interesul pentru studiul solului datorita disputei ce se incinge pe tema nutritiei plantelor intre diverse doctrine si teorii care apar la vremea respectiva.
Doctrina agrochimica (Liebig- intemeietorul chimiei agricole moderne)
Priveste solul ca un simplu rezervor de substante nutritive pentru plante. In cadrul acestei doctrine se emit mai multe teorii.
Teoria humusului (Thael) sustine ca humusul constituie principala sursa de hrana a plantelor.
Teoria azotului (Gilbert si Wolf) afirma ca azotul este principalul element din viata plantelor. Teoria are ca punct de plecare efectul puternic pe care l-a avut guano-ul adus in Europa ca ingrasamant natural la sugestia lui Alex von Humboldt.
Teoria minerala (Liebig) sustine ca plantele se hranesc cu saruri minerale preluate simultan cu apa si nu cu materia organica descompusa asa cum spunea Teoria humusului. Teoria a stat la baza dezvoltarii ingrasamintelor chimice in Europa de vest si SUA. Aceasta teorie, care a constituit un progres, este limitata deoarece neglijeaza proprietatile fizice si biologice ale solului. Nu este suficient sa restitui solului substantele minerale sustrase prin recolta sau levigare prin administrarea de ingrasaminte.
Solubilizarea solului este conditionata de proprietatile fizice si biologice ale solului si de conditiile de mediu in care acesta se dezvolta.
Doctrina agrogeologica
A aparut in Germania in a doua jumatate a secolului al XIX-lea (Falon, Richthoffen, Raman), cunoscand o larga raspandire in Europa de vest si in SUA.
Partial, ideile scolii agrogeologice patrund si in estul Europei- inclusiv in Romania. (Ion Ionescu de la Brad, Matei Draghiceanu).
Solul este considerat ca stratul superficial al litosferei in care rocile sunt dezagregate si alterate sub influenta agentilor externi.
Richthoffen remarca existenta unei zonalitati climatice ale produselor alterarii - idee ce contine germenii pedologiei genetice si pedogeografiei- dezvoltate ulterior de Docuceaev.
In lucrarile reprezentative ale acestei scoli apare pentru prima data cuvantul pedologie - notiune care incepe sa se contureze ca stiinta aparte, cunoscuta la inceput sub numele de agrogeologie.
Carenta teoriei: solul este considerat ca o simpla roca afanata care ofera plantelor suport si substante nutritive si nu ca un corp natural complex care a rezultat din material mineral si organic si a evoluat sub influenta factorilor de mediu.
Doctrina agrobiologica
Apare ca o reactie la doctrina agrogeologica care supraestima rolul rocii in formarea solului.
Nu componentul mineral ci cel organic joaca rolul decisiv in formarea si evolutia solului.
Se considera ca procesele biotice si biochimice au rolul conducator in formarea solului si a fertilitatii ce sta la baza productiei agricole.
Conceptia agrobiologica a supraestimat factorului biologic in dauna celorlalti factori; o greseala teoretica cu efecte negative in practica agricola.
Doctrina genetico-geografica
Isi are originea in scoala naturalista rusa ( Docuceaev-1846-1903).
Solul este considerat corp natural de sine-statator care se formeaza si evolueaza dupa legi proprii sub influenta interdependenta a unui complex de factori naturali.
Docuceaev indica roca, relieful, clima, vegetatia si varsta regiunii ca factori genetici si sesizeaza si principalele legi care stau la baza repartitiei solurilor:
Legea zonalitatii geografice, Legea evolutiei solurilor ( solurile sunt intr-o continua transformare corespunzator transformarilor ce au loc in timp in mediul geografic).
Docuceaev recomanda studiul solului in natura in complexul factorilor naturali care dirijeaza procesele pedogenetice. Pe langa hartile solurilor este util sa se intocmeasca harti corelative de clima, vegetatie, relief, roca.
Docuceaev pune bazele pedogeografiei si relizeaza prima clasificare stiintifica a solurilor, grupandu-le in trei categorii:
Zonale: care s-au format si au evoluat sub influenta factorilor bioclimatici;
Intrazonale: au o puternica reflectare a conditiilor locale (halomorfe, hidromorfe)
Azonale- solurile aluviale
Termenii de cernoziom, podzol, solonet si solodiu introdusi de aceasta doctrina s-au incetatenit in pedologia mondiala.
In 1909 (Budapesta) si 1924 (Roma) au avut loc conferinte internationale de agrogeologie. In 1924 s-a fondat Asociatia Internationala de stiinta solului care va organiza incepand de atunci congresele mondiale de pedologie.
In Romania, fondatorul scolii de pedologie, Murgoci, a intocmit in 1909 harta solurilor Romaniei. El a fost ales in 1924 presedintele comisiei de realizare a hartii solurilor Europei.
In anul 1964, al VIII-lea Congres de Pedologiei a fost organizat cu mare succes la Bucuresti. Nume de seama in pedologia romaneasca sunt: M. Popovat, N. Cernescu, C. Chirita, Ionescu-Sisesti si N. Florea.
A fost elaborata Harta solurilor lumii/ 1979, scara 1:5000000; Harta solurilor Europei (inclusiv a celor afectate de saruri- 1968, scara 1:5000000); Taxonomia solurilor- o clasificare morfologica cu influenta in diagnoza si clasificarea solurilor (a 7-a aproximatie SUA). Aceasta din urma considera sistemul genetic prea deductiv si teoretic, dand prioritate factorilor de solificare care nu pot fi masurati si interpretati corect.
Alcatuirea generala a solului
Solul ca sistem natural dinamic (corp natural, complex polidispers si poros, entitate complexa a mediului natural) este alcatuit dintr-un ansamblu de elemente componente aflate in cele trei stari de agregare (solida, lichida, gazoasa). Proportia acestor stari difera de la un sol la altul. Starea solida este reprezentata de masa fundamentala in timp ce starea lichida (solutia de sol) si aerul din sol ocupa spatiile goale din interiorul starii solide. Raportat la volum, intr-un sol cu conditii normale, starea solida ocupa 50% din volumul solului ( 39% materia minerala si 11% organica) iar celelalte doua 50%, proportia osciland in functie de umiditatea solului intre 15 si 35%.
Acestor trei stari de agregare li se adauga componenta organica vie (bacterii, ciuperci, actinomicete, protozoare, rame si chiar vertebrate) care populeaza solul si care, desi are o proportie destul de mica, joaca un rol important in sinteza si descompunerea substantelor organice.
Partile componente ale solului se influenteaza reciproc in permanenta.
2.
Partea solida a solului
Este alcatuita din doi componenti:
componentul mineral - provenit din dezagregare si alterare
componentul organic - totalitatea organismelor moarte in si pe sol, aflate in diferite stadii de descompunere
Componentul mineral ocupa 80-90% din masa solurilor normale. Provine din rocile si mineralele de la suprafata litosferei care, supuse procesului de solificare, sufera transformari ca dezagregarea si alterarea.
Aceste procese de transformarea materiei minerale se desfasoara adesea simultan si asociat la suprafata scoartei terestre, cu intensitati si rezultate diferite.
Diferentele sunt legate de conditiile geografice variate ale zonelor si regiunilor in care au loc si de stadiul desfasurarii acestor procese.
u Dezagregarea predomina in starile initiale, cand rocile se faramiteaza treptat
u In paralel cu cresterea suprafetei de contact a rocii cu aerul si apa se intensifica si alterarea.
Dezagregarea rocilor
Principalul proces fizico-mecanic prin care rocile si mineralele sunt fragmentate si apoi maruntite, fara modificari chimice.
u Principalii agenti ai dezagregarii sunt:
u variatiile de temperatura
u inghetul si dezghetul
u apa
u vantul
u forta gravitationala
u actiunea vietuitoarelor
Dezagregarea termica
u Sub actiunea razelor solare, rocile se incalzesc si se dilata diferentiat.
u Stratele superioare, incalzindu-se mai repede si mai puternic, se dilata mai mult decat stratele din interior si apar diferente de tensiune care determina fisuri paralele cu suprafata rocii.
Noaptea, stratele de la suprafata se racesc si se contracta mai puternic si mai repede decat stratele din interior aparand fisuri perpendiculare pe suprafata rocii.
Rezulta o retea de fisuri pe planul carora se desprind fragmente de roca.
u Mineralele prezinta diferente de conductibilitate calorica (cal/cm 3), coeficienti de dilatare termica ( cal/g), caldura specifica (cal/ cm 2) si culoare. Absorbtia si pierderea inegala a caldurii determina aparitia fisurilor prin contractia diferita a mineralelor.
u Rocile poliminerale se dezagrega mai usor decat cele monominerale. Cu cat amplitudinea si ritmul variatiilor termice sunt mai puternice, cu atat este mai accentuata dezagregarea.
Dezagregarea prin gelivatie
u Apare din cauza variatiilor de temperatura in jurul punctului de inghet al apei (0s C). Apa patrunde usor in crapaturile preexistente ale rocilor (fisuri tectonice, fisuri de racire in corpuri magmatice, suprafete de sistuozitate din unele sisturi , suprafetele de strat din stivele de roci sedimentare).
u Cand apa patrunde in porii si cavitatile rocilor si in fisurile de dezagregare, la aparitia temperaturilor sub 0s C, isi mareste volumul prin inghet si rezulta presiuni laterale asupra peretilor rocilor (2 000 - 6 000 kg/cm 2). Presiunea exercitata este maxima cand spatiile goale ale rocilor ( sedimentare, slab consolidate) sunt ocupate cu apa 91-92% , atunci realizandu-se efectul de pana al apei inghetate.
u Procesul de dezagregare prin gelivatie este mai activ in zonele cu geruri puternice (sub -30s C) si frecvente ( zona tundrelor si a muntilor inalti) precum si in zonele temperate in iernile cu ingheturi repetate.
u Pe langa taria si frecventa ingheturilor, dezagregarea depinde si de natura rocilor. Cele compacte, masive ( granitele, andezitele, gresiile) sunt mai gelive in comparatie cu rocile afanate (aluviuni, nisipuri, loess) la care e posibila doar daca golurile sunt umplute cu apa peste 91%.
u Rocile se faramiteaza treptat si se formeaza stratul de dezagregare.
u Dezagregarea prin gelivatie poate afecta grosimi de 100-200 cm de roca si poate disloca blocuri de dimensiuni mari, favorizand aparitia campurilor de blocuri.
Dezagregarea sub actiunea vietuitoarelor ( biomecanica)
u Se manifesta pe areale geografice largi dar e mult mai redusa ca intensitate. Are loc sub actiunea mecanica a radacinilor plantelor ( mai ales a celor lemnoase) a caror crestere exercita presiuni de 30-100 kg/cm 2 determinand maruntirea rocilor.
u Ajungand la adancimi mai mari decat dezagregarea termica si cea prin gelivatie, dezagregarea biomecanica usureaza patrunderea aerului si apei, care amplifica procesul de dezagregare.
u Animalele contribuie indirect la dezagregare prin favorizarea patrunderii aerului si apei in masa rocilor.
u Actiunea omului influenteaza indirect dezagregarea prin lucrarile de la suprafata scoartei terestre ( bariere, exploatari miniere, lucrari de punere in valoare a terenurilor pietroase, constructii de drumuri).
Dezagregarea sub actiunea apelor curgatoare, zapezilor si ghetarilor
u Se pot disloca fragmente de roci care sunt depuse la diferite distante si care pot fi maruntite prin izbire, frecare si rostogolire.
Dezagregarea sub actiunea vantului
u Apare in zonele in care covorul vegetal lipseste sau este foarte rar.
u Prin coraziune ( actiunea de eroziune a maselor de aer in miscare, incarcate cu nisip si praf de a disloca fragmente de roci, de a le transporta prin deflatie si de a le depune sub forma campurilor de nisip). Rocile sunt distruse si de catre vant printr-o actiune lenta dar indelungata de roadere.
Dezagregarea sub actiunea fortei gravitationala
u Sub actiunea acesteia, rocile cad si se maruntesc prin frecare si se imbucatatesc. Fenomenul are loc in regiunile accidentate.
Importanta dezagregarii
u Produsele dezagregarii, fie ca raman pe loc, fie ca sunt transportate si sedimentate, nu reprezinta solul ci roca-mama ( materialul parental) de sol. Ele constituie un strat afanat de grosimi variate, format din diferiti bolovani pana la praf; materiale sortate dupa marime sau plasate haotic.
u Acest strat nu dispune de niciunul dintre atributele fertilitatii (nici apa inmagazinata , nici substante pentru plante). Are insa permeabilitate pentru apa, aer, organisme. De aceea, formarea stratului de dezagregare constituie o faza premergatoare indispensabila.
u Prin dezagregarea rocilor primare se asigura patrunderea apei si aerului in masa rocii si mareste suprafata de contact cu acesti agenti externi.
Exemplu:
u Un cub de roca cu latura de 1 m are aria totala de 6 m 2.
Daca maruntim cubul in bucati cu latura de 1 cm, suprafata totala devine 600 m 2 ( creste de 100 de ori).
Sfaramat pana la dimensiunile nisipului grosier (2-0,2 mm), cam la 1 mm, suprafata totala creste de 1000 de ori.
Continuand pana la dimensiunile prafului, suprafata creste de milioane de ori.
u Prin dezagregare, roca devine permeabila, isi mareste suprafata de contact cu organismele si apa, care patrund in masa rocii unde vor suferi transformari profunde, de natura chimica, prin fenomenul numit alterare.
u Alterarea rocilor si mineralelor este un proces fizico-chimic prin care mineralele primare din roci sunt transformate in minerale secundare stabile ( aflate in echilibru cu mediul inconjurator) si in alte produse noi, inclusiv compusi minerali simpli care pot fi asimilati de catre plante.
u Alterarea are loc concomitent si asociat cu dezagregarea. Astfel, maruntirea materialului mineral favorizeaza patrunderea apei, aerului si vietuitoarelor - care vin in contact cu o suprafata foarte mare.
Apa ca agent al alterarii
Apa reprezinta principalul agent al transformarilor chimice, care participa in procesul de alterare fie sub forma moleculara H 2O, fie sub forma ionica H+ , OH-. Puterea de alterare creste atunci cand apa contine CO 2, acizi, baze, saruri.
Procesele de alterare chimica sunt:
u Hidratarea
u Dizolvarea
u Hidroliza
Hidratarea
Este un proces care determina atragerea apei la suprafata particulelor minerale sau patrunderea apei in reteaua cristalina a mineralelor. Poate fi hidratare fizica sau chimica.
u Hidratarea fizica: este un proces fizic prin care dipolii de apa sunt atrasi la suprafata particulelor ca urmare a sarcinilor libere ale ionilor din reteaua de suprafata.
u Moleculele de apa sunt atrase si vin in contact cu sarcinile libere ale ionilor din reteaua cristalina in jurul carora se grupeaza. Rezulta unul sau mai multe strate de molecule, numite film de apa sau pelicula de apa adsorbita.
u Aceasta pelicula neutralizeaza treptat campul electric al cristalului si chiar ai unor ioni pe care iii izoleaza in cadrul retelei putand fi dislocuiti din solutie. Prin hidratare se slabeste legatura de ramanere in retea.
u Trecerea in solutie a ionilor determina dezintegrarea continua a retelei cristaline de la periferie spre interior iar in final duce la disparitia mineralului.
u Ionii ajunsi in solutie sunt antrenati in diferite solutii chimice sau pot fi folositi de catre plante.
u Hidratarea fizica poate sa contribuie la crearea de noi fisuri datorate cresterii volumului de apa interstitiala si aparitiei de tensiuni intergranulare.
u Hidratarea fizica NU determina schimbarea compozitie chimice a mineralelor.
u Hidratarea chimica: este procesul de patrundere a apei in reteaua cristalina a mineralelor.
u Anhidritul ( sulfatul de Ca anhidru) trece in gips ( sulfat de Ca hidratat):
Ca SO 4 + 2 H 2O → CaSO 4 .2 H 2O
u Hematitul trece in limonit:
Fe 2O 3 + n H 2O→ Fe 2O 3 . n H 2O
Deshidratarea
u Este procesul invers si consta in pierderea partiala sau totala a apei de hidratare sub influenta caldurii.
u Prin pierderea apei rezulta compusi nehidratati (gipsul trece in anhidrit si limonitul in hematit). Cele doua procese sunt deci reversibile.
u Hidratarea este specifica regiunilor umede iar deshidratarea regiunilor uscate.
u Procesele sunt alternative in zonele cu sezoane umede si uscate ( zona savanelor) si chiar in zona temperata continentala unde perioadele, mai scurte ca durata, alterneaza.
Dizolvarea
Este procesul de trecere in apa a unui element mineral pana la molecule.
u Reprezinta dispersia moleculara in apa a unei substante minerale fara a-si modifica compozitia chimica
u Este specifica rocilor sedimentare care au un continut ridicat de minereuri solubile (NaCl, KCl, gips etc.)
u Solubilitatea creste odata cu temperatura apei, motiv pentru care in zona ecuatoriala procesul dizolvarii este foarte activ.
u Sarurile greu solubile (CaCO 3, Fe CO 3, Mg CO 3 ) in apa curata pot deveni solubile in apa incarcata cu CO 2 conform reactiilor:
CaCO 3 + H 2O + CO 2 =Ca (HCO 3)2
MgCO3 + H 2O + CO 2 =Mg (HCO 3)2
FeCO 3 + H 22O + CO2 =Fe (HCO 3)2
u Bicarbonatii rezultati sunt de aproximativ 10 ori mai solubili decat carbonatii din care provin.
u Dizolvarea poate fi congruenta (a) si incongruenta (b).
u In primul caz -a- substanta dizolvata in solventul dat revine la starea initiala dupa evaporarea solventului.
u In cel de-al doilea caz, starea initiala a substantei minerale nu se mai reface dupa evaporarea solventului.
u Notiunea de dizolvare este limitata doar la cazul (a), al dizolvarii congruente.
Solubilitatea substantelor cu dizolvare congruenta variaza in functie de:
u pH-ul solventului ( apei)
u compozitia solventului
u temperatura ( la unele substante solubilitatea creste odata cu temperatura - cloruri, silice; la altele - carbonatii si sulfatii - solubilitatea scade la cresterea temperaturii). CaCO 3 precipita in apele calde si are solubilitatea maxima la 0sC).
u La aceeasi temperatura solubilitatea carbonatilor creste odata cu cresterea continutului de dioxid de carbon.
u Silicea are un grad de solubilitate redusa fata de carbonati in zona temperata; are solubiliate care creste odata cu temperatura si este influentata de pH. Apele in racire pot precipita silicea dar nu si carbonatii.
u Zapada favorizeaza dizolvarea Ca CO3 .
Importanta procesului de dizolvare
u contributia la levigarea carbonatilor pe profilul solurilor;
u aprovizionarea plantelor cu substante nutritive;
u trecerea unor saruri solubile in apa freatica;
u formarea reliefului carstic;
u indepartarea produselor rezultate prin alte procese de alterare.
3.
HIDROLIZA
Este procesul chimic complex de descompunere in prezenta apei a unor saruri in acizii si bazele din care au provenit.
NaCl + OH - + H+→ HCl + Na( OH)
Ca CO3 +2 (OH - + H+)→ H2 CO3 + Ca( OH)2
Anionii si cationii sarurilor disociate in apa se combina cu ionii disociati ai apei rezultand hidroxizii si oxizii corespunzatori.
Apa, prin OH- si H+ determina si hidroliza silicatilor primari ( feldspati, mice, feldspatoizi, amfiboli, piroxeni, olivine etc), considerati saruri ale acidului silicic cu baze puternice ( KOH, NaOH , Ca( OH) 2 etc) Hidroliza lor este mai complexa decat a unei sari obisnuite .
SiO 3Ca + 2 ( OH- + H+) → Si O 3H2 + Ca ( OH) 2
SiO 3Mg + 2 ( OH- + H+) → Si O 3H2 + Mg ( OH)2
Prin hidroliza silicatilor simpli rezulta acidul silicic, care este putin stabil si trece in silice coloidala hidratata si oxizi de calciu si magneziu.
Hidroliza incepe cu hidratarea retelei de la periferia silicatului, hidratare care slabeste legatura.
Cationii din legaturile slabite de la periferia silicatului sunt dislocuiti de ionii de hidrogen din solutia solului; ioni cu masa minima dar cu o energie cinetica mare.
Cationii de calciu si magneziu ajunsi in solutia solului se combina cu anionii OH- si formeaza hidroxizii corespunzatori. Fiind solubili, acesti hidroxizi sunt folositi de plante pentru necesitati de nutritie sau sunt antrenati pe profilul solului de catre apele de infiltratie.
Daca solutia contine si CO2 , pot trece si in carbonati. Acidul silicic trece in silice coloidala hidratata.
In scoarta terestra, pe langa silicati simpli exista si silicati cu o compozitie mai complexa.
K [Al Si3 O8] = ortoza
K [Al Si3 O8] + OH- + H+ → H[Al Si3 O8] + KOH
Inlocuirea K cu H este posibila doar la periferia cristalelor, unde legaturile sunt relativ slabe. Rezulta cristale de feldspat care la periferie au si atomi de hidrogen care au patruns in locul celor de potasiu.
Atomii de potasiu trec in solutie ca hidroxid rezultand o reactie alcalina a solutiei apoase respective.
Prin hidroliza se obtine substanta solida H[Al Si3 O8] care este instabila si intra in reactie cu apa, rezultand un mineral argilos de tipul caolinit si acid silicic.
2 H[Al Si3 O8] +5 H2 O→Si2 Al2 O5 (OH)4 + 4 H2 SiO3
Acidul silicic este instabil si se descompune in silice SiO2.
Silicea coloidala prin deshidratare se transforma intr-un praf albicios (silice secundara).
In climatul umed si cald atat mineralul argilos de tip caolinit cat si H[Al Si3 O8] solid intra in reactie cu apa disociindu-se in hidroxizi si rezultand alti compusi.
Prin hidroliza-proces asociat hidratarii - silicatii insolubili sunt distrusi treptat, constituentii separandu-se intr-o anumita ordine:
Cationii metalici trec in baze (debazificare)
Acidul silicic trece in silice coloidala hidratata (desilicifiere)
Fe, Mn, Al se separa sub forma de oxizi si hidroxizi coloidali, din combinarea carora rezulta minerale noi de tip argilos (argilizare)
Intensitatea procesului de hidroliza este in legatura cu :
Gradul de maruntire a mineralelor si rocilor
Concentratia in ioni de hidrogen a solutiei
Compozitia chimica a mineralelor
Conditiile climatice
Hidroliza va fi cu atat mai intensa cu cat gradul de maruntire este mai avansat, concentratia ionilor de hidrogen mai ridicata, compozitia chimica mai bogata in elemente bazice iar clima este mai calda si mai umeda.
Actiunea hidrolitica se accentueaza cu cresterea umiditatii si temperaturii, fiind cea mai intensa in regiunile tropicale ( calde si umede).
Aerul ca agent al alterarii
Aerul este un alt factor al alterarii care patrunde usor in material dezagregat actionand prin componentele sale: oxigen si CO2.
Alterarea sub influenta oxigen si CO2 dizolvat se realizeaza prin oxidare si carbonatare.
OXIDAREA
Este un proces chimic din natura, in contact cu oxigenul din aer. Elementele minerale care se combina cu O2 se transforma in compusi noi (se oxideaza).
Poate fi definita ca reactia chimica a unei substante oarecare cu oxigenul sau ca schimbare a valentei unui element oarecare in prezenta O2 (Fe II → FeIII).
Elementele oxidate trec la o valenta pozitiva superioara.
In scoarta cele mai raspandite elemente care sunt oxidabile sunt Fe si Mn.
Fe participa frecvent in combinatiile chimice in stare bivalenta si trivalenta.
In reteaua cristalina a amfibolilor, piroxenilor, micelor, olivinelor Fe se intalneste ca Fe II(fier feros, bivalent). Ionul feros in prezenta unei cantitati mici de oxigen se poate combina cu acesta rezultand oxid feros - culoare verde, instabil.
Fe + O → FeO
Oxidul feros, avid de O2, se combina iar cu O2 rezultand oxid feric (Fe2 O3 ) - culoare rosie.
2 FeIII + 3/2 O2 → Fe2 O3 (hematit)
Oxizii ferici reprezinta 1-6 % din masa solului.
In laterite continutul de Fe 2O3 variaza intre 20 si 80 % pentru ca alterarea prin hidroliza nu se opreste la mineralele argiloase.
Oxizii ferici - principala forma de Fe in sol reactioneaza cu H2 O conform reactiei :
Fe2 O3 + 3H2 O → 2Fe( OH)3 ↓
coloidal, culoare galbuie, se depune sub forma de precipitat
Daca solurile au exces de H2 O si apa este incarcata cu CO2 oxidarea este evitata si Fe2 O3 poate trece in carbonat si bicarbonat feros in functie de concentratia de CO2 din solutie.
FeO + CO2 → FeCO3
FeCO3 + CO2+ H2 O → Fe(HCO 3)2 - solubil in apa
In perioada cu apa mai putina aerul intra in sol favorizand oxidarea Fe(HCO 3)2 si transformarea lui in Fe(OH)3 insolubil.
4Fe(HCO 3)2 + O2+ H2 O → 4 Fe(OH)3 + 8CO2 insolubil
Manganul cand este eliminat din reteaua cristalina a silicatilor sufera aceleasi transformari.
Prezenta compusilor oxidati ai Fe si Mn se observa dupa culoarea lor si anume:
au culori roscate → galbui (oxizii si hidroxizii de Fe);
au culori brun → negricioase (oxizii si hidroxizii manganiferi).
Fe si Mn din reteaua cristalina din regiunile desertice sunt scosi prin oxidare din retea datorita unei circulatii predominant ascendente a solutiilor existente in sol. Aici se acumuleaza in urma evaporarii apei oxizii respectivi → o crusta caracteristica cunoscuta sub numele de patina desertului - roscata - proprietate a oxizilor de Fe, brun - negricioasa - oxizii de Mn sau culori mai deschise cand a fost antrenat si depus in cantitati mai mari SiO2 .
Evaporarea se poate face si in interiorul solului in spatiile lacunare si atunci oxizii se pot depune in interiorul solului dupa culori
Oxidarea mineralelor fero-manganifere prin intermediul O2 din atmosfera este redusa sau chiar lipseste in regiunile polare.
Apa rece care exista in aceste regiuni este mai bogata in O2 decat apa calda si poate determina o oxidare pusa in evidenta de oxidul de Fe sau de Mn care se gaseste sub forma de pojghite pulverulente in jurul particulelor de sol.
REDUCEREA
Este procesul invers oxidarii si are loc in conditii de anaerobioza cel mai adesea prin procese complexe, biochimice, sub actiunea bacteriilor anaerobe
Compusii ferosi si manganosi in stare redusa sunt solubili si se pot deplasa in sol.
In stare redusa, mai solubila, este asigurata circulatia acestor elemente intre sol si plante
Fe2 O3 → 2 FeO + O
Mn2 O3 → 2 MnO + O
Prin reducere se pierde oxigen
Oxidul feric si manganic (compusi ai Fe+++, oxigenati) sunt redusi la oxidul feros si manganos (compusi ai Fe++, Mn++) de catre bacteriile anaerobe pentru a-si procura oxigenul necesar proceselor vitale.
Din compusi redusi rezulta Fe si Mn elementar.
FeO → Fe + O MnO → Mn + O
Compusii insolubili ai Fe3+ pot trece in compusi solubili Fe2+ daca in solutii se gaseste in cantitate mare CO2 (rezultat din descompunerea anaeroba a unor organisme).
Fe2O3 + H2 CO3 → 2Fe CO3
FeCO3 + H2 CO3 → Fe(CO3 H) 2 bicarbonat feros
Insusiri ale reducerii le au si H si H2 S care in mediul anaerob scot oxigenul din compusii oxigenati cu care se pot combina.
Procesul oxidare / reducere se produc succesiv sau concomitent rezultand procese de oxido-reducere.
Oxidarea predomina in solurile bine aerisite iar reducerea in solurile neaerisite cu exces de apa freatica sau stagnanta.
Compusii Fe feros (FeO) au culori verzui albastrui, vinetii iar cei manganosi au culori negricioase.
Oxizii de sol caracterizati prin alternarea proceselor de reducere (corespunzator procesului de anaerobioza) cu cele de oxidare (corespunzator procesului de aerobioza) au un colorit pestrit (marmorat, patat) deoarece pe fondul vinetiu apar si pete caramizii - brumarii (oxizi de Mn) si ruginii (oxizi de Fe).
In ansamblu, procesele de oxido-reducere au un rol important in mobilizarea, solubilizarea si transportul pe profilul solului a Fe si Mn si in insolubilizarea lor cand compusii se depun in anumite orizonturi de sol.
4.
Carbonatarea
Este un proces chimic care se produce sub influenta CO2 dizolvat in apa.
u In faza I a hidrolizei are loc debazificarea silicatilor primari (eliminarea de baze). Cationii rezultati din acest proces( Ca, Mg, Na, K) se combina cu ionul OH- rezultand hidroxizi solubili, care:
u pot fi folositi de catre plante dupa necesitati
u pot fi supusi levigarii pe profilul solului
u se pot combina cu CO2 dizolvat in apa rezultand carbonati
2KOH + H2 CO3 → K2 CO 3+2 H2 O
2 NaOH+ H2CO 3→ Na 2CO 3+ 2H2O
In urma reactiilor rezulta carbonati alcalini solubili care pot fi indepartati usor de la locul de formare de catre apa din precipitatii.
In prezenta unei concentratii mari de CO2 , carbonatii alcalino-pamantosi trec in bicarbonati.
Ca CO3 + H2CO3→ (CO 3H)2 Ca
Mg CO3 + H2CO3→ (CO3H)2 Mg
Bicarbonatii de calciu si de magneziu sunt solubili si pot fi indepartati de la locul de formare odata cu apa care ii dizolva si se recompun la baza profilului.
u Prin combinarea hidroxizilor de Ca si Mg cu CO2 rezulta carbonatii aferenti si apa, in conditiile unei concentratii reduse sau moderate a CO2 in apa.
Ca( OH)2 + CO2 → Ca CO3 +H2O
Mg( OH)2 + CO2 → Mg CO3 +H2O
u Carbonatii rezultati sunt mai greu solubili si adesea precipita pe locul de formare in profilul solului. Se mai numesc carbonati alcalino-pamantosi.
u Din cauza scaderii concentratiei dioxidului de carbon in apa pe seama consumului de catre plante si a reducerii umiditatii in adancime (in parte si consumata de catre radacini), carbonatii se acumuleaza treptat spre baza profilului, formand orizontul C ca.
Aceasta acumulare este posibila si la solurile pe roci silicatice lipsite de carbonati.
u In zonele cu un sezon umed si unul uscat, in perioada sezonului uscat - cu evaporatie puternica - predomina circulatia ascendenta iar carbonatii pot reveni in orizontul superior sub forma de bicarbonati iar apoi trec iarasi in carbonati. Acest fenomen este cunoscut si sub denumirea de recarbonatare (carbonatare secundara
Prin carbonatare secundara, in regiunile aride carbonatii alcalino-pamantosi sunt adusi la suprafata unde se acumuleaza prin evaporarea apei rezultand asa numitele cruste de desert sau cruste de carbonati iar carbonatii alcalini ( de potasiu si in special de sodiu) formeaza saraturile sau crustele de sare.
In natura, in functie de conditiile existente, carbonatarea si decarbonatarea sunt procese reversibile; adica are loc spalarea lor atat din soluri ( spalarea sarurilor) cat si din roci.
u Cu cat precipitatiile sunt mai ridicate si cu cat mai mare este continutul de dioxid de carbon, cu atat este mai puternica decarbonatarea rocilor mama si a orizonturilor superioare, ele fiind direct proportionale.
u Tendinta generala este de decarbonatare lenta a scoartei pedosferice
Vietuitoarele ca agent al alterarii
Participarea plantelor si a animalelor la procesul de alterare se remarca in alterarea biologica sau biochimica.
Plantele si animalele joaca un rol important in procesul de alterare a mineralelor si rocilor, proces care se desfasoara paralel cu actiunea mecanica a plantelor.
In procesul de alterare biologica organismele participa :
u direct prin activitatea lor vitala
u indirect prin produsele rezultate din activitatea organismelor si microorganismelor si din descompunerea lor .
Actiunea directa
u Plantele inferioare ( bacterii, ciuperci, alge, licheni) se fixeaza direct pe roca vie, contribuind la alterarea ei prin elementele pe care le sustrag pentru hrana si prin substantele acide pe care le secreta.
u Bacteriile anaerobe isi asigura oxigenul necesar metabolismului prin reducerea Fe3 si Mn3
u Ciupercile patrund prin hifele lor in porii si crapaturile rocilor→ dezagregarea rocilor iar acizii pe care ii secreta (acid carbonic, acizi organici etc) determina alterarea silicatilor primari
u Algele albastre si verzi ataca substanta minerala de la suprafata rocilor →dizolvarea mineralelor.
u Algele brune isi extrag silicea necesara formarii valvelor lor din silicati si pun in libertate cationii bazici .
u Algele rosii extrag cantitati de Ca →depozite calcaroase.
u Lichenii (asociatii simbiotice intre ciuperci si alge), plante colonizatoare, contribuie prin acizii secretati (acid carbonic, acid lichenic) la alterarea mineralelor de la suprafata rocilor iar prin hifele ciupercilor - la dezagregarea acestor roci.
u Alterarea biologica , alaturi de dezagregare si de alterarea chimica, contribuie la formarea unui strat cu o grosime de 5-10 mm; conditie necesara instalarii plantelor cu clorofila. Plantele cu clorofila continua alterarea biologica.
u Compozitia chimica a rocilor, mineralelor si solului poate fi schimbata si prin actiunea radacinilor plantelor superioare care extrag selectiv cantitati de elemente minerale pe care le folosesc in procesul de fotosinteza. Extractia selectiva a elementelor minerale care sunt transformate in materie vegetala schimba alcatuirea rocilor si mineralelor, accelerand procesul de alterare
u Secretiile slab acide ale radacinilor plantelor superioare duc la alterarea mai rapida a silicatilor primari din roci.
u Acizii organici humici (huminici, fulvici, crenici) rezultati in urma descompunerii microorganismelor, a litierei si a altor elemente din sol, reactioneaza cu compusii minerali din roci si sol rezultand complexe organo-minerale de tipul humatilor de Ca, Fe si Al.
u Organismele animale extrag din roci silicea (spongieri, radiolari) sau carbonatii (corali, foraminifere).
Rolul indirect
u CO2, H, H2S, NH4 si alte gaze rezultate in urma descompunerii resturilor organice actioneaza asupra mineralelor si rocilor mai ales prin oxidare si carbonatare.
u Plantele verzi imbogatesc atmosfera cu oxigen si aerul din sol cu CO2.
u Organismele vii exercita o actiune mult mai activa asupra scoartei pedosferice decat procese chimice simple, determinand acumularea sau levigarea unor produse secundare.
u S-a demonstrat ca alterarea de catre bacterii a alumosilicatilor este mult mai intensa in comparatie cu alterarea artificiala cu ajutorul solutiilor acide asemanatoare solutiei naturale din sol.
Alterarea principalelor grupe de minerale primare
Minerale primare= minerale formate in conditii de temperatura si presiune inalte care, in mediul exogen, devin chimic instabile.
In urma alterarii rezulta compusi minerali noi, stabili chimic.
Mineralele primare contribuie la formarea rocilor endogene (magmatice si metamorfice) si la formarea minereurilor magmato-genetice.
Ele apartin in principal silicatilor: feldspati, amfiboli, piroxeni, mice, olivine.
In afara lor mai exista oxizi, sulfuri carbonati, cloruri cu implicare mai redusa in procesele pedogenetice.
Silicatii reprezinta peste 35% din totalul mineralelor primare si aproximativ 75% din greutatea litosferei.
Sunt principalii constituenti ai rocilor magmatice si metamorfice si a unui numar ridicat de roci sedimentare.
Compusii rezultati din alterarea silicatilor(carbonati, oxizi si hidroxizi, minerale argiloase) sunt principalii componenti minerali ai solurilor.
u Alterarea silicatilor prezinta o mare importanta in procesul de pedogeneza.
u Silicatii pot fi priviti ca saruri minerale formate din oxizi slabi si baze puternice si puternic disociabile ( K, Na, Ca, Mg).
u In contact cu apa, cristalele de silicati se hidrateaza treptat pana la izolarea cationilor bazici si slabirea legaturii cationilor cu masa silicatului. Dupa aceasta faza incepe schimbul hidrolitic (substituirea cationilor proprii silicatilor cu ionii H+ din solutia solului). Schimbul continua atata timp cat in solutie exista un exces de ioni de H + sau pana la stabilirea unui echilibru intre reteaua mineralelor si solutia solului. Cationii se combina ci OH- rezultand hidroxizii corespunzatori.
u Hidroxizii solubili alcalinizeaza solutia solului, satisfac necesitatile momentane ale plantelor sau se spala in adancul profilului.
u Daca solutia solului se imbogateste in CO2 , cationii trec in carbonati.
u Prin levigarea, consumul sau fixarea cationilor in carbonati se strica echilibrul intre solutia solului si reteaua cristalina a silicatilor. Noi cantitati de cationi din retea sunt dislocuiti de H+ si se deplaseaza in sol pana la echilibru.
u Cationii de K, Na, Ca si Mg se epuizeaza din retea. Indepartarea continua a acestor cationi slabeste reteaua minerala astfel incat chiar cationii mai puternic legati (Al3 ) devin labili si pot fi substituiti de catre hidrogen. Ei sunt indepartati sub forma de Al(OH)3
u Un rol special il au cationii Fe2+ si Mn2+ prezenti in toti silicatii feromagnezieni.
u Prin hidroliza se pot indeparta sub forma hidroxizilor
u Datorita capacitatii de oxidare a elementelor in prezenta oxigenului din apa si atmosfera tind sa treaca in oxizi bivalenti si apoi oxizi trivalenti.
u Prin eliminarea cationilor, reteaua cristalina se distruge rezultand anionii Si O3 legati de ionii H+ care au substituit cationii amintiti, apoi H2SiO3(acid silicic) care este insolubil dar instabil trecand in silice coloidala SiO2 si apa.
u In conditii de aciditate slaba si moderata, acizii silicici se combina in anumite proportii cu sescvioxizii de fier, mangan si aluminiu iar prin cristalizare lenta rezulta silicati secundari hidratati constituenti ai argilei de solificare (aciditate slaba si moderata, pH > 5).
Principalele faze ale desfasurarii procesului de alterare
u DEBAZIFICAREA - indepartarea cationilor bazici de la suprafata si din interiorul retelei cristaline a silicatilor primari si inlocuirea lor cu cationii H+. Hidroxizii alcalini rezultati, dizolvati in apa, disociaza puternic dand solutiei un caracter alcalin.
u DESILICIFIEREA- in mediul alcalin creat de debazificare se elibereaza acidul silicic H 2Si O3 care este instabil. SiO2 - silicea coloidala se desprinde din masa silicatului si se acumuleaza sub forma de silice secundara hidratata. Cationii de Fe, Mn si Al sunt inlocuiti → sescvioxizii de Fe, Mn si Al care raman la locul formarii sau pot migra pe profilul solului- desilicatare treptata.
u ARGILIZAREA- formarea de minerale argiloase prin combinarea elementelor rezultate din faza de desilicatare treptata. Este o argilizare de sinteza.
u DESTRUCTIA are loc in mediu puternic si foarte puternic acid, cand reteaua este desfacuta in grupele componente de baza, cu formare de silice si sescvioxizi care raman ca produse dispersate si pot migra diferentiat pe profilul solului.
Daca materialul parental contine minerale argiloase formate anterior solificarii, acestea se vor descompune de asemenea in silice si sescvioxizi.
5.
Alterarea principalilor silicati
Feldspatii
n Ortoza K[ Al Si 3O8] - feldspatul potasic,
n Albitul Na[ Al Si 3O8] - feldspatul sodic - ambii alcalini
n Anortitul Ca Al2 (Si 2O 8 2- feldspatul calcic.
Prin amestecul chimic dintre feldspatul sodic si cel calcic rezulta plagioclazi.
Sunt minerale raspandite in scoarta terestra (60% din totalul greutatii rocilor eruptive).
Se altereaza usor prin procesul de hidroliza.
Din descompunerea feldspatilor rezulta minerale argiloase, insemnate cantitati de elemente de nutritie (K, Ca) folosite de plante pentru elaborarea hranei si in formarea tesuturilor si compusi de calciu (carbonati, sulfati).
Transformarea feldspatilor duce la aparitia diferitilor compusi de alterare in functie de pH-ul apei din sol si de conditiile climatice.
n In regiunile temperate, moderate ca temperatura, unde apa are un pH neutru, alcalin sau slab acid, feldspatii alcalini pierd doar partial caracterul bazic transformandu-se intr-un mineral argilos potasic numit sericit sau hidromica, insolubil in apa. Procesul este cunoscut sub denumirea de sericitizare. Sericitul este constituent al solurilor brune, soloneturilor, cernoziomurilor si solurilor desertice
n In regiunile temperate si reci, cu un pH acid al apei din sol, feldspatii isi pierd integral bazele si se transforma in minerale argiloase fara baze de tipul caolinului. Procesul este numit caolinizare.
n Trecand in carbonati, bazele usor solubile sunt complet eliminate din spatiul de argilizare la temperaturi scazute si umiditate mare.
n In regiunile subtropicale umede si calde hidroliza feldspatilor este cea mai intensa iar mineralele se descompun in hidroxizi.
In aceste zone nu se formeaza minerale argiloase ci hidroxizi. Temperatura ridicata si pH-ul acid ridica solubilitatea silicei, mai ales a silicei amorfe.
n In climat umed si cald, bazele rezultate si silicea hidratata sunt spalate in spatiul de destructie al feldspatului.
n Singurul component greu solubil este Al (OH)3 ,care se acumuleaza treptat.
n Bazele eliminate sunt hidroxizii de calciu, magneziu, potasiu si sodiu.
In paralel cu destructia feldspatului are loc si destructia silicatilor fero-magnezieni rezultand hidroxidul de fier trivalent.
n Acesta se amesteca cu Al (OH)3 formand un depozit insolubil de culoare rosie ( caramida arsa, tigla) alumino-feruginos denumit laterit.
n Lateritele sunt denumite si soluri rosii si au drept caracteristica acumularea oxizilor de Fe si Al.
Pentru procesele de solificare si de formare a unor roci sedimentare, alterarea feldspatilor prezinta unele consecinte favorabile:
n formeaza cea mai mare parte din argila de solificare, cu rol deosebit in evolutia solului;
n pun in libertate mari cantitati de potasiu necesare hranirii plantelor;
n reprezinta o sursa de calciu, partial consumat de catre plante si in mare parte combinandu-se cu carbonatii si sulfatii in functie de conditiile alterarii acestor feldspati
Alterarea oxizilor si hidroxizilor
n Oxizii sunt raspanditi in litosfera mai ales in partile superioare ale scoartei terestre, la limita ei cu atmosfera unde exista oxigen liber.
n Zona de oxidare este determinata de adancimea de patrundere a oxigenului liber.
n Apa de ploaie ce se infiltreaza impreuna cu azotul, oxigenul si dioxidul de carbon dizolvati in ea joaca un rol important in procesul de oxidare. Un litru de apa contine 2-3 % gaze, ponderea lor fiind : 60% azot, 30% oxigen, 10% dioxid de carbon.
n Pe masura ce apa de ploaie se infiltreaza, continutul de oxigen liber scade pe seama consumului sau treptat in reactiile de oxidare.
n Viteza consumului prin oxidare depinde de cantitatea de elemente oxidante intalnite ( Fe, Al, Mn, S).
n Oxizii primari au o raspandire redusa si apar mai ales in mineralele accesorii, in rocile metamorfice si magmatice.
n Oxizii si hidroxizii secundari au o larga raspandire in scoarta pedosferica.
Cei mai importanti sunt:
1. Dioxidul de siliciu - cuartul
2. Oxizii si hidroxizii de Fe: Fe 2O3 hematit,
Fe 2O3* n H 2O limonit, Fe(OH)3 hidrohematit,
Fe 3O4 magnetit
3. Oxizii si hidroxizii de Al : Al 2O3 corindon,
Al 2O3* n H 2O diaspor, Al(OH)3 hidrargilit
4. Oxizii si hidroxizii de Mn : MnO2 piroluzit,
Mn 2O3* H 2O manganit
n Cuartul este foarte raspandit, mai ales ca mineral primar. Poate rezulta si prin deshidratarea si recristalizarea gelurilor de silice coloidale rezultate din alterarea silicatilor.
Cuartul este inalterabil; se marunteste prin dezagregare pana la dimensiunea nisipului si contribuie la formarea scheletului majoritatii solurilor
Solurile care au o cantitate mare de cuart sunt sarace in substante nutritive.
n Oxizii de Fe, Al si Mn sunt compusi chimici destul de stabili, in special cei secundari, care sunt deja produse de alterare
In functie de conditiile de mediu existente, oxizii pot evolua catre hidroxizi atunci cand se hidrateaza sau se pot reduce.
n In anumite conditii (aciditate slaba si moderata) hidroxizii de aluminiu se pot combina cu silicea rezultand minerale argiloase (silicati si aluminosilicati secundari hidratati).
n Oxizii si hidroxizii de Fe si Mn sunt greu solubili si nu satisfac necesitatile de Fe si Mn ale plantelor. Circulatia lor este asigurata mai bine prin trecerea in carbonati si bicarbonati ( compusi ai Fe 2+)
n Carbonatii si bicarbonatii sunt mai solubili. Necesitatile plantelor de Fe si Mn sunt mai reduse iar prezenta Al mobil este nociva.
Carbonatii
n Au o mare raspandire in scoarta pedosferica, mai ales in rocile sedimentare.
n Cei mai raspanditi sunt: CaCO 3 calcit, Ca Mg(CO 3) 2 dolomit, MgCO 3 magnezit, Fe CO 3 siderit, MnCO 3 rodocrozit.
n Calcitul este cel mai raspandit si mai important carbonat. Apare ca principal mineral pedogen in calcare, dolomite, marne si gresii.
Din punct de vedere chimic, este un compus stabil in conditii exogene. In apa incarcata cu CO 2 calcitul sufera o dizolvare congruenta, fiind poate cea mai importanta sursa de calciu in apa din sol
n Dolomitul se regaseste ca mineral subordonat in toate masivele calcaroase. Este abundent in roca numita dolomit.
n Dupa dizolvarea partiala sunt generate mici cantitati de fier; dolomitul primar continand o cantitate redusa (<5%)de Fe 2+, substituent al magneziului.
n In prezenta apei de suprafata, partea feroasa a dolomitului trece in hidroxid de Fe.
n Prin dizolvarea calcarului in apa de infiltratie incarcata cu CO 2, acesta va trece in bicarbonat si va fi transportat spre baza profilului de sol unde adesea precipita, rezultand orizontul C ca.
n Acest orizont apare la cernoziom, cernoziom cambic, cernoziom argiloiluvial, sol brun-roscat.
n In regiunile cu precipitatii carbonatii solubilizati sunt transportati sub profilul de sol, ajungand la apa freatica si de aici in apa marilor si oceanelor.
n Carbonatii de Fe si Mn, formati majoritar in conditii reducatoare (anaerobioza), sunt mai putin raspanditi. Totusi, atunci cand sunt prezenti in rocile mama, contribuie la aprovizionarea solurilor.
Sulfatii
n Sunt mai putin raspanditi in scoarta terestra.
n Formele mai raspandite sunt anhidritul si gipsul care apar ca minerale accesorii in rocile sedimentare sau ca zacaminte de precipitare chimica formate in bazinele maritime si lacustre.
n Sulfatii se altereaza prin hidratare si deshidratare, trecand din unul in altul in functie de conditiile de mediu.
Ca SO4 + 2 H 2O → Ca SO4 * 2 H 2O
anhidrit gips
n Are loc o crestere a volumului cu pana la 30% , ce duce la cutarea si microcutarea stratelor superioare.
n Din cauza gradului relativ ridicat de solubilitate, sulfatii satisfac necesarul plantelor pentru diversi cationi ( Ca, Mg, K, Na, Fe) dar sunt indepartati instantaneu din scoarta.
n Exploatarea lor este destul de redusa.
Sulfurile
n Apar ca minerale accesorii in diferite roci sau concentrate sub forma unor minereuri.
n Cele mai cunoscute sunt: pirita, marcasita si calcopirita.
n Pirita si marcasita sunt sulfuri de Fe care se altereaza prin oxidare si hidratare trecand in sulfat feros si acid sulfuric iar apoi in hidroxid de Fe si acid sulfuric.
n Acidul sulfuric H 2SO4 se leaga cu bazele trecand in sulfati.
n Atunci cand intra in contact cu Ca CO3 rezulta gips.
n Calcopirita (pirita cuprifera) FeS2Cu se altereaza asemanator piritei, trecand in prima faza in sulfat de Fe + sulfat de Cu .
n Celelalte sulfuri PbS - galena si ZnS - blenda se comporta analog.
n Sulfurile reprezinta o sursa principala de Fe, S, Pb, Zn, Cd- microelemente necesare plantelor. Acest avantaj este anihilat deseori de prezenta H2 SO4.
n Alterarea prin oxidare a sulfurilor este un proces puternic exoterm ce poate general o crestere de temperatura peste limita de supravietuire a plantelor si animalelor.
n Alterarea rocilor si a mineralelor bogate in sulfuri este un proces daunator vegetatiei dar, dupa distrugerea sulfurilor si eliminarea lor din sol, microelementele care se gasesc in sulfuri pot deveni utile sintezelor biotice din sol.
Fosfatii
n Au o raspandire redusa in scoarta terestra.
n Se intalnesc ca minerale accesorii in toate rocile magmatice si metamorfice.
n Cel mai cunoscut dintre fosfati este apatitul
Ca 3(PO 4) 3FCl - clorofluorofosfat de calciu.
n Alterarea apatitului incepe cu eliminarea clorului si fluorului, rezultand Ca 3(PO4)2, principala sursa de fosfor a solurilor.
n In rocile sedimentare Ca 3(PO4)2 apare sub forma de concretiuni de precipitare chimica in unele calcare, gresii, nisipuri.
n Fosfatii intra si in alcatuirea unor depozite de guano (din pesteri sau de pe tarmuri izolate).
n Fosfatii din guano se transforma in fosforit, un compus practic insolubil, rezistent la alterare.
n Apatitul si fosforitul apar in majoritatea sedimentelor dar in procente foarte reduse .
n Cele mai multe soluri manifesta carente de fosfor.
n 90% din depozitele de apatit si fosforit de calciu sunt folosite pentru prepararea ingrasamintelor fosfatice; fosforul fiind al doilea element dupa azot indispensabil plantelor.
Alterarea sarurilor halogene
Fluorul, clorul, bromul si iodul - in compusii lor - sunt foarte putin raspanditi din cauza formarii lor in cantitati reduse, conditii speciale si datorita solubilitatii lor crescute.
n Cele mai raspandite in scoarta pedosferica sunt NaCl si KCl.
Clorurile apar ca minerale accesorii in multe depozite sedimentare lacustre si marine (marne, argile, nisipuri).
Sarurile halogene sunt principalul constituent al depozitelor de sare gema sau de sare potasica, insotite si de alte cloruri MgCl2.
Depozitele de cloruri se formeaza in lacuri, in lagune sau golfuri, unde se depun prin evaporarea apei saline.
In zonele semiaride si aride solurile si rocile superficiale se imbogatesc in astfel de saruri, formand saraturile.
n Asociat cu clorurile, intalnim bromuri si ioduri in cantitati mult mai reduse.
n Clorurile , bromurile si iodurile sunt sarurile cele mai solubile ale scoartei. Ele se mobilizeaza prin simpla dizolvare in apa.
n Din cauza solubilitatii mari, scoarta pedosferica este intr-un proces continuu de desalinizare prin indepartarea sarurilor spre nivelele freatice.
n 75% din cantitatea de clor si circa 90% din cantitatile de brom si iod sunt concentrate in apele oceanelor.
n Practic, sarurile normale sunt complet levigate de sarurile solubile si doar in anumite conditii (regiuni semiaride si aride,cu apa freatica bogata in saruri si situata aproape de suprafata) au loc concentrari ale acestor saruri.
n Se formeaza soluri saraturate sau cruste saline.
Azotatii
Azotatii lipsesc in rocile primare .
Azotul este indispensabil in constructia celulelor vii ale plantelor si animalelor. Doar un numar mic de microorganisme folosesc direct azotul atmosferic.
n Azotul poate proveni din aerul atmosferic pe doua cai:
- fixarea de catre microorganismele specializate
- fixarea prin precipitatii
n Cu ajutorul microorganismelor se acumuleaza circa 50-200 kg/ha de azot iar prin precipitatii atmosferice 3-5 kg/ha de azot dizolvat. In jurul oraselor industriale cantitatea ajunge pana la 30 kg/ha.
n Azotul din scoarta se gaseste sub forma de ioni complecsi ( NO 3- si NH4 +) ce trec direct sau indirect in acid azotic si azotati.
n Cea mai mare importanta si raspandire o au nitratii alcalini: nitratii de sodiu (Na NO3) - salpetru de Chile si nitratii de potasiu (KNO3)- salpetru de India.
n Mai putin raspanditi sunt cei alcalino-pamantosi.
n Toti azotatii sunt saruri usor solubile, asigurand circuitul azotului intre sol si plante.
Alterarea rocilor
n Rocile reprezinta asociatii de mai multe minerale. Exista trei categorii de roci: eruptive, metamorfice si sedimentare.
n Alterarea lor se realizeaza in functie de mineralele componente.
n Rocile eruptive reprezinta 95% din masa litosferei. Cele mai multe se gasesc la adancime. Ele apar la zi ca roci-mama de sol impreuna cu rocile metamorfice in regiunile de orogen ( platouri vechi,cratogenizate).
n In partea superioara se gasesc rocile sedimentare. Acestea reprezinta cele mai raspandite roci de solificare.
n Rocile eruptive si metamorfice s-au format in conditii de temperatura si presiune net deosebite fata de cele de la suprafata Pamantului .
n Cand apar la zi, sufera transformari fizice si chimice prin punerea lor in echilibru cu mediul inconjurator.
n Nu toate mineralele din aceste roci se gasesc in acelasi dezechilibru cu factorii externi. Diferentierea lor in magma primara sau in timpul metamorfismului s-a facut succesiv, la temperaturi si presiuni diferite, mai apropiate sau mai indepartate de cele ale atmosferei existente.
n Ordinea de separare a minereurilor in cazul rocilor magmatice si sedimentare este de la cele sarace in silice si bogate in baze spre cele bogate in silice si sarace in baze.
Alterarea rocilor eruptive
n Exista roci eruptive acide, bazice si neutre.
n Rocile eruptive acide (granitul, granodioritul, porfirul cuartifer, dacitul, riolitul) se altereaza greu din cauza continutului de cuart si mica. Doar feldspatul din compozitia acestor roci se altereaza mai usor.
n Prin dezagregarea si alterarea rocilor eruptive acide se formeaza un strat nisipo-argilos sau nisipo-lutos, format din fragmente minerale primare (mai ales cuart si mica) si cu o cantitate redusa de minerale argiloase, oxizi si hidroxizi de Fe si Al si carbonati de Ca si Mg rezultati din alterarea feldspatilor.
n Pe rocile eruptive acide se formeaza soluri accentuat scheletice, cu fragmente mai mari de 2 mm, sarace in baze, expuse usor podzolirii, cu fertilitate slaba.
Alterarea rocilor sedimentare
Rocile sedimentare sunt formate pe arii continentale sau in bazine maritime si sunt cele mai raspandite roci-mama de sol.
Dupa geneza, rocile sedimentare se impart in:
n detritice (nisipuri, marne, gresii, argile, conglomerate),
n de precipitare chimica ( calcare, dolomite, gips, sare)
n organogene ( calcare, carbuni).
Alterarea rocilor sedimentare se face in functie de alcatuirea chimico-mineralogica.
Un rol important il are prezenta sau absenta carbonatilor.In prezenta carbonatilor alcalino-pamantosi toate mineralele cu exceptia sarurilor solubile sunt protejate de alterare.
Rocile sedimentare se impart in roci carbonatice si necarbonatice.
n Rocile eruptive bazice ( diorite, andezite, gabbrouri, bazalte, diabaze) sunt produse de alterare lipsite de cuart, bogate in minerale argiloase, in baze si oxizi rezultati din alterarea intensiva a mineralelor primare.
Solurile formate pe asemenea roci sunt mai profunde si mai putin scheletice, bogate in baze, rezistente la podzolire, cu fertilitate ridicata.
n Rocile eruptive neutre (sienite, trahite) dau produse de alterare si soluri cu caracter intermediar.
n Alterarea rocilor metamorfice ( cuartite, gnaise, sisturi cristaline, calcare si dolomite cristaline) se produce similar cu alterarea rocilor eruptive si sedimentare din care au provenit.
In alterarea rocilor cu carbonati se disting patru faze.
Viteza desalinizarii depinde de conditiile climatice.
In regiunile umede aceasta faza este foarte scurta, cu indepartarea rapida a sarurilor solubile pana in apa freatica si de acolo mai departe spre bazinele marine.
In regiunile aride aceasta faza se mentine timp indelungat fiind insotita de salinizari si re-salinizari secundare.
La rocile care contin si saruri solubile, decarbonatarea urmeaza desalinizarii.
In regiunile umede aceasta faza este mai scurta ca durata iar in regiunile montane se poate ajunge la decarbonatare totala.
In regiunile semiaride (stepa) decarbonatarea dureaza mai mult timp si se manifesta in partea superioara a solului .
In regiunile aride este slaba sau chiar lipseste , pe alocuri fiind inlocuita de recarbonatare.
Atata timp cat exista carbonati liberi in roca, care alimenteaza cu baze apa ce patrunde in ea, celelalte minerale nu se pot altera.
3. Debazificarea are loc abia dupa epuizarea sarurilor solubile (daca exista) si a carbonatilor. Procesul consta in eliminarea treptata a cationilor de Na, K, Ca, Mg, Fe, Mn, Al din retelele silicatilor adica debazificarea silicatilor prin hidratare, hidroliza, oxidare.
Prin indepartarea sarurilor solubile si a carbonatilor, solutia de alterare se saraceste in baze si se acidifica prin imbogatire cu ioni de H+.
Pentru restabilirea echilibrului are loc schimbul cunoscut intre cationii retelelor minerale si hidrogenul din solutie.
Debazificarea este urmata inevitabil de desilicatare.
4. Desilicatarea este procesul prin care are loc distrugerea silicatilor primari cu formare de minerale secundare mai stabile (silice, oxizi, hidroxizi, aluminosilicati secundari hidratati - care imbogatesc continutul rocii in argila).
Bazele eliberate trec in saruri care sunt folosite de catre plante si/sau se supun levigarii.
Rocile sedimentare consolidate sau cimentate cu liant calcaros (gresii, conglomerate, brecii) isi incep alterarea prin decimentare iar apoi fragmentele de nisip sau pietris isi continua alterarea conform alcatuirii mineralogice.
In alterarea rocilor fara carbonati primele doua faze lipsesc, procesul incepand cu debazificarea si continuand cu desilicatarea.
Solurile formate pe aceste roci sunt supuse rapid debazificarii si podzolirii.
Fazele de alterare nu se desfasoara succesiv ci se pot manifesta simultan la nivele diferite. In timp ce in partea superioara, prin indepartarea carbonatilor, fragmentele inferioare intra in faza de debazificare si desilicatare, in partea inferioara nu se pot gasi fragmente in faza de decarbonatare sau de desalinizare. Acelasi lucru e posibil la produse cu compozitie chimica diferita.
Pe materiale permeabile sau sarace in baze succesiunea fazelor este mult mai rapida decat pe cele permeabile si legate in baze.
