processi

Il suolo è una unità del paesaggio
dinamica ed eterogenea
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.
La pedogenesi
I processi di formazione del suolo
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.
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
weathering
 l’accumulo e la trasformazione della sostanza organica
 l'addizione, la trasformazione, il trasferimento e la
rimozione di materiali organici ed inorganici
Il ciclo delle rocce
Alterazione dei componenti minerali
(weathering)
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.
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.
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 (deflazione, corrosione),
Azione delle entità biotiche (licheni, radici, lombrichi)
Alterazione dei componenti minerali
(chemical weathering)
decomposizione
delle
rocce
(biogeochemical
weathering) porta a cambiamenti nella organizzazione
La
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 sua specifica composizione
 della struttura e della natura dei legami
(Si-O > Al-O > Mg-O > Ca-O)
Le principali fonti di H+ nel suolo
Acidi organici a basso peso molecolare
Le biomolecole acide agiscono soprattutto nella
porzione di suolo rizosferico, ma vengono anche
rilasciate dalla lettiera in decomposizione e dalle
porzioni epigee delle piante
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 %
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 cristallina
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)
(Na – Feldspato)
Orneblenda (3)
Ortoclasio (5)
(K - Feldspato)
Biotite (4)
Muscovite (4)
stabilità crescente ai
processi di alterazione
ordine di cristallizzazione
del magma
Quarzo (5)
________________________________________________________________________________________________________
Struttura degli alluminosilicati
(1)
(2)
(3)
(4)
(5)
Nesosilicati (tetraedri indipendenti)
Inosilicati (singole catene di tetraedri: pirosseni)
Inosilicati (doppie catene, o nastri, di tetraedri: anfiboli)
Fillosilicati (disposizione planare, o a strati, dei tetraedri)
Tectosillicati (intelaiatura tridimensionale dei tetraedri)
Numero di atomi di ossigeno condivisi tra
tetraedri di silicio adiacenti
=>
=>
=>
=>
=>
Nessuno
2
2-3
3
4 (tutti)
(Serie di Bowen)
Vie di alterazione dei più importanti minerali
delle rocce ignee e metamorfiche
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
8
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.
(Jackson e Sherman)
Meccanismi di alterazione dei minerali
La nascita della scienza del suolo
Il geologo e naturalista russo Vasily Vasili'evich Dokuchaev
pubblica le sue ricerche sulla “Terra nera russa” (1883) ed è
per questo considerato il fondatore della pedologia.
Milyukovo 1846-San Pietroburgo 1903
Nella sua opera tratta della distribuzione geografica dei
chernozem e delle ragioni della loro fertilità; ma soprattutto
presenta una teoria innovativa sulla loro formazione.
La nascita della scienza del suolo
Secondo la sua visione moderna,
Dokuchaev non considera il
suolo il prodotto del
disfacimento fisico.chimico
delle rocce da cui le piante
derivano i nutrienti, ma un
corpo naturale complesso, sede
di numerosi processi e soggetto
ad un dinamismo evolutivo.
Il suolo non è roccia madre, ma
da essa deriva per azione dei
fattori della pedogenesi: clima,
vegetazione, morfo-rilievo,
materiale parentale, tempo.
I fattori della formazione del suolo
I fattori della formazione del suolo cosi come li ha codificati
lo scienziato svizzero Hans Jenny (1941) possono definirsi
“fattori di stato”, cioé le condizioni ambientali che
determinano lo sviluppo e le proprietà caratteristiche di un
suolo nella sua dinamica evolutiva. 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
cl
r
rm
t
bio
u
I fattori della formazione del suolo
Sono stati recentemente proposti altri fattori naturali di
pedogenesi che, sebbene presenti occasionalmente, la loro
azione può essere di notevole importanza stazionale.
Essi sono:
 il fuoco
 il terremoto
 l’attività vulcanica
 le meteoriti
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 processi di formazione del suolo
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:
 l'addizione
 la traslocazione
 la trasformazione
 la rimozione di materiali organici
ed 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)
Processi pedogenetici di base
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), climaticomineralogici (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
Addizione
Accumulo superficiale di sostanza
organica fresca (lettiera)
Littering
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
La formazione del profilo
La formazione del profilo
Evoluzione del profilo
Evoluzione del profilo
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
I suoli antropogenici comprendono:
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
Suoli ricostruiti con materiale organico o minerale "nonsuolo“
Suoli integrati con fasi minerali alloctone incorporate negli o
stratificate sugli orizzonti superficiali
Suoli in cui lavorazioni profonde hanno portato alla ripresa
della roccia madre o della parte profonda del regolite
Suoli di aree soggette a drastiche azioni di scavo e riporto
Suoli terrazzati, gradonati o sistemati con opere di
ingegneria naturalistica
Suoli sommersi e suoli a drenaggio interno impedito o
alterato artificialmente
Suoli integrati con biomasse per la biodepurazione di
sostanze inquinanti