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 weathering 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

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

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 (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: H 2 O, O 2, CO 2, 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 (Fe II e Mn II )

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) Orneblenda (3) Biotite (4) Albite (5) (Na Feldspato) Ortoclasio (5) (K - Feldspato) stabilità crescente ai processi di alterazione Muscovite (4) ordine di cristallizzazione del magma Quarzo (5) 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)

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 Muscovite madre (anche illite) di origine glaciale o periglaciale; Vermiculite e interstrati misti generalmente fertili, con vegetazione naturale erbacea o forestale. 8 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

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 Podzolizzazione Laterizzazione TIPO DI PROCESSO Trasformazione e Traslocazione Trasformazione e Traslocazione DESCRIZIONE SINTETICA Movimento di Fe, Al e/o sostanza organica verso orizzonti profondi con arricchimento residuale superficiale di quarzo e/o minerali resistenti 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

La formazione del profilo

Evoluzione del profilo

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 fattori della formazione del suolo cl rm bio r u t

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. Suoli ricostruiti con materiale organico o minerale "nonsuolo 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