Riassunto Fondamenti di pedologia integrato di appunti - prof.Nardi - a.a.2015/2016 PDF
| Title | Riassunto Fondamenti di pedologia integrato di appunti - prof.Nardi - a.a.2015/2016 |
|---|---|
| Course | Pedologia e Chimica del Suolo |
| Institution | Università degli Studi di Padova |
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Summary
Appunti di pedologia e chimica del suolo con integrazione del libro di testo. Lezione della dott. S. Nardi dell'università degli studi di Padova.
Voto mio esame: 30...
Description
APPUNTI DI PEDOLOGIA
PEDOLOGIA La pedologia, dal greco pedonlogos, è la scienza che studia i suoli nella lorogenesi, natura, struttura, distribuzione e classificazione. Per il pedologo, possiamo definire il suolo come una formazione naturale di superficie, di spessore variabile, derivante dalla disgregazionefisica, dalla decomposizione chimica e biologica della roccia madre (substrato pedogenetico) dei residuivegetalieanimalicheformanolalettiera. Il suolo sviluppa una serie di livelli detti orizzonti (indicati con le lettere dell’alfabeto A,B,C..)il cui insieme viene definito profilo del suolo: questa differenziazione è la manifestazione fenologica del dinamismo presente nel sistema (scambi di energia e di materia). Ciascun profilo ha specifiche manifestazioni morfologiche e qualitative. E’ per questo che il suolo,anziisuoiprofiliinpotenza,sonoeterogenei.
LA PEDOSFERA La pedosfera è un’interazione dinamica tra l’atmosfera, la biosfera, la litosfera e l’idrosfera.Lo spazio dei pori nel suolo è occupato sia da aria che da acqua, mentre la fase solida consiste di minerali (litosfera) e organismi viventi (biosfera) e componenti non viventi.Ilsuolo è la base della vita negli ecosistemi terrestri e ha effetti diretti sul bilancio energetico, lo scambio d’acqua,ilciclodeinutrienti,elaproduttivitàdell’ecosistema. Nel 1904, H.Jenny formulò un ipotetica equazione di stato che ci permette di comprendere da cheforzeècontrollatalaformazionedelsuolo: S=f(cl,o,r,p,t,u) Questi fattori, detti fattori di stato o fattori pedogenetici, che agiscono sullo sviluppodel suolo sono:cl,clima,o,organismi,r ,morfologia,p ,ilmaterialediorigine,t ,iltempoeu ,l’uomo. Ogni singolo fattore ha un’azione cumulativa su quella che sarà la genesi del terreno. Ilclima agisce con le sue piogge, col vento e con la temperatura andando ad influire anche nella vegetazionecircostante. Gli organismi, tra microfauna, flora e fauna, agiscono sia a livello del profilo del suolo (pedoturbamento) , ma soprattutto nella sua composizione chimica, con la mineralizzazione dellasostanzaorganicagarantendocosìilciclodeglielementicomeC,NoP. Il rilievo, inteso come la disposizione del suolo nel paesaggio e nello spazio, ha un importante ruolo nel movimento dell’acqua nel suolo e in secondo piano anche sull’incidenza dei raggi del sole sul terreno; infatti, se analizziamo ogni singola parte di un rilievo, vedremo che l’acquasi muove in diverse maniere e comporta uno sviluppo del terreno differente. Nella sommità avrà un movimento verticale, garantendo un suolo sviluppato sia in potenza che in fertilità. Nella spalla e nel pendio l’acqua assume un movimento anche e soprattutto orizzontale erodendo e liscivando molte sostanze che verranno portate a valle; infatti nel piede e nella punta avremo un suolo molto sviluppato e fertile originato soprattutto per deposizionedellesostanze erose dallaspallaedalpendio.Quil’acquariprendeilsuomovimentoverticale. La roccia madre, o matrice litologica, si indica la componente minerale del terreno. In base al tipo di minerale che compone la roccia madre noi potremmo avere diverse varianti di suoloo diargille. Il tempo è una sorta di unità di misura della formazione del suolo ed è in genere molto lungo; infatticivoglionocirca200/400anniper1mmsolodisuolo. CesareMariaTambone1
Per u, si intendono altri fattori ed in particolare l’uomo che, a partire da questosecolo, sta diventando un vero e proprio fattore pedogenetico che influenza, spesso in negativo purtroppo,lagenesidelterreno.
FASE SOLIDA DEL TERRENO
La gran parte della materia solida dei suoli, è di matrice inorganica. La componente inorganica traeoriginedaimineralichecostituivanolarocciamadre. Per minerali, si intendono quelle sostanze inorganiche, caratterizzate per una componente chimica costante, con proprietà chimicofisiche specifiche e con una particolare struttura cristallina. I minerali possono essere di origine primaria, ossia quelli che si formano durante la solidificazione delle rocce magmatiche fuse, o secondaria, ossia quelli formati per cristallizzazionepostprocessidialterazione. LamaggiorpartedellerocceterrenesonoformatedaO,Si,Al,H,Fe,Mg,Ca,NaeK. Si possono suddividere in due gruppi, i silicati e i nonsilicati. Prima di soffermarci sull’analisi di questi due gruppi, cerchiamo di capire come si organizza chimicamente un minerale. I minerali sono organizzati in strutture ioniche con cationi circondati da anioni che ovviamente sono di carica opposta. Difatti si parla anche di numero di coordinazione,ossia il numero di anioni che circonda un catione. I legami chimici coinvolti sono spesso legami ioniciocovalenti. I minerali mostrano inoltre configurazioni tipiche che si ripetono dello spazio formandocosì le strutture cristalline. Le configurazioni iniziali, o meglio, la loro forma geometrica, è data dalla disposizione degli anioni e dei cationi nello spazio che dà maggiore stabilità elettronica. Leformegeometrichepiùfrequentisonotetraedicheedottaedriche. Inoltre si possono riscontrare fenomeni di sostituzione isomorfa eterovalente, ossia quando cationi con raggio atomico simile, con carica ionica molto simile eche mantengono inalterata la struttura cristallina originaria, sostituiscono nella struttura cristallina andando a formareuneccessodicarichenegative.
I SILICATI Sono formati da anioni di Ossigeno che circondano un catione di Silicio o da ioni diOssigeno, Idrogeno e Alluminio (alluminosilicati) . Questi atomi si possono raggruppare in una forma tetraedrica, ossia con 3 ossigeni alla base ed uno all’apice e il silicio in centro. Gli alluminosilicati invece sono disposti in una conformazione ottaedrica con il catione di Al al centro circondato da O o OH. Per la rappresentazione grafica dei tetraedri e degli ottaedri, possiamo usare tre diverse metodologie: ad impacchettamento di sfere, a poliedri ed a cerchi di segmenti. La struttura dei silicati dipende dalla diversa disposizione strutturale dei tetraedridiSilicio.Parliamodunquedi: ● Nesosilicati: Silicati formati da singoli tetraedri di Silicio legati insieme da cationi bivalenti come Magnesio (olivine) e Calcio o Ferro. Avremo dunque un catione Si e quattro anioni O. Sono minerali poco stabili. Ricordiamo le olivine, lo zircone e i granati. ● Sorosilicati: Silicati formati da due tetraedri legati insieme da un ponte ossigeno condiviso con entrambi i tetraedri. Quindi avrai due cationi di Si e sette anioni di O. La presenza di legami SiOSi, rende i sorosilicati non facilmente alterabili come i CesareMariaTambone2
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Nesosilicati. Anche qui si possono trovare dei cationi leganti di Ca (akermanite o gehlenite),MgeFe.Ricordiamolaakermanite, lagehlenite elatormalina. Ciclosilicati: sono composti da modelli ciclici di tetraedri di Silicio così che ciascun tetraedro è legato ad altri tetraedri da un ponte O condiviso formando una struttura ad anello. Gli anelli di tetraedri possono essere da 6, 4 o 3. I legami SiOSi aumentano ancoradipiùrispettoaiSorosilicati,ilchelirendomoltodifficilmentealterabili. Inosilicati: Minerali formati da singole catene di tetraedri di silicio. Possono essere singole o doppie. Comprendono i pirosseni, minerali a catena singola e gli anfiboli, minerali a catena doppia. Esempi la diopside, la enstatite, la ferrosilite e l’orneblenda (duecatenediSilicio). Fillosilicati: sono dei particolari silicati che vedono anelli di tetraedri legati mediante ponti O ad altri anelli per formare piani di tetraedri. Sono dei minerali fondamentali in quanto compongono le argille. Lo stesso può accadere con gli ottaedri. Infatti per Fillosilicati si intende quella categoria di minerali formati da fogli tetraedrici di Silicio. I diversi fogli possono essere uniti da cationi di o trivalenti di Al, Fe e Mg e da ponti H . Possiamo individuare uno strato TO o TOT, ossia TetraedroOttaedro o TetraedroOttaedroTetraedro; in poche parole sono fogli tetraedrici legati a fogli ottaedrici con ponti O. I Fillosilicati possono essere dunque diottaedrici o triottaedrici. In base al tipo di strato (TO o TOT) noi distinguiamo: fillosilicati 1:1 (TO), ossia quelli da ponti H, di questo gruppo ricordiamo la caolinite, formati da sandwich di TO legati un argilla poco plastica e permeabile all’acqua ed a ioni con CSC1 pari a 1015meq/100g. fillosilicati 2:1(TOT), ossia quelli formati da sandwich di TOT uniti non solo da legami H, ma anche da forze di Van der Walls e da ioni. Ricordiamol’illite, un argilla formata da ioni di potassio e soprattutto acqua tra gli strati con CSC pari a 1040meq/100g; la montmorillonite, un argilla formata da ioni Mg e acqua tra gli strati con CSC pari a 70150meq/100g; lavermiculite,un argilla molto permeabile e ricca di ioni come Ca e Mg con CSC pari a 100150meq/100g. Fillosilicati 2:1:1 e di questo gruppo fa parte la clorite, un argilla formata da strati TOT legati con unostrato brucitico che limita l’ingresso di acqua. Ha una CSC pari a 1040meq/100g. Un ultima argilla, con una struttura ignota è l’allofane con CSC pari a 100meq/100g, formata da stratiTOripiegatisusestessiericcadiporichefannopenetrareacquaeioni. Tectosilicati: sono minerali con una struttura tridimensionale di tetraedri sovrapposti l’uno all’altro con ponti SiOSi su ogni vertice. Fanno parte di questa categoriaifeldspatielezeoliti.
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Capacitàdiscambiocationico.E’lapeculiaritàdialcunielementiditrattenereionichepoivengonoresi disponibiliapianteemicrorganismi.Questiionivengonoprimatrasportatidall’acquachepoilitrattiene,infatti argillericchediacquasonoquellecheinfinesonopiùfruttuoseperilterreno. CesareMariaTambone3
I NONSILICATI SonomineralisecondariformatinondaSioAl,madaaltricostituenti. 1. Carbonati: Sono i costituenti fondamentali di molte rocce formati prevalentementeda Calcio e Ossigeno. Ricordiamo la calcitee la aragonite. Possono inoltre essere presenti altricationicomeMgnelladolomite onellamagnesite oFenellasiderite. 2. Solfati:mineraliformatiprevalentementedaS,poidaCaeO.Ilpiùcomuneèilgesso. 3. Solfuri:piùnotadituttièlapirite. 4. Fosfati: sono minerali che contengono fosforo. I più comuni sono le apatiti (fluoroapatite, cloroapatite, idrossiapatite..). La carbonatoabatite viene utilizzata in agricolturaperlaproduzionediconcimifosfatici. 5. Alogenuri: minerali formati da alogenuri come Cloro e Fluoro. Ricordiamo la salgemma (sale),silvite (clorurodipotassio)elafluorite (fluorurodicalcio). 6. Ossidi:mineraliformatidaO,sonomoltocomunineisuoli.Ricordiamoilquarzo.
LE ROCCE ED IL LORO CICLO La crosta terrestre è formata principalmente da rocce che si possono categorizzare in tre diversigruppi,inbaseallalorogenesidiformazione: ● Rocce Magmatiche: originate dalraffreddamento del magma presente sotto la crosta terrestre. Possono essere intrusive quando il raffreddamento avviene nelsottosuolo edèlento,oeffusivequandoilraffreddamentoavvieneinsuperficieedèveloce. ● Rocce Sedimentarie: originate da processi di sedimentazione. Possono essere clastiche, ossia originate per alterazione della roccia madre e legate da bicarbonato di calcio, sia chimica che meccanica, piroclastiche, originate da residui vulcanici, chimiche, originate per sedimentazione e cristallizzazione di soluti da soluzioni sature, organogene, originate per sedimentazione di composti organici come apparati scheletricianimaliocomponentivegetali. ● Rocce Metamorfiche: originate da processi che vedono l’azione della pressione (metamorfismoregionale)odellatemperatura(metamorfismomicontatto) Le rocce sono inoltre a stretto contatto le une con le altre e difatti vanno a formare un particolare ciclo; infatti a partire dalle rocce ignee effusive, che vengono eruttate dal vulcano e finiscono lungo i suoi pendii, agenti atmosferici (es. acqua e vento) possono trasportare queste rocce e durante il viaggio vengono trasformate. Alla fine del loro viaggio si depositano e diventano rocce sedimentarie. Le rocce sedimentarie, insieme alle rocce ignee intrusive ed effusive possono ritornare all’interno della crosta terrestre e subire il processo di metamorfismo.
ALTERAZIONE FISICA DELLA ROCCIA
L’alterazione fisica della roccia è un fenomeno molto comunein natura. Questo portaa una disgregazione della roccia, ossia una semplice frammentazione di essa, senza che venga alterata.Puòavvenireindiversemaniere: ● Idroclastismo:vedel’azioneerosivadell’acquasullasuperficiedellaroccia. CesareMariaTambone4
● Crioclastismo: ’azione dovuta dalla solidificazione dell’acqua, che, aumentando di volume,provocarottureconsiderevolidellaroccia. ● Elioclastismo:èl’azioneerosivadelvendosullasuperficiedellerocce. ● Aloclastismo: l’azione di frammentazione dovuta dalla cristallizzazione di soluti in soluzioni sature che all’interno delle cavità litiche, provocano disgregazione per aumentodivolume. ● Termoclastismo: è l’azione di frammentazione, per lo più solo superficiale, dovuta dalla temperatura e diventa ancora più rilevante in ambienti con una forte escursione termica. ● Bioclastismo: è l’azione di frammentazione operata da esseri viventi come i licheni,le piante con le loro radici o l’uomo stesso. Ricordiamo che i licheni provocano sia disgregazione che decomposizione allo stesso tempo in quanto aumentano la superficiedellarocciaegarantisconoadorganismidetticolonizzatoridialterarla.
ALTERAZIONE CHIMICA DELLA ROCCIA2 L’alterazione chimica della roccia è un fenomeno che vede una decomposizione della roccia, ossia una vera e propria modificazione della struttura della roccia preesistente. I processi di alterazionesono: ● Idratazione/disidratazione: è un fenomeno in cui una molecola di acqua viene aggiunta/rimossa nella struttura di un minerale. L’entrata dell’acqua in una struttura cristallina ne altera la struttura. Ricordiamo l’idratazione del solfato di calcio, che portaallaformazionedelgesso(CaSO4 +2H O *2H O) 2 →CaSO4 2 ● Idrolisi: fenomeno che vede l’acqua che funge da reagente andando a cambiare la composizione chimica dei reagenti. Come reazione deve essere però catalizzata da acidi. Penetra nel reticolo cristallino senza però stringere veri e propri legami chimici. L’idrolisi di silicati produce Si solubile (acido ortosilicico la cui unione con idrossido di alluminio può portare alla formazione di caolinite), mentre l’idrolisi di alluminosilicati portaallaformazionediargille. ● Chelazione: fenomeno per cui un acido organico debole (HCOO) ‘’intrappola’’ un catione positivo. E’ un fenomeno assai importante perché molte piante riescono ad assimilareFesfruttandogliacidiprodottidalciclodiKrebs. ● Acidificazione: fenomeno per cui l’acido carbonico viene scisso e rende il terreno più acido. ● Solubilizzazione: fenomeno in cui composti solubili vengono scissi nei loro ioni e messi in soluzione. A livello pedologico dobbiamo ricordare e soffermarci su un processo noto come carbonatazione, fenomeno che rende solubile anche sostanze insolubili. Abbiamo la carbonatazione in senso stretto, dove a partire dall’anidride carbonica e l’acqua, viene prodotto acido carbonico (CO2 + H2O 3). → H2CO Abbiamo anche la carbonatazione, fenomeno in cui composti insolubili come numerosi carbonati vengono resi solubili sottoforma di bicarbonati (ad esempio la carbonatazionedelcarbonatodicalcio:CaCO3 +H2 CO3 →Ca(HCO3 )2 ). ● Scambio ionico: fenomeno di idratazione che porta alla formazione di molte argille comel’illiteapartiredallamica. ● Redox: reazioni di ossidazione e riduzione sono molto comuni in natura. Le ossidazionisonooperatedall’ossigenoinassenzadelqualeavvengonopiùriduzioni. 2
Ricordiamochedisgregazioneedecomposizionenonavvengonomaiseparatamente,maspessoin contemporanea. CesareMariaTambone5
I PRODOTTI DELL’ALTERAZIONE Dalla disgregazione e decomposizione della roccia madre, posiamo ottenere diversi prodotti, dai più resistenti ai più alterabili, come ossidi e idrossidi, carbonati, fosfati, ioni e argille. A livello chimico possaimo dire che i prodotti dell’alterazione sono I composti altamente stabili e resistenti data la loro alta energia di legame (ad esempio il quarzo); II ossidi ed idrossidi di ferro, alluminio, manganese e silicio e argille; III ioni in soluzione in base al loro PI. Gli ossidi ed idrossidi si formano da diversi elementi come il Fe, Al, Si e Mn a seconda del loro comportamento a determinati pH. Partendo dal ferro, questo può ossidare in Fe3+ a partire da 2+ Fe . In ambienti acidi (8) e basici è presente nella sua forma insolubile di ossido ed idrossidodiferro(gibbsiteedematite). L’alluminio ed il manganese (sta in soluzione più a lungo del ferro) hanno un comportamento simile, a pH acidi (8) sono insolubili nelle forme di ossidi ed idrossidi. Il silicio invece ...
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