TEMA 04: La formació i evolució del sòl (2017)

Apunte Catalán
Universidad Universidad de Valencia (UV)
Grado Ciencias Ambientales - 2º curso
Asignatura Edafologia
Profesor R.B.
Año del apunte 2017
Páginas 9
Fecha de subida 31/10/2017
Descargas 0
Subido por

Vista previa del texto

Edafologia TEMA 4: LA FORMACIÓ I EVOLUCIÓ DEL SÒL L’EDAFOGÈNESI és la part de l’Edafologia que fa referència a l’estudi de la formació (gènesi) del sòl a partir d’un conjunt de processos bàsics que han ocorregut i són: addicions, transformacions, translocacions, torbacions i pèrdues, així com altres processos fonamentals o específics (grans processos de formació) com són podzolització, argil·luviació, gleïtzació, carbonatació, salinització, entre altres.
La METEORITZACIÓ consisteix en el conjunt de processos que condueixen a la total o parcial desintegració física, química i biològica de roques i minerals (de la roca mare) quan entren en contacte amb l’atmosfera, hidrosfera i biosfera, per aflorar o estar prop de la superfície, degut a la resposta de les condicions que regeixen en ella (distintes a les de la formació de la roca).
EDAFOGÈNESI MECANISMES DE METEORITZACIÓ O INTEMPERISME Física, Química i Biològica (biogeoquímica): disgregació, hidròlisis, dissolució, carbonatació, oxidació, reducció, acció biològica (bioturbació).
La meteorització física està composta per mecanismes per els quals es va disgregant la roca sense modificar la seua composició química. Un dels factors que poden afavorir aquest mecanismes és la temperatura.
Mitjançant la seua variació es pot fracturar una roca, com passa quan es creen diaclasses. Altres mecanismes físics són la termoclástia, l’haloclastia, la gelivació-gelifracció i l’abrasió.
La meteorització química està composta per mecanismes per els quals es modifica la composició de la roca. Alguns dels mecanismes químics són la hidròlisi, la dissolució, la hidratació i l’oxidació-reducció. Tots estos mecanismes dependran del clima per a la seua eficiència.
La meteorització biològica està composta per mecanismes que produeixen canvis, i si unim els processos biològics químics, obtindrem els processos geoquímics. L’acció de les arrels al introduir-se a l’interior de la roca buscant aigua i sals minerals, pot provocar la fracturació de la roca. Per altra banda, els organismes generen enzims extracel·lulars que poden degradar les roques o fins i tot dissoldre-les. Alguns dels mecanismes són mecànics, bioquímics, dissolucions i quelacions.
METEORITZACIÓ Entendre el comportament dels productes de meteorització resulta molt important per a la comprensió dels processos, els sòls que es formen i el seu comportament.
Una roca o material originari es converteix en sòl degut a processo de meteorització.
El diagrama de Mason permet interpretar el comportament dels diferents elements dels sòls en funció de la càrrega iònica i el radi iònic de cada un d’ells, que defineixen el potencial iònic.
Uns elements permaneixen en solució com a cations solubles o com a anions complexos solubles, per el que presentaran gran mobilitat, mentre que altres precipiten per hidròlisi.
Els productes resultants de la meteorització constitueixen el material precursor del sòl, sobre el que actuaran els productes edafogènics. Estos donaran lloc a la diferenciació del perfil en horitzons: procés d’horitzonació.
La meteorització pot prosseguir durant l’edafogènesi, contribuint a una lenta alliberació de nutrients.
Entre els productes resultants de la meteorització cap distingir: • • • • • Resistats: fragments de la roca, que conserven la seua composició mineralògica de partida.
Minerals heretats alliberats directament de la roca, sense transformacions sensibles.
Minerals transformats, alteracions a les xarxes cristal·lines.
Minerals neoformats a partir dels productes de la meteorització, per col·lapse de les estructures minerals existents al material originari.
Elements solubles, que poden acumular-se o perdre’s per llavat, depenent del clima i de les condicions de drenatge (lliure o impedit).
METEORITZACIÓ FÍSICA La meteorització física consisteix en el fraccionament d’una roca en fragments, sense que es produïsquen canvis químics o mineralògics significatius. Poden ser deguts a: 1. Efectes de descarrega en roques plutòniques, al erosionar-se el material suprajacent, amb el que disminueix la pressió litostàtica i es du a terme una descompressió, mitjançant la qual la roca es fragmenta segons els plans mes o menys horitzontals i verticals (diaclasses i microfalles). L’existència de microfalles verticals pot contribuir a que es forme una malla de plans de debilitat, afavorint la circulació de l’aigua, l’arribada d’oxigen i la meteorització química posterior, amb formació de bols de grans dimensions mot típics del granit.
2. Efectes deguts a canvis de temperatura.
3. Efectes deguts a seqüències de gel-desgel.
4. Efectes de la cristal·lització de sals en els porus d’una roca, el que genera grans tensions i contribueix a disgregar la roca, amb formació de oquedades (alvèols i taffonis).
5. Efectes mecànics deguts al creixement de les arrels una vegada han entrat en forats preexistents.
6. Abrasió deguda als glaciars o a l’efecte del vent que transporta arena.
7. Activitats antròpiques.
METEORITZACIÓ BIOGEOQUÍMICA La meteorització biogeoquímica es deguda a l’efecte de l’aigua pura o que continga dissolt oxigen, anhídrid carbònic o àcids orgànics. Es poden distingir distints tipus de processos: 1. DISSOLUCIÓ En aigua pura: en aquest tipus de roques, la circulació de l’aigua de pluja per la seua superfície dona lloc a unes acanaladores conegudes com lenars o lapiaz (també en roques calcàries). Exemple: CaSO42H2O (escaiola) + H2O → Ca2+ + SO42- (dissol.) NaCl (halita) + H2O → Na+ + Cl- (dissol.) En medi bàsic o alcalí: en la zona de contacte entre la roca fresca i el material meteoritzat (front de meteorització), poden existir microambient bàsics, deguts a la alliberació de cations basificats, inclús en sòls àcids.
En forma de quelats: formació de complexos organo-minerals, que poden haver variat el comportament del catió complexat, que pot ser insoluble com ió lliure (per exemple el Fe3+), mentre que poden ser mobilitzats en dissolució al entrar a formar part d’un complexe soluble o pseudosoluble.
En medi àcid: la carbonatació implica la dissolució de minerals (principalment els silicats) en aigua que continga anhídrid carbònic dissolt, procedent principalment de la respiració de microorganismes i arrels, amb precipitació de carbonats: CO2 + H2O ↔ H2CO3 Mg2SiO4 + 2H2CO3 ↔ 2MgCO3 + 4H+ + SiO442. HIDRATACIÓ Absorció d’aigua, el que dona lloc a una altra espècie de mineral. Afecta especialment a roques ferruginoses, a la anhidrita (CaSO4) i altres sals solubles, tals com el sistema tenardita-mirabilita. Provoca increments de volum, el que forma tensions dins la roca i afavoreix la seua fragmentació o deformació: Dissolució: CaSO4 (anhidrita) + H2O → Ca2+ + SO42Reprecipitació: Ca2+ + SO42- + 2H2O → CaSO42HO2 (guix) Dissolució: Na2SO4 (tenardita) + H2O → 2Na2+ + SO42Reprecipitació: 2Na+ + SO42- + 10H2O → Na2SO4 + 10H2O (mirabilita) 3. HIDRÓLISI Reacció d’un mineral amb aigua per donar un àcid i una base. Provoca una reorganització important de les xarxes cristal·lines, donant lloc a la neoformació de minerals més estables baix les condicions termodinàmiques predominants. La importància dels processos d’hidròlisi resident en que afecten a un gran nombre de minerals, especialment als silicats. L’activitat dels microorganismes pot fer que la hidròlisi siga àcida (acidòlisi) o bàsica (alcalinalisi). Les reaccions bàsiques són: Sal + H2O → àcid + base 2H20 ↔ H3O+ + OHEn el cas d’una albita (feldspat sòdic, tectosilicat): NaAlSi3O8 (albita) + H3O+ → HAlSi3O8 (àcid inestable) + Na+ + OH- → ...
4. OXIDACIÓ-REDUCCIÓ La transferència d’electrons caracteritza els processos redox. Es produeix una pèrdua d’electrons en l’element que s’oxida i un guany en aquell que es redueix. Afecta a aquells elements que poden actuar amb més d’una valència: nitrogen, manganés, ferro, sofre, etc. La majoria d’aquestes reaccions son realitzades o catalitzades per microorganismes del sòl (aeròbics i anaeròbics).
En medis amb excés d’aigua (saturació d’aigua), la falta d’oxigen provoca la reducció del ferro, entre altres elements: Fe(III) + 1e- ↔ Fe(II) El pas de Fe(II) a Fe(III) suposa un increment de volum del 22%, el que genera tensions dins de la roca que afavoreix la seua disgregació física.
Al drenar un medi (un estuari, per exemple) que haja estat saturat d’aigua de forma continuada i que continga sulfurs, s’induirà la oxidació d’aquests: 4FeS2 (pirita) + 15O2 + 8H2O ↔ 2Fe2O3 + 8SO42- + 16H+ → ...
5. ACCIÓ BIOLÒGICA SOBRE LA METEORITZACIÓ Els líquens actuen com colonitzadors primaris de les roques. L’acció de la biota (conjunt d’espècies de plantes i animals) del sòl en la meteorització es deu a: Efecte mecànic: com pot ser la fragmentació de la roca per creixement axial de les arrels, una vegada estes han penetrat en un espai preexistent.
Efecte indirecte: degut al canvi en l’equilibri de la solució, ja que els organismes consumeixen certs cations i anions. El resultat pot ser la dissolució o el col·lapse de minerals que contenen aquests elements. Este es el cas de les miques que, si be se consideren molt resistents a la meteorització, es descomponen ràpidament al sòl, degut a que les plantes consumeixen potassi. Açò accelera l’eixida de potassi interlaminar de les miques, el que produeix la seua degradació, amb formació de il·lita.
Efectes directes: algunes biotes del sòl produeixen àcids orgànics a partir del seu metabolisme, el que accelera la tassa de meteorització i afavoreix la solubilització mineral. La formació de complexos amb elements alliberadors en les reaccions químiques que tenen lloc al front de meteorització poden mobilitzar-los en forma de soluble i augmentar amb això la velocitat de les reaccions a la roca. També les plantes i animals poden produir compostos que poden precipitar e immobilitzar productes de la meteorització (intemperisme). Un d’aquests productes és l’àcid carbònic, que pot precipitar en forma de carbonat càlcic biogènic.
PROCESSOS BÀSICS La diferenciació d’horitzons i les seues propietats es deuen a processos que es poden agrupar en: adicions, pèrdues, transformacions i translocacions.
Un sòl serà el resultat de l’efecte integrat de diferents processos, destacant que poden interactuar entre sí.
ADICIONS: poden tindre lloc en la superfície del sòl, per la base del perfil i per aports laterals subterranis.
Inclou l'enriquiment en materials minerals o orgànic.
Aigua: aportada per la pluja, l’escorrentia i a partir d’una capa freàtica.
Gasos: oxigen procedent de l’atmosfera.
Matèria orgànica: arrels, fullaraca, branques, animals morts. Aquest aport implica passar d’una saprolita a un sòl.
Addicions de cations i anions: (pluja, adobs, regs).
Sals solubles: per ascensió capil·lar d’una capa freàtica o aerosols salins transportats pel vent sobretot prop de la costa.
Partícules sòlides transportades pel vent.
Materials alliberats durant la meteorització Soluts i materials en suspensió: son transportats pera l'aigua per gravetat (flux lateral , escolament superficial).
Sediments al·luvials: poden arribar a enterrar un sòl preexistent.
Sediments col·luvials: poden arribar a enterrar el sòl preexistent.
Adicions de matèria orgànica a la superfície del sòl per part de vegetació arbòria (principalment coníferes). Boscs.
Adicions de m.o. a la part superior del sòl, per arrels fines o a partir d’un O.
Adicions de materials que enterren un sòl anterior.
O Horitzó orgànic d’un sòl mineral. Color fosc.
A, Ah Horitzó organomineral.
Ab Horitzó enterrat.
Adicions de matèria orgànica en condicions d’excés d’aigua H molt prolongats tots els anys. Torbera.
Horitzons orgànics d’un sòl orgànic.
TRANSLOCACIONS: moviment selectiu de material dins del perfil per transport mecànic en suspensió solució.
Argila (il·luviació): procés per el qual l’argila fina dispersa, que pot ser posada en suspensió al aportar aigua al sòl, es transportada una certa distancia dins del sòl. quan la suspensió travessa un horitzó sec, l’aigua dels macroporus és succionada pels microporus i les làmines d’argila es dipositen a les parets, quedant orientades paral·lelament a elles. Anàlogament, l’existència de cations a una certa profunditat poden fer flocular l’argila, produint igualment el seu depòsit sobre les parets.
Carbonat càlcic: en solució en forma de Ca2+, HCO3- i CO32+. Estos ions poden ser translocats, reprecipitats dins de propis sòls.
Sesquiòxids Guix: en solucions en forma de Ca2+ i SO42-. Translocació i reprecipitació al propi sòl.
Sal solubles: moviment capil·lar ascendent o be descendent.
Matèria orgànica: de baix pes molecular que poden formar quelats amb ferro soluble o pseudosoluble. Tenen lloc a sòls àcids.
Nutrients: per el cicle biològic.
Il·luviació d’argiles de la part superior del sòl a una part inferior. El transport de l’argila té lloc en suspensió en l’aigua que circula per el sòl.
Quel·luviació de matèria orgànica, ferro i alumini de la part superior del sòl a una part inferior. En zones templades humides.
Dissolució de carbonat càlcic i translocacions dels ions Ca2+, HCO3- i CO32- i reprecipitació en forma de CaCO3 dins del sòl. Zones àrides i semiàrides.
Bt Bh Bs Bk Bkm Dissolució del guix en la part superior del sòl i translocació dels ions Ca2+ i SO42- i reprecipitació dins By del sòl. zones àrides i semiàrides.
TRANSFORMACIONS: impliquen modificacions i destruccions en l’estructura de constituents amb formació de nous.
Meteorització de roques i minerals: que al disgregar-se alliberen distints elements, entre ells ferro, que és el principal element que dona color als sòls.
Descomposició de material orgànic: pels microorganismes del sòl (etapes d'humificació i mineralització).
Neoformació de minerals i formació del complex argil·lohúmic: que constitueix una de les característiques singulars dels sòls.
Co-precipitació de carbonats, guix i sals més solubles que el guix a partir de solucions saturades.
Processos redox: associats a la presència d’aigua i a zones amb excés d’aigua temporal o permanent.
Processos d’expansió i retracció: associats a argiles unflaves.
L’estructura, composició o color de la roca canvien en la major part del volum per meteorització de la roca i els minerals que la componen i per acció de la fauna.
Processos redox que afecten el ferro i el manganès, principalment.
Procés d’expansió-retracció deguts a la presencia d’argiles.
Conreu d’un horitzó amb independència del procés edafogènic que l’haja originat.
Bw Horitzó amb estructura edàfica típic i sense acumulacions.
Ag, Bg, Cg Sòls amb excés d’aigua.
Bss Ap BIOTURBACIONS: mobilització de materials en el sòl per efecte de la activitat biològica (ex: els cucs de terra amb les fulles).
PÈRDUES: eliminació de materials de la superfície per erosió hídrica i/o eòlica; en solució per lixiviació o fluxos laterals o per evaporació. Tots estos canvis es traduiran en el desenvolupament de l'estructura , canvis de color i formació d’horitzons genètics.
Substàncies solubles: Elements perduts per la base del sòl o lateralment (Ca+2, Mg+2, K+, Na+, Fe+2, Si+4).
Quelats solubles o pseudosoluble perduts per llavat de Fe3-, entre altres.
Pèrdua de ferro i magnesi en condicions reductores, el que dona lloc a un empobriment i decoloració.
Pèrdua de silici (en sòls de zones tropicals, entre altres).
− − − − Partícules sòlides: materials de superfície arrastrats fora del sòl per l’aigua d’escorrentia superficial (erosió hídrica) i per el vent (erosió eòlica).
Elements biodisponibles: nutrients absorbits per les plantes, i elements tòxics absorbits per plantes tolerants.
Gasos − − Pèrdua de nitrogen en forma de N2, per desnitrificació.
Pèrdua d’anhídrid carbònic després per la respiració dels microorganismes del sòl i per la descomposició de la matèria orgànica.
Pèrdua de materials de la part superior del sòl. Per lo general, elements que donen color a l’horitzó en el que es troben (argiles, materia organica, ferro, etc.).
E (e = eluvial): horitzó de color blanc degut a l’arena i llim residual.
PROCESSOS FONAMENTALS MELANITZACIÓ Procés d’obscuriment dels horitzons superficials del sòl per l’evolució de restes orgàniques fresques capa formes complexes (humus), amb la participació dels microorganismes. L’obscuriment és més o menys intens segons domine la mineralització o la humificació. Així en sòls agrícoles, les labors afavoreixen la mineralització per el que l’obscuriment es menys intens en les àrees de vegetació natural, sempre que les condicions d’humitat siguen semblants.
BRUNIFICACIÓ-RUBEFACCIÓ Consisteixen en la alliberació de ferro per meteorització dels minerals primaris. Ambdós termes designen un procés únic la diferenciació del qual es basa en el mineral de ferro format, el que a la seua vegada relaciona amb les condicions ambientals de la seua formació.
Se considera que el mineral precursor és la ferrihidrita que, en condicions càlides i seques evolucionen ràpidament a hematita (Fe2O3) en un procés de deshidratació dels òxids de ferro lligats a les argiles; és un procés casi irreversible que confereix al sòl un intens color roig (rubefacció), típic de climes mediterranis o climes amb contrast estacional ben marcat.
Per el contrari, en medis més humits i freds no es possible la deshidratació dels òxids de ferro i s’afavoreix la formació de goetita (FeOOH) per el que el sòl es torna marró.
Es tracta d’un procés propi de climes semicontinentals i atlàntics templets.
ARGIL·LUVIACIÓ Procés de mobilització en suspensió d’argila per acció de l’agua, que actuen com agents físics de transport, sense reaccionar químicament amb ella. El procés de translocació d’argiles al llarg del perfil requereix de l’existència de fases humides intenses i períodes secs.
En les primeres, l’aigua amb argila en suspensió, s’infiltra a través del macroporus que al secar-se deixen, per succió les argiles en les seues parets (cutànies o clay films). Es requereix que l’argila estiga dispersa, i per tant es necessari que existisca una eliminació prèvia dels carbonats i una lleugera acidificació.
L’horitzó d’acumulació d’argiles presenta una alta capacitat de canvi i una alta saturació de bases. La presència d’alguns horitzons argilosos i rubefactats a poca profunditat, amb trets edafològics propis d’un horitzó argílic, i ric en carbonats, s’interpreta com a resultat de la destrucció d’horitzons superiors i recarbonatació de l’argila original al llarg de l’evolució d’aquests sòls.
(Rubefacció: procés de formació dels sòls roigs que consisteix fonamentalment en un enriquiment en òxids de ferro i té lloc en regions de clima mediterrani càlid i sobre roca mare calcària.) Els horitzons argílics es poden observar en sòls de glacis i terrasses. Més rarament es pot observar la il·luviació d’argiles sòdiques, en sòls carbonatats i algo salins, de recent formació.
(Glacis: pendent suau format per la lixiviació i posterior deposició de les partícules fines d'un con de dejecció o d'un vessant.) FERSIALITITZACIÓ És el procés de formació de silicats de l’argila (compostos de ferro, silici i alumini, d’aquí el nom d’aquest tipus de procés). La meteorització de la roca provoca una disminució del tamany de les partícules constituents.
Freqüentment el sòl conté una major quantitat d’argila que la roca que ha sigut neoformada com a conseqüència de la hidròlisi dels minerals primaris. Generalment són il·lites, vermiculites i esmectites, és a dir, argiles (2:1) riques en Al, Si i Fe.
PODSOLITZACIÓ Amb un clima humit, una vegetació acidificant (formació d’humus àcid) i escassa activitat biològica, els compostos orgànics són àcids i formadors de complexos. L’acidesa i l’activitat complexant provoca la meteorització dels minerals, amb alliberació dels seus components.
Esta complexació, amb formació de quelats solubles o pseudosoluble, possibilita la quel·luviació (translocació de Fe, Al i Humus de la part superior del sòl, amb depòsit dins el perfil).
L’horitzó afectat per l’eluviació es posa de manifest pel seu color blanquinós degut a l’abundància de grans de quars i llim residual, i sense revestiment mentre que l’horitzó il·luvial s’enriqueix en sesquiòxids de Fe i Al i/o humus.
FERRALITITZACIÓ-ALITITZACIÓ FERRALITITZACIÓ: procés d’alteració màxima. Es desenvolupa únicament en climes tropicals, amb fortes precipitacions, amb un drenatge intens, amb una casi constant percolació d’aigua.
En estes condicions es produeix una intensa alteració dels minerals ja que es troben sotmesos a la constant acció hidrolítica d’aigua de pluja constantment renovada i per tant, permanentment agressiva, sense que arribe a saturar-se en ningún moment amb els ions alliberats dels minerals (el que disminuirà el seu poder hidrolític, cas que es durà a terme si el medi no fóra tan permeable).
Així es provoca una alteració extrema dels minerals, amb un profund llavat d’alcalins i alcalinoterris, arribant a produir fins i tot importants pèrdues de silici i un enriquiment de compostos molt estables, fundamentalment òxids e hidròxids de ferro i alumini (hematites, goetita i gibbsita), de quars i també dels fil·losilicats de l’argila més estable, com són aquells amb una raó Si/Al baixa, com és el cas de la calinita.
ALITITZACIÓ (LATERITZACIÓ): processos de pèrdua del Si, alliberat per intemperisme, a demés del Ca i Mg. Formació de plintites (concrecions d’òxids e hidròxids de Fe i Al en una matriu caolínica).
Lateritas = Ferricreta = plintita (Intemperisme: procés de degradació i descomposició que sofreixen les roques i els minerals deguts a la corrosió atmosfèrica.) CARBONATACIÓ, GIPSIFICACIÓ, SALINITZACIÓ I SODIFICACIÓ CARBONATACIÓ: procés per el qual s’acumula carbonat càlcic al perfil del sòl. Es produeix en climes àrids i semiàrids, on l’evapotranspiració supera a la precipitació i la lixiviació es mínima.
H2O(l) + CO2(g) ↔ H2CO3(l) H2CO3(l) ↔ H3O+ + HCO3+ CaCO3(s) + H3O+ ↔ HCO3- + Ca++ + H20 Procés oposat: descalcificació (descarbonatació). Solen actuar conjuntament.
GIPSIFICACIÓ: procés per el qual s’acumula guix en el perfil d’un sòl. Es tracta d’un procés menos general que la calcificació. Es produeixen en climes àrids. Es distingeixen per la presencia d’un horitzó gypsico (=By o Cy) o petrogupsic (=Bym o Cym).
SALINITZACIÓ: enriquiment superficial en sals més solubles que el guix (sobretot clorurs i sulfats de sodi i magnesi).
Procés contrari: dessalinització.
SODIFICACIÓ: enriquiment en sodi intercanviable. Sol anar acompanyat d’il·luviació d’argiles, ja que el sodi afavoreix la seua dispersió.
Procés contrari: solodització.
...

Comprar Previsualizar