Originea partii minerale a solului

Originea  partii minerale a solului

Solul s-a format la suprafata litosferei prin transformarea mineralelor si rocilor in urma actiunii factorilor pedogenetici. In litosfera se gasesc toate elementele chimice, insa, in proportii foarte diferite. Asadar, elemente ca: O, Si, Al, Fe, Ca, Na, K, Mg si H reprezinta peste 98 % din masa litosferei, sub 1,5 % este reprezentat de P, S, Mn, Ti, C, Cl si numai 0,5 % reprezinta celelalte elemente. (tab.1.).

Compozitia chimica a litosferei in primii 16 km

(dupa Saukov)

Tabelul 1.

Nr. crt.	Elementul	Clarke si Washington	Fersman	Vinogradov
	Oxigen
	Siliciu
	Aluminiu
	Fier
	Calciu
	Natriu
	Potasiu
Referat: Proiect - firma s.c. expert srl - obiectivele urmarite Referat: Planul financiar de afaceri - hrs srl - concurenta	Magneziu
	Hidrogen
	Titan
	Clor
	Fosfor
	Carbon
	Sulf
	Mangan
	Azot

1 Compozitia mineralogica a scoartei

Elementele native reprezinta circa 0,1 % din masa scoartei (Au, Ag, Pb, S, C, etc.) insa multe de gasesc sub forma de combinatii chimice omogene, formand minerale. Acestea au fost grupate in patru clase in functie de compozitia chimica si structura cristalina astfel:

Clasa sulfuri si sulfosaruri, care include combinatii ale sulfului cu diferite metale si metaloide din scoarta. Cel mai raspandit este sulfura de fier care se gaseste sub mai multe forme: pirita (FeS₂), marcasita (FeS), galena (PbS), blenda (ZnS).

Clasa saruri haloide, grupeaza combinatii naturale ale halogenilor cu diferite metale: sare gema (NaCl), fluorina (CaFl₂), silvina (KCl) reprezentand 0,5 % din greutatea litosferei.

Clasa oxizi si hidroxizi, include diferite combinatii ale metalelor si metaloidelor cu oxigenul si gruparea OH^-, reprezentand circa 17 % din greutatea scoartei. Aici, se pot prezenta:

- oxizii siliciului care se gasesc sub trei forme: cristalizat (cuartul), fin cristalizat (calcedonie) si amorf (silex);

- oxizii fierului, incepand cu hematitul (Fe₂O₃) pana la limnit (Fe₂O₃ n H₂O);

- oxizii si hidroxizii aluminiului, reprezentati de: corindon, hidrargilit si diaspor;

- oxizii de mangan, avand ca reprezentant principal, piroluzita (MnO₂).

Clasa saruri oxigenate care au fost grupate in:

. saruri cu radicali RO₃ (carbonati, nitrati si borati);

Nitratii, sunt saruri ale acidului azotic, mai recunoscuti fiind nitratul de sodiu (NaNO₃) sau salpetru de Chile si nitratul de potasiu (KNO₃) sau salpetru de India.

Carbonatii, sunt saruri ale acidului carbonic, cu raspandire mai mare (cca. 7% din greutatea scoartei) avand ca reprezentant principal carbonatul de calciu (CaCO₃) care in natura se gaseste sub forma ce calcit si aragonit, fiind utilizat ca amendament pentru corectarea reactiei acide a solurilor.

. saruri oxigenate cu radicali RO₄ (fosfati, sulfati, cromati etc.).

Sulfatii, constituie sarurile acidului sulfuric, cel mai cunoscut fiind gipsul (CaSO₄ 2H₂O) utilizat ca amendament pentru corectarea reactiei alcaline a solurilor.

Fosfatii, sunt reprezentati de saruri ale acidului fosforic iar ca minerale specifice mai importante se pot aminti: apatita si vivianitul.

. saruri oxigenate cu radicali SiO₄ (silicati), care reprezinta aproximativ 35 % din totalul mineralelor si circa 75 % din greutatea litosferei. Sunt componenti principali ai tuturor rocilor, prezinta structura cristalina, la baza retelei fiind tetraedrul de siliciu. In functie de dispunerea tetraedrilor, au fost separate 5 categorii de silicati:

- silicati cu tetraedri independenti (olivina, epidotul etc.);

- silicati cu grupe finite de tetraedri, cel mai raspandit fiind turmalina;

- silicati cu lanturi infinite de tetraedri, care cuprind doua grupe: cu lanturi simple (piroxeni - augitul) si cu lanturi duble (amfiboli - hornblenda);

- silicati cu straturi infinite de tetraedri, avand ca reprezentanti principali: mica alba (muscovitul) si mica neagra (biotitul);

- silicati cu retele in spatiu, caz in care tetraedrii sunt asezati in toate directiile si cuprind doua grupe: feldspati (ortoza, albitul si anortitul) si feldspatoizii (sodalitul).

2. Compozitia petrografica a scoartei

Petrografia este o ramura a stiintelor geologice, care se ocupa cu studiul, clasificarea si descrierea rocilor, acestea fiind o asociere de doua sau mai multe minerale care iau parte la alcatuirea litosferei. Dupa origine si modul de formare acestea pot fi:

Roci magmatice (eruptive, vulcanice) care s-au format prin consolidarea magmei (topitura de silicati si oxizi saturata cu vapori si gaze) la diferite adancimi in scoarta. Ex: granit, sienit, trahit, andezit, gabrou, bazalt, diorit etc.

Roci metamorfice, care s-au format prin transformarea rocilor preexistente (magmatice, sedimentare sau chiar metamorfice) in conditii diferite de presiune, temperatura si chimism, ca urmare a ascensiunii topiturii magmatice sau a unor miscari tectonice. Ex: filite, gnaisuri, sisturi, micasisturi, marmura, cuartitul etc.

Rocile sedimentare, care provin din sedimentarea materialului rezultat din dezagregarea si alterarea celorlalte categorii de roci, continand uneori in masa acestora resturi de animale sau plante fosile. Volumul litosferei este constituit in proportie de 95 % din roci magmatice si metamorfice si 5 % din roci sedimentare. La suprafata globului insa, predomina rocile sedimentare circa 75 % si restul de 25 % reprezinta rocile magmatice si metamorfice.

In functie de compozitie, locul si modul de formare, cestea pot fi: detritice, de precipitare fizico-chimica si biogene (organogene). Rocile detritice sunt diferentiate in functie de dimensiunea particulelor componente (pietris, nisip, praf, argila) rezultand: conglomerate, gresii, loess, lehm, marne, argile etc.).

Rocile de precipitare fizico-chimica, s-au format in diverse conditii de sedimentare (lacuri, balti) cu formarea de calcare, creta etc.

Rocile biogene (organogene) sunt asemanatoare celor de precipitare insa contin in masa acestora urme de vietuitoare (frunze, cochilii etc.).

3 Procese de formare a partii minerale a solului

Datorita agentilor atmosferei, hidrosferei si biosferei mineralele si rocile au fost supuse anumitor transformari prin care acestea trec in forme mai simple, accesibile organismelor si microorganismelor. Aceste procese sunt de natura fizica (dezagregarea), care consta intr-o maruntire a acestora si de natura chimica (alterarea), ce consta in transformarea mineralelor in compusi mai simpli.

1 Dezagragarea, este un proces fizico-mecanic sau/si bio-mecanic de maruntire a mineralelor si rocilor in fragmente mai mici, fara a suferi modificari chimice. Aceste procese au loc sub influenta agentilor atmosferici (variatiilor de temperatura si vant (regim eolian).

Variatiile de temperatura. Datorita conductibilitatii reduse a rocilor si mineralelor, acestea se incalzesc mai repede si mai intens la suprafata, fata de interior, fapt pentru care straturile de la suprafata se desprind de cele interioare. Cand temperatura scade, fenomenul are loc invers producandu-se fisuri perpendiculare pe suprafata rocii.

Regimul eolian. Se manifesta prin sfaramarea mecanica a rocilor, datorita fortei de izbire a vantului (300-400 kg/cm²), actiune care cuprinde trei procese: erodare, transport si sedimentare. (vezi Babele si Sfinxul). Transportul materialelor se face fie prin rostogolire, fie prin antrenarea lor aeriana in functie de puterea de transport a vantului.

Hidrosfera, actioneaza prin intermediul apei din fisuri si pori, a apei de siroire si torentilor, a apelor curgatoare, a apei sub forma de zapada si ghetari. Apa poate patrunde prin fisuri si pori exercitand o presiune de 1,5 respectiv 1500 kg/cm². Apele de siroire, torentii si apele curgatoare, pot disloca mari cantitati de material solid care este maruntit permanent prin lovire si rostogolire.

Biosfera, actioneaza prin activitatea organismelor vegetale si animale. Organismele vegetale actioneaza prin radacinile plantelor care exercita presiuni de 30-50 kg/cm². Organismele animale, pot provoca maruntirea materialului solid, prin galeriile, canalele sau cuiburile sapate de acestea pentru procurarea hranei.

Gravitatia. Pe marginile prapastiilor, abrupturilor, se pot desprinde blocuri mari de stanca, ce pot actiona si alte fragmente, care prin cadere, frecare, izbire, acestea se  maruntesc.

Alterarea

Spre deosebire de dezagregare, care determina o simpla maruntire a mineralelor, alterarea consta in transformarea mineralelor cu formare de noi compusi. Alterarea, are loc pe cale chimica si biologica sau biochimica. Se produce concomitent cu dezagregarea, fiind procese care se compenseaza.

Alterarea, se manifesta printr-o serie de procese chimice mai simple, insa, importanta mai mare prezinta hidratarea, dizolvarea, hidroliza, carbonatarea si oxido-reducerea.

Hidratarea, este un proces fizico-chimic de atractie a apei in stare moleculara sau sub forma de OH^- la suprafata particulelor minerale (hidratare fizica) si de patrundere a apei in reteaua cristalina a mineralelor (hidratare chimica). (fig. 1.).

Fig. 1. Schema hidratarii unui mineral

Dizolvarea, este procesul prin care o substanta trece in solutie fara a-si modifica natura chimica. Actioneaza in principal asupra mineralelor solubile prin trecerea ionilor in solutie dar si asupra celor insolubile prin desfacerea legaturilor si dispersia ionilor.

De asemenea, prin dizolvare, sunt indepartate produsele rezultate prin alte procese de alterare, apa actionand in continuare asupra particulelor minerale primare.

Hidroliza, reprezinta procesul de descompunere a unei sari sub actiunea apei in acidul si baza din care s-a format. Constituie principalul proces prin care se altereaza silicatii, acestia fiind considerati saruri ale unui acid slab (acidul silicic) cu baze tari (NaOH, KOH, Ca(OH)₂ etc.

Silicatii fiind insolubili, hidroliza acestora se desfasoara in mai multe faze: debazificare, desilicifiere si argilizare.

Carbonatarea, este determinata de prezenta CO₂ dizolvat in apa, care actioneaza asupra mineralelor si rocilor cu formarea de carbonati. Asadar, prin debazificarea silicatilor rezulta hidroxizi care pot reactiona cu dioxidul de carbon formand carbonatii.

2KOH + CO₂ + H₂O = K₂CO₃ + 2H₂O

2NaOH + CO₂ + H₂O = Na₂CO₃ + 2H₂O

Ca(OH)₂ + CO₂ + H₂O = CaCO₃ + 2H₂O

Mg(OH)₂+ CO₂ + H₂O = MgCO₃ + 2H₂O

Oxido-reducerea, proces prin care o substanta se combina cu oxigenul. Poate avea loc atat prin acceptare de oxigen cat si prin pierdere de hidrogen. Reducerea este procesul invers oxidarii. Procesele de oxidare sunt aerobe iar cele de reducere sunt anaerobe. Cele mai frecvente procese de oxidare care au loc in masa solului pot fi intalnite la compusii fierului, sulfului si manganului, elemente care se gasesc in compozitia diverselor minerale.

De exemplu, fierul prin oxidare trece in hematit (Fe₂O₃), manganul trece in piroluzita (MnO₂) etc.

4. Produsi rezultati prin procese de dezagregare si alterare

Produsii rezultati in urma dezagregarii si alterarii se pot diferentia dupa gradul de maruntire si compozitia chimica. Principalii produsi rezultati in urma acestor procese sunt reprezentati de: saruri, oxizi si hidroxizi, silice coloidala, minerale argiloase, praf, nisip, pietris etc.

Sarurile, rezulta in urma reactiei dintre baze cu diferiti acizi, (neutralizare) si pot fi: usor solubile, mijlociu solubile, greu solubile si foarte greu solubile.

● Cele mai frecvente saruri usor solubile sunt sarurile acidului azotic (azotati de Na, K, Ca); sarurile acidului clorhidric (cloruri de Na, K, Mg, Ca); saruri ale acidului sulfuric (sulfati de Na, K, Mg), fosfati ferosi; Acestea pot fi usor levigate pe profilul de sol.

● Sarurile mijlociu solubile, sunt reprezentate de sulfatul de calciu (gips),  care in regiunile umede poate fi levigat pana in apa freatica.

● Sarurile greu solubile sunt reprezentate de carbonat de calciu si magneziu, care de regula influenteaza pozitiv proprietatile fizico-chimice ale solului. Acestea pot deveni solubile in apa incarcata cu CO₂, devenind bicarbonati.

● Sarurile foarte greu solubile sunt reprezentate de fosfatii de fier si aluminiu, frecvent intalnite in solurile acide rezultate prin combinarea acidului fosforic cu fierul si aluminiul.

Oxizii si hidroxizii, mai raspanditi din masa solului sunt cei de fier, mangan aluminiu si siliciu care se formeaza prin alterarea silicatilor.

Oxizii si hidroxizii de fier, provin prin alterarea mineralelor care contin ioni de fier in reteaua cristalina. Fierul este scos din retea sub forma de hidroxid de fier care prin deshidratare trece in sescvioxizi (hematit, goethit, limonit sau limnit.

Oxizii si hidroxizii de aluminiu, ca si fierul provin din alterarea diferitilor silicati ce contin acest element. Hidroxidul de aluminiu se transforma in sescvioxizi de aluminiu (hidrargilit, diaspor sau corindon) in functie de gradul de hidratare.

Oxizii si hidroxizii de mangan, se intalnesc in cantitati mici in sol si pot fi pusi in evidenta in solurile umede, sub forma de pete brun-inchise sau concretiuni (bobovine).

Silice coloidala sau silice hidratata (SiO₂ . nH₂O), rezulta in sol prin alterarea silicatilor sub forma de pulbere fina de culoare albicioasa. Prin deshidratare, se poate transforma in particule fine de cuart secundar.

Mineralele argiloase, cuprind o serie de silicati secundari rezultati prin alterarea silicatilor primari. In functie de structura interna a acestora, pot fi: minerale argiloase cu foite bistratificate (caolinit si halloysit) si cu foite tristratificate care se impart in doua grupe: grupa smectitului (montmorillonit, beidellit, nontronit) si grupa micelor hidratate (illit, vermiculit, glauconit).

Praful, este constituit din particule cu diametrul cuprins intre 0,02 si 0,002 mm. Spre deosebire de argila, praful prezinta aceeasi compozitie mineralogica cu cea a rocii sau mineralului din care provine. Prin cimentarea acestor particule se formeaza anumite roci sedimentare (loess, depozite loessoide etc.).

Nisipul reprezentat prin particule mai grosiere cu diametrul cuprins intre 2-0.2 mm (nisip grosier) si 0.2-0.02 mm (nisip fin). Prin dezagregare se poate transforma in praf sau se poate mentine ca atare.

Pietris, pietre, bolovani, constituite din fragmente de roci sau minerale cu diametrul de peste 2 mm. Aceste fragmente constituie scheletul solului, pot fi formate dintr-un singur mineral sau pot avea o compozitie heterogena. Prin dezagregarea si alterarea acestora, pot rezulta alte produse.