Scoartele de alterare ale solului

SCOARTELE DE ALTERARE ALE SOLULUI

     Caracteristici generale

Prin scoarta de alterare se intelege stratul afanat, permeabil fata de apa si gaze, care se dezvolta pe rocile de la suprafata uscatului prin procese de dezagregare si/sau alterare.

Scoarta de alterare apare ca o cuvertura care acopera roca parentala nedegradata si care poate include in partea ei superioara si invelisul de sol.

Dezvoltandu-se la suprafata crustei terestre, scoarta de alterare si implicit invelisul de sol, muleaza suprafata reliefului. Aceasta are grosimi variabile, de la cateva zeci de metri, pana la cativa centimetri, in functie de natura rocii, conditia climatica, panta suprafetei de relief si mai ales vechimea suprafetei de relief.

Pe suprafetele orizontale (din zonele de platouri si campie), scoartele de alterare sunt mai groase in conditii climatice similare, decat pe pantele versantilor.

     Constituentii scoartei de alterare

Substantele minerale care intra in componenta scoartei de alterare sunt reprezentate de produsele dezagregarii si alterarii rocilor parentale.

Produsele dezagregarii apar sub forma de fragmente de roci si minerale numite claste (epiclaste).

Dimensiunile clastelor variaza mult, de la dimensiunile bolovanilor, la zecimi de milimetru.

Fragmentele epiclastice sunt numite si constituenti reziduali sau primari, deoarece provin direct din masa rocii parentale, natura lor depinzand exclusiv de cea a rocii.

Procentul de constituenti reziduali stabili este un indiciu al maturitatii (vechimii) scoartei de alterare. Unii dintre constituentii reziduali (fragmente de cuart, muscovit, rutil, zircon) pot fi stabile chimic rezistand un timp nedefinit. Altii (cei care contin feldspati, sticle vulcanice, olivine) sunt instabili si tind sa dispara prin alterare.

Constituentii solizi noi, rezultati prin procesele de alterare fie a fragmentelor reziduale, fie direct a rocii parentale, sunt denumiti constituenti secundari. Acestia se impart fie dupa structura, fie dupa solubilitate.

Dupa structura interna pot fi amorfi si cristalini. Constituentii secundari amorfi se mai numesc si constituenti coloidali, deoarece sunt hidroxizi cu grade diferite de hidratare.

Dupa natura nucleului acesti coloizi au diferite denumiri :

coloizi silicosi- au nucleu de SiO2*nH2O si sunt numiti gel de silice (cand sunt bogati in apa), sau opal (cand contin apa mai putina)

coloizi montmorillonitici- au ca nucleu montmorillonitul si sunt denumiti hidromontmorillonite

coloizi caolinitici- au nucleu de caolinit si sunt numiti procaolin sau hidrocaolin

coloizi aluminosi- au ca nucleu diasporul (oxid de aluminiu) si sunt denumiti sporogelit

coloizi ferici- au ca nucleu hidroxidul de fier si sunt numiti gel limonitic

coloizi manganici- au ca nucleu piroluzitul si sunt numiti wad

     Scoarta de alterare primara si cea secundara

Materialul scoartei de alterare ramane pe locul de formare, in contact direct cu roca parentala, caz in care scoarta de alterare este considerata primara sau autohtona (mai este denumit si eluviu).

Particulele care compun eluviul au suferit o rearanjare pe verticala in functie de dimensiuni si densitati. Din acest motiv, eluviile apar de obicei pe suprafete unde actiunea de transport a apei este redusa sau nula.

Produsul de alterare nu ramane pe loc, ci este supus unor procese de deplasare fie gravitationale fie datorate eroziunii, provocata de scurgerea de suprafata, siroire sau torentialitate.

Prin astfel de procese, se constituie diferite depozite sedimentare numite depozite deluviale, coluviale, proluviale, aluviale, morenaice, care nu mai sunt scoarte de alterare propriu-zise, deoarece fundamentul lor nu mai este roca parentala.

Daca procesul de dezagregare si alterare continua si pe aceste depozite transportate, se formeaza o scoarta de alterare secundara sau alohtona. In acest caz, depozitul transportat devine material parental pentru scoarta de alterare secundara (alohtona).

     Directii de evolutie

Scoarta de alterare se afla intr-o continua transformare si atunci cand pe ea se instaleaza vegetatia ancepe si formarea solului, care ulterior se dezvolta in profunzime pe seama scoartei de alterare, accelerand evolutia acesteia.

Directiile majore de evolutie a unei scoarte de alterare sunt exprimate de modalitatile de alterare ale rocilor silicatice, allitizarea si siallitizarea.

Allitizarea – denumirea provine de la simbolul chimic al aluminiului si de la lithos-piatra.

Aceasta directie de evolutie este o consecinta a alterarii silicatilor prin hidroliza totala, proces in care toate elementele chimice, inclusiv siliciul, trec in hidroxizi.

Allitizarea se produce in conditii de clima calda si umeda, in timp indelungat, fiind specifica regiunilor ecuatoriale si tropicale umede (in apa calda silicea este solubila).

Allitizarea este cunoscuta si sub denumirea de lateritizare (in latina later-caramida) datorita produsului de alterare rosu care rezulta si care prin uscare se intareste si capata aspectul unei caramizi.

Pentru manifestarea lateritizarii trebuie sa fie indeplinite doua conditii :

existenta unui climat cald si umed

existenta unei roci parentale care sa contina alumosilicati (feldspati, mice), alaturi de minerale femice (biotit, piroxeni, olivine, amfiboli)

In lipsa mineralelor femice, allitizarea genereaza o scoarta de alterare exclusiv aluminoasa (bauxita pura) de culoare alba.

Siallitizarea – denumirea provine de la simbolurile chimice ale siliciului si aluminiului si de la lithos-piatra.

Are loc prin alterarea silicatilor in urma unei hidrolize partiale cu formare de minerale argiloase.

Cauza principala a hidrolizei partiale este temperatura relativ scazuta a apei, motiv pentru care siallitizarea se produce in regiunile cu clima temperata moderata.

In functie de natura materialului argilos siallitizarea poate aparea sub doua aspecte :

Monosiallitizarea – presupune formarea prin hidroliza a mineralelor argiloase bistratificate (caolinit). Se formeaza o scoarta de alterare alcatuita aproape exclusiv din caolin pur format din Al2O3, SiO2 si H2O.

Bisiallitizarea – presupune formarea prin hidroliza a mineralelor argiloase tristratificate (illit, smectit). Spre deosebire de monosiallitizare, procesul de alterare nu este insotit de levigarea totala a bazelor.

Cele doua directii de evolutie ale scoartei de alterare nu sunt intotdeauna distincte, existand situatia in care caolinul coexista cu hidroxizii de fier si aluminiu, numita monosiallitizare deghizata(alumino-siallitizare).

     Tipuri de scoarta de alterare si raspindirea lor pe Glob

Scoartele de alterare pot fi diferentiate dupa compozitia mineralogica si cea chimica, principalele tipuri fiind urmatoarele

Litogen sau detritic-grosier– caracterizat prin predominarea fragmentelor de roca si a mineralelor primare, reprezinta primul stadiu si are o grosime foarte redusa Poate prezenta subtipurile silicato-litogen si carbonato-litogen.

Aluminosiallitic – caracterizat prin prezenta mineralelor argiloase de tip cloritic, a aluminiului mobil si prezinta reactie acida.

Siallitic – caracterizat prin prezenta  mineralelor argiloase tristratificate si poate prezenta subtipurile siallitic propriu-zis, carbonato-siallitic si halosiallitic

Allitic (ferallitic) – caracterizat prin dominanta procesului de allitizare (ferallitizare), dar pot aparea si minerale argiloase caolinitice (bistratificate).

De tranzitie – realizeaza tranzitia intre tipul siallitic si cel allitic (ferallitic) si pot rezulta si prin alterarea calcarelor impure, caz in care sunt cunoscute sub denumirea de terra rossa sau terra fusca. Prezinta subtipurile siallito-allitic si siallito-feritic.

Exista la nivelul globului o zonalitate evidenta in ceea ce priveste raspandirea scoartelor de alterare.

Tipul litogen apare in conditii climatice care impiedica alterarea, zona de tundra, zonele desertice, pe versanti puternic inclinati, pe roci compacte indiferent de clima.

Tipul siallitic caracterizeaza zona temperata (partea umeda cu paduri de foioase), subtipul carbonato-siallitic partea semiumeda de stepa si silvostepa, iar subtipul halo-siallitic partea arida unde au loc acumulari de saruri solubile.

Tipul allitic (ferallitic) este raspandit in zona ecuatoriala si tropicala.

Tipul de tranzitie caracterizeaza zona mediteraneana.

Grosimea scoartei de alterare se modifica in functie de zona climatica :

in zona de tundra foarte redusa, de regula sub 1 m

in zona temperata ajunge mai ales in arealele umede la cativa metri

in zona arida foarte redusa, sub 1 m

in zona calda si umeda foarte mare, frecvent peste 10m

In zona calda si umeda, scoarta de alterare prezinta o zonalitate pe verticala, observandu-se cateva strate dispuse de sus in jos dupa cum urmeaza :

orizontul superior bogat in cuart rezidual si silice secundara

orizontul median bogat in oxizi si hidroxizi de Al, Fe si Mn

orizontul inferior (denumit si orizontul pestrit) cu pete rosii-galbui si brune, bogat in minerale argiloase

orizontul bazal dezvoltat chiar pe roca parentala si cu o culoare deschisa datorata unui stadiu incipient de alterare a roci

PARTEA LICHIDA

Apa reprezinta componentul de baza al materiei organice vii, influenteaza cresterea plantelor, dezagregarea, alterarea chimica, formarea componentului mineral si organic si repartitia lor pe profilul de sol.

Fortele care actioneaza asupra apei

     Gravitationala

Actioneaza asupra apei aflate in porii necapilari, atunci cand solul este saturat cu apa. Sub influenta gravitatiei apa se deplaseaza de sus in jos prin porii necapilari determinand umezirea in adancime a solului.

Odata cu scaderea cantitatii de apa, forta gravitationala scade la randul ei si deplasarea apei inceteaza. Pe suprafetele inclinate se produce si o deplasare laterala a apei, prin sol.

     Fortele capilare

Actioneaza asupra apei aflate in porii capilari ai solului, care nu este supusa fortei gravitationale si este retinuta in sol.

Forta cu care apa este retinuta in porii capilari este invers proportionala cu diametrul porilor. Sub actiunea acestor forte, apa se misca mai lent, in toate directiile, in general dinspre porii mai mari spre cei mai mici.

     Forta de adsorbtie

Actioneaza asupra apei aflate la suprafata particulelor de sol si este de natura electrostatica (diferenta de sarcini electrice intre apa si particulele de sol), apa imbracand particulele sub forma de pelicule.

Aceste forte sunt foarte mari (10 000 atm.) si sub inflenta lor apa se misca foarte lent dinspre peliculele mai groase spre cele mai subtiri sau trece sub forma de vapori. Fixarea apei este insotita de degajare de caldura numita caldura de umectare.

     Forte determinate de tensiunea vaporilor de apa

Actioneaza asupra apei aflate sub forma de vapori. Vaporii de apa sunt supusi la tensiuni determinate de temperatura si umiditate, direct proportional cu acestea, datorita variatiilor pe parcursul anului.

Diferenta de tensiune creaza fortele care determina deplasarea vaporilor de apa din locurile cu presiune mare spre cele cu presiune mica.

     Fortele de suctiune a radacinilor plantelor

Radacinile plantelor exercita o forta de sugere care atinge 15-20 atm., prin care apa din sol este atrasa spre radacini. Pe masura ce apa este consumata, este atrasa si se misca spre radacini si apa aflata la distanta mai mare.

     Fortele osmotice

Actioneaza numai in cazul solurilor bogate in saruri solubile, datorita presiunii osmotice determinate de sarurile dizolvate in apa. Cu cat cantitatea de saruri este mai mare cu atat presiunea osmotica este mai mare.

Presiunea osmotica determina o retinere mai puternica a apei, care nu mai poate fi preluata de radacini, fiind depasita forta de suctiune a acestora, aparand seceta fiziologica.

     Fortele hidrostatice

Actioneaza numai cand solul este saturat si are si un strat de apa deasupra (balteste apa la suprafata). Fortele sunt determinate de greutatea stratului de apa de la suprafata, care impune deplasarea apei spre adancime.

Formele de apa din sol

     Apa sub forma de vapori

Se gaseste in pori si provine din evaporarea altor forme de apa sau prin patrunderea in sol a aerului atmosferic incarcat cu vapori de apa.

Desi se gaseste in sol in cantitate mica 0,001%, constituie singura sursa de apa cand solul este uscat (exista doar apa legata).

Roua interna a solului reprezinta fenomenul de condensare a vaporilor de apa datorita racirii orizonturilor superioare in timpul noptii

     Apa legata chimic

Include apa de constitutie si cea de cristalizare. Apa de constitutie este reprezentata prin ionii H+ OH- (mice, hidromice, hidroxizi). Apa de cristalizare reprezinta moleculele de apa care intra in compozitia moleculelor hidratate (gips CaSO4 x 2H2O). Intra in alcatuirea componentului solid si este complet imobila (inaccesibila plantelor).

     Apa legata fizic

De higroscopicitate (puternic legata)

Reprezinta pelicule de apa retinute la suprafata particulelor de sol datorita fortelor de adsorbtie (10 000-50 atm.). Nu poate fi folosita de catre plante si nu se deplaseaza in sol.

Peliculara (slab legata)

Este retinuta cu forte de 50-15 atm., se poate deplasa lent dinspre peliculele mai groase spre cele mai subtiri si poate fi folosita intr-o oarecare masura de catre plante.

     Apa libera

Capilara

Este cea retinuta in sol in porii capilari datorita fortelor capilare 15-1/3 atm. Poate fi sprijinita si suspendata.

REGIMUL Hidric

Pergelic – este caracteristic regiunilor cu inghet permanent, cand in perioada calda a anului partea superioara a solului se dezgheata si deasupra stratului inghetat se formeaza apa stagnanta care se consuma prin evaporare si scurgeri laterale. Solul este permanent umed. Percolativ – este caracteristic climatelor umede (paduri de campie, deal, podis si munte). ETP<P, Iar 35-45, profilul de sol este umezit de sus pana jos cel putin o data pe an. Periodic percolativ – este caracteristic solurilor de silvostepa, ETP=P, Iar 26-35, profilul de sol este umezit de sus pana jos numai in anii ploiosi. Nepercolativ – este caracteristic solurilor de stepa, ETP>P, Iar <26, solul nu este umezit niciodata de sus pana jos (100-200 cm ad.) Exsudativ – este caracteristic solurilor de stepa si silvostepa cu panze freatice aflate la adancimi critice. Solul pierde prin evaporare mai multa apa decat primeste datorita ridicarii nivelului freatic prin capilaritate care alimenteaza in permanenta solul, care este tot timpul supraumezit de jos in sus. Stagnant – este caracteristic solurilor greu permeabile situate pe suprafete plane, microdepresiuni sau la baza versantilor, in regiuni umede. Apa stagneaza in sol uneori chiar de la suprafata, solul prezentand exces de apa. De irigatie – apare la solurile irigate, unde se produce o umezire mai profunda si repetata a solului fara a fi schimbat insa regimul hidric natural. Numai in apropierea orezariilor solurile pot sa-si schimbe regimul hidric intr-unul de tip exsudativ.

Reprezinta indicii care definesc mobilitatea si accesibilitatea apei din sol.

     Capacitatea totala de apa (CT)

Reprezinta cantitatea maxima de apa din sol, atunci cand toti porii sunt umpluti. Situatiile cu soluri aflate la capacitate totala sunt rare (ploi abundente, exces de umiditate, irigatii masive) si atunci plantele sufera din lipsa de aer.

     Capacitatea de apa in camp (CC)

Reprezinta cantitatea de apa care ramane in sol mai mult timp dupa o ploaie si este conditia optima de umiditate a unui sol.

     Coeficientul de ofilire (CO)

Reprezinta cantitatea minima de apa de la care plantele se ofilesc.

     Capacitatea de apa utila (CU)

Reprezinta apa existenta in sol intre capacitatea de camp si coeficientul de ofilire, aceasta fiind practic preluata de catre plante.

     Coeficientul de higroscopicitate (CH)

Reprezinta umiditatea la care ajunge un sol uscat la aer sau pe care o absoarbe un sol uscat intr-o atmosfera saturata cu vapori de apa. Serveste mai mult la caracterizarea generala a solurilor, la calcularea coeficientului de ofilire si a echivalentului umiditatii.

     Permeabilitatea pentru apa

Proprietatea solurilor de a lasa apa sa treaca prin ele se numeste permeabilitate. Ea depinde in mod direct de porozitate care la randul ei este influentata de textura, structura, gradul de afanare sau tasare.

Permeabilitate ridicata au solurile nisipoase, structurate, afanate.

Partea gazoasa

In natura nu exista sol fara aer, indiferent cat de mare este excesul de umiditate, pentru ca aerul este fie dizolvat in apa, fie ramane in spatiile foarte mici din sol sau in cele captive.

Aerul reprezinta alaturi de apa elementul de baza pentru dezvoltarea organismelor din sol.

Aerul poate fi prezent in sol sub mai multe stari:

     Liber – este prezent in porii capilari si mai ales necapilari, circula in sol si se schimba cu cel atmosferic, fiind starea care influenteaza cel mai mult solul

     Captiv – se gaseste in porii izolati, nu circula prin sol, nu se schimba, are influenta neansemnata

     Adsorbit – se gaseste legat la suprafata particulelor minerale

     Dizolvat – gazele dizolvate in apa din sol, care nu influenteaza aeratia

Compozitia aerului

Aerul din sol provine din cel atmosferic, dar prezinta unele diferentieri deoarece, spre deosebire de cel atmosferic a carui compozitie este stabila, aerul din sol are o compozitie care variaza.

Aerul atmosferic contine 78,08% azot, 20,95% oxigen, 0,93% argon, 0,03% bioxid de carbon.

Aerul din sol contine intre 75,5-80% azot, 10-20% oxigen, 0,2-3,5% bioxid de carbon. Mai contine hidrogen sulfurat, metan si este mai bogat in vapori de apa si amoniac decat cel atmosferic.

Variatii mai mari se inregistreaza in cazul oxigenului si bioxidului de carbon, legat de activitatea vietuitoarelor din sol sau de regimul umiditatii.

Astfel, solurile cu continut mai mare de oxigen si mai mic de bioxid de carbon sunt cele cu cantitati reduse de substante organice, activitate microbiologica redusa, usoare-mijlocii, structurate, afanate, cu umiditate normala.

Solurile cu continut redus de oxigen si continut ridicat de bioxid de carbon sunt cele bogate in substante organice, cu activitate microbiologica intensa, argiloase, nestructurate, indesate, prea umede.

In solurile foarte bogate in substante organice si cu exces de umiditate apar si gaze toxice pentru plante precum hidrogenul sulfurat si metanul.