FORMAREA SI ALCATUIREA PARTII MINERALE A SOLURILOR

1. Originea pArTII minerale a solului

Forma primara a litosferei, a avut intial un aspect foarte dur, fiind alcatuita din roci masive, compacte rezultate prin racirea brusca si consolidarea lavei vulcanice. Parte minerala a fost supusa in permanenta actiunii de dezagregare si alterare a factorilor de mediu, suferind importante modificari structurale si de continut. Rocile dure (vulcanice) au fost maruntite, partea superioara a litosferei fiind formata ulterior, predominat din roci sedimentare si roci mai putin dure (metamorfice). Astfel, maruntite si afanate acestea au actionat in permanenta asupra factorul biologic, determinand, pe langa o serie de transformari fizico-chimice si transformari biochimice, astfel incat invelisul de sol rezultat prin transformarea, a condus la formarea solurilor.

1.1. Compozitia chimica a scoartei terestre

Litosfera, invelisul cel mai solid al Terrei, are o grosime de cca. 80 km si este alcatuita din numeroase minerale si roci.

Mineralele reprezinta corpurile naturale omogene din punct de vedere fizico - chimic, formate in scoarta terestra prin combinarea chimica a elementelor.

Rocile au rezultat prin asocierea pe cale naturala intre doua sau mai multe minerale, in natura se pot intalni atat minerale pure (formate dintr-un singur element chimic), cat si roci monominerale, in scoarta terestra se gasesc toate elementele chimice cuprinse in tabelul lui Mendeleev, insa in proportii foarte diferite (tabel 1.). Zece elemente formeaza aproximativ 98,5 % din scoarta, iar celelalte elemente participa numai cu 1,5 % .

Oxigenul, siliciul si aluminiul, care sunt componentele principale ale silicatilor, formeaza aproximativ 83% din scoarta terestra; de aceea, silicatii intra in proportia cea mai mare (75%) la alcatuirea solului.

Tabel 1.

Compozitia chimica a litosferei pana la adancimea de 18 km (procente din masa)

1.2. Compozitia mineralogica si petrografica a scoartei terestre

Dintre elementele chimice care intra in alcatuirea litosferei se gasesc in stare nativa (Au, Ag, Pb, S, C etc.); celelalte prezentandu-se sub forma de combinatii chimice naturale, formand mineralele.

Din totalul de peste 3 000 minerale cunoscute in scoarta terestra, mai raspandite sunt circa 100. In functie de compozitia lor chimica si structura cristalina, mineralele au fost grupate in patru clase sulfuri, saruri haloide, oxizi si hidroxizi, saruri oxigenate.

Clasa sulfurilor. In aceasta clasa sunt cuprinse combinatii ale sulfului cu diferite metale sau metaloizi, reprezentand, impreuna cu sulfatii, 0,3-0,4% din greutatea litosferei. Cele mai raspandite sunt: pirita (FeS₂), blenda (ZnS), galena (PbS).

Clasa sarurilor haloide. Aproximativ 0,5% din greutatea litosferei, rezultata din combinarea halogenilor cu diferite metale. Cele mai raspandite sunt: sarea gema (NaCl); fluorina (CaF); silvina (KCl).

Clasa oxizilor si hidroxizilor. Reprezinta circa 17% din greutatea litosferei, rezultand din combinarea metalelor si metaloizilor cu oxigenul sau cu gruparea OH^-. Cei mai raspanditi sunt: oxizi de siliciu (SiO₂); cuart, calcedonie, opal si silex; oxizii de fier: limonit (Fe₂O₃)-n(H₂O); hematit (Fe₂O₃); magnetit (Fe₃O₄) , oxizii de mangan : piroluzita (MnO) etc.

Clasa sarurilor oxigenate. Cuprinde saruri naturale ale acizilor oxigenati, incluzand doua treimi din totalul mineralelor componente ale litosferei. In functie de radicalul acidului, se grupeaza in :

Nitratii sunt saruri ale acidului azotic, cei mai raspanditi fiind salpestrul de Chile (NaNO₃) si salpestrul de India (KNO₃), folositi ca ingrasaminte minerale.

Carbonatii sunt saruri ale acidului carbonic si formeaza 7% din greutatea litosferei, cei mai raspanditi: calcitul si aragonitul (CaCO₃); magnezitul (MgCO₃), dolomitul CaMg(CO₃)₂.

Sulfatii sunt saruri ale acidului sulfuric, cei mai raspanditi fiind : anhidritul (CaSO₄) si gipsul (compact, fibros, lamelar, creasta de cocos)(CaSO₄-2H₂O), se utilizeaza pentru corectarea reactiei solurilor alcaline intrucat cu ionii Na⁺ formeaza Na₂SO₄, o sare solubila care prin apa de precipitatii sau irigare este indepartata din sol, respectiv cationul de sodiu.

Fosfatii sunt saruri ale acidului fosforic; cei mai raspanditi sunt: apatitul Ca₅(PO₄)₃(F, CI, OH) si vivianitul Fe₃(PO₄)₂8H₂O. Apatitele sunt folosite ca materie prima pentru obtinerea ingrasamintelor cu fosfor.

Silicatii sunt saruri ale acidului silicic. Ei cuprind cel mai mare numar de minerale componente ale scoartei terestre (circa 35% din numarul total al mineralelor cunoscute), reprezentand aproximativ 75% din greutatea litosferei. Sunt componentii principali ai tuturor rocilor, avand o mare insemnatate pentru formarea solurilor. Silicatii au o structura cristalina, la baza retelei stand tetraedrul de siliciu, care are la colturi 4 ioni de oxigen, iar in centru ionul de siliciu, asezati in asa fel incat sa ocupe cel mai mic spatiu (figura 1.). In alcatuirea retelelor cristaline a unor silicati se pot intalni si grupari mai mari, cum ar fi cele octaedrice (cu 6 ioni de oxigen) si cele duodecuple (cu 12 ioni de oxigen). Aceste grupari fiind mai largi, in centrul lor pot patrunde ioni cu volum mai mare, ca cei de Al³⁺ si Mg²⁺, respectiv cei de Ca²⁺, Na⁺ sau OH^-. Ionii din centrul gruparii retelei cristaline pot fi inlocuiti cu alti ioni de acelasi volum sau cu volum apropiat, rezultand o gama larga de silicati.

Fig. 1. Schema tetraedrului

Prin dispunerea tetraedrilor de siliciu independent, in grupe finite, in lanturi infinite simple sau duble, in straturi infinite, si in spatiu si prin compensarea sarcinilor cu diferiti ioni de Al, Mg, Mn, Ca, Na, K etc., rezulta 5 categorii de silicati :

Silicati cu tetraedri independenti : tetraedrii de siliciu (SiO₄) sunt dispusi independent (figura 2), legatura dintre ei fiind facuta de diferiti cationi (Ca, Mg, Fe, Al), care asigura neutralitatea retelei. Cei mai raspanditi sunt : grupa olivinei, cu formula SiO₄C₂²⁺ si grupa epidonitului (SiO₄)₃-C₂²⁺C₃³⁺, in care C₂²⁺= 2 cationi bivalenti, iar C₃³⁺ = 3 cationi trivalenti in retea;

Fig. 2. Structura insulara

Silicati cu grupe finite de tetraedri: cuprind silicatii a caror retea este formata din grupe de cate doi tetraedri (Si₂O₇), trei (Si₃O₉) sau sase (Si₆O₁₈), legati prin oxigeni comuni (figura 3). Cel mai raspandit silicat este turmalina, NaMg₃Al₆[(OH)₁₊₃ (BO₃)₃| Si₆O₁₈].

Fig.3 Structura in grupe finite de tetraedri

Silicati cu lanturi infinite de tetraedrii: grupeaza silicatii cu strutura de tetraedri asezati in lanturi simple sau duble, legatura fiind asigurata de ionii de oxigen. Cuprind 2 grupe: piroxeni si amfiboli : grupa piroxenilor cuprinde silicatii alcatuiti din lanturi simple (figura 4). Au formula generala (SiO₃)^2- sau (SiO₃)₂^4-. Cel mai raspandit este augitul Ca(Mg, Fe, Al) O₆ (SiAl₂)₂; grupa amfibolilor cuprinde silicatii alcatuiti din lanturi duble de tetraedri. Au formula generala Si₈O₂₂(OH)₂^14-. Cel mai raspandit este hornblenda (SiAl)₂Si₆O₂₂(OH)₂Ca₂(Mg,Fe²⁺Al)_4-5.

Fig. 4. Structura in lanturi simple

Datorita dispunerii in lanturi si faptului ca legatura dintre lanturi este mai slaba, acesti silicati cliveaza fibros.

Silicati cu straturi infinite de tetraedri: grupeaza silicatii la care tetraedrii sunt asezati in plan, unindu-se prin cate 3 varfuri, formand foite bistratificate sau tristratificate. Au formula generala Si₄O₁₀(OH)₂^6-. Foitele bistratificate sunt alcatuite dintr-un plan de tetraedri si un plan de oxidrili legate printr-un strat de ioni de aluminiu . Foitele tristratificate sunt alcatuite din doua planuri de tetraedri legate printr-un strat de ioni de aluminiu. Cei mai cunoscuti silicati stratificati sunt micele: mica alba ( muscovitul) cu formula (Si₃Al)O₁₀(OH)₂Al₂K si mica neagra (biotitul) cu formula (Si₃Al)O₁₀(OH)₂(Mg, Fe)₃K;

Silicati cu retele in spatiu. Grupeaza silicatii ai caror tetraedri sunt asezati in toate directiile in spatiu, formand retele tridimensionale. In acest caz tetraedrii se sprijina spatial pe toate varfurile prin punti de oxigen. Formula generala a acestor silicati este Si₄O₈. Cuprind doua grupe . feldsapatii si feldspatoizi.

Grupa feldspatilor cuprinde aluminosilicati alcalini sau alcalinopamantosi si se impart in potasici, cu principalul reprezentant ortoza (Si₃AlO₈)K si calcosodici, cu principalul reprezentant albitul (Si₃AlO₈)Na.

Grupa feldspatoizilor reuneste aluminosilicati cu un continut mai mic de SiO₂ decat feldspatii. Ca reprezentanti principali sunt sodalitul, Na₈(AlSiO₄)₆Cl₂ si nefelinul Na(AlSiO₄).

Mineralele se asociaza pe cale naturala si formeaza rocile. Scoarta terestra poate fi alcatuita din trei grupe de roci: roci magmatice (eruptive), roci metamorfice si roci sedimentare.    

2. PROCESELE DE FORMARE A PARTII MINERALE A SOLULUI

Materilul mineral, reprezentat de minerale si roci, situate in special la suprafata litosferei au fost supuse permanent unor procese intense de transformare sub actiunea agentilor atmosferei, hidrosferei si biosferei, rezultand o formatiune noua care poarta denumirea de pedosfera. Dupa aceasta actiune, materialul mineral a devenit mai afanat si permeabil pentru apa si aer, iar elementele chimice constituente au trecut intr-o forma mai simpla, de obicei mai accesibila plantelor. Acest lucru a fost posibil datorita a doua procese esentiale formarii partii minerale a solului, dezagregare si alterare.

Dezagregarea materiei minerale.

Procesul fizico - mecanic de maruntire (sfaramare) a mineralelor si rocilor in fragmente mai mici, fara ca acesta sa-si modifice proprietatile chimice, se defineste ca fiind procesul de dezagregarea Dezagregarea se desfasoara sub influenta atmosferei, hidrosferei si biosferei.

Urmare a acestui proces, mineralele si rocile devin friabile, poroase si permeabile pentru apa si aer, asigurandu-se conditii optime pentru cresterea si dezvoltarea plantelor. Factorii care determina dezagregare sunt:

q      variatiile diurne de temperatura (termodinamica);

q      inghetul si dezghetul (gelivatia);

q      actiunea apei;

q      actiunea vantului;

q      actiunea fortei gravitationale;

q      actiunea biosferei (animalelor si plantelor).

Dezagregarea datorita oscilatiilor diurne de temperatura - termodinamica.

In general, mineralele si rocile sunt rele conducatoare de caldura iar datorita compozitiei chimice heterogene, ele se incalzesc neuniform. Stratele de la suprafata se incalzesc mai repede si mai puternic decat cele din interior, acestea, inving forta de coeziune avand ca rezultat desprinderea de stratele interne si formarea de fisuri paralele cu suprafata mineralelor si rocilor. Datorita, conductibilitatii slabe, in timpul noptii cand se produce o racirea brusca iar stratele de la suprafata se racesc mai puternic, decat cele interiorare, acestea se contracta mai mult si rezulta fisuri perpendiculare pe suprafata materialului.

Prin repetarea zilnica a proceselor de dilatare si contractare, odata cu variatiile puternic diurne ale temperaturii, se realizeaza maruntirea treptata a materiei minerale in particule din ce in ce mai mici.

Procesesele de dezagregare sunt mai intense in functie de natura rocilor, cu cat roca este alcatuita din mai multe minerale, cu atat se altereaza mai usor intrucat fiecare component al materialului prezinta diferite valori ale caldurii specifice, conductibilitatii termice si ale coeficientului de dilatare. Rezultatul, procesului de dezagregare, datorita variatiilor de temperatura, este formarea de fragmente colturoase, care se gasesc la baza versantilor stancosi, numite si grohotisuri.

Dezagregarea datorita inghetului si dezghetului - gelivatia.

Rocile si mineralele prezinta crapaturi si fisuri prin care patrunde apa sub forma lichida. Ca urmare a inghetului, apa isi mareste volumul cu cca. 9% si exercita presiuni puternice asupra peretilor fisurilor in care se afla localizata. Intr-o faza initiala se produce marirea volumului fisurilor, largirea lor ca apoi materialul sa cedeze prin desfacerea sa in fragmente, datorita distrugerii retelei cristaline.

Procesele de dezagregare, ca urmare a inghetului si dezghetului sau fenomenele de gelivatie sunt foarte active in iernile cu ingheturi si dezgheturi repetate. Ele se resimt cel mai puternic in zonele montane, ajungand pana la adancimi mari de cca. 100 cm.

Fenomenele de gelivatie se resimt si in zona de campie si se manifesta evident pe ogoarele de toamna, unde inghetul si dezghetul contribuie la maruntirea brazdelor ramase din toamna.

Dezagregarea datorita apei.

Factorul care participa activ in procesul de dezagregare, este apa care exercita cea mai importanta actiune. Fragmentarea si transportul materialului rezultat in urma actiunii de maruntire se datoreaza cu precadere apei, aceasta manifestandu-se sub diferite forme.

a) actiunea directa a apei din fisuri si pori

In stare lichida, apa patrunde in pori si fisuri unde exercita presiuni mari asupra rocilor. Astfel apa din fisurile de un micron - exercita o presiune capilara de 1,5 kg/cm², iar in fisurile de 1 mµ pana la 1500 kg/cm².

Pe langa faptul ca apa exercita o presiune asupra peretilor laterali, ea mai are si o actiune indirecta prin dizolvarea diferitilor compusi chimici de cimentare a rocilor, slabind coeziunea dintre particule, se realizeaza pe aceasta cale o maruntire a rocilor.

b) actiunea apelor de siroire si a torentilor

Datorita ploilor abundente si a topirii bruste a zapezii, pe versanti, se formeaza siroaie care isi croiesc drum spre aval determinand coroziunea, eroziunea si transportul materialului mineral.

Actiunea corosiva a apei se manifesta prin "daltuire", crearea de santulete orientate pe directia de maxima panta.

Eroziunea este acel fenomen care se materializeaza prin desprinderea, transportul, maruntirea si depunerea materialului de la suprafata litosferei.

Torentii sunt cursuri de apa temporare, care se formeaza pe versantii repezi ca urmare a ploilor mari sau topirilor bruste ale zapezii. Ei exercita o puternica actiune de desprindere a materialului ce alcatuieste scoarta terestra, maruntire si antrenare puternica a acestuia spre aval.

c) actiunea apelor curgatoare.

Apele curgatoare reprezentate prin cursuri permanente cu trasee bine definite, realizeaza o intensa actiune de dezagregare. Ele desprind adeseori chiar blocuri mari de stanca care sunt antrenate de-a lungul cursului de apa.

In timpul transportului se produc procese chimice de dizolvare cat si procese mecanice, prin care fragmentele mari se maruntesc treptat. Materialul colectat, transportat si sedimentat in luncile raurilor poarta denumirea de material aluvial.

d) actiunea zapezii si a ghetarilor.

Actiunea de dezagregare a zapezii se manifesta mai ales in zonele montane. Cantitati mari de zapada pornesc sub forma de avalanse si antreneaza blocuri de stanca. Materialul antrenat de avalanse este supus maruntirii prin izbire, frecare si rostogolire.

Ghetarii actioneaza prin eroziune si transport. Ca urmare a presiunii mari a blocurilor de gheata este desprins material mineral, adeseori chiar blocuri de stanca care sunt transportate in aval. Astfel, s-au format depozitele de materiale minerale cunoscute sub denumirea de morene.

Dezagregarea datorita fortei gravitationale.

In natura maruntirea rocilor si mineralelor se mai produce si sub actiunea fortei gravitationale Astfel, de pe marginea prapastiilor si a versantilor abrubti se desprind blocuri de stanca, acestea, in cadere, se lovesc de alte stanci si se maruntesc. De asemenea, pe versantii cu panta mare, tot sub actiunea gravitatiei, se deplaseaza fragmente sau blocuri, care prin izbire, frecare si rostogolire se maruntesc.

Dezagregarea datorita biosferei - plante si animale

Actiunea organismelor vegetale si animale asupra dezagregarii rocilor si mineralelor este mai putin intensa fata de ceilalti factori de mediu.

Actiunea organismelor vegetale se produce, in special, datorita radacinilor, care patrund in fisurile rocilor si care, prin ingrosare, exercita presiuni laterale mari (30-50kg/cm²), provocand maruntirea acestora. Radacinile au si o actiune chimica de dizolvare, slabind, astfel, coeziunea dintre particule.

Actiunea organismelor animale se manifesta prin galeriile, canalele sau cuiburile pe care acestea le sapa pentru a-si asigura existenta. Astfel, ramele, furnicile, harciogii, cartitele etc. sapa galerii pentru procurarea si depozitarea hranei, producand maruntirea pamantului. In stepa, pe o suprafata de l ha, s-au numarat pana la 3 000 vizuini de popandai si pana la 40 000 galerii de soareci; de asemenea, s-a stabilit ca, in 50 de ani, ramele prelucreaza complet solul pe adancimea de 25 cm, iar 95% din insecte isi duc o parte din viata in pamant.

Procesele de alterare

Totalitatea, transformarilor chimice ale rocilor si mineralelor ce intra in alcatuirea scoartei terestre duc la formarea de produsi noi, cu proprietati specifice, diferite de cele ale vechiului material, aflate in stransa corelatie cu dezagregare, care are loc in acelasi timp, reprezinta procesul de alterare.

Alterarea se manifesta mai frecvent la suprafata particulelor rezultate in procesul de dezagregare si ca atare este mult inlesnita, conditionata de gradul de maruntire a materialului parental.

Alterarea se afla in stransa corelatie cu procesul de dezagregare avand loc concomitent si cu o intensitate sporita in cazul materialelor fin maruntite ca urmare a cresterii suprafetei specifice.

In natura se disting doua procese de alterare:

chimica, produsa de actiunea unor elemente si compusi chimici    (apa, CO₂, NH₃, SO₄, N₂S, NO₂, NO₃ , etc.);

biochimica sau biologica, realizata de catre organismele din sol.

Alterarea chimica.

Principal agent al alterarii chimice este apa care contine diferiti compusi in stare dizolvata (preluati din aerul atmosferic). Pe masura ce acesta patrunde in roca afanata se incarca cu alti compusi chimici, acizi minerali si organici, intensificandu-si mai mult puterea de alterare.

Fenomenul complex al alterarii chimice se realizeaza prin intermediul unor procese chimice simple dintre care importanta mai mare o prezinta urmatoarele: hidratarea, dizolvarea, hidroliza, carbonatarea si oxido-reducerea.

Hidratarea - reprezinta procesul de natura fizico - chimica prin care mineralele constituente ale rocilor, retin apa in stare moleculara sau sub forma de grupari OH^-. Hidratarea poate fi un proces de natura fizica sau unul de natura chimica.

a) Hidratarea fizica - este procesul care consta in atragerea apei la suprafata particulelor minerale.

Acest fenomen este cauzat de natura bipolara a apei cu dispunerea atomilor de hidrogen la un capat si a celui de oxigen la celalalt capat cat si de valentele libere ce apar in urma dezagregarii, la suprafata particulelor minerale.

Cantitatea de apa retinuta de catre materia minerala este in corelatie directa cu gradul de maruntire a rocilor. Totodata grosimea peliculei de apa depinde si de natura cationilor hidratati, ea fiind cu atat mai consistenta cu cat valenta acestora este mai mare si raza ionica mai mica.

Hidratarea este un proces de suprafata care duce doar la marirea volumului cationilor, cresterea tensiunilor in reteaua cristalina a mineralelor si respectiv destramarea materialului, a sistemului de cristalizare. In concluzie se poate afirma ca hidratarea fizica este un proces natural care nu determina modificari chimice insa accelereaza alterarea mineralelor prin intermediul altor reactii chimice care se declanseaza in fazele ulterioare de transformare a scoartei terestre.

b) Hidratarea chimica este procesul chimic care duce la formarea de noi compusi chimici si consta in patrunderea apei in reteaua cristalina a mineralelor, sub forma moleculara, denumita apa de cristalizare sau sub forma de grupe OH^- denumita apa de constitutie.

Mineralele si rocile sunt supuse si unor procese inverse hidratarii, de pierdere a apei, respectiv de deshidratare. Prin procesul de deshidratare ele isi micsoreaza volumul si in consecinta se realizeaza maruntirea materiei minerale, respectiv procesul de dezagregare. Intr-o prima faza se pierde apa retinuta prin hidratarea fizica care este retinuta cu forte mici, ca apoi sa se desprinda apa sub forma de molecule respectiv cea de cristalizare si doar in ultima faza la temperaturi ridicate se pierde si apa de constitutie sub forma de grupari OH^-.

Dizolvarea - reprezinta procesul de trecere al unei substante intr-o solutie, fara a-si modifica compozitia chimica.

In natura sunt supuse dizolvarii mineralele solubile ca urmare a faptului ca ionii componenti ai acestora se inconjoara cu dipoli de apa si distrug reteaua cristalina prin invingerea fortelor de retinere moleculara. Treptat ei trec in solutia de apa si dizolva intreg fragmentul de mineral.

Dizolvarea contribuie intr-o proportie mai redusa si la alterarea mineralelor insolubile prin faptul ca ionii aflati la suprafata particulelor se hidrateaza, ceea ce face ca retinerea lor in retea sa se reduca si in cele din urma sa fie trecuti in solutie.

Totodata procesul de dizolvare mai contribuie si la indepartarea produselor rezultate din alte procese de alterare, dand astfel posibilitatea apei de a actiona in continuare asupra mineralelor primare.

Hidroliza - este procesul de descompunere a unei sari sub actiunea apei, in acidul si baza din care aceasta a fost formata.

Hidroliza reprezinta unul dintre procesele chimice cele mai importante ale solificarii, deoarece ea a contribuit la realizarea componentilor esentiali ai solului. In acest sens trebuie aratat ca prin procesul de hidroliza se altereaza silicatii, rezultand principalele componente: argila, oxizi, hidroxizi si elementele nutritive.

Acest proces este posibil datorita faptului ca silicatii sunt saruri ale unui acid slab (acidul silicic) si ale unor baze puternice ca NaOH, KOH, Ca(OH)₂. Ca atare ei hidolizeaza alcalin.

Intrucat silicatii sunt greu solubili hidroliza se produce in mai multe etape sau faze:

debazificarea;

desilicifierea;

argilizarea.

Debazificarea se produce in prima etapa ca urmare a faptului ca la suprafata particulelor de silicati se afla diferiti ioni dintre care unii cu caracter bazic, respectiv cationii de K⁺, Na⁺, Mg⁺⁺, Ca⁺⁺.

Apa se gaseste atat sub forma moleculara cat si disociata in anioni si cationi H₂ O - H⁺ + OH^-. Cationii de hidrogen (H⁺) care au un volum extrem de mic si o energie foarte mare patrund usor in retelele cristaline prin diferite fisuri si inlocuiesc cationii bazici K⁺, Na⁺, Ca⁺⁺, Mg⁺⁺, care apoi trec usor in solutie si formeaza hidroxizi cu gruparile OH^-, libere.

Desilicifierea. Masa principala a silicatilor este alcatuita din SiO₂, care pe masura cresterii alcalinitatii este partial solubilizat de solutia bazica. Astfel se desprinde o parte din SiO₂ sub forma unui profil albicios, denumit silice secundara hidratata.

Argilizarea este produsa in ultima faza a hidrolizei cand din nucleul aluminosilicat rezidual, se formeaza silicati de aluminiu hidratati, silicati secundari sau minerale argiloase, care reprezinta, de altfel, principalii constituenti ai argilei. Ca atare procesul este corect denumit argilizare.

Hidroliza este influentata de o serie de factori dintre care se mentioneaza:

gradul de maruntire al materiei minerale;

continutul mineralelor in elemente bazice;

concentratia in ioni de hidrogen a solutiei, respectiv pH-ul ei;

conditiile climatice ale zonei geografice.

Carbonatarea. Este procesul prin care CO₂ dizolvat in apa, actioneaza asupra mineralelor si rocilor si duce la formarea carbonatilor.

Exemplu: in prima faza a debazificarii silicatilor primari rezulta hidroxizii de:

2KOH + CO₂ + H₂O = K₂CO₃ + 2 H₂O

2NaOH + CO₂ + H₂O = Na₂CO₃ + 2 H₂O

Mg(OH)₂ + CO₂ + H₂O = MgCO₃ + 2 H₂O

Ca(OH)₂ + CO₂ + H₂O = CaCO₃ + 2 H₂O

Oxido - reducerea. Oxidarea se refera la combinarea unei substante cu oxigenul. Oxidarea poate sa se produca nu numai prin combinarea cu oxigen ci si prin pierderea de hidrogen sau prin formarea unui compus mai bogat in oxigen.

Reducerea este o reactie inversa oxidarii si are loc prin pierderea de oxigen, prin castig de hidrogen sau prin trecerea unui compus chimic bogat in oxigen la o forma mai saraca, respectiv un oxid mai sarac in oxigen. In acest caz elementul redus trece de la o valenta mai mare la una mai mica.

Procesele de oxidare si reducere sunt frecvente in natura iar procesele de solificare au un rol foarte important, fiind cele care produc solubilizarea si insolubilizarea compusilor de fier si mangan.

Procesele de oxidare se produc in mediu aerob, iar produsii prezinta culori galbene spre roscate, in functie de gradul lor de hidratare.

Procesele de reducere au loc in mediu anaerob si sunt dirijate de microorganismele anaerobe care isi procura oxigenul necesar vietii din compusii bogati in oxigen. Produsii rezultati in urma reducerii prezinta culori verzui, albastrii, vinetii. Aceste procese de oxidare si reducere se produc frecvent si in orizonturile solului. Astfel se explica predominanta culorilor rosii in cazul solurilor brun - roscate sau cele vinetii marmorate in cazul solurilor gleice, pseudogleice unde datorita mediului anaerob predomina procesele de reducere.

Alterarea biochimica

Prin alterare biochimica sau biologica se intelege modificarea chimica a mineralelor sub influenta organismelor. Alterarea biochimica este conditionata de factorul biologic si in mod preponderent de regnul vegetal reprezentat prin microorgansime - microflora si macroflora respectiv, plantele evoluate. Cu toate ca organismele reprezinta doar 0,1% din scoarta terestra prin actiunea lor multipla, activa, ele determina transformari profunde si deosebit de diferite de la o zona geografica la alta.

Actiunea biochimica a organismelor asupra materiei minerale prezinta doua aspecte:

- actiune directa a unor organisme care extrag din minerale unii compusi necesari vietii lor. Muschii si lichenii sunt primele organisme vegetale care se fixeaza in zonele stancoase direct pe roci si minerale producand treptat alterarea acestora;

- actiune indirecta, mult mai importanta pe care o desfasoara microorganismele in procesele biochimice de descompunere a materiei organice. Prin actiunea acestora in scoarta de alterare se elibereaza CO₂, acizi minerali, acid azotic, azotos, sulfuric si acizi organici (acetic, tartric, citric etc.) care duc la intensificarea proceselor de alterare.

In procesele de alterare intalnim si organismele vegetale evoluate care, prin intermediul sistemului radicular, absorb diferiti cationi bazici, aflati la suprafata particulelor elementare ale mineralelor.

PRODUSELE ALTERARII SI DEZAGREGARII

In urma proceselor de alterare si dezagregare a materiei minerale rezulta produsi care se diferentiaza dupa gradul de maruntire si compozitia chimica. In urma, procesului de dezagregare se formeaza particule mai grosiere, iar in urma proceslor de alterare se formeaza compusi noi, foarte fini, care in contact cu apa pot da solutii sau suspensii coloidale. Produsele rezultate prin alterare si dezagregare sunt reprezentate in principal de: saruri, oxizi si hidroxizi, silice coloidala, minerale argiloase, praf, nisip, pietris, pietre si bolovani.

Sarurile sunt rezultatul dintre o baza si diferitii acizi ce se gasesc in solutie. Dupa gradul de solubilitate, se impart in saruri: usor solubile, mijlociu solubile, greu solubile si foarte greu solubile.

Sarurile usor solubile. Dintre cele mai frecvente, sunt: sarurile acidului azotic (azotatii de Na, K si Ca); sarurile acidului clorhidric (clorurile de Na, K, Mg si Ca), unele saruri ale acidului sulfuric (sulfati de Na, K si Mg); unele saruri ale acidului fosforic (monocalcici si dicalcici), fosfati ferosi; unele saruri ale acidului carbonic (carbonatul de sodiu). Fiind solubile, aceste saruri sunt usor spalate pe profilul de sol.

Sarurile mijlociu solubile sunt reprezentate prin sulfatul de calciu (gips), care la 18° C are o solubilitate in apa de 2,3 g/1. In regiunile umede si reci el poate fi spalat in adancime pana la panza de apa freatica.

Sarurile greu solubile sunt reprezentate prin carbonati de calciu si magneziu. Cea mai mare importanta o au carbonatii de calciu, care influenteaza favorabil proprietatile fizice si chimice ale solului. Aceste saruri devin solubile in apa incarcata cu dioxid de carbon, cand trec in bicarbonati.

Sarurile foarte greu solubile sunt reprezentate prin fosfatii de fier si aluminiu, care apar in solurile acide, prin combinarea acidului fosforic cu fierul si aluminiu, in solurile alcaline, bogate in calciu, se poate forma fosfatul tricalcic - Ca₃(PO₄)₂, de asemenea foarte greu solubil.

Oxizii si hidroxizii sunt raspanditi in masa solului iar cei mai importanta sunt de fier, aluminiu, mangan si siliciu, care se formeaza in urma alterarii silicatilor

Oxizii si hidroxizii de fier provin in sol prin alterarea mineralelor care contin ioni de fier in reteaua cristalina. Fierul este scos din retea sub forma de hidroxid de fier, de natura coloidala (Fe(OH)₃), care in mare parte se depune sub forma de geluri amorfe sau, prin deshidratare, trece in sescvioxizi, cei mai raspanditi fiind limonitul (2Fe2O₃ . 3H₂O), goethitul (Fe₂O₃ . H₂O), hematitul (Fe₂O₃) etc. Sescvioxizii mai puternic hidratati imprima solurilor din regiunile umede o culoare bruna-galbuie, iar cei slab hidratati, o culoare roscata sau ruginie aprinsa.

In mediul acid, compusii coloidali ai fierului se deplaseaza de la suprafata solului spre adancime, depunandu-se in orizontul B argic (Bt), la suprafata agregatelor structurale.

O parte din hidroxizii de fier intra in reactie cu acizii humusului formand fero-humatii.

Oxizii si hidroxizii de aluminiu provin in masa solului prin alterarea diferitilor silicati care contin acest element. Hidroxidul de aluminiu este un gel amorf, incolor, si translucid, care se mentine in aceasta forma foarte scurt timp. Dupa cateva ore, se transforma in sescvioxizi de aluminiu (Al₃O₃·nH₂O). Gelul de hidroxid de aluminiu poate precipita cu silicea coloidala, dand nastere la combinatii complexe silico-aluminice hidratate, care prin invechire trec in silicati secundari ai argilei, in solurile cu reactie acida, hidroxizii de aluminiu migreaza si ei impreuna cu cei de fier si mangan, depunandu-se in orizontul Bt.

Oxizii si hidroxizii de mangan, se intalnesc in sol in cantitate mult mai mica decat cei de fier si aluminiu. Ei se pun in evidenta mai ales in solurile umede, unde apar sub forma de pete de culoare bruna-inchisa pana la neagra, sau de concretiuni cunoscute sub numele de bobovine. Migreaza in masa solului in mod asemanator cu cei de fier si aluminiu.

Silicea coloidala sau silicea hidratata (SiO₂ . nH₂O), rezulta in sol prin alterarea silicatilor. Prin deshidratare ea se transforma in particule fine de cuart secundar, in sol, silicea coloidala se prezinta ca o pulbere fina, de culoare albicioasa. O parte din silicea coloidala se acumuleaza in orizontul E, iar o alta parte acopera agregatele structurale din orizontul de la suprafata, imprimand solului o culoare cenusie-albicioasa.

Silicea coloidala, avand sarcina electronegativa precipita usor cu hidroxizii electropozitivi de fier si de aluminiu, dand nastere la complexe silico-ferice si silico-aluminice, care stau la baza formarii mineralelor argiloase din masa solului.

Mineralele argiloase cuprind o serie de silicati secundari rezultati prin alterarea silicatilor primari. Se numesc minerale argiloase deoarece sunt componentele principale ale argilei

Dupa structura interna, mineralele argiloase se impart in : minerale cu foite bistratificate si minerale cu foite tristratificate.

Mineralele argiloase cu foite bistratificate sunt reprezentate prin caolinit si halloysil. Foitele bistratificate sunt formate dintr-un strat de tetraedri de siliciu si un strat de octaedri de aluminiu.

Legatura intre doua foite invecinate se face pe cale electrica, prin intermediul ionilor de OH de la stratul de octaedri care se gasesc in acelasi plan cu ionii de O⁺ de la stratul de tetraedri.

Din cauza legaturii electrice, intre cele doua foite invecinate se mentine un spatiu foarte mic (2,7A) si rigid, mineralele nu prezinta proprietatea de gonflare, iar capacitatea de retinere a cationilor prin adsorbtie este mica (10 - 15 m.e la 100 g material argilos). La aceste minerale adsorbtia cationilor si a moleculelor de apa are loc in mod obisnuit numai pe suprafetele de ruptura.

Mineralele argiloase cu foite tristratificate sunt formate din doua straturi de tetraedri de siliciu legate printr-un strat de octaedri de aluminiu. La acesti silicati, distanta intre foitele elementare variaza intre 3,5 si 14 A, iar distanta intre planurile bazale a doua foite invecinate poate sa fie de 20-30 A. Legatura intre doua foite invecinate se face prin diferiti cationi adsorbiti. Silicatii cu structura tristratificata au proprietatea de a retine si molecule de apa, deci, prezinta un accentuat proces de gonflare. Caracteristic pentru mineralele argiloase cu foite tristratificate, este procesul de substituire izomorfa a ionilor din retea. Astfel Si⁴⁺ din tetraedri, poate fi inlocuit partial cu Al⁺³, iar Al⁺³ din octaedri poate fi inlocuit partial cu Mg⁺² si Fe²⁺. Pentru ca aceste inlocuiri nu se fac in mod echivalent, ci 'ion pe ion', apar diferente de sarcini pozitive, care sunt compensate prin adsorbtie de cationi intre foitele elementare si pe suprafata de ruptura.

Silicatii cu foite tristratificate se impart in doua grupe, si anume:

grupa smectitului, care cuprinde: montmorillonitul, beidelitul si
montronitul;

grupa micelor hidratate, care cuprinde: illitul, vermiculitul si
glauconitul.

Montmorillonitul apare cel mai frecvent in solurile din tara noastra si are formula generala 4SIO₂ . Al₂O₃ . nH₂O(Ca,Mg)O. Din cauza foitelelor mai distantate, montmorillonitul se hidrateaza si gonfleaza puternic si are o capacitate mai mare de schimb cationic (100 - 200 m.e. la 100 g de material argilos).

Beidelitul este mai bogat in aluminiu decat montmorillonitul si are formula generala: 3 SIO₂ ·A1₂O₃·nH₂O(Ca,Mg)O.

Nontronitul se intalneste uneori in soluri alaturi de montmorillonit, de care se deosebeste printr-o cantitate mai mare de fier. Are formula: 3 S1O2 . Fe₂O₃- nH₂O(Ca,Mg)O.

Micele hidratate sunt asemanatoare micelor si au foite tristratificate ca silicatii argilosi din grupa smectit. Compozitia chimica a micelor hidratate este foarte diferita, in functie de cationii care leaga foitele elementare. La aceste minerale este prezenta substituirea aluminiului din gruparea octaedrica cu ionii de magneziu si chiar cu cei de fier. Micele hidratate se formeaza in cea mai mare parte prin alterarea micelor. Astfel, muscovitul trece prin alterare in illit, iar biotitul in vermiculit.

Praful sau pulberea. Este un produs al dezagregarii, fiind alcatuit din particule cu diametrul cuprins intre 0,02 si 0,002 mm. Spre deosebire de argila, praful prezinta in cea mai mare parte aceeasi compozitie chimico-mineralogica cu a rocii sau mineralului din care a provenit. Se intalneste in procent mai ridicat in unele roci sedimentare (loess, aluviuni etc), cat si in solurile formate pe aceste roci.

Nisipul. Este reprezentat prin particule mai grosiere fata de praf, rezultate prin procesele de dezagregare a diferitelor minerale si roci. In functie de diametrul particulelor, deosebim: nisip grosier (2-0,2 mm) si nisip fin (0,2-0,02 mm).Compozitia chimico-mineralogica a nisipului este determinata de a mineralelor din care a provenit (cuart, feldspat, calcar etc.). Nisipul format din minerale nealterabile, cum ar fi cuartul, se mentine ca atare sau se transforma, prin dezagregare in praf. Prezenta nisipului cuartos in solurile argiloase este favorabila, contribuind la micsorarea compactitatii si marirea permeabilitatii pentru apa si aer. Solurile cu cantitati prea mari de nisip, sunt in general mai putin fertile, din cauza capacitatii reduse de retinere pentru apa si substante nutritive.

Pietrisul, pietrele si bolovanisul Sunt produse de dezagregare formate din fragmente de minerale sau roci cu diametrul de peste 2 mm (pietris 2-20 mm, pietre 20-200 mm si bolovanis peste 200 mm). Aceste produse, cunoscute si sub numele de 'scheletul solului', pot fi formate dintr-un mineral, sau pot avea o compozitie heterogena.