MATERIA SOLIDĂ MINERALĂ

1. ROCI PARENTALE suportul genetic al

solurilor, fiind principala sursă care

furnizează substanţa minerală existentă în

sol. Roca parentală se găseşte: - la baza

profilului de sol, reprezentând fundamentul

natural al solului; - în sol, sub formă de

fragmente considerate autohtone, spre

deosebire de cele provenite din surse mai

îndepărtate (aduse în sol prin diferite

mecanisme de transport) considerate

alohtone.

1.1. Clasificarea rocilor după geneză

Rocile magmatice → magme (topitură de silicaţi cu un chimism complex)

Rocile metamorfice → roci rezultate prin metamorfism (transformarea complexă a

rocilor preexistente, la temperaturi şi presiuni mari şi datorită fluidelor chimice

provenite din mase magmatice).

Rocile sedimentare → se clasifică în funcţie de originea lor în 3 grupe:

- detritice (clastice), formate prin acumularea fragmentelor (clastelor)

rezultate din dezagregarea rocilor preexistente;

- organogene (biogene), formate prin intermediul organismelor vegetale şi

animale, cum ar fi cărbunii de pământ, calcarele biogene etc.;

- de precipitare chimică, formate prin precipitarea substanţelor minerale

solubile în apă, cum ar fi carbonaţii, sulfaţii, halogenurile etc.

1.2. Clasificarea rocilor după criterii pedologice

• După conţinutul în silice se împart în:

- roci acide (conţin cuarţ) - granite, riolite, granodiorite, dacite, gnaise,

micaşisturi, gresii cuarţoase, filite; prin deagregarea lor rezultă scoarţe bogate în cuarţ;

- roci bazice (silicaţi relativ săraci în silice, cum sunt olivinele sau feldspatoizii

sau conţin alături de silicaţi o cantitate apreciabilă de carbonaţi) - gabbrourile, bazaltele,

amfibolitele, şisturile verzi, marnele, tufurile bazaltice şi sticlele bazaltice; sunt în general

uşor alterabile, aşa încât dezagregarea merge în paralel cu alterarea;

- rocile neutre (predominant formate din feldspaţi, eventual din filosilicaţi) -

diorite, sienite, andezite, tufuri andezitice, trahite, majoritatea rocilor argiloase (care nu

conţin cuarţ sau opal);

- rocile ultrabazice (conţin o proporţie ridicată de olivină sau o cantitate

apreciabilă de carbonaţi) - peridotite, calcare, marmure, dolomite.

• După complexitatea chimică se diferenţiază în:

- roci cu chimism complex, în care se găseşte un număr mare de elemente

chimice, în special baze; aici intră majoritatea rocilor magmatice (mai ales cele

hipocristaline şi cele vitroase), amfibolitele, gresiile poliminerale bogate în feldspaţi,

unele loessuri, tufurile zeolitice, o parte din argilele smectitice etc.;

- roci cu chimism simplu, acestea fiind de obicei monominerale sau biminerale

(calcare, marmure, cuarţite etc.); solurile dezvoltate pe astfel de roci sunt deficitare în

numeroase elemente chimice.

După caracteristicile structurale. structura petrografică este determinată de forma,

dimensiunea şi poziţia relativă a granulelor minerale din interiorul unei roci. Între granule

pot exista şi spaţii libere (pori) care definesc porozitatea rocii. Porii sunt umpluţi cu o

substanţă fluidă gazoasă sau lichidă. Permeabilitatea unei roci este în funcţie de gradul

de continuitate (comunicare) dintre pori.

Granulele minerale sunt legate între ele prin puncte sau suprafeţe. Forţa de

legătură intergranulară diferă de la caz la caz şi exprimă rigiditatea (duritatea, tăria) rocii.

La forţe puternice, roca este rigidă (consolidată). La forţe slabe, roca este mobilă

(neconsolidată).

Proprietăţile rocilor derivate din relaţiile intergranulare şi natura substanţei din

pori sunt denumite prin numeroşi termeni, mulţi proveniţi din limbajul popular. Unii

termeni sunt folosiţi mai des în pedologie:

- rocă moale (rocă mobilă);

- rocă afânată (rocă mai mult sau mai puţin mobilă, cu porozitate mare; porii

sunt umpluţi cu aer atmosferic);

- rocă friabilă (se rupe uşor în fragmente la forţe de forfecare mici; exemplu:

loessul);

- rocă dură, stâncoasă (rocă rigidă cu forţe intergranulare mari);

- rocă umedă (are spaţiul intergranular ocupat de apă).

2. AGENŢI ŞI PROCESE DE TRANSFORMARE A ROCILOR PARENTALE

• agenţii apa, aerul şi vieţuitoarele.

• procesele dezagregarea şi alterarea chimică.

2.1. Dezagregarea rocilor - (fărămiţarea, mărunţirea, alterarea fizică) → proces

fizico-mecanic prin care rocile se fragmentează în părţi mai mici, fără modificări de

natură chimică. Fragmentele rezultate se numesc claste. Dacă aceste fragmente

sunt cristale individuale (sau fragmente de cristal), atunci ele se numesc

cristaloclaste (granoclaste). Dacă fragmentul este mai mare decât dimensiunea

cristalelor, fiind un agregat, atunci se numeşte litoclast.

Dezagregarea datorată variaţiilor de temperatură manifestate în lipsa apei

(dezagregare termică).

în regiuni de pustiu şi munţi înalţi cu amplitudini mari ale variaţiilor diurne ale

temperaturi.

ziua, sub acţiunea razelor solare, stratul de la suprafaţa rocii se încălzeşte mai

puternic şi se dilată mai mult decât stratele mai profunde. Între aceste strate apar fisuri

paralele cu suprafaţa rocii.

noaptea, când învelişul exterior se răceşte şi se contractă mai mult decât miezul, apar

fisuri perpendiculare pe suprafaţa rocii. În timp, apare o reţea fină de crăpături care

favorizează desprinderea clastelor.

procesul este controlat şi de diferitele particularităţi termice ale rocilor:

conductibilitatea calorică,

coeficientul de dilatare volumică,

căldura specifică,

contrastul de culoare al cristalelor (cele închise la culoare se încălzesc mai

repede decât cele deschise şi transparente).

Deci, rocile poliminerale, cu proprietăţi termice inegale, se degradează mai repede decât

rocile monominerale.

Dezagregarea datorată îngheţului şi dezgheţului repetat al apei din interiorul

rocilor (gelivaţie, gelifracţie, crioclastism).

activ în tundră şi în munţii înalţi. Se manifestă, sezonier, şi în zona temperată.

apa, pătrunde în crăpăturile preexistente şi în porii rocilor şi, prin îngheţare îşi măreşte

volumul (cu aproximativ 9%) exercitând presiuni laterale mari asupra pereţilor spaţiilor în

care a pătruns. Gelifracţia se poate manifesta până la 100-200 cm adâncime sau chiar

mai mult şi poate disloca blocuri de dimensiuni mari.

alături de intensitatea şi frecvenţa ciclurilor gelive (îngheţ-dezgheţ), gelifracţia depinde

şi de natura rocilor. Rocile compacte masive (granite, andezite, conglomerate, calcare,

gresii etc.) sunt mai gelive decât rocile afânate, neconsolidate.

Dezagregarea prin

precipitarea cristalelor

de săruri din soluţii

suprasaturate

(haloclastism. În regiunile

aride se pot forma soluţii

saturate de săruri în

fisurile rocii. Prin

evaporarea apei, sărurile

din soluţiile respective pot

cristaliza, producând o

presiune mare asupra

pereţilor fisurilor.

Dezagregarea sub acţiunea vieţuitoarelor (dezagregarea biomecanică). Se

desfăşoară pe areale geografice largi, dar cu o intensitate redusă. Rădăcinile

plantelor lemnoase, crescând în lungime şi în grosime exercită presiuni (30-100

kg/cm2) asupra rocilor. Totodată favorizează pătrunderea aerului şi a apei, care

amplifică procesul dezagregării. Indirect, dezagregarea este favorizată de

pătrunderea apei şi a aerului în masa rocilor prin galeriile săpate de animalele care

îşi desfăşoara activitatea în sol.

Dezagregarea sub acţiunea apelor curgătoare, a zăpezilor şi a gheţarilor.

În lungul cursurilor râurilor cu pante mari şi scurgeri rapide, fragmentele de

rocă sunt dislocate şi mărunţite prin izbire. Avalanşele dislocă blocuri de rocă

care se mărunţesc prin izbire, frecare şi rostogolire. Gheţarii în timpul deplasării

lor pe valea glaciară, desprind de asemenea blocuri de rocă pe care le mărunţesc în timpul transportului şi le depun apoi ca morene.

Dezagregarea prin acţiunea vântului. Rocile din deşerturi şi regiunile înalte

(unde stratul protector de vegetaţie lipseşte sau este foarte slab dezvoltat) sunt

distruse şi printr-o acţiune lentă şi îndelungată de şlefuire datorată grăunţilor

de nisip transportaţi de vânt.

Dezagregarea sub acţiunea forţei gravitaţionale. Se produce în zone

accidentate, unde fragmentele de rocă desprinse de pe marginea abrupturilor,

în cădere, se lovesc de alte roci şi se mărunţesc.

Consecinţele dezagregării. Rocile mărunţite formează un strat de dezagregare

(alcătuit din bolovani, pietre, pietrişuri, nisip, praf) permeabil pentru aer, apă şi

organisme care vor interacţiona cu suprafaţa de contact mult mărită a rocii, favorizând

apariţia alterării. Pentru a înţelege mai bine creşterea suprafeţei de contact, un bun

exemplu este cel al unui cub cu latura de 1 cm. care va fi înjumătăţit în toate direcţiile,

rezultând 8 cuburi cu latura de 0,5 cm. Cele 8 cuburi rezultate au un volum total de 1

cm3 ca şi cubul iniţial însă, în cazul lor, suprafaţa totală (calculată după formula 6 x

latura2) va fi mai mare (12 cm2) în raport cu cea a cubului iniţial (6 cm2).

2.2. Alterarea → proces chimic prin care mineralele primare (instabile în condiţiile

climatice actuale) din roci sunt transformate sub influenţa agenţilor externi (apă, aer,

organisme), în minerale secundare stabile (aflate în echilibru cu mediul înconjurător).

Hidratarea. - proces fiz.-ch. atragerea apei la suprafaţa particulelor minerale /

pătrunderea apei în reţeaua cristalină a acestor minerale.

- Hidratarea fizică → atragerea moleculelor de apă la suprafaţa particulelor, ca

urmare a sarcinilor libere ale ionilor de la exteriorul reţelei cristaline. Moleculele de apă

atrase formează în jurul cristalului un strat subţire de apă

- Hidratarea chimică → pătrunderea apei în reţeaua cristalină a mineralelor şi

schimbarea naturii minerale.

Hidratarea este relativ uşor reversibilă. Prin încălzire sau atunci când

concentraţia vaporilor de apă în atmosferă scade puternic apare procesul invers,

deshidratarea.

În regiunile unde sezoanele uscate se succed cu cele umede - zonele musonice,

subecuatoriale, temperate (perioadele au o durată mai scurtă), hidratarea şi

deshidratarea se produc alternativ.

• Dizolvarea → dispersia în apă a substanţei minerale până la nivel molecular sau

ionic.

dizolvare → solvent (mediul de dispersie care este apa) + solvat (substanţa sau

componentul dizolvat/solubilizat)

În principiu, prin evaporarea solventului, substanţa minerală precipită, adică

apare procesul opus dizolvării. Substanţa precipitată poate fi identică sau nu cu

substanţa solidă iniţială şi, din acest punct de vedere, dizolvările sunt de două tipuri:

congruente şi incongruente.

- minerale uşor solubile (sarea gemă, silvina);

- minerale moderat solubile (gipsul);

- minerale relativ greu solubile (carbonatul de calciu);

- minerale greu solubile (cuarţul);

- minerale practic insolubile (caolinul).

• pentru cele mai multe dintre minerale (silicaţi, cloruri oxizi etc.), creşterea temperaturii

duce la creşterea solubilităţii.

• alte grupe de minerale, dintre care carbonaţii, au o solubilitate inversă cu temperatura.

• în climatul cald şi umed se intensifică dizolvarea silicaţilor şi clorurilor dar nu şi cea a

carbonaţilor, care devin mai solubili în climatul rece şi umed.

• Hidroliza → transformarea mineralelor ca urmare a înlocuirii cationilor proprii cu ionii

de hidrogen din apă. Hidroliza poate fi definită şi prin efectele ei: descompunerea unor

săruri, în prezenţa apei, în acizii şi bazele din care au provenit (procesul invers

neutralizării).

• apa liberă se disociază în ioni (H+ şi OH-). Deşi disocierea nu afectează decât un

număr relativ mic de molecule H2O totuşi puţinii ioni H+ rezultaţi pot penetra reţelele

cristaline ale tuturor mineralelor existente în sol.

• hidroliza afectează un număr mare de minerale, dar pentru pedogeneză, cea a

silicaţilor este cea mai importantă.

• prima etapă - debazificarea → eliminarea bazelor din silicaţi → smulgerea cationilor din

silicaţi de către ionii H+.

• următoarea etapă - silicifierea → distrugerea diferiţilor acizi silicici rezultaţi prin

debazificare, rezultând silice şi apă. Iniţial, silicea rezultată este coloidală, dar în final,

prin evaporarea apei, se depune sub formă de praf albicios (silice secundară).

• intensitatea hidrolizei este cu atât mai mare cu cât:

- mărimea cristalelor e mai mică; - pH-ul e mai acid; - T apei e mai mare;

- debitul curentului de apă descendentă care circulă prin sol în sens vertical

este mai mare - instabilitatea mineralelor este mai mare.

Oxidarea şi reducerea. → capacitatea mediului apos sau aerian de a oxida sau de a

reduce elemente cu care intră în contact poartă numele de potenţial de oxido-reducere

(redox) şi se notează cu Eh, exprimat cifric în valori pozitive şi negative.

Eh pozitiv → mediul are capacitate de oxidare (este prezent oxigenul liber în mediu),

Eh negativ → mediul are capacitatea de reducere (oxigenul liber lipseşte şi sunt prezenţi

H2S, CO2 sau ionii H+).

De regulă, în scoarţa terestră Eh-ul scade de la suprafaţa solului spre adâncime.

Suprafaţa cu Eh = 0 (suprafaţa oxido-reducătoare), este situată de regulă la câţiva metri

adâncime (sub pătura de sol). De aceea, în general, solul se găseşte în condiţii cu Eh>0

(mediu oxidant), dar există şi excepţii în cazul solurilor hidromorfe.

Oxidarea → a) reacţia unei substanţe cu oxigenul din care rezultă oxizi;

→ b) pierderea de electroni.

Reducerea → inversul oxidării - câştig de sarcini negative.

•Procesele de oxidare şi reducere se petrec deseori altemativ → proces de oxido-

reducere.

•Oxidarea predomină în soluri bine aerisite,

•iar reducerea în soluri sau orizonturi de sol slab aerisite, cu apă freatică sau stagnantă

în excces.

•În stare redusă, compuşii feroşi şi manganoşi sunt solubili, deplasându-se în sol. În

stare oxidată, precipită.

•Orizonturile de sol caracterizate prin alternarea proceselor de reducere (din perioadele

de umezire excesivă) cu cele de oxidare (din perioadelor de aerobioză) au colorit

marmorat (pe fondul verzui-vineţiu-albăstrui al compuşilor feroşi apar pete ruginii ale

oxizilor de fier şi brune-negricioase ale oxizilor de mangan).

Carbonatarea

Prin dizolvarea în apă a CO2 apare acidul carbonic cu o agresivitate mult mai mare

decât CO2 în stare gazoasă.

• Acolo unde sezonului umed îi urmează unul uscat, cu evaporaţie puternică,

predomină circulaţia ascendentă, fiind posibilă revenirea carbonaţilor în orizonturile

superioare.

• Acesta este procesul de recarbonatare sau carbonatare secundară.

• Prin carbonatarea secundară, în regiunile aride, la suprafaţa solului, carbonaţii

alcalino-pământoşi formează cruste cu carbonaţi (cruste de deşert).

• În natură, carbonatarea şi decarbonatarea (levigarea carbonaţilor din sol) sunt

procese reversibile.

• Tendinţa generală este însă de decarbonatare lentă a învelişului de sol (procesul

este direct proporţional cu cantitatea de precipitaţii şi cu conţinutul în CO2).

Vieţuitoarele ca agent al alterării. Plantele şi animalele joacă un rol important în

procesele de alterare a mineralelor şi rocilor (paralel cu acţiunea lor mecanică de

dezagregare).