Aula 2Química do solo

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Aula 2Química do solo
Embora mais de 2 mil minerais sejam conhecidos, apenas cerca de 25 minerais formadores de rocha compõem a maioria da crosta terrestre. A natureza desses minerais pode ser melhor compreendida com base no conhecimento dos elementos químicos componentes da crosta. O oxigênio e o silício representam 49,5 e 25,7% em massa da crosta terrestre, respectivamente. Portanto, a maior parte dos minerais são silicatos como o quartzo, SiO2, ou ortoclásio, KAlSi3O8. Em ordem decrescente de abundância, os outros elementos que compõem a crosta terrestre são alumínio (7,4%), ferro (4,7%), o cálcio (3,6%), o sódio (2,8%), o potássio (2,6%), o magnésio (2,1%) e outros (1,6%).
Os minerais secundários são formados pela alteração da matéria precursora mineral. As argilas são minerais silicatos, normalmente contendo alumínio, que compõem uma das classes mais importantes de minerais secundários. A olivina, a augeta, a hornblenda e os feldspatos são minerais que formam argilas.
O solo é originário de rochas ígneas, sedimentares e metamórficas.
Nas temperaturas elevadas das profundezas da Terra, as rochas e a matéria mineral derretem, formando uma substância chamada magma. O esfriamento e a solidificação do magma produzem as rochas ígneas. As rochas ígneas mais comuns são o granito, o basalto, o quartzo, os piroxênios, o feldspatos, a olivina e a magnetita. As rochas ígneas são formadas sob condições de falta de água e quimicamente redutoras, com altas temperaturas e pressões.
As rochas ígneas afloradas estão expostas a condições oxidantes, além de umidade e de temperatura e pressões baixas. Uma vez que essas condições são opostas àquelas em que estas rochas se formaram, estas não estão em equilíbrio com o meio ambiente circundante quando expostas. Como resultado, essas rochas se desintegram em um processo chamado intemperismo. O intemperismo tende a ser lento, pois as rochas ígneas, de modo geral, são duras, não porosas e apresentam baixa reatividade. A erosão pelo vento, pela água ou pelas geleiras colhe material gerado pelo intemperismo e o deposita como sedimentos ou solo. O processo chamado litificação descreve a conversão de sedimentos em rochas sedimentares. Contrastando com as rochas ígneas percussoras, os sedimentos e as rochas sedimentares são porosos, macios e quimicamente reativos. O calor e a pressão convertem as rochas sedimentares em rochas metamórficas.
As rochas sedimentares podem ser rochas detríticas, formadas por partículas sólidas erodidas de rochas ígneas em consequência do intemperismo: o quartzo apresenta a melhores chances de sobreviver quimicamente intacto às agressões de ambiente e ao transporte, a partir de sua localização inicial. O segundo tipo de rocha sedimentar são as rochas sedimentares químicas, geradas pela precipitação ou coagulação de produtos coloidais ou dissolvidos do intemperismo. As rochas sedimentares orgânicas são compostas por restos de plantas e animais. Os minerais de carbonato de cálcio e magnésio – o calcário ou a dolomita – são muito abundantes nas rochas sedimentares. Exemplos importantes dessas rochas são:
· O arenito produzido por partículas do tamanho da areia de minerais como o quartzo.
· Conglomerados compostos por partículas relativamente grandes e de tamanhos variados.
· O calcário produzido pela precipitação química ou bioquímica do carbonato de cálcio:
Ca2+ + CO32- CaCO3(s)
Ca2+ + 2HCO3 + hv (fotossíntese algácea) [CH2O] (biomassa) + CaCO3 + O2(g)
· A calcedônia, formada por SiO2 microcristalino.
Entenda todo esse processo através da figura que representa o ciclo das rochas:
A natureza e a composição do solo
O solo, uma mistura variável de minerais, matéria orgânica e resíduos com a capacidade de atuar como base de suporte para a vida vegetal na superfície da Terra, tem importância fundamental na agricultura. É o produto final da ação dos processos físicos, químicos e biológicos do intemperismo sobre as rochas, o maior responsável pela formação de minerais argilosos. A porção orgânica do solo é composta por biomassa vegetal em diversos estágios de decomposição. Grandes comunidades de bactérias, fungos e animais como vermes são encontrados no solo. Ele apresenta espaços interstice preenchidos com ar e, de modo geral, sua textura é leve.
Os solos comuns se constituem em camadas distintas chamadas horizontes, organizadas de acordo com a profundidade. Os horizontes se tornam como resultado de interações complexas entre processos que ocorrem durante o intemperismo. A água da chuva, que percorre pelo solo carrega sólidos dissolvidos e colidais até os horizontes inferiores, onde são depositados.
Processos biológicos, como a decomposição bacteriana de biomassa vegetal residual, produzem CO2 ligeiramente ácido, ácidos orgânicos e compostos complexantes que são arrastados pela água da chuva até esses horizontes profundos, onde interagem com argilas e outros minerais, alterando suas propriedades. A camada superior do solo, de modo geral, com algumas polegadas de espessura, é chamada de horizonte A, ou solo fértil. É a camada onde a atividade biológica é máxima e que contém a maior parte da matéria orgânica do solo, sendo essencial para a produtividade das plantas. Solos diferentes apresentam horizontes diferentes, e os mais importantes são descritos na figura 2.
Figura 2: Perfil do solo
Existe uma forte interação entre argila e a água no solo. A água é absorvida nas superfícies das partículas. Por causa dessa alta relação superfície/volume das partículas coloidais das argilas, um volume representativo de água pode ser retido, assim como entre as camadas unitárias das argilas expansivas, como observado nas montmorilonitas. À medida que o solo se encharca (satura água), suas características físicas, químicas e biológicas passam por alterações drásticas. Nessas condições, o oxigênio no solo é rapidamente consumido na respiração de microrganismos que degradam a matéria orgânica nele. Nesses solos, as ligações que mantêm juntas as partículas coloidais são quebradas, o que causa a ruptura de sua estrutura. Por essa razão, o excesso de água nesses solos é prejudicial para o crescimento das plantas, pois ela ocupa o ar necessário para a respiração das raízes de muitas plantas. A maior parte das culturas úteis ao ser humano, com notável exceção do arroz, não consegue crescer em solos encharcados.
Os solos exibem uma ampla gama de características variadas utilizadas para sua classificação de acordo com suas finalidades, como produção agrícola, construção de estradas e descarte de resíduos. As rochas de origem, de que se formam os solos, desempenham um papel inquestionável na determinação da composição destes. Resistência, deformabilidade, granulometria, permeabilidade e grau de maturidade estão entre as outras características dos solos.
A água e o ar no solo
Grandes quantidades de água são necessárias para a produção da maior parte da matéria vegetal. A água faz parte do sistema trifásico sólido-líquido-gás, que compõe o solo, e é o meio de transporte fundamental dos nutrientes, essências das partículas sólidas do solo para as raízes das plantas. A água da planta evapora para a atmosfera a partir de suas folhas em um processo chamado de transpiração.
Na maioria das vezes, devido ao tamanho reduzido das partículas do solo em presença de pequenos capilares e poros nele, a fase aquosa não é totalmente independente da matéria sólida que o compõe. A disponibilidade de água para as plantas obedece aos gradientes que começam nesses capilares e à força da gravidade. Já a oferta de solutos com papel nutriente na água é função dos gradientes de concentração e de potencial elétrico. A água que ocupa os espaços maiores no solo está mais disponível para as plantas e tem maior facilidade de escoamento. A água presente nos poros menores ou entre as camadas unitárias das partículas de argila se mantém presa com maior intensidade. Os solos ricos em matéria orgânica têm a capacidade de reter volumes consideravelmente maiores de água em comparação a outros solos, mas a disponibilidadepara as plantas é um tanto menor devido à sorção física e química pela matéria orgânica.
Um dos efeitos de natureza química mais marcantes do encharcamento do solo é a redução no pE pela ação de agentes redutores orgânicos atuantes por intermédio de catalisadores bacterianos. Por essa razão, a condição redox do solo tem caráter mais fortemente redutor, e o pE do solo pode cair, do seu valor correspondente à água em equilíbrio com o ar (+13,6 em pH 7) para 1 ou menos. Um dos resultados mais significativos dessa mudança é a mobilização de ferro e manganês na forma de ferro (II) e manganês (II) solúveis pela redução de seus óxidos superiores insolúveis.
MnO2 + 4H+ + 2e- Mn2+ + 2H2O
Fe2O3 + 6H+ + 2e- 2Fe2+ + 3H2O
Embora o manganês solúvel seja geralmente encontrado no solo como íon Mn2+ , com frequência, o ferro (II) solúvel ocorre como quelatos de ferro com compostos orgânicos com carga negativa. A forte quelação do ferro (II) pelos ácidos fúlvicos no solo aparentemente permite a redução dos óxidos de ferro (III) e valores mais positivos de pE do que os esperados em outras condições. Isso causa uma elevação no limite de Fe (II) – Fe(OH)3.
Alguns íons metálicos solúveis, como Fe2+ e Mn2+ são tóxicos para as plantas, quando presentes em níveis elevados. Sua oxidação a óxidos insolúveis pode levar à formação de depósitos de Fe2O3 e MnO2, que entopem drenos cobertos nos campos.
Aproximadamente 35% do volume de um solo comum são compostos de poros preenchidos com ar. Enquanto a atmosfera seca normal ao nível do mar, que contém 21% de O2 e 0,04% de CO2 em volume, essas percentagens podem ser bastante diferentes no ar contido no solo devido à decomposição da matéria orgânica.
[CH2O] + O2 CO2 + H2O
Esse processo consome oxigênio e produz CO2. O resultado é que o teor de oxigênio no ar aprisionado no solo pode ser tão baixo quanto 15%, e o dióxido de carbono, muitos pontos percentuais mais altos. Logo, a decomposição da matéria orgânica no solo aumenta o patamar de equilíbrio do CO2 dissolvido nas águas residuárias, o que reduz o pH e contribui para o intemperismo dos minerais de carbonato, em especial do carbonato de cálcio.
Processos geoquímicos
O intemperismo de rochas e minerais originais, responsável pela geração dos componentes inorgânicos do solo, em última análise resulta na formação de coloides inorgânicos. Esses coloides são repositórios de água e nutrientes vegetais disponibilizados paras as plantas conforme a necessidade. Os coloides inorgânicos no solo, muitas vezes, absorvem substâncias tóxicas presentes nela, desempenhando um papel de destoxicação de substâncias de substâncias que, de outro modo, prejudicariam a vida vegetal. A abundância e a natureza de material coloidal inorgânico no solo são fatores cruciais na determinação da produtividade dos solos.
A absorção de nutrientes pelas raízes, muitas vezes, envolve interações complexas com a água nas fases inorgânicas. Por exemplo, um nutriente retido pelo material inorgânico coloidal precisa atravessar a interface mineral/água e em seguida a interface água/raiz. Não é raro esse processo sofrer influência da estrutura iônica da matéria inorgânica do solo. Conforme já dito, os elementos mais comuns na crosta terrestre são: oxigênio, silício, alumínio, ferro, cálcio, sódio, potássio e magnésio. Logo, os minerais formados por estes elementos – em especial o silício e o oxigênio - constituem a maior fração mineral do solo.
Poluição do solo
Na atualidade, o tema poluição do solo vem despertando grande interesse e preocupações de diversos especialistas, de autoridades e da sociedade. Não só pelos aspectos ambientais e de saúde pública inerentes, como, também e, principalmente, pela ocorrência de episódios críticos de poluição em âmbito mundial, o que introduziu a questão das áreas contaminadas.
Leia o artigo publicado no link abaixo e aprofunde seus conhecimentos sobre a poluição dos solos:
Agora que você já fez a leitura do artigo proposto, indagamos: Você já parou para pensar qual a origem da poluição do solo?
Entre os fatores naturais, a erosão é o mais comum e pode ser evitada ou minimizada. Ela é decorrente da ação das águas e do vento, o que resulta na remoção das partículas do solo, podendo causar os chamados sulcos ou valas de erosão. Quando atingem grandes proporções, são denominadas voçorocas. O impacto das gotas de chuva sobre o solo causa o deslocamento das partículas, de regiões altas para as baixas, provocando desbarrancamento, avalanches e assoreamento de corpos d’água. O tipo de solo local, o clima e a declividade do terreno são fatores diretamente associados à erosão. Como consequência, têm-se: a modificação de relevo, a remoção da camada superficial e fértil do sol, o risco às edificações e obras civis, o assoreamento de corpos d’água, com possibilidade de inundações.
Segundo Philippi Jr. (2014), a erosão do solo pode ter início no desmatamento e ser agravada pela não utilização imediata da área desmatada, pois a vegetação, por meio das raízes, funciona como elemento fixador do solo. O desmatamento também causa erosão por atividade eólica (ventos). A urbanização crescente pela qual têm passado as cidades, destacadamente nos países em desenvolvimento e, o uso desordenado do espaço, decorrente da ausência de planejamento e zoneamento urbano, resultam na ocupação aleatória do solo, a qual não tem respeitado sua vocação natural.
A fixação de moradia em locais sem infraestrutura de saneamento básico ou em áreas de risco, o adensamento populacional em determinadas áreas e a presença de vazios urbanos em outras e, principalmente, a instalação de processos produtivos industriais em meio a áreas de ocupação urbana residencial ou de lazer representam alguns fatores que impactam o solo de forma negativa e contribuem para a diminuição da qualidade de vida da população local.
Entre as atividades agropastoris, destaca-se a utilização de fertilizantes ou de adubos químicos e defensivos agrícolas na produção de alimentos. Adição de fertilizantes ao solo visa atender à demanda de nutrientes das culturas. Em ordem decrescente das quantidades exigidas pela planta, são cerca de dezesseis os elementos necessários assimilados pelo vegetal, principalmente a partir de suas formas minerais ou mineralizadas encontradas em solução no solo. Os macronutrientes principais são o nitrogênio, o fósforo e o potássio. Em seguida, estão os macronutrientes secundários: cálcio, magnésio, enxofre. Por fim, os micronutrientes como o ferro, manganês, cobre, zinco, bor, molibdênio e cloro.
Segundo Braga et al. (2005), como em qualquer processo físico, químico e biológico, mesmo quando o fertilizante é aplicado com a melhor técnica e de modo que seja mais facilmente assimilável pelo vegetal, a eficiência nunca é de 100%, provocando, em consequência, um excedente que passa a incorporar-se ao solo, fixando-se à sua porção sólida ou solubilizando-se e movimentando-se em conjunto com sua fração líquida. A contaminação ocorre quando teores atingem níveis tóxicos à flora, à fauna e ao homem, em particular. Já a eutrofização corresponde à superfertilização das águas, que passam a produzir enormes quantidades de algas, que, por competição, eliminam muitas espécies aquáticas e restringem severamente os benefícios que podem ser extraídos da água. A parcela que se fixou ao solo tende a acumular-se em concentrações crescentes que poderão torná-lo impróprio à agricultura. Os denominados agrotóxicos são classificados em grupos, de acordo com o tipo de praga que combatem (inseticidas, fungicidas, herbicidas, rodenticidas - contra roedores) podem apresentar problemas ambientais e de contaminação do solo, por sua aplicação inadequada ou em demasia, por causa da presença de impurezas nos produtos aplicados ou por levarem a uma acidificação do terreno. Como consequência da utilização de agrotóxicos, tem-se a persistência no solo, o acúmulo na cadeia alimentar (biomagnificação), a contaminação das águas e alimentos e o acúmulo de embalagens não destruídas.
Segundo Braga et al. (2005), a biomagnificaçãoocorre quando substâncias persistentes ou cumulativas, como os compostos organoclorados, migram do mecanismo da nutrição de um organismo para os seguintes da cadeia alimentar. Essa migração pode ser iniciada pela concentração da substância no organismo fotossintetizante e chega até os últimos elos da cadeia alimentar.
Entre os fatores de poluição do solo de origem antrópica, o de maior importância, em consequência dos impactos decorrentes, é a disposição indiscriminada de resíduos sólidos.
O lixão é um exemplo de disposição de resíduos a céu aberto. Caracteriza-se como uma forma de disposição final inadequada; traz como consequência uma série de impactos negativos, sendo totalmente condenável dos pontos de vista sanitário, ambiental e social. Os impactos causados tendem a agravar aspectos da poluição ambiental e produzir agravos à saúde da população local, deteriorando a qualidade de vida e contribuindo para a devalorização econômica de áreas do entorno.
Em termos ambientais, a disposição inadequada dos resíduos sólidos pode contribuir para poluição do solo, por meio da: infiltração de líquidos percolados, carreando poluentes e espalhando-se pelo solo até a denominada área de influência, poluindo-o e/ou contaminando-o; degradação superficial do solo no local da disposição descontrolada, restringindo seus usos futuros.
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