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1. INTRODUÇÃO À CIÊNCIA DO SOLO 1.1) Histórico e Conceito A HUMANIDADE depende do solo - e até certo ponto, bons solos dependem do homem e do uso que deles faz. O solo é o ambiente natural em que crescem os vegetais. O homem desfruta e utiliza estes vegetais, quer por causa da sua beleza, quer por sua capacidade para fornecer-lhe e a seus animais domésticos, fibras e alimentos. Seu padrão de vida é muitas vezes determinado pela qualidade de seus solos e pelos tipos e espécies de plantas e animais que neles se desenvolvem. Solos, porém, significam para o homem mais do que um meio ambiental para desenvolvimento de culturas. Apóiam os alicerces de casas e fábricas e indicam se tais fundações são adequadas. São usados como leitos para estradas e autopistas e exerce grande influência sabre a vida útil destas estruturas. Em zonas rurais os solos são, com freqüência, utilizados para absorver os rejeitos domésticos mediante sistemas de esgotos assépticos. Estão sendo usados cada vez mais como repositórios de outros rejeitos de origem animal, industrial e municipal. A decantação do limo indesejável nas represas municipais torna a proteção de solos a montante das bacias fluviais tão importantes para o habitante da cidade como para o morador da fazenda ou da floresta. É evidente, portanto, que os solos e sua utilização assumem importância de âmbito social. Quase sempre as grandes civilizações dispuseram de bons solos como uma de suas principais fontes naturais de produção. As antigas dinastias do Nilo só existiram graças à capacidade de produção de alimentos nos férteis solos do vale do Tigre e do Eufrates, na Mesopotâmia, e dos rios Indo, Yang- tse e Huang-ho, na Índia e na China, foram berços de civilizações florescentes. Submetidos a freqüentes renovações na sua fertilidade por inundações naturais, esses solos asseguraram abundante e continuo suprimento de alimentos. Tornaram viáveis comunidades estáveis e organizadas, até mesmo cidades, em contraste com as errantes sociedades nômades associadas a solos de terras altas e seus concomitantes sistemas de pastoreio. Somente a 1 partir da descoberta do valor do estrume e dos resíduos de culturas, foi a homem capaz de usar extensivamente os solos de terras altas para culturas assistidas de subsistência. A destruição de solo ou exploração desordenada esteve associada à queda de algumas daquelas civilizações, cujos solos ajudaram a construí-las. O corte de madeira nas bacias desses rios favoreceu a erosão e a perda de solo de superfície. Nos vales do Tigre e do Eufrates, os esmerados sistemas de irrigação e de drenagem foram negligenciados, o que resultou em acúmulo de sais prejudiciais e os solos que eram produtivos, tornaram-se estéreis e inúteis. Desintegraram-se as orgulhosas cidades que ocupavam locais privilegiados nos vales e o povo emigrou para outras regiões. A História fornece lições que o homem moderno nem sempre aproveita. Um exemplo é o uso imprevidente dos recursos do solo nos Estados Unidos durante o primeiro século de intensiva produção agrícola pelos primeiros colonizadores e pelas gerações seguintes. Mesmo atualmente, há muitos que não dão o devido apreço aos solos, em termos de exploração em longo prazo, o que é, em parte, conseqüência da ignorância generalizada dos problemas de solos, do que representavam para as gerações passadas e do que significam para as atuais e as futuras. a) O que é Solo e Funções do Solo CONCEITUAÇÃO DE SOLO. A falta de preocupação com o solo é principalmente devida a conceitos e pontos de vista diversos em relação a este importante produto da natureza. Para o engenheiro de minas, por exemplo, o solo é o detrito que cobre rochas ou minerais a serem explorados. É um transtorno e deve ser eliminado. Para o engenheiro rodoviário, pode ser o material em que vai ser locado o leito da estrada. Se suas propriedades forem insatisfatórias, deverá ser substituído por rocha ou cascalho. Para alguns, solo vem a ser sinônimo de qualquer parte da superfície da Terra e mesmo de outros planetas. É o que se ob serva, por exemplo, quando se lê que "devem ser observados sinais de trafego desenhados no solo" ou que os astronautas coletaram amostras do "solo lunar". 2 Geólogos podem entendê-lo como parte de uma seqüência de eventos geológicos no chamado "ciclo geológico". Químicos, tal como Liebig podem considerá-lo como uma porção de material sólido que pode ser analisado em todos seus constituintes elementares. Físicos, normalmente, o vêm como uma massa de material cujas características mudam em função de variações de temperatura e conteúdo de água. Ecólogos vêm o solo como uma porção do ambiente condicionado por organismos vivos e que, por sua vez, influencia também esses organismos. Para os homens da lei, ele muitas vezes e sinônimo de "torrão natal" (como na expressão "solo pátrio"). Para o historiador e arqueólogo, ele é como um "gravador do passado". Os artistas e filósofos podem vê-lo como uma beleza, muitas vezes mística, relacionada às forças da vida em contraste com o lavrador que o vê como meio de sua labuta diária, lidando com suas lavouras, de onde tira a sua subsistência. O pedólogo encara o solo com atenções diferentes e, antes de tudo, como um objeto completo de estudos básico-aplicados, usando método cientifico de induções e deduções sucessivas. Para ele, solo é a coleção de corpos naturais dinâmicos, que contém matéria viva, e é resultante da ação do clima e da biosfera sobre a rocha, cuja transformação em solo se realiza durante certo tempo e é influenciada pelo tipo de relevo. O limite superior do solo é a biosfera e a atmosfera com as quais se entrelaça. Lateralmente, ele pode passar para corpos d' água, rocha desnuda, gelo ou areias de praias costeiras ou de dunas movediças. O limite inferior é mais difícil de ser estabelecido porque ele passa progressivamente a rocha dura ou material inconsolidado, onde quase sempre as raízes das plantas nativas perenes estão ausentes. As definições de solo, mesmo sob o ponto de vista pedológico, são amplas, porque podem abranger as de vários outros campos. Elas compreendem a do agricultor, para o qual ele é um meio para o crescimento das plantas. Abrange também a do geólogo, engenheiro de minas e do engenheiro de obras, mas somente em parte, porque não considera o solo como toda a camada da crosta terrestre até a profundidade da rocha dura, mas normalmente até onde inexiste vestígio da rocha original. 3 O proprietário comum duma casa emite conceitos sobre solos. É favorável se o terreno for bom, poroso e de boa textura. O ponto de vista é o oposto, quando o terreno está associado com "argila dura" que resiste a preparação de uma boa sementeira para ajardinamento. O construtor pode dar- se conta das variações do solo, especialmente daquelas relacionadas com a sua viscosidade ou tendência de aderir à sola dos sapatos e eventualmente aos tapetes. O fazendeiro, juntamente com o proprietário comum, considera o solo como ambiente para as plantas. Ele vive do solo e assim é forçado a prestar mais atenção às suas características. Para ele, o solo é mais do que útil é indispensável. Como requisito básico para maior conhecimento sobre solo, dever-se-á ter noção do que de representa, abrangendo esta noção os pontos de vista do engenheiro, do proprietário e do fazendeiro. Ao desenvolver esta conceituação,dever-se-á levar em conta as descobertas práticas e científicas do passado. b) Funções ecológicas A pedosfera funciona como as "fundações" ou "alicerces" da vida em ecossistemas terrestres. Plantas clorofiladas precisam de energia solar, gás carbônico, água e macro e micro nutrientes. Com raras exceções tanto a água como os nutrientes só podem ser fornecidos através do solo, que assim funciona como mediador, principalmente dos fluxos de água entre a hidrosfera, litosfera, biosfera e atmosfera. Assim, pode-se afirmar também que ele, juntamente com o substrato rochoso, muito influencia a qualidade da água que usamos. Do solo, também pode ser retirado material de construção de estradas, barragem de terra em açudes e casas. Influencia tam bém a qualidade do ar (principalmente quando dele poeiras são levadas à atmosfera) e muitas vezes serve para receber e "pro cessar" dejetos, como o lixo das grandes cidades. Em relação aos vegetais, suas raízes penetram no solo, que Ihes proporciona suporte para manter caules fixos e eretos. Dele elas extraem água em mistura com nutrientes. Normalmente, entre todos os fatores 4 ecológicos, preocupamo-nos mais em estudar os nutrientes, dado o seu destaque de atuar como o principal meio para sustentar plantas, que representa a diferença entre so brevivência ou extinção da maior parte da vida terrestre. As plantas, além de consumirem água, oxigênio e gás carbônico, retiram do solo quinze elementos essenciais à vida. Desses, seis são absorvidos em quantidades relativamente gran des, designados Macronutrientes, compreendendo: nitrogênio, fósforo, potássio, cálcio, magnésio e enxofre . Os outros nove, igualmente essenciais, mas usados em quantidades muito pequenas, são denominados Micronutrientes. Eles são: boro, cloro, cobre, ferro, manganês, molibdênio, níquel, cobalto e zinco. Além desses, existem elementos considerados benéficos (silício, sódio, selênio entre outros), sendo que um desses, o silício, muitas vezes é encontrado em quantidades relativamente elevadas em alguns vegetais, tais como nas gramíneas (arroz, por exemplo). Para um adequado crescimento dos vegetais, todos os elementos tem de estar presentes no solo em quantidades, formas e ambiente adequados. As quantidades tem de ser balanceadas, as formas disponíveis e o ambiente em padrões favoráveis de temperatura, umidade e aeração. Quando isto ocorre diz-se que o solo é fértil e mais especificamente em relação aos nutrientes minerais, "quimicamente rico". Se qualquer um dos quinze elementos citados estiver ausente, em formas não disponíveis para as raízes ou presente em quantidades e/ ou proporções inadequadas, limitará o crescimento das plantas. Isto mesmo que os demais estejam adequados e haja fornecimento apropriado de gás carbônico, oxigênio, água, luz e calor. A idéia de que o crescimento das plantas é controlado pelo nutriente existente em menor quantidade vem desde os tempos do químico Justus Von Liebig (1840), e é conhecida como Lei do Mínimo. A importância dessa lei para as pesquisas e aplicações práticas relacionadas ao uso de adubos na agricultura é bastante grande, e a habilidade de um solo em suprir de nutrientes ou "reagir" a adição de determinado fertilizante as plantas tem merecido mais estudos do que qualquer outro aspecto da ciência do solo. 5 A maior parte dos nutrientes existentes no solo origina-se dos minerais que constituem as rochas, na camada mais externa do globo terrestre conhecida como litosfera. Essas rochas, normalmente, não são capazes de suportar e sustentar plantas superiores. Por serem em sua maioria endurecidas ou consolidadas, não armazenam água e impedem a pene tração das raízes. Além disso, os nutrientes nelas contidos não poderiam ser absorvidos pelas plantas enquanto estiverem fir memente retidos na estrutura cristalina de seus minerais. Para que as raízes possam crescer, e os nutrientes contidos na rocha desprendidos e disponibilizados, a natureza da início e continuidade, aos importantes processos do intemperismo. c) Geologia A geologia é a ciência da Terra, de seu arcabouço, de sua composição, de seus processos internos e externos e de sua evolução. O campo da Geologia é a porção da Terra constituída de rochas, que decorrem de um conjunto de fatores físicos, químicos e biológicos. Diferente da Geografia, que é a ciência do presente explicada pelo passado, a Geologia é a ciência do passado explicada pelo presente. Muito embora os segredos da litosfera venham sendo resolvidos desde o homem pré-histórico, ao procurar o sílex para os seus machados, a argila de boa qualidade para seus artefatos de cerâmica e nos dias de hoje, na busca de minérios e combustíveis, a Geologia como ciência propriamente dita é relativamente nova. Duas fontes de energia agem sobre a crosta terrestre. Uma delas provém do Sol, que age direta ou indiretamente. A segunda fonte provém do interior da Terra, formando e modificando sua composição e estrutura. As duas fontes agem independentemente, contudo, os efeitos são intimamente ligados entre ambas. Origem da Terra A Terra é parte integrante do Sistema Solar. Este encontra-se num dos braços da grande nebulosa Via Láctea. O Sistema Solar é constituído de 6 planetas, satélites, asteróides, cometas, meteoritos, poeira e gás girando em torno de uma estrela central – o Sol – a qual contém cerca 99% da massa total do sistema. Acredita-se que este tenha se formado ao mesmo tempo, aproximadamente há 4600 milhões de anos. A matéria-prima que deu origem ao Sistema Solar e a outras estrelas, possivelmente deveria ter se originado das enormes nuvens de poeira e gás, resultantes da explosão de uma velha estrela, a cerca de 5 milhões de anos. As teorias modernas a respeito da origem do Sistema Solar assemelham-se à velha hipótese nebular de Laplace: a poeira e os gases amplamente espalhados no espaço após a explosão estelar, tenderam a concentrar-se, reunindo-se em núcleos, nos quais surgiram novas estrelas, reiniciando-se as reações termonucleares que passaram a sintetizar elementos químicos de peso atômico progressivamente maior. A origem do Sistema Solar não é ainda bem conhecida, existindo atualmente três teorias principais, das quais a mais aceita é: O Sistema Solar formado a partir da condensação de enorme nuvem de poeira e gás com movimento de rotação. Essa nuvem teria sido contraída sob ação de sua própria gravidade, tornando a massa central suficientemente quente para iniciar as reações termonucleares, originando uma nova estrela. - o Sol. Os planetas teriam sido formados a partir de outras concentrações originadas no interior da nuvem primitiva, possibilitando apenas um aquecimento suficiente para fundir seu interior. Nos estágios iniciais do Sistema Solar, a Terra deveria possuir uma enorme atmosfera completamente diferente da atual, envolvendo uma massa que deveria encontrar-se fundida. Supõe-se que a primitiva atmosfera terrestre tivesse sido varrida e perdida no espaço, possivelmente durante um episódio solar de alta radiação calorífica. Os cientistas referem que o conteúdo de gases nobres presentes na atmosfera não concorda com a sua natureza original. A quantidade relativa de néon e xênon presente na atmosfera atual é muito menor do que aquela que se encontra na mistura dos gases cósmicos. Estaé a razão pela qual eles supõem que a atmosfera de hoje foi desenvolvida e modificada progressivamente após o desaparecimento do primitivo envoltório gasoso. Não somente a atual atmosfera, como também a hidrosfera derivaram-se inteiramente da própria 7 Terra. Os elementos que as constituem provieram das massas fundidas encontradas no interior do planeta. Quando se formava a primitiva crosta, enormes quantidades de gases desprendiam-se da superfície semifundida, ao mesmo tempo em que se iniciava sua solidificação. Admite-se que a crosta primitiva talvez tivesse composição basáltica. Ela teria sido fraturada e refundida inúmeras vezes, até que surgissem diferenciações minerais originando diferentes tipos de rochas. Durante esse processo, mais e mais gases e vapor de água foram injetados na atmosfera pelos intensos fenômenos vulcânicos. Nesse tipo de atmosfera, pobre em oxigênio e rica em gás carbônico, não existia possibilidade alguma para o desenvolvimento da vida atual. Contudo, há cerca de 1.900 milhões de anos surgiram formas de plantas capazes de sobreviver na presença de oxigênio produzido na sua atividade vital pelo processo de fotossíntese. Dessa forma, as plantas contribuíram decisivamente para modificar a composição da atmosfera, enriquecendo-a em oxigênio e diminuindo consideravelmente o conteúdo de gás carbônico. Estrutura da Terra Vista do espaço exterior, a Terra apresenta-se como um globo azulado e branco de aspectos variados, dependendo de sua cobertura de nuvens. Os conhecimentos a propósito da constituição interna da Terra possibilitam um melhor esclarecimento sobre a origem das rochas. A Terra a um esferóide achatado nos pólos e dilatado no equador, com cerca de 6400 km de raio. O achatamento dos pólos e o crescimento do equador devem-se ao movimento de rotação terrestre. Esse achatamento é tão pequeno que a diferença entre os diâmetros polares e equatoriais a de apenas 44 km (diferença entre 12756 e 12712 km). Considerando que um circulo tem 360 graus e cada grau ao longo de seu meridiano equivale a uma distância de 111 km, conclui-se que a circunferência da Terra é 360 vezes 111 km, ou seja, aproximadamente 40000 km. Por outro lado, ignorando o achatamento e supondo que a Terra é esférica, com um diâmetro de aproximadamente 12700 km, seu volume 8 corresponderá a aproximadamente 1,08 bilhão de km3, com área equivalente a 510 milhões de km2. A massa da Terra é de aproximadamente 5,6 sextilhões. A densidade, conhecidos o volume e a massa, é determinada dividindo-se a massa pelo volume. Este cálculo indica uma densidade de 5,52, ou seja, 5,5 vezes mais pesada que a água. Visto que as rochas que ocorrem na superfície tem uma densidade média entre 2.7 e 3.0, o interior da Terra deve ser bem mais denso. A maior parte dos conhecimentos que se tem sobre o interior da Terra provem de meios indiretos (Figura 1). Na realidade, dos 6300 km que separam a superfície terrestre do seu núcleo, conseguiu-se perfurar pouco mais que 0,1% (cerca de 7 km). As rochas mais profundas conhecidas provêm de erupções vulcânicas, sem que, no entanto se possa afirmar sua exata profundidade. Os bolsões magmáticos donde se originam as lavas não se encontram a profundidades superiores a 30 km. Para o estudo do interior do planeta empregam-se métodos indiretos, baseados no itinerário e nas diferenças de velocidade de ondas sísmicas que atravessam o interior da Terra por ocasião dos terremotos. As ondas sísmicas sofrem reflexão, refração e mudanças na velocidade ao penetrarem meios de propriedades diferentes permitindo, assim, esclarecer, de certo modo, a natureza do interior do planeta. 9 Figura 1 – Constituição interna do globo terrestre. Com esse método, foi possível determinar a presença de vários envoltórios Iimitados por superfícies de· descontinuidade situadas em diversas profundidades. Estas descontinuidades significam que a Terra é constituída por uma série de capas concêntricas de materiais diferentes e, em estado físico distinto ao redor de um núcleo. Cada uma dessas capas tem uma condutividade diferente. Como as velocidades dependem das propriedades e das densidades dos materiais através dos quais passam as ondas, as mudanças de velocidades a diferentes profundidades são atribuídas a diferentes composições e densidades e, talvez, a diferentes estados, sobretudo no núcleo. Natureza e propriedades do núcleo O núcleo da Terra é formado por materiais submetidos a elevadas pressões e altas temperaturas (possivelmente até cerca de 5000º C). Supõe-se 10 que sua densidade aumente de 9,9 na periferia ate 12 ou mais no centro da Terra. Admite-se, em geral, que o núcleo seja composto principalmente de Ferro e Níquel, possivelmente associados a elementos menos densos como Silício e Enxofre. A análise das ondas sísmicas permite reconhecer no núcleo duas partes com propriedades distintas. A central, entre 5000 e 6400 km de profundidade, comporta-se como um sólido, enquanto que a parte externa entre 2900 e 5000 km apresenta propriedades de fluido. O magnetismo terrestre origina-se de correntes que fluem no núcleo externo. Manto ou envoltório intermediário O manto envolve o núcleo sob a forma de camadas de densidade cada vez menores em direção à superfície. Situado entre o núcleo e a crosta terrestre, inicia-se em media, a 35 km de profundidade e estende-se até 2.900 km. A estrutura do manto tem sido igualmente estudada através da interpretação das ondas derivadas dos abalos sísmicos. O manto compreende duas partes cujo limite de separação encontra-se a 1000 km de profundidade. Com o aumento da pressão, o manto superior apresenta grandes mudanças na composição e na natureza mineralógica. O manto inferior, por outro lado, torna-se gradualmente mais denso com a profundidade. O manto superior tem influência direta e importante sobre a dinâmica da crosta terrestre. Supostamente nele estão localizadas as células de correntes de convecção, que fazem com que materiais quentes das grandes profundidades subam em direção à superfície, espalhando-se lateralmente e retornando, posteriormente, às profundidades do manto. No manto superior, entre as profundidades de 50 e 250 km, situa-se uma região muito quente, onde as rochas se encontram próximas do ponto de fusão. Esta região é fraca do ponto de vista mecânico, e constitui a fonte dos magmas (rochas fundidas móveis) que penetram na crosta terrestre, nas intrusões, ou extravasam na superfície terrestre através dos vulcões. O manto superior é formado de rochas densas de coloração escura. 11 A Crosta A crosta terrestre é uma camada relativamente fina, com 20 a 30 km de espessura, em média. Existem dois tipos fundamentais de crosta: continental e oceânica. Trinta por cento (30%) da crosta terrestre é formada por terras emersas. A parte emersa é constituída principalmente pela crosta continental, enquanto que, nos 70% restantes, predomina a crosta oceânica. A crosta continental é mais espessa do que a oceânica. Sua espessura, em média, é de 35 a 40 km, podendo, entretanto, atingir de 60 a 70 km debaixo das grandes cadeias de montanhas. A crosta oceânica possui espessura média de 6 km. Esta, em comparação com a continental, é bem mais simples, apresentando composição mais uniforme e estrutura disposta em camadas, enquanto que a composição química - mineralógicada crosta continental é muito variada e de estrutura complexa. A camada superior, menos densa, constitui a camada granítico- metamórfica, com abundância de sílica e alumina, donde sua denominação de crosta siálica ou, simplesmente, referida pela sigla SIAL. É formada por 92% de rochas ígneas e metamórficas e 8% de rochas sedimentares. Na região central existe uma zona de fusão (Figura 2). A parte inferior da crosta terrestre e formada por rochas mais densas ricas em silício e magnésio, sendo conhecida pela sigla SIMA. A composição exata da camada inferior da crosta é desconhecida. Supõem-se ser composta de anfibolito, gabro e eclogito (Figura 2). O SIAL caracteriza os continentes e o SIMA os fundos oceânicos. O estudo da estrutura interna da crosta e a determinação de sua espessura estão baseadas na interpretação das ondas sísmicas, originadas nos terremotos, ou das artificiais, resultantes das explosões produzidas pelo homem. Na grande maioria dos casos, a crosta continental consiste de duas camadas de densidades diferentes, separadas pela superfície de descontinuidade. Algumas áreas da crosta continental são muito antigas, com idades superiores a 3500 milhões de anos. Extensas áreas possuem mais de 1500 milhões de anos. 12 No Brasil, as áreas de ocorrência de rochas com cerca de 2000 milhões de anos encontram-se na Amazônia, no Maranhão e no leste da Bahia. No Iitoral catarinense, entre Barra Velha e Itajubá, encontram-se peridotitos e anfibolitos com idades de 2000 a 3000 milhões de anos. A idade da crosta oceânica não ultrapassa 300 milhões de anos, sendo geralmente inferior a 135 milhões de anos. As rochas que compõem a crosta terrestre constituem blocos e placas de maior ou menor espessura com um comportamento como o de flutuação sobre o substrato mais denso do manto, onde ficam mais ou menos mergulhados, conforme suas espessuras e densidades médias. Assim, as altas montanhas, por serem constituídas de rochas mais leves e mais espessas, estão menos imersas no manto. Os fundos dos oceanos, por sua vez, são constituídos de rochas mais densas como os diabásios que afundam mais no manto. Este princípio é denominado Isostasia. Desta forma, a crosta terrestre é composta de várias partes ou placas que sobrenadam o manto. Até uns 250 milhões de anos atrás, a maior parte dos continentes estava unida num único. Entretanto, a partir dessa época, os continentes começaram a se romper lentamente formando as placas ou blocos independentes que, por sua vez, são arrastados por correntes que movimentam o manto rígido-viscoso. Nessa movimentação, existem zonas onde as placas estão se afastando umas das outras e que são preenchidas por novo material proveniente do interior do manto. Em determinadas zonas, as placas colidem produzindo deformações, resultando formação de fossas tectônicas, dobramento de espessas camadas de sedimentos, falhamentos, formação de cordilheiras etc. São os denominados movimentos tectônicos. A migração dos continentes continua lentamente e, hoje, por meio do raio laser e dos satélites artificiais, já está sendo possível determinar a velocidade e direção de deslocamento dos mesmos. 13 Figura 2 – Constituição da litosfera (esquemática). 1.2) Formação e Composição Química do Solo e Constituição Mineralógica da Litosfera A análise química das principais rochas existentes na litosfera e o cálculo aproximado das proporções em que elas ocorrem, permitem o conhecimento da sua composição química média, transcrita na seguinte tabela 1. Tabela 1 - Composição química da crosta terrestre (%) COMPOSIÇÃO QUÍMICA DA CROSTA TERRESTRE (%) ELEMENTOS I II III O 46,6 46,4 91,77 Si 27,7 28,4 0,80 Al 8,1 7,3 0,76 Fe 5,0 5,1 0,68 Ca 3,6 3,7 1,48 Na 2,8 1,9 1,60 K 2,6 2,5 2,14 Mg 2,1 2,4 0,56 I – Segundo Clarck; II – Segundo Leinz; III – Em volume. Os oito elementos principais combinam-se entre si, formando os minerais das rochas mais comuns. A combinação mais importante é a do 14 silício com o oxigênio e mais um ou outro dos elementos citados na tabela anterior, que dá origem ao grupo dos silicatos . O mais abundante deles é o feldspato, que forma 60% dos minerais da crosta. Quando a combinação é feita com Al e K, tem o nome de ortoclásio mineral característico dos granitos. Quando Na, Ca e Al se combinam com o radical SiO 2, o mineral é denominado plagioclásio, ocorrendo principalmente nos basaltos. Não havendo elemento algum se combinar com SiO 2, este é cristalizado com o quartzo, mineral mais freqüente nas rochas sedimentares, ocorrendo na proporção de 12% na crosta terrestre. Juntamente com o ortoclásio mais uma pequena porcentagem de mica, o quartzo forma as rochas graníticas, as mais abundantes do sial. Os minerais citados ricos em silício e alumínio são denominados sálicos. Quando a combinação se dá com o magnésio e ferro, às vezes acompanhado de cálcio, tais silicatos recebem a designação de máficos. Ocorrem mais comumente nas rochas basálticas, associados aos plagioclásios. Constitui o grupo dos anfibólios e piroxênios, formando 16% dos minerais. A variedade preta de mica, a biotita, enquadra-se entre as máficos por sua riqueza em Fe e Mg, responsáveis pela coloração; a mica clara, chamada moscovita (silicato de alumínio e potássio), é um mineral sálico. Rochas que compõem a litosfera Como indica o nome grego pedra, a litosfera é formada de rochas, agregados naturais de um ou mais minerais que ocorrem de forma individualizada em grandes áreas, caracterizando-as geologicamente. As rochas são classificadas, segundo a origem, em três grupos: magmáticas, sedimentares e metamórficas. As primeiras são as mais importantes, constituindo 95% do volume de toda a crosta. No entanto, as sedimentares ocupam maior área, ou sejam, 75% da superfície terrestre, e poderiam formar uma película de 700 metros se uniformemente distribuídas. As metamórficas se enquadram entre as sedimentares, pois, na maior parte, são derivadas de antigos sedimentos. 15 Já se fez menção da diferença entre a constituição da crosta terrestre nas regiões continentais e oceânicas. Naquelas, predominam as rochas da família dos granitos; nos fundos oceânicos, as rochas basálticas. Das rochas continentais graníticas, a maioria é formada em profundidade, em corpos denominados batólitos, caracterizados pelas grandes dimensões (centenas de quilômetros quadrados). São relativamente raras as rochas de composição graníticas formadas em superfície, sob a forma de lava. Por outro lado, considerando-se as rochas de composição basáltica, verifica-se o contrário: são raras as formadas em profundidade, sendo as de origem vulcânica as mais comuns. Sabendo-se que o sima, de constituição basáltica, forma o assoalho dos oceanos, e que os blocos continentais siálicos (graníticos) flutuam nesse substrato, admite-se que as rochas graníticas tenham origem nas basálticas. Por um processo multimilenário de separação gravitativa dos minerais ferromagnesianos mais densos, que afundariam, deixando por cima um resíduo silicoso mais leve, formar-se -iam as rochas graníticas após a consolidação. 1.3) Minerais formadores do solo a) Mineralogia É o ramo das Geociências que se dedica ao estudo das variações físicas e químicas dos minerais, bem como das suas origens. b) Conceito do mineral Mineral é todo corpo inorgânico, homogêneo, de composiçãoquímica definida que se encontra naturalmente na crosta terrestre. Pela definição um elemento para ser considerado mineral deve apresentar as seguintes características: origem inorgânica, homogeneidade, composição química definida e ser encontrado naturalmente na crosta terrestre. Assim, mineral é uma substância natural, inorgânica que apresenta composição química mais ou menos definida, estrutura cristalina e arranjo atômico típico. Na natureza, o estado físico dos 16 minerais de um modo geral são sólidos a temperatura e pressão normal com exceção da água e do mercúrio que são encontrados no estado líquido. c) Principais minerais que formam as rochas Feldspatos - 60 % Anfibólios e Piroxênios - 17 % Quartzos - 12 % Micas - 4 % Outros -7 % d) Propriedades físicas para identificação As propriedades físicas são muito importantes para a determinação rápida dos minerais, pois a maioria deles pode ser reconhecida pela vista ou determinada mediante ensaios simples. 1. Clivagem Diz-se que um mineral possui clivagem quando, aplicando-se uma força adequada, ele se rompe de modo a produzir superfícies planas definidas. A clivagem é a propriedade que reflete a fraqueza na estrutura cristalina do mineral permitindo fraturarem-se em determinadas direções segundo planos paralelos possibilitando formação de superfícies pIanas ou não. A clivagem pode ser classificada como: Perfeita - Micas, Gipsita; Boa - Calcita, Feldspatos, Talco; Indistinta ou Ausente - Quartzos, Berilo, Apatita. 2. Fratura Observa-se num mineral cristalizado se o plano de clivagem, se rompe segundo planos paralelos produzindo superfícies de fratura de natureza, diversa, mas irregulares, em vez de superfícies planas de clivagem. De acordo com a superfície de rompimento, a fratura recebe diversas denominações: 17 - Conchoidal - quando a superfície de fratura é lisa côncava. Ex: Quartzos. - Fibrosa ou Estilhaçada – quando o mineral se rompe mostrando fibras. Ex: Gipsita, Amianto, Antofilita, Tremolita, Estilbita. - Irregular - quando os planos de ruptura são irregulares. Ex: Hematita, Calcopirita, Pirita. . - Plana - apresenta superfícies planas. Ex: Talco, Calcita, Feldspato, etc. 3. Dureza O termo refere-se à dureza do risco, isto é, a resistência que um mineral oferece ao ser riscado por um material afiado ou por outro mineral. A dureza até 2,5 risca-se com a unha, de 5 a 55 com vidro e com canivete de 6 a 6,5. Os minerais se agrupam numa escala de dureza dividida em dez graus diferentes. Cada mineral, assim ordenado, risca os de dureza inferior e é riscado, por sua vez, pelos minerais de dureza mais elevada. Os minerais de igual dureza podem riscar-se entre si. Os minerais estão distribuídos na escala da seguinte forma em ordem crescente de dureza: Escala de dureza 1 – Talco: risca-se ligeiramente com a unha; 2 – Gipso: risca-se com a unha; 3 – Calcita: risca-se com moeda de cobre; 4 – Fluorita: risca-se ligeiramente com navalha; 5 – Apatita: não risca com navalha; 6 – Ortoclásio: risca-se com a lima de aço; 7 – Quartzo: risca o vidro; 8 – Topázio: risca ligeiramente o quartzo; 9 – Coríndon: risca ligeiramente o topázio; 10 – Diamante: não é riscado pelos outros minerais. 4. Brilho É a capacidade de reflexão da luz incidente na superfície de um mineral podendo ser metálico e não – metálico. O metálico é o brilho do 18 mineral com aparência de metal. Ex: Hematita, Magnetita, Pirita, Calcopirita, Galena. Os minerais com brilho não – metálico são classificados como: Vítreo - Ex. Quartzo, Calcita; Graxo - Ex. Opala, Talco; Sedoso - Ex. Crisotilo, Amianto; Perolado ou Nacarado - Ex. Gipsita; Opaco - Ex. Calcedônea. 5. Cor A cor dos minerais depende da absorção coletiva da luz, mudança de composição, impurezas presentes, etc. A cor é uma propriedade importante para a classificação dos minerais, mas deve ser usada com cautela. 6. Traco É a cor do pó deixado pelo mineral ao ser atritado numa placa de cerâmica bruta. A cor entre as variedades na família dos minerais varia mas o traço é normalmente constante. O traço é uma propriedade que não pode ser empregado para minerais com dureza maior que sete (7) por ser equivalente a dureza da placa da cerâmica bruta empregada. 7. Magnetismo Minerais que em seu estado natural são atraídos por um imã. Os dois minerais magnéticos são a magnetita e a pirotita. e) Importância dos minerais Fonte de matéria - prima de nutrientes minerais que atuam na formação dos ossos, dentes, atividades musculares e funcionamento do organismo humano e indústrias como: fertilizantes, tintas, vidros, óticas, cerâmicas. f) Origem dos minerais Os minerais podem formar-se de diversas maneiras. Os minerais mais conhecidos como o quartzo, o feldspato e as micas se originam de gases e 19 líquidos em estado de fusão. Podemos dizer que a maior parte dos minerais originam-se a partir das misturas líquidas e gasosas no interior da Terra, principalmente associados às lavas vulcânicas e pela movimentação interna da crosta que provocam dobramentos e falhamentos pelas diferenças de temperatura e pressão formam novos minerais pela combinação de diferentes elementos que originam novos arranjos atômicos. Outros podem se formar na superfície pela alteração ou pelo contato com os gases atmosféricos. Ex: Sulfeto de Cobre passa a Carbonato de Cobre e Óxido de Ferro e Alumínio passam a Hidróxidos. g) Classificação de minerais Os minerais são agrupados em classes e família levando em consideração a composição básica para a devida classificação: 1. Classe dos Silicatos Corresponde mais de 40% dos minerais conhecidos e são compostos predominantemente por Óxido de Silício (SiO2). Devido a grande variedade de misturas e características estruturais e atômicas aparece dividida em classe e família. Família das Sílicas: Quartzo: Uso: Coloridos como gemas, pedras semipreciosas e ornamentais. Indústrias – óticas, eletrônicas e vidro - revestimento, areia, porcelana, etc. todos. Calcedônea: Uso: Semipreciosa, preciosa (ônix), ornamental, indústrias: vidro, construção e areia. Opala: Uso: vidro, ornamentação e areia. Família dos Feldspatos: Uso: manufatura de porcelana; Indústrias de fertilizantes, cimento, vidro e cerâmica refrataria; ornamental (Amazonita). Minerais Argilosos: Caolinita e Montmorilonita: uso fixação dos vegetais ao solo, cerâmica, artesanato, indústria de giz, pedra de filtro, papel, etc. Talcos: uso ornamentação, escultura, tampas de mesa de laboratório, quadros de comando elétricos, aparelhos sanitários, revestimento de parede. Maior utilização é em 20 forma de pó nas indústrias de cosméticos, tintas, borracha, cerâmica, de papel, fertilizantes. Família das Micas Moscovita, Flogopita. Todas as micas são importantes na formação das argilas no solo e como fontes de nutrientes, além de outros usos como na fabricação de lantejoulas, glites, purpurinas, etc. Família dos Anfibólios Família dos Piroxênios Família das Olivinas: importante na formação do solo terra-roxa. Família dos Silicatos Isolados Família das Zeólitas 2. Classe dos Carbonatos Carbonato de Cálcio, Magnésio e Cobre. São facilmente atacados com ácido clorídrico efervescente. Calcita (Carbonato de Cálcio) e Dolomita (Carbonato de cálcio e magnésio). Uso corretivo de solo como calcário e produtos químicos a base de cálcio. 3. Classe dos Sulfetos4. Classe dos Sulfatos Radiologia médica (líquido branco). Fonte de obtenção do bário; empregada na perfuração dos pólos de petróleo e gás, indústrias de papel, têxtil, cosméticos e como pigmento de tinta. 5. Classe dos Fosfatos Pedra preciosa e ornamental. 6. Classe dos Halogenetos Libera fósforo para as plantas. Cloreto de Sódio, Potássio e Flúor. Fertilizantes, medicamentos, perfumes, fogos de artifícios, fotografia, papel e vidro. 21 7. Classe dos óxidos Hidróxido de ferro. Uso obtenção do Estanho. Rochas ígneas e Sedimentares. h) Elementos Nativos Metais mais comuns: Grupo Ouro - ouro, prata, cobre. Grupo Platina - platina. Grupo Ferro - ferro. Não - Metais mais comuns: Enxofre, Diamante e Grafita. 1.4) Rochas Formadoras do Solo Petrografia É o ramo da Ciência Geológica que se dedica ao estudo das rochas, sua constituição, origem e classificação. Rocha: Numa definição simples é um agregado natural formado por mais de um mineral e que constituem a crosta terrestre. São as rochas que juntamente com os fósseis servem para desvendar fenômenos ecológicos atuais e do passado. Tipos de Rochas: 1. Rochas ígneas on Magmáticas: São as rochas de origem primária, pois resultam diretamente do resfriamento e consolidação do magma. As condições geológicas em que se formam é expressa pela textura (corresponde o tamanho dos grãos dos minerais que constituem as rochas). O modo de ocorrência reflete a posição em que ocorre o resfriamento do magma ou consolidação o que influi diretamente na textura das rochas ígneas. 2. Rochas Sedimentares: São as rochas originarias da deposição de materiais provenientes da desagregação de rochas preexistentes e restos de animais e vegetais 22 soterrados. São rochas que se formam em conseqüência da erosão, do transporte bem como do ataque químico e físico que transforma os minerais e as rochas. 3. Rochas Metamórficas: São rochas originarias de outras preexistentes que sofreram uma recristalização parcial ou total pelo metamorfismo. Metamorfismo - transformação sofrida por uma rocha sob ação de temperatura, pressão, fluidos de gases e vapor d' água, proporcionando uma recristalização total ou parcial da antiga rocha ocorrendo mudanças mineralógicas e novas características texturais e estruturais. HISTÓRICO • Antigamente solo era visto apenas como suporte de algo; - Solos escuros de baixada, produziam mais; - Heródoto Egito cheias do Nilo margens férteis; - Colunela 1º estudo sobre cor e profundidade descobriu o húmus. • Idade média nenhuma contribuição (Sta. Inquisição o progresso foi nulo). • 1563 Bernard Palisy solo como fonte de nutrientes. • 1629 Van Helmont plantas – CO2 e H2O. • 1840 Justus Van Leibig – teoria dos minerais plantas se alimentavam de minerais e água. • 1887 Doruchaev – definiu o solo como sendo: corpo natural, organizado, resultante da ação dos fatores clima, organismos, atuando sobre a ROCHA. - Propôs a 1ª Classificação do solo: fatores climáticos: PAI DA PEDOLOGIA. Clima 23 SOLOS ZONAIS MADUROS Podzol – clima temperado Latossol – clima tropical SOLOS INTRAZONAIS EVOLUÍDOS Hidromórficos – presença de H2O Halomórficos – salinos SOLOS AZONAIS POUCO EVOLUÍDO Utossolo (Neossolo) (rocha sobre solo) Regassolo • Glinka: solo como uma capa superficial da litosfera até onde penetra a ação do intemperismo. Definiu conceito PERFIL DO SOLO (3 m) hoje 1,8 a 2,0 m. • 1917 Wiegner – química coloidal – solo corpo ativo – FERTILIDADE; • 1935 Vageler e Alten – análise física e química no estudo do solo. 2 GÊNESE DO SOLO O solo nada mais é do que a resultante da ação conjunta dos agentes intempéricos sobre restos minerais depositados e enriquecidos de detritos orgânicos. É, portanto, um processo natural de acumulação e evolução dos sedimentos minerais, aos quais se vão juntando lenta e progressivamente restos e produtos orgânicos, pois a sua formação tem início no momento em que as rochas entram em contato com o meio ambiente e começam a sofrer transformações. Com uma intensidade que é função do meio, a rocha e seus minerais são submetidos à ação dos agentes do intemperismo, rocha esta as vezes inicialmente compacta que se transforma lentamente em fragmentos cada vez menores, os quais vão se acumular nas encostas, baixadas ou mesmo sobre o próprio material de origem. É sobre este material geológico alterado, denominado de material parental, que se desenvolve o verdadeiro solo, resultante da ação das forças pedogenéticas. Na formação do solo, a sua matéria prima tem origem na transformação de ordem física e química operada nas rochas da litosfera. Os materiais primitivos sofrem inicialmente, processos de hidratação e hidrólise, originando 24 produtos secundários e conforme o processo evolui, há desaparecimento de quase todos os minerais primários, ficando somente em substituição, sesquióxidos e silicatos mais ou menos hidratados de formação secundária, os quais, se recristalizados, originam argilas fortemente coloidais. Não se sabe até que ponto prosseguem os processos geológicos de destruição, transporte e deposição dos materiais alterados pelo intemperismo, pois os mesmos continuam através dos processos pedogenéticos, criando condições ao desenvolvimento da vida orgânica. Um solo verdadeiro não pode se formar sem que haja no material, a presença e decomposição da matéria orgânica. A simples alteração física e química da rocha não deve confundir-se com solo, o que deixa claro, serem todos os processos de sua formação, de natureza direta ou indiretamente biológica. Ele é então um corpo natural, com características próprias e marcantes, diferentes do material de origem. O seu aparecimento começa, na realidade, quando aos detritos me- cânicos acumulados se juntam substâncias coloidais, favorecendo assim a instalação e fixação dos organismos vivos. É necessário o aparecimento da matéria orgânica, proveniente da vida animal e vegetal da superfície terrestre, para que a massa mineral passe a funcionar como solo. Sem isto, qualquer rocha finamente pulverizada poderia ser tida como solo, mas na realidade aí as plantas não se desenvolvem normalmente. Não há, por conseguinte, uma nítida separação entre a geologia e a pedologia, pois os processos genéticos caminham sem solução de con- tinuidade através dos processos pedogenéticos, daí se considerar a formação do solo em duas fases: a gênese pertencente à geologia, que estuda a destruição das rochas, o transporte e a deposição dos materiais alterados; e a pedogênese, da alçada da ciência do solo ou pedologia, que engloba os conhecimentos referentes aos fatores e as reações que contribuem para a transformação da matéria mineral, resultante dos processos genéticos, em solo e sua posterior evolução. As características que diferenciam a massa mineral do verdadeiro solo, são adquiridas lentamente a medida que os processos evoluem e as propriedades altamente dinâmicas do solo se fazem sentir gradativamente após lento e persistente trabalho da natureza. 25 A água, pela movimentação através da massa mineral, mantém a continuidade dos processos intempéricos e favorece o aparecimento dos microorganismos. O marco inicial da formação do solo. Em última análise a gênese do solo é uma conseqüência da ação da biosfera sobre os produtos daintemperização. Na evolução do processo que envolve a formação do sistema solo, outros fatores além da biosfera aí estão presentes e tem contribuído para a formação do solo. Dizia DOKUCHAEV que o solo aparece como conseqüência da ação combinada e influência recíproca do material parental, dos vegetais e animais, do clima, da idade e da topografia. Estes fatores foram chamados por ele de agentes formadores do solo. Assim: Solo = f (clima, biosfera, rocha matriz, relevo e tempo) O que significa ser a formação do solo resultante da ação combinada desses fatores, os quais podem agir intensa e concomitantemente. Modernamente é admitido ser o solo um produto da ação conjugada do clima e da biosfera, sobre a rocha matriz, de acordo com o relevo em determinado tempo. É admitido que no processo de formação do solo, os fatores ativos envolvidos são aqueles tidos como fontes de energia e reagentes, enquanto os agentes passivos são representados pelos consti- tuintes que servem como fonte de material e por alguma condição ambiental que Ihe diz respeito. São aqueles que oferecem resistência ou atrasam o desenvolvimento normal da ação do clima e da biosfera. Os agentes ativos são: o clima e a biosfera; e os agentes passivos: a rocha matriz e o relevo. A intensidade dos agentes formadores do solo sobre o material primitivo, se faz com maior ou menor intensidade em um curto ou longo espaço de tempo, característica esta que é função de cada fator. Assim, nos solos jovens ou imaturos, o tempo não foi suficiente para que o perfil tenha atingido a sua maturidade genética. Já para os solos maduros esta condição foi alcançada devido à ação dos fatores de formação ter se feito sentir por um longo período de ação. É necessário também considerar a intensidade destes agentes formadores, bem como conhecer o tempo e o histórico de sua atuação. 26 2.1) Morfologia Nas ciências naturais, a morfologia é definida como o estudo das formas dos objetos, retratando-os com palavras, desenhos e fotos. Em princípio, ela era somente aplicada aos estudos de botânica, zoologia e medicina, mas, com o passar do tempo, foi adotada pela maior parte das ciências naturais. O objetivo principal da morfologia é a descrição padronizada dos objetos (Figura 1). Figura 1 – Material usado para descrição e coleta de amostras de solo. Da esquerda para a direita: martelo; tabela em cores; facas; borrifador de água; fita métrica; etiquetas e sacos para embalagem de amostras; pá de jardineiro e trado e pá reta. Morfologia do solo significa o estudo da sua aparência no meio ambiente natural, descrição dessa aparência segundo as características visíveis a olho nu, ou prontamente perceptíveis. A morfologia corresponde, portanto, a "anatomia do solo". O conjunto de características morfológicas constitui a base fundamental para a identificação do solo, completada com análises de laboratório. No início do estudo científico do solo, quando os mesmos eram considerados simples corpos estáticos constituídos de produtos de decomposição das rochas, os estudos químicos e mineralógicos eram os únicos de importância. O ponto de vista agronômico aplicava então os 27 procedimentos da química analítica, estudando o solo como uma massa homogênea, constituída de minerais e algumas vezes misturada com húmus, envolvendo as raízes das plantas. Depois que o solo foi definido como um corpo natural dinâmico e integrado na paisagem, composto de horizontes, é que os estudos de morfologia dos solos começaram a se desenvolver. Hoje se considera de primordial importância que as formas de um solo sejam primeiramente descritas no campo, antes que dele sejam retiradas amostras para as diversas análises realizadas nos laboratórios. Várias características são observadas na descrição morfológica do perfil (Figura 2). Figura 2 – Pedólogo e seus ajudantes coletando e descrevendo o perfil do solo sob densa mata, por meio de amostras retiradas com o trado. As principais são: cor, textura, estrutura, consistência e espessura dos horizontes. Para que seja possível a comparação de descrições, feitas por diferentes observadores, entre vários perfis do solo, métodos e termos convencionais devem ser seguidos o mais fielmente possível. Contudo, quando os termos convencionais (encontrados nos "Manuais Para Descrição do Solo no Campo") não forem adequados para expressar fielmente aquilo que está sendo observado, anotações adicionais devem ser feitas. 28 2.2) Horizontes do Solo Definição dos Horizontes Com o intemperismo, uma rocha, mesmo das mais endurecidas, pode transformar-se em um material solto no qual torna-se possível a vida de plantas e pequenos animais. Seus restos (como folhas caídas) vão sendo adicionados e, decompondo-se, formam o húmus. Ao mesmo tempo, alguns dos minerais menos resistentes ao intemperismo, vão se transformando em argilas. As águas que se infiltram no terreno podem as translocar de uma parte mais superficial para outra um pouco mais profunda. Assim, pouco a pouco, sob a ação de um conjunto de fenômenos biológicos, físicos e químicos, o solo começa a formar-se, organizando-se em uma série de "camadas" sobrepostas de aspecto e constituição diferentes. Essas camadas são aproximadamente paralelas a superfície, e denominadas horizontes. O conjunto de horizontes, num corte vertical que vai da superfície até o material semelhante ao que deu origem ao solo, é o perfil do solo. A ação dos processos físicos, químicos e biológicos não é uniforme ao longo do perfil. Restos vegetais são adicionados mais na superfície, escurecendo-a com o húmus. Certas substâncias sólidas se translocam sob a ação da gravidade de uma parte para outra, resultando horizontes empobrecidos sobre outros enriquecidos em certos compostos minerais ou orgânicos. As transformações e remoções, ocasionadas pelo intemperismo, ocorrem com maior intensidade na parte superior do solo (Figura 3). 29 Figura 3 – O crescimento das raízes no interior das fendas das rochas facilita o intemperismo e, conseqüentemente, a formação do solo. Todos esses fenômenos de adição, transformação, remoção e translocação fazem com que aconteça uma organização da estrutura em diferentes camadas horizontais, as quais vão se tornando mais diferenciados com relação à "rocha - mãe" quanto mais distantes se encontram dela. Estas diferentes camadas podem ser mais bem notadas em locais expostos, onde o solo mostra os seus perfis, tais como cortes de estrada, trincheiras e outras escavações. O perfil de um solo completo (Figura 4) e bem desenvolvido possui basicamente quatro tipos de horizontes, que costumam ser chamados de "horizontes principais" e são convencionalmente identificados pelas letras maiúsculas O, A, E, B e C (Figura 5). 30 Figura 4 – Taludes de estradas expondo o perfil do solo constituem locais úteis para o seu estudo. Figura 5 – Esquema de um perfil de solo mostrando os principais horizontes e sub-horizontes. Os horizontes principais, por sua vez, são comumente sub divididos e identificados, segundo seus diferentes tipos. Para isso se junta aos mesmos algarismos e às letras maiúsculas outras minúsculas. Por exemplo, Oo e Od 31 são diferentes tipos de horizonte O. Já os algarismos arábicos, como A1, A2 e A3, indicam sub divisões dentro do horizonte principal, no caso A (Figura 6).O símbolo O denomina o horizonte orgânico relativamente delgado, que recobre certos solos minerais. Esse horizonte é constituído principalmente pelas folhas e galhos que caem dos vegetais e pelos seus primeiros produtos em decomposição. Por isso, praticamente só estão presentes em locais onde não é revolvido periodicamente para agricultura, tais como sob vegetação de campos nativos, savanas, florestas, ou cultivos especiais. Recebem vários nomes populares, tais como: serapilheira, "liteira", "palhada" etc. Na parte mais superficial desse horizonte, encontram-se os detritos recém-caídos, não decompostos (sub - horizonte Oo), que repousam sobre detritos mais antigos já decompostos ou em estado de fermentação (sub-horizonte Od). O material do sub - horizonte Od é popularmente conhecido pelo nome "terra vegetal", por vezes procurado para cultivo de plantas ornamentais em pequenos vasos. Figura 6 – Perfil do solo sendo descrito e amostrado em talude de trincheira, tão largo quanto o espaço entre rodas das grandes máquinas agrícolas que por ali periodicamente passaram, cultivando e modificando os horizontes mais superficiais (Ap). O horizonte A (Figura 7) é a camada dominantemente mineral mais próxima da superfície. Sua característica fundamental é o acúmulo de matéria orgânica, tanto parcial como totalmente humificada e/ou perda de materiais sólidos translocados para o horizonte B, mais profundo. A parte mais superficial do horizonte A é normalmente mais escurecida por conter quantidades 32 apreciáveis de húmus. Quando o solo é cultivado, esse horizonte é revolvido e, se for pouco espesso (20 - 25 cm, profundidade normal dos cultivos) pode ser misturado com horizontes subjacentes (A2, E ou mesmo parte do horizonte B). Quando isso acontece, essa camada é referida como Ap (p = plowed, em inglês, arado). Algumas vezes, este horizonte Ap compreende duas camadas: Ap1, recém revolvida e "afofada" e Ap2, logo abaixo desta e, ao contrário, compactada pela pressão da parte inferior do arado. Figura 7 – Dois tipos de Horizonte A: mais espesso e escuro (à esquerda) e mais claro e delgado (à direita). O horizonte E (Figura 8), presente em alguns solos, é aquele que é mais claro, onde ocorrem perdas de materiais que foram translocados para o horizonte B (argilas e/ou óxidos de ferro e húmus). 33 Figura 8 – Aspecto do perfil com horizonte E (camada mais clara) bem definido. O horizonte representado pelo símbolo B (Figura 9) situa-se mais abaixo do horizonte A ou do E, desde que não tenha sido exposto a superfície pela erosão. Figura 9 – Horizontes B de várias cores: do vermelho escuro ao amarelado. 34 É definido como aquele que apresenta o máximo desenvolvimento de cor, estrutura e/ou o que possui acumulação de materiais translocados dos horizontes A e/ou E. Nesse ultimo caso são os materiais removidos dos horizontes superiores pelas águas que se infiltram no solo, que ficam retidos nas camadas mais profundas, formando assim esses horizontes de acumulação. Abaixo do B, situa-se o horizonte C que normalmente corresponde ao saprólito, isto é, a rocha pouco alterada pelos processos de formação do solo e, portanto, tem características mais próximas ao material do qual o solo, presumivelmente, se formou. O pedólogo (Figura 10) considera como solo, ou mais propriamente solum o conjunto dos horizontes O, A e B. No entanto, o termo solo é também usado por alguns estudiosos em sentido mais restrito, para designar somente a camada mais superficial, de 20-30 cm de espessura, zona de concentração da maior parte das raízes das plantas cultivadas e que, para o pedólogo, pode ser apenas parte do horizonte A. No caso deste sentido mais restrito, algumas vezes chama-se subsolo o conjunto dos horizontes B e C. Figura 10 – Pedólogos participando da 5ª Reunião Brasileira de Correlação de Solos examinando longa trincheira que expõe variações, tanto verticais como laterais, da morfologia dos horizontes. 35 2.3 Perfil do Solo O exame duma seção vertical dum solo, conforme encontrado no terreno, revela a presença de camadas horizontais mais ou menos distintas (Figura 11). Tal seção é denominada perfil e as camadas isoladas são chamadas horizontes. Estes horizontes superpostos ao material originário recebem a designação coletiva de "solum", termo latino original, que significa solo, terra ou fração de terra. Figura 11 – Visão no terreno de um corte viário que mostra as camadas subjacentes dum solo. A ampliação salienta a seqüência de camadas do solo e a característica inconfundível do perfil do solo. A camada de superfície é de cor mais escura por causa do seu conteúdo mais elevado de matéria orgânica. Um dos horizontes de subsuperficie é caracterizado por estrutura inconfundível. A existência de camadas como as mostradas, é usada para auxiliar na diferenciação entre os solos. Todo solo bem desenvolvido e inalterado possui suas inerentes características diferenciais de perfil, que são utilizadas nas suas próprias pesquisas e classificação e assumem grande importância prática. Na avaliação de um solo, seu perfil deverá ser considerado como um todo. 36 HORIZONTES DE SOLO As camadas superiores de um perfil de solo contém, normalmente, quantidades consideráveis de matéria orgânica, via de regra, por causa de tal acúmulo, bastante escurecidas. Quando um solo é arado e cultivado, essas camadas são incluídas no que se denomina de solo de superfície ou solo de tapa, também referido como "camada de aradura" por ser tratar da porção do solo revirado ou "cortado" pelo arado. As camadas subjacentes (denominadas subsolo) contêm matéria orgânica em quantidades comparativamente mais reduzidas do que o solo de topo. As diversas camadas de subsolo, especialmente em solos velhos de regiões úmidas, geralmente apresentam duas zonas muito "disseminadas”: a) uma zona superior de transição, caracterizada pela perda de minerais e acúmulo parcial de matéria orgânica e b) uma zona inferior de acúmulo de compostos, como óxido de ferro e de alumínio, argilas, gesso e carbonato de cálcio. O "solum" assim descrito se estende por profundidade moderada, abaixo da superfície. Uma profundidade de 1 a 2 m é representativa de solos de regiões temperadas. Neste caso, o sub solo mais profundo, visivelmente modi- ficado, mistura-se gradativamente com a parcela menos desagregada do regó- lito, cuja porção superior esta geologicamente a ponto de constituir parte do subsolo inferior e, em conseqüência, do "solum". As diversas camadas componentes dum perfil de solo se apresentam distintas e bem definidas; a transição de uma para outra é muitas vezes grada- tiva e sua delimitação torna-se sobremodo difícil. Todavia para qualquer solo específico, os horizontes são característicos e exercem influência sobre o crescimento de vegetais superiores. SOLO DE TOPO E SUBSOLO O solo de topo, por estar próximo a superfície, e a zona principal de desenvolvimento do raizame. Armazena a maioria dos nutrientes disponíveis para os vegetais e supre grande porção da água usada pelas culturas. Além disso, como camada arada e cultivada esta sujeita a manipulação e orientação. 37 Mediante cultivo apropriado e incorporação de resíduos orgânicos, sua condi- ção física poderá ser modificada. Poderá ser facilmente tratada com fertilizantes químicos e calagem, e ser drenada. Em curto prazo, sua fertilidade e emmenor grau sua produtividade poderá ser elevada, baixada ou satisfatoriamente estabilizada em níveis consentâneos com a produção econômica das culturas. Um grande esforço com investigação e pesquisa de solos tem sido despendido na camada da superfície. Na prática, a expressão solo designa comumente a camada de superfície, o solo de topo ou em termos práticos, a camada de aradura. Embora o subsolo não possa ser visto da superfície, existem poucos usos da terra que não sejam influenciados pelas características do seu subsolo. Por certo a produção agrícola é influenciada pela penetração dos raizames no subsolo (Figura 12) e pelo armazenamento de umidade e de nutrientes nela contidos. De igual forma, a seleção de locais para construções e a locação de rodovias são influenciadas pelas características do subsolo. Estas observações assumem importância prática, porque ao contrário do solo de topo, o subsolo está sujeito apenas a pequenas modificações humanas, com exceção de drenagem. Por conseguinte, decisões quanto ao uso da terra dependem mais da natureza do sub solo do que das características do solo de topo. 38 Figura 12 – Raízes de uma planta de milho cultivado em um solo profundo. Raízes de culturas como alfafa e arbóreas, provavelmente penetrem ainda mais profundamente. COMPOSIÇÃO DO SOLO 1. Dividida em 3 fases a) SÓLIDA (ORGÂNICA E INORGÂNICA) b) LÍQUIDA c) GASOSA a) FASE SÓLIDA • Parte Inorgânica (+ estável) Constituída de partículas (quartzo, caulinita, óxido de Fé e Al), unitários ou originada do intemperismo de rochas. 39 • Parte Orgânica (+ variável) Constituída de matéria orgânica (vegeta e animal) de constante ataque de microrganismos. - 1 a 4% peso em matéria orgânica; - Solo orgânico M.O. > 20% - Solo mineral M.O. < 20% b) FASE LÍQUIDA Na fase líquida, estão os sais dissolvidos fornecendo água e os nutrientes. c) FASE GASOSA Presença de ar no solo: porosidade (macro e microporosidade) respiração das raízes. SOLO MINERAL 50% parte mineral; 25% argila; 20% H2O; 5% M.O. SOLO ORGÂNICO 20% parte mineral; 15% argila; 30% H2O; 35% M.O. SOLO IDEAL 45% parte mineral; 32% argila; 18% H2O + AR; 5% M.O. 2. Definições de Solos a) Definição Geral dos Solos Todo material da crosta terrestre originado pela destruição natural das rochas pelos agentes do intemperismo. b) Definição Agronômica 40 Conjunto de corpos naturais, sintetizados em forma de PERFIL, composto de uma mistura variável de minerais desintegrados, + matéria orgânica em decomposição, que fornece desde que contenha as necessidades de AR e H2O, amparo mecânico e subsistência para o desenvolvimento dos vegetais. 3. CONSTITUIÇÃO LITOLÓGICA DA CROSTA MAGMÁTICAS E METAMÓRFICAS 25% superfície e 75% volume SEDIMENTARES 75% superfície e 25% volume a) MAGMÁTICAS - Origem magmática por resfriamento e solidificação do magma (baixa pressão e temperaturas altas, maiores que 1000º C); - São de alta dureza, compactas; - Ausência de fósseis (altas Tº C); - Ausência de estratificação (camadas); - Minerais típicos: turmalina (B), apatita (P), hematita (Fe), quartzo (Si), feldspato (Na, K). - Ex: BASALTO (↓ K, ↑ Ca, ↓Si) e GRANITO ( ↑ K, ↑ Si). b) METAMÓRFICAS - Alta dureza, compactas, recristalização; - Formadas por diferenças de Tº C e pressão no decorrer das eras geológicas; - Fósseis distorcidos; - Pseudo estratificação; - Minerais típicos: talco, cranita, quartzo, clorita. - Ex: mármore, gnaisse, ardósia, pedra-sabão. c) SEDIMENTARES - Baixa dureza, porosas; - Intemperismo; 41 - Teor de M.O. variável; - Minerais típicos: argilas. - Ex: arenito, calcita, dolomita, caulinita. PROCESSOS DE FORMAÇÃO DO SOLO Durante o desenvolvimento dos PROCESSOS DE FORMAÇÃO DO SOLO, pode-se considerar 4 etapas principais: 1. Formação do Material Originário (intemperização das rochas); 2. Decomposição de resíduos vegetais; 3. Incorporação dos produtos de decomposição ao material mineral intemperizado; 4. Diferenciação do perfil do solo em horizontes. PROCESSOS DE FORMAÇÃO DO SOLO: São um conjunto de processos físicos, químicos e biológicos condicionados pelos fatores de formação do solo, sendo, em parte, uma continuação daqueles. Segundo Simonson (1959), não haveria ocorrência de processos específicos na formação de determinado solo; ao contrario, eles apresentariam uma série de propriedades em comum, resultantes de processos variados que se manifestariam em grande parte, se não em todos os solos. Assim, a importância relativa de cada processo, operando na diferenciação de horizontes, não seria uniforme em todos os solos e poderia variar, também, com o tempo num mesmo perfil. Os processos pedogenéticos considerados por este autor são: ADIÇÕES, SUBTRAÇÕES, TRANSFERÊNCIAS e TRANSFORMAÇÕES. Estes processos afetam os diversos produtos de intemperização das rochas, tanto solúveis como insolúveis, incluindo sais, minerais de argilas e óxidos, assim como os diversos produtos orgânicos da decomposição dos resíduos vegetais, resultando na formação dos horizontes ou, as vezes, retardando a diferenciação do perfil. 42 O balanço entre processos individuais em determinada combinação, torna-se a chave da natureza do solo, sendo a importância relativa de cada processo na combinação, refletida no caráter do mesmo. Por exemplo: a movimentação de sesquióxidos de ferro dos horizontes superiores para os inferiores (transferência) é muito mais importante na diferenciação dos horizontes dos podzólicos que dos latossolos. ADIÇÕES Referem-se a tudo aquilo que entra no perfil do solo, vindo do mundo exterior, por qualquer mecanismo. Exemplos: Adições normais: - Resíduos vegetais (folhas, ramos e seus produtos de decomposição incluindo o húmus); - Ácidos carbônico e nítrico (pela chuva) e - Poeiras e precipitação radioativa. Adições normais, se em pequena quantidade de forma que possam ser incorporados rapidamente pelo solo em formação: - Produtos de erosão – materiais aluviais (rios ou mares); - Materiais eólicos (ventos); - Materiais glaciais e cinzas vulcânicas (vulcões ativos). Resíduos vegetais São as adições normais de maior importância, pois convertem o material mineral intemperizado em solo. A principio, as adições de matéria orgânica formam uma capa distinta na parte superior do perfil do solo. Porém, conforme tem lugar a decomposição e incorporação, a matéria orgânica penetra lentamente no material de partida (produtos minerais), principalmente mediante a atividade dos animais do solo. Produtos de Erosão 43 São constituídos por materiais aluviais, eólicos, glaciais, vulcânicos. Estes produtos quando depositados em grande quantidade sobre a superfície do terreno, dão origem a solos acumulativos que se desenvolvem sobre os formados anteriormente. SUBTRAÇÕES OU PERDAS Consiste na completa eliminação de uma ou mais substancias do perfil do solo. O processo afeta, principalmente, os sais simples e outras substâncias solúveis em água ou que passam rapidamente ao estado de dispersão coloidal ou suspensão, em cujo estado podem passar entre as partículas do solo e serem eliminadas através da água de drenagem. O agente de remoção é a água natural e, o processo denomina-se LIXIVIAÇÃO, ELUVIAÇÃO OU LAVAGEM. A remoção completa somente ocorre quando a precipitação é maior que a evapotranspiração potencial e, quando a quantidade de água que penetra no perfilé maior que a necessária para a saturação completa. Em resumo, o processo de subtração: - Denomina-se LIXIVIAÇÃO OU ELUVIAÇÃO; - Tem como agente a água natural; - Ocorre em condições de O > ET e drenagem livre; - Afeta principalmente: bicarbonatos, cloretos e sulfatos, de elementos alcalinos e alcalinos terrosos e sílica. As remoções progressivas seguem a série de Polinov (velocidade relativa ou facilidade de remoção por lixiviação). Cl > SO4 > Ca > Na > Mg > K > SiO2 > Fe2O3 > Al2O3 TRANSFERÊNCIAS OU REDISTRIBUIÇÕES Compreende-se a remoção de materiais da parte superior do perfil do solo e sua deposição nos horizontes ou vice-versa. 44 Novamente a água natural constitui-se no agente principal e o processo pode ser considerado como de Lixiviação, diferindo apenas por ser mais lento e restritivo. A restrição da lixiviação pode ser atribuída a precipitação inadequada ou à presença de algum obstáculo que reduza a velocidade de percolação e a eliminação de água por drenagem. As transferências, no interior do perfil do solo, constituem a causa principal da diferenciação dos horizontes. Entre as substâncias que são transferidas ou redistribuídas, encontram- se: Carbonatos de cálcio, magnésio, sulfato de cálcio, que formam manchas brancas e/ou linhas em diferentes profundidades na zona de deposição. Entre outros compostos que são transferidos estão os compostos de alumínio e ferro, os quais se transferem em forma de quelatos (compostos organo-metálicos), desde a capa orgânica superior do perfil do solo, até horizontes mais inferiores. A Argila é uma das substâncias mais importantes entre as que sofrem transferência da parte superior do perfil e se redepositam na parte inferior. A matéria orgânica do solo também pode ser transferida da capa orgânica à parte inferior do perfil, onde pode ser depositada em forma de uma capa cerosa, de cor negra, no horizonte B. As acumulações de óxidos de ferro, argila e matéria orgânica transportadas com freqüência formam capas endurecidas, as quais podem impedir parcial ou completamente a drenagem interna do perfil. As raízes das plantas também atuam como agentes importantes na transferência de materiais, não na direção comum, mas sim de baixo pra cima. As raízes absorvem substâncias nutritivas solúveis, as quais chegam até as folhas pela corrente de transpiração, sendo posteriormente reincorporadas ao solo com a queda das mesmas. Em resumo, o processo de transferência ou de redistribuição: Denomina-se lixiviação limitada ou translocação; Tem como agente principal a água natural; Ocorre em condições de precipitação deficiente e drenagem impedida; 45 Afeta principalmente: carbonatos de cálcio e magnésio, sulfato de cálcio, compostos de ferro e alumínio (quelatos), argila e matéria orgânica. TRANSFORMAÇÕES Afetam principalmente os minerais do solo e a matéria orgânica e tem, como os outros processos, a água natural como agente principal. Assim, os minerais primários das rochas (ou fragmentos da rocha matriz) que estão no perfil do solo e são susceptíveis ao intemperismo, transformam-se em diversas classes de minerais de argila como montmorilonita e caulinita. INTEMPERISMO As rochas da litosfera, se expostas à atmosfera, sofrem a ação direta do calor do sol, da umidade das chuvas, e do crescimento de organismos, dando início a processos dos quais decorrem inúmeras modificações no aspecto físico e na composição química dos minerais. A esses processos dá-se o nome de intemperismo ou meteorização, fenômeno responsável pela formação do material semi consolidado que dará início à formação do solo. Processos envolvidos no intemperismo, agindo mais no sentido de alterar o tamanho e formato dos minerais, são denominados intemperismo físico ou desintegração. Outros, modificando a composição química, são referidos como intemperismo químico, ou, mais simplesmente, decomposição. A rocha, depois de alterada, recebe a nome de regolito ou manto de intemperização, porque forma uma camada que recobre as que estão em vias de decomposição. É na parte mais superficial do regolito que se dá a formação do solo. A maior parte das rochas origina-se em grandes profundidades e sob condições de temperatura e pressão elevadas. Quando da exposição das mesmas a atmosfera, elas se tornam instáveis, uma vez que estão sujeitas a condições de pressão, temperatura e umidade muito diferente daquelas do meio de onde se originaram. Assim, a diminuição da pressão faz com que 46 surjam fendas e a oscilação de temperatura do dia para a noite, e do inverno para o verão provoca dilatação nas épocas de calor e contração nos períodos mais frios. Como a maior parte das rochas é constituída de mais de um mineral, que tem coeficientes de dilatação diferentes, essas variações de volume provocam a aparecimento de inúmeras rachaduras, que abrem caminho para o intemperismo químico, através da água e organismos que pe- netram por essas fendas. O intemperismo químico é provocado principalmente pela água, com a gás carbônico nela dissolvido. Sua intensidade de ação é diretamente proporcional ao aumento de temperatura. Assim, quanta mais úmido e quente for o clima, mais intensa será a decomposição dos minerais que compõem as rochas. Em regiões onde a água é escassa, como, por exemplo, nos desertos as rochas sofrem mais intemperismo do tipo físico que químico, acontecendo o oposto nas regiões úmidas e quentes. Nunca essa água é pura (como a água destilada). Sempre nela estão dissolvidas certas quantidades de oxigênio, gás carbônico, e algumas substâncias orgânicas provenientes tanto do ar como da respiração de organismos. Isso auxilia na decomposição dos minerais que se processa com reações químicas produtoras de outros novos, denominados minerais secundários. Eles são de menor densidade que as minerais primários das rochas, destacando-se os argilominerais. As reações químicas provocam, na maior parte dos minerais, transformações que desmantelam o arranjo original dos cristais e, em conseqüência, desprendem alguns dos elementos químicos que estavam retidos na sua estrutura inicial. As reações químicas mais importantes são: a) Hidrólise - ataque, pela acidez da água, nas estruturas dos cristais. b) Oxidação - desintegração de minerais mais comumente que possuem ferro mais solúvel (Fe2+) e móvel, transformando-o em óxidos pouco solúveis. c) Redução - O oposto da oxidação: o ferro no estado menos solúvel (Fe3+), é dissolvido. d) Solubilização - dissolução completa (como, por exemplo, a da rocha calcária, que pode formar cavernas). 47 Oxidação e Redução O oxigênio tem a máxima importância como agente de decomposição das rochas, especialmente por seus efeitos sobre os minerais de ferro. Os compostos ferrosos e manganosos se oxidam facilmente e passam a férricos e manganicos. Quando reduzidos, os compostos de ferro apresentam-se negros; esverdeados ou cinzas, enquanto que os férricos aparecem amarelos, brunados ou vermelhos. Não somente sobre as rochas se faz sentir a ação do intemperismo, mas também sobre os solos. Neles é necessário distinguir a zona de oxidação da zona de redução. Na primeira o contato com o oxigênio do ar promove fenômenos de oxidação que, em geral, são favoráveis para converter o solo em suporte para as plantas superiores. Na zona de redução, geralmente mais
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