La pedogenesi (dal greco πέδον, «suolo» e γένεσις, «nascita») è l'insieme di processi fisici, chimici e biologici che agiscono nel corso del tempo su sedimenti e materiali rocciosi alterati (regolite) esposti sulla superficie terrestre e portano alla formazione di un suolo..
La formazione dei suoli include due processi principali: la formazione di un materiale di base da cui si evolve un suolo, il materiale parentale.., costituito dalla componente minerale di base del terreno; l'evoluzione di un suolo a partire da questo materiale di base. Circa il 99% dei suoli si sviluppano a partire da un materiale di origine minerale derivato dall'alterazione delle rocce, e in piccola parte direttamente da materiali organici derivati dalla crescita di vegetali (come ad esempio la torba). Il substrato roccioso non può essere considerato il materiale di origine dei suoli: il vero materiale parentale dei suoli è il detrito Il materiale "sciolto", composto da frammenti disaggregati della roccia originale, derivato dall'alterazione prodotta dagli agenti atmosferici e dal clima. derivato dall'alterazione meteorica della roccia in posto. I suoli sono oggetto di studio della pedologia, che rappresenta il punto di incontro delle scienze geologiche e delle scienze agrarie..
L'azione degli organismi viventi è uno dei fattori fondamentali che determina la formazione di un suolo e quindi la pedogenesi. Le prime comunità viventi che si instaurano su un substrato inorganico sono formate da organismi semplici: colonie batteriche, funghi. e licheni.., e piante primitive, come i muschi. che esercitano un duplice effetto: da una parte proseguono l'opera di alterazione chimica e fisica del substrato, dall'altra riforniscono il materiale di alterazione di un primo apporto di sostanze organiche e ioni minerali che viene successivamente sfruttato per l'insediamento di organismi più complessi, come le piante superiori, dotate di apparati radicali complessi e sviluppati.. Inoltre i prodotti delle attività metaboliche degli organismi viventi e della loro decomposizione post-mortem rende più aggressiva l'alterazione chimica delle acque interstiziali, favorendo l'ulteriore soluzione di sali minerali.
Il trascorrere del tempo è un altro fattore determinante della pedogenesi. La formazione di un suolo avviene su distanze di tempo piuttosto ampie, per i tempi lunghi richiesti dall'alterazione del substrato roccioso (da centinaia a migliaia di anni, a seconda dei fattori climatici).. I tempi molto lunghi richiesti dalla pedogenesi fanno sì che il suolo sia considerato come una risorsa non rinnovabile, in quanto i tempi di formazione sono di gran lunga maggiori a quelli relativi ai processi di perdita e deterioramento dovuti a cause sia naturali che antropiche..
La trasformazione della roccia in posto
Le rocce della superficie terrestre sono soggette a modificazioni fisiche e chimiche da parte di diversi processi di alterazione meteorica (o degradazione meteorica o ancora meteorizzazione). Questi processi generalmente iniziano con la percolazione (l'infiltrazione) dell'acqua nei vuoti presenti all'interno delle rocce (nelle fratture e nella porosità delle rocce), e sono più intensi quanto più la roccia è prossima alla superficie... L'alterazione meteorica causa la disgregazione e l'alterazione del substrato roccioso attraverso processi meccanici e chimici che creano uno strato superficiale di regolite (insieme di frammenti rocciosi sciolti). I fattori primari che controllano l'alterazione sono il climaOvvero il regime climatico cioè le variazioni climatiche stagionali e la geomorfologiaLa morfologia del territorio. Questi fattori a grande scala controllano la temperatura, la disponibilità di acqua e il chimismo delle acque..
I materiali degradati restano in posto per un certo tempo, formando una copertura eluviale che protegge in una certa misura la roccia "fresca" da ulteriori attacchi. Leluvium può raggiungere anche spessori notevoli (decine di metri), se la presenza di acqua di infiltrazione (in climi umidi) permette alla degradazione di agire in profondità per via chimica e/o fisica. I materiali eluviali sono da considerarsi autoctoni (cioè originatisi in posto). I materiali depositati dopo un trasporto più o meno lungo ad opera degli agenti atmosferici (acqua, vento, ghiacciai, gravità) sono invece alloctoni (cioè trasportati da altri siti). Questo tipo di depositi costituisce il colluvium (depositi colluviali, ovvero detrito di versante o di frana) e lalluvium (depositi di piana alluvionale e di conoide di deiezione); altri esempi tipici sono i depositi morenici e depositi eolici (come il löss).
Le trasformazioni subite dalla roccia in posto possono essere di tipo fisico, cioè dalla disgregazione della massa rocciosa affiorante sulla superficie terrestre, causata dai diversi agenti fisici, oppure di tipo chimico, implicante cioè una modifica della composizione chimica o una riorganizzazione della struttura cristallina, che conduce alla creazione dei cosiddetti minerali secondari...
L'azione degli agenti atmosferici sulle rocce conduce, sul lungo periodo, alla disgregazione meccanica con produzione di regolite.. La frazione minerale di quest'ultima ha dimensioni granulometriche molto variabili. Si possono distinguere due categorie fondamentali..: frazione minerale primaria, costituita da materiali che conservano i minerali originali della roccia in posto e derivano da processi di degradazione fisica: abbiamo frammenti di roccia da grossolani (massi e ciottoli), a progressivamente sempre più fini, fino ad arrivare alle dimensioni della sabbia (granuli, quasi sempre monomineralici, ovvero composti da un solo minerale e del silt, con dimensioni dell'ordine di frazioni di millimetro). I minerali presenti in questa frazione sono minerali primari o residuali. frazione minerale secondaria, derivante dalla disgregazione fisica e soprattutto dall'alterazione chimica della frazione primaria: questa frazione è rappresentata soprattutto da argilla, con dimensioni dell'ordine dei micrometri. L'argilla non costituisce solo una classe dimensionale ma ha caratteristiche mineralogiche specifiche. Le argille sono minerali secondari. Derivano cioè dalla degradazione chimica o biologica dei minerali primari (feldspati, miche e altri) che avviene in presenza di acqua nella formazione dei suoli.
Degradazione fisica Le modalità di degradazione fisica delle rocce sono di diversi tipi: crioclastismo, causato dall'azione gelo-disgelo. È il processo di disgregazione meccanica di una roccia causato dalla pressione provocata dall'aumento di volume dell'acqua contenuta entro le fratture e la porosità naturale della roccia, quando questa gela. Quando l'acqua congelando diventa ghiaccio, il suo volume aumenta del 9%, generando una pressione sufficiente a spezzare la roccia o comunque a indebolirne la coesione, soprattutto se la roccia è satura d'acqua (cioè l'acqua riempie completamente gli spazi vuoti all'interno della roccia). Con cicli ripetuti di gelo-disgelo, la roccia si disgrega in frammenti (clasti): questo processo è tipico delle zone a clima freddo (anche stagionale) in cui vi sono escursioni termiche attorno a 0 °C che continuamente inducono cambi di stato fisico all'acqua presente (come aree montuose ad altitudine elevata nelle regioni temperate o aree alle alte latitudini, polari e circumpolari). I frammenti, per il tipo di azione meccanica, hanno spigoli vivi, spesso taglienti...; termoclastismo. Le fluttuazioni cicliche (diurne) di temperatura giocano un ruolo importante nella disgregazione fisica delle rocce, soprattutto nelle regioni aride (desertiche) a clima caldo, dove si hanno escursioni rapide e ampie (decine di gradi) tra notte e giorno. Il riscaldamento genera una dilatazione, con aumento di volume. Le rocce sono raramente corpi isotropi (al cui interno le proprietà fisiche non variano con la direzione): spesso sono composte da diversi tipi di minerali o hanno comunque discontinuità interne (come ad esempio la stratificazione), e questo influenza anche la distribuzione interna delle loro proprietà fisiche (come la durezza, l'elasticità, la dilatazione termica etc.), che hanno grandezze diverse in direzioni diverse. Questo porta le diverse parti costituenti la roccia sottoposte a variazioni di temperatura a espandersi e contrarsi in misura diversa e questo facilita la creazione di micro-fratture che si ampliano gradualmente fino alla disgregazione della roccia stessa. Inoltre, le rocce non hanno generalmente una conducibilità termica elevata (sono cioè tendenzialmente degli isolanti termici): questo vuol dire che tra la parte superficiale (alcuni millimetri) e la parte interna vi possono essere parecchi gradi di differenza e quindi una risposta diversa in termini di dilatazione alle fluttuazioni di temperatura; questo con ripetuti cicli di riscaldamento e raffreddamento provoca micro-fratture parallele alla superficie della roccia. Il risultato di questi processo è il distacco di lamine o scaglie sottili di roccia. Questo tipo di disgregazione è chiamato esfoliazione... aloclastismo. Questo processo è importante in aree costiere rocciose, soprattutto a clima caldo, nelle quali l'acqua marina ad elevato contenuto di sali penetra nelle fratture, discontinuità e porosità della roccia. È caratteristico anche di aree a clima arido o desertiche in cui l'acqua presente nella parte superficiale del terreno evapora velocemente durante il giorno lasciando depositi di sali. Con l'evaporazione dell'acqua, i sali prima in soluzione cristallizzano, e la crescita dei cristalli induce tensioni che concorrono ad ampliare le fratture fino a causare il distacco di schegge di roccia. Questo tipo di processo è di fatto simile a quello del gelo/disgelo. I sali più comunemente coinvolti in questo processo sono il cloruro di Sodio (halite), il solfato di Calcio (gesso) e il carbonato di Calcio (calcite).. bioclastismo: è la disgregazione fisica delle rocce prodotta da organismi viventi. Il complesso di dei processi in situ di alterazione fisico-chimica già visti creano un suolo regolitico che può ulteriormente essere elaborato da processi biogenici. Le radici delle piante che penetrano nel substrato roccioso possono frantumare ulteriormente la roccia; gli animali scavatori contribuiscono al fenomeno, sia con la loro attività di scavo, sia (come ad esempio i lombrichi) rimescolando il sedimento.. Esistono altre forme di degradazione fisica che possono agire sulle rocce, che vengono considerate di qualche importanza solo su tempi lunghissimi, come l'espansione derivante dall'asportazione di strati rocciosi sovrastanti, con conseguente diminuzione della pressione litostatica. e conseguente liberazione di stress tensionali interni.
Alterazione chimica
I processi di alterazione chimica portano a conseguenze importanti per la genesi di un suolo: gli attacchi chimici ai minerali di una roccia portano al cambiamento o alla distruzione della loro struttura cristallina e alla perdita di elementi.
In tutti i processi sotto descritti l'acqua svolge un ruolo importante, la cui circolazione viene permessa dalla permeabilità del suolo che è funzione della tessitura.
I processi attraverso i quali si ha alterazione del substrato sono: