RECETOX, Masaryk University, Brno, CR holoubek@recetox.muni.cz; http://recetox.muni.cz Ivan Holoubek, Josef Zeman Chemie životního prostředí II – Znečištění složek prostředí Pedosféra (03) Půdotvorné procesy - zvětrávání Inovace tohoto předmětu je spolufinancována Evropským sociálním fondem a státním rozpočtem České republiky 2Research Centre for Toxic Compounds in the Environment http://recetox.muni.cz Půdotvorné faktory Substrát (matečná hornina)  výchozí materiál pro vznik půdy, předmět přeměn probíhajících v půdě;  petrologické složení substrátu ovlivňuje rychlost tvorby půdy (zvětrávání pevných hornin) a s tím související hloubku půdy a její zrnitostní složení, na kterém závisí fyzikální, fyzikálně-chemické, biologické i další půdní vlastnosti;  chemismus při vývoji půd – obsah bází (Ca, Mg) – na jejich množství závisí rychlost vyluhování půdy; minerální síla substrátu – Ca, Mg, P, K;  uhličitany Na, K, lehce rozpustné soli – sírany a chloridy – zasolení půd; 3Research Centre for Toxic Compounds in the Environment http://recetox.muni.cz Zvětrávání – předchází vlastnímu vzniku půd a probíhá i během jejího vývoje – fyzikální a chemické změny probíhající při rozpadu horniny – podstatou je mechanický rozpad a chemická přeměna prvotních (primárních) minerálů v druhotné (sekundární), uvolňování bází, oxidů Fe a Al, kyseliny křemičité, tvorba jílu aj. – je silně ovlivněno klimatem a biologickým faktorem; Půdotvorné procesy 4Research Centre for Toxic Compounds in the Environment http://recetox.muni.cz Zvětrávání Zvětrávání – chemická a fyzikální degradace hornin na relativně jemné částice (půdy a sedimenty) a rozpuštěné látky, klíčový prvek exogenního geochemického cyklu  salinita oceánů  výživa pro biotu  rudy  transformace povrchu  spotřeba H+  spotřeba CO2 5Research Centre for Toxic Compounds in the Environment http://recetox.muni.cz Zvětrávání 6Research Centre for Toxic Compounds in the Environment http://recetox.muni.cz  Typ a struktura horniny  Sklon svahů  Klima  Hrabavá zvířata, hmyz, červi  Charles Darwin – červi – 2,5 kg.m-2  Čas Faktory ovlivňující zvětrávání 7Research Centre for Toxic Compounds in the Environment http://recetox.muni.cz Faktory ovlivňující zvětrávání 8Research Centre for Toxic Compounds in the Environment http://recetox.muni.cz  Mrazové štípání  Růst krystalů  Působení tepla  Kořeny rostlin Zvětrávání bazaltové lávy na Hawaii Pulpit, Lysefjord, severní Norsko Mount Whitney, Sierra Nevada Mechanické zvětrávání 9Research Centre for Toxic Compounds in the Environment http://recetox.muni.cz Yellowstone National Park Ta Prohm u Angkoru, Kambodža Mechanické zvětrávání 10Research Centre for Toxic Compounds in the Environment http://recetox.muni.cz Rychlost fyzikálního zvětrávání 11Research Centre for Toxic Compounds in the Environment http://recetox.muni.cz Rychlost chemického zvětrávání 12Research Centre for Toxic Compounds in the Environment http://recetox.muni.cz  Voda, kyslík, oxid uhličitý  Hydrolýza  Hydratace  Oxidace  Vyluhování Oxidovaná půda na Hawaii Chemické zvětrávání 13Research Centre for Toxic Compounds in the Environment http://recetox.muni.cz Chemické zvětrávání  Prosté zvětrávání (určeno součinem rozpustnosti)  Rozpouštění karbonátů: CaCO3 + H2CO3  Ca2+ + 2 HCO3 –  Oxidace: Fe2SiO4 + 1/2 O2 + 2 H2O  Fe2O3 + H4SiO4  Hydrolýza: Mg2SiO4 + 4 H2O  2 Mg2+ + 4 OH– + H4SiO4 14Research Centre for Toxic Compounds in the Environment http://recetox.muni.cz CaAl2Si2O8 + H2CO3  CaCO3 + Al2Si2O5(OH)4 2 NaAlSi3O8 + 11 H2O  2 Na+ + 2 OH– + Al2Si2O5(OH)4 + H4SiO4 3 NaAlSi3O8 + H2CO3 + 7 H2O  3 Na+ + 3 H4SiO4 + Al(OH)3 + HCO3 – 3 NaAlSi3O8 + Mg2+ + 4H2O  2 Na0,5Al1,5Mg0,5Si4O10(OH)2 + 2 Na+ + H4SiO4 Mg2SiO4 + 4 H2O  2 Mg2+ + 4 OH– + H4SiO4 Mg2SiO4 + 4 H2CO3  2 Mg2+ + 4 HCO3 – + H4SiO4 Mg2SiO4 + 4 H +  2 Mg2+ + H4SiO4 Chemické zvětrávání 15Research Centre for Toxic Compounds in the Environment http://recetox.muni.cz Skupina Obecný vzorec Montmorillonit Al2(OH)2Si4O10 Illit K0-2Al4(Si8-6Al0-2)O20(OH)4 Kaolinit Al2Si2O5(OH)4 Zvětráváním horninotvorných minerálů vznikají jílové minerály: Variabilní zastupování Si4+ ionty Al3+, nábojová nevyrovnanost vrstev, kompenzována dalšími ionty, vyměnitelné kationty, výměnná kapacita Zvětrávání 16Research Centre for Toxic Compounds in the Environment http://recetox.muni.cz Vznik, transformace a rozklad jílových minerálů 17Research Centre for Toxic Compounds in the Environment http://recetox.muni.cz Strukturní typy silikátů a jílových minerálů 18Research Centre for Toxic Compounds in the Environment http://recetox.muni.cz Polyfunkční výměnná struktura jílových minerálů 19Research Centre for Toxic Compounds in the Environment http://recetox.muni.cz Půdní granulometrické složení 20Research Centre for Toxic Compounds in the Environment http://recetox.muni.cz Zvětrávání a výměna plynů 21Research Centre for Toxic Compounds in the Environment http://recetox.muni.cz Vztahy mezi organismy, organickou hmotou a minerály 22Research Centre for Toxic Compounds in the Environment http://recetox.muni.cz Typy minerálů a hornin quartz clays muscovite K-feldspar biotite Na-plagioclase amphibole pyroxene Ca-plagioclase olivine calcite halite UnstableStable Remain as residue Soluble Components Dissolved ions removed in solution Insoluble components Stable minerals produced by weathering WeatheringRate Fast Slow 23Research Centre for Toxic Compounds in the Environment http://recetox.muni.cz Gentle Slopes Products Accumulate Thick Regolith Steep Slopes Products Removed Thin Regolith Svah 24Research Centre for Toxic Compounds in the Environment http://recetox.muni.cz Vliv času na vývoj 25Research Centre for Toxic Compounds in the Environment http://recetox.muni.cz Půdy a klima 26Research Centre for Toxic Compounds in the Environment http://recetox.muni.cz Eroze Odstraňování zvětralého materiálu:  Vodou  Větrem  Ledovci Přírodní číst horninového cyklu Může být urychleno antropogenními aktivitami 27Research Centre for Toxic Compounds in the Environment http://recetox.muni.cz Sheetwash overland flow Vegetation Cover reduces runoff Gully Root network holds soil together Water percolates Vodní eroze 28Research Centre for Toxic Compounds in the Environment http://recetox.muni.cz GulliesContour Terrace Vodní eroze 29Research Centre for Toxic Compounds in the Environment http://recetox.muni.cz Inovace tohoto předmětu je spolufinancována Evropským sociálním fondem a státním rozpočtem České republiky