Suolo acido solfato

I suoli acidi solfati sono terreni naturali, sedimenti o substrati organici (ad es. Torba) che si formano in condizioni di ristagno idrico. Questi terreni contengono minerali di solfuro di ferro (principalmente come la pirite minerale) o i loro prodotti di ossidazione. In uno stato indisturbato sotto la falda acquifera, i suoli acido solfato sono benigni. Tuttavia, se i suoli vengono drenati, scavati o esposti all'aria da un abbassamento della falda acquifera, i solfuri reagiscono con l'ossigeno formando acido solforico.

Il rilascio di questo acido solforico dal suolo può a sua volta rilasciare ferro, alluminio e altri metalli pesanti (in particolare arsenico) all'interno del suolo. Una volta mobilitati in questo modo, l'acido e i metalli possono creare una varietà di impatti negativi: uccidere la vegetazione, infiltrare e acidificare i corpi idrici sotterranei e superficiali, uccidere pesci e altri organismi acquatici e degradare strutture in cemento e acciaio fino al punto di fallimento.

Formazione

I terreni e i sedimenti più inclini a diventare suoli solfati acidi si sono formati negli ultimi 10.000 anni, dopo l'ultimo importante aumento del livello del mare. Quando il livello del mare salì e inondò la terra, il solfato nell'acqua di mare si mescolò con sedimenti terrestri contenenti ossidi di ferro e materia organica. In queste condizioni anaerobiche, i batteri litotrofici come Desulfovibrio desulfuricans ottengono ossigeno per la respirazione attraverso la riduzione degli ioni solfato nel mare o nelle acque sotterranee, producendo idrogeno solforato. Questo a sua volta reagisce con ferro ferroso disciolto, formando cristalli framboid a grana fine e altamente reattivi di solfuri di ferro come (pirite). Fino a un certo punto, le temperature più calde sono condizioni più favorevoli per questi batteri, creando un maggiore potenziale di formazione di solfuri di ferro. Gli ambienti tropicali bagnati dall'acqua, come paludi di mangrovie o estuari, possono contenere livelli più alti di pirite rispetto a quelli formati in climi più temperati.

La pirite è stabile fino all'esposizione all'aria, a quel punto la pirite si ossida rapidamente e produce acido solforico. Gli impatti del percolato di solfato acido possono persistere per lungo tempo e / o picco stagionalmente (dopo periodi asciutti con le prime piogge). In alcune zone dell'Australia, i suoli acido solfato drenati 100 anni fa stanno ancora rilasciando acido.

Reazione chimica

Se drenati, i terreni contenenti pirite (FeS2) (chiamati anche argille di gatto) possono diventare estremamente acidi (pH 4) a causa dell'ossidazione della pirite in acido solforico (H2SO4). Nella sua forma più semplice, questa reazione chimica è la seguente:

2FeS2 + 9O2 + 4H2O⟶8H ++ 4SO42− + 2Fe (OH) 3 ↓ {\ displaystyle {\ ce {2 FeS2 + 9 O2 + 4 H2O -> 8 H + + 4 SO4 ^ 2- + 2 Fe (OH) 3 (v)}}}

Il prodotto Fe (OH) 3, ferro (III) idrossido (arancione), precipita come un minerale solido e insolubile mediante il quale viene immobilizzata la componente di alcalinità, mentre l'acidità rimane attiva nell'acido solforico. Il processo di acidificazione è accompagnato dalla formazione di elevate quantità di alluminio (Al3 +, rilasciato dai minerali di argilla sotto l'influenza dell'acidità), che sono dannosi per la vegetazione. Altri prodotti della reazione chimica sono:

Idrogeno solforato (H2S), un gas maleodorante
Zolfo (S), un solido giallo
Solfuro di ferro (II) (FeS), un solido nero / grigio / blu
Ematite (Fe2O3), un solido rosso
Goethite (FeO⋅OH {\ displaystyle {\ ce {FeO.OH}}}), un minerale marrone
Schwertmannite un minerale marrone
Composti del solfato di ferro (ad es. Vasosite)
H-Clay (argilla idrogeno, con una grande frazione di ioni H + adsorbiti, un minerale stabile, ma povero di nutrienti)

Il ferro può essere presente in forme bivalenti e trivalenti (Fe2 +, lo ione ferroso e Fe3 +, rispettivamente lo ione ferrico). La forma ferrosa è solubile, mentre la forma ferrica non lo è. Più ossidato diventa il terreno, più dominano le forme ferriche. I suoli solfati acidi presentano una gamma di colori che vanno dal nero, marrone, blu-grigio, rosso, arancione e giallo. L'argilla idrogeno può essere migliorata ammettendo l'acqua di mare: il magnesio (Mg) e il sodio (Na) nell'acqua di mare sostituiscono l'idrogeno adsorbito e altri cationi acidi scambiabili come l'alluminio (Al). Tuttavia, ciò può creare ulteriori rischi quando si mobilizzano gli ioni idrogeno e i metalli scambiabili.

Distribuzione geografica

I suoli acidi al solfato sono diffusi nelle regioni costiere e sono anche localmente associati alle zone umide d'acqua dolce e alle acque sotterranee ricche di solfato salino in alcune aree agricole. In Australia, i suoli di solfato di acido costiero occupano circa 58.000 km2, sottostanti estuari costieri e pianure alluvionali vicino a dove vive la maggior parte della popolazione australiana. Il disturbo del suolo acido solfato è spesso associato a attività di dragaggio, drenaggio degli scavi durante lo sviluppo di canali, abitazioni e porticcioli. La siccità può anche provocare esposizione e acidificazione del terreno acido solfato.

I terreni acido solfato che non sono stati disturbati sono chiamati potenziali terreni acido solfato (PASS) . I suoli acido solfato che sono stati disturbati sono chiamati veri e propri terreni acido solfato (AASS) .

urto

I potenziali terreni inquinanti al solfato acido possono avere un effetto distruttivo sulla vita delle piante e dei pesci e sugli ecosistemi acquatici. Lo scarico del percolato acido nelle acque sotterranee e superficiali può causare numerosi impatti, tra cui:

Danni ecologici agli ecosistemi acquatici e ripariali attraverso uccisioni di pesci, aumento delle epidemie di malattie dei pesci, dominanza di specie resistenti agli acidi, precipitazione del ferro, ecc.
Effetti sui progetti di pesca e acquacoltura estuari (aumento delle malattie, perdita della zona di riproduzione, ecc.).
Contaminazione di acque sotterranee e superficiali con arsenico, alluminio e altri metalli.
Riduzione della produttività agricola attraverso la contaminazione da metalli dei suoli (principalmente dell'alluminio).
Danneggiamento delle infrastrutture a causa della corrosione di tubi in acciaio e cemento, ponti e altre attività sotterranee.

Impatti agricoli

I suoli potenzialmente solfati acidi (chiamati anche argille di gatto) spesso non vengono coltivati o, se lo sono, piantati con riso, in modo che il terreno possa essere mantenuto bagnato prevenendo l'ossidazione. Il drenaggio del sottosuolo di questi suoli normalmente non è consigliabile.

Quando coltivati, i suoli acido solfato non possono essere mantenuti bagnati continuamente a causa di periodi di siccità climatiche e carenze di acqua per l'irrigazione, il drenaggio superficiale può aiutare a rimuovere le sostanze chimiche acide e tossiche (formate negli incantesimi secchi) durante i periodi di pioggia. A lungo termine il drenaggio superficiale può aiutare a bonificare i terreni acido solfato. La popolazione indigena della Guinea Bissau è quindi riuscita a sviluppare i suoli, ma ha impiegato molti anni in un'attenta gestione e fatica.

In un articolo sul cauto drenaggio dei terreni, l'autore descrive l'applicazione riuscita del drenaggio del sottosuolo in terreni solfati acidi nei polder costieri dello stato del Kerala, India.

Anche nei Sunderbans, nel Bengala Occidentale, in India, i terreni a base di solfati acidi sono stati utilizzati in agricoltura.

Uno studio nel Kalimantan meridionale, in Indonesia, in un clima perumidico, ha dimostrato che i suoli acido solfato con un sistema di drenaggio sotterraneo ampiamente distanziato hanno prodotto risultati promettenti per la coltivazione di riso montano, arachidi e soia. La popolazione locale, di vecchia data, si era già stabilita in questa zona e era in grado di produrre una varietà di colture (compresi i frutti degli alberi), utilizzando scarichi scavati a mano che scorrevano dal fiume nella terra fino a raggiungere le paludi posteriori. I raccolti raccolti erano modesti, ma fornivano entrate sufficienti per guadagnarsi da vivere dignitosamente.

I suoli di solfato acido recuperati hanno una struttura del suolo ben sviluppata; sono ben permeabili, ma sterili a causa della lisciviazione che si è verificata.

Nella seconda metà del 20 ° secolo, in molte parti del mondo, i terreni solfati bagnati e potenzialmente acidi sono stati drenati in modo aggressivo per renderli produttivi per l'agricoltura. I risultati furono disastrosi. I terreni sono improduttivi, le terre sembrano sterili e l'acqua è molto chiara, priva di limo e vita. I suoli possono essere colorati, però.

Costruzione

Quando la muratura è costantemente bagnata, come nelle fondamenta, muri di contenimento, parapetti e camini, i solfati in mattoni e malta possono col tempo cristallizzare ed espandersi e causare la disintegrazione di malta e intonaci. Per ridurre al minimo questo effetto, è necessario utilizzare mattoni speciali con bassi livelli di solfati. I solfati acidi che si trovano all'interno degli strati del sottosuolo hanno gli stessi effetti sulle basi di un edificio. Può esistere un'adeguata protezione utilizzando un rivestimento in politene per rivestire le basi o utilizzando un cemento Portland resistente ai solfati. Per identificare il livello di pH del terreno deve essere effettuata un'indagine sul suolo.

Restauro e gestione

Sollevando la falda acquifera, dopo che il danno è stato causato a causa di un drenaggio eccessivo, i suoli possono essere ripristinati. La seguente tabella fornisce un esempio.

Drenaggio e resa della palma da olio malese su terreni solfati acidi (dopo Toh Peng Yin e Poon Yew Chin, 1982)
Resa in tonnellate di frutta fresca per ettaro:

Anno	60	61	62	63	64	65	66	67	68	69	70	71
dare la precedenza	17	14	15	12	8	2	4	8	14	19	18	19

La profondità e l'intensità del drenaggio furono aumentate nel 1962. La falda fu rialzata nel 1966 per contrastare gli effetti negativi.

Nella "siccità del millennio" nel bacino del Murray-Darling in Australia, si è verificata l'esposizione di suoli acidi solfati. Sono stati intrapresi interventi di ingegneria su larga scala per prevenire un'ulteriore acidificazione, tra cui la costruzione di un gruppo e il pompaggio di acqua per prevenire l'esposizione e l'acidificazione del lago Albert. Anche la gestione dell'acidificazione nei laghi inferiori è stata effettuata utilizzando il dosaggio aereo del calcare.