5.1 Vertisols: caratteristiche principali, processi di formazione e distribuzione

La peculiarità più caratteristica dei Vertisols è il loro colore nero profondo e le gravi screpolature stagionali all’essiccamento e il rigonfiamento al ristagno dell’acqua (IUSS Working Group WRB, 2014). I Vertisols si sviluppano quando si verifica una combinazione di diversi processi/fattori: abbastanza pioggia che porta all’erosione dei minerali primari che formano la roccia, ma senza il loro dilavamento al di fuori del profilo; l’erosione porta alla cristallizzazione di nuovi minerali argillosi; il drenaggio impedito, che ostacola la lisciviazione dei prodotti dell’erosione; le alte temperature, che accelerano il processo di erosione (Schaetzl e Anderson, 2009). La combinazione di questi fattori porta alla formazione di argille smectite in presenza di cationi basici (Ca2+, Mg2+). I Vertisols sono caratterizzati da un alto contenuto di argilla, rappresentato principalmente dal gruppo di minerali fillosilicati smectiti. Il principale minerale argilloso è comunemente la montmorillonite (Schaetzl e Anderson, 2009). I Vertisol si sviluppano su diversi materiali parentali tra cui rocce ignee, rocce metamorfiche-sedimentarie e materiali alluvionali e colluviali dall’erosione di rocce arricchite in cationi basici (Driese et al., 2003; Schaetzl e Anderson, 2009; Pal et al., 2012). A causa della loro capacità di assorbire una grande quantità di acqua negli interstrati dei minerali argillosi, le smectiti possono cambiare significativamente il loro volume. I Vertisol si verificano comunemente in forme di rilievo basse e piatte, come pianure, valli, fronti di catene montuose, fondi di vecchi laghi, terrazze di fiumi inferiori, ecc., dove spesso esistono condizioni che favoriscono l’accumulo e il ristagno dell’acqua. Durante i periodi di siccità, ampie crepe appaiono in superficie e penetrano in profondità nel sottosuolo. Esse si riempiono di materiale del suolo a causa di frane, apporti eolici, forti piogge, ecc. Più in profondità nel profilo del suolo, dove questo processo non si esprime, appaiono slickensides come risultato delle sollecitazioni di taglio prodotte (Schaetzl e Anderson, 2009). Gli slickensides di solito appaiono tra i 25 e i 125 cm di profondità e si esprimono al meglio nei suoli che si sviluppano sotto l’interscambio stagionale tra periodi estremamente secchi ed estremamente umidi. Come risultato dell’interazione tra i processi di pedoturbazione e di restringimento/ rigonfiamento, sulla superficie appare uno specifico micro-rilievo di bassi e alti (gilgai).

Il ferro (Fe) e il manganese (Mn) sono tra gli elementi più sensibili al redox nel suolo (Cornell e Schwertmann, 2003), e il loro comportamento nei Vertisol è considerato un fattore importante per stabilire diversi modelli per la genesi e le funzioni dei Vertisol (Nordt e Driese, 2009). La presenza di Vertisols in pianure con drenaggio impedito determina l’instaurarsi di condizioni di riduzione nel suolo durante le stagioni umide. Le principali condizioni richieste perché un suolo si riduca sono: il suolo deve essere saturo d’acqua; deve contenere tessuti organici che possono essere decomposti; la popolazione microbica deve essere presente per utilizzare gli organici come mezzo di respirazione; e l’acqua deve essere stagnante o muoversi molto lentamente (Vepraskas e Faulkner, 2001). Una popolazione microbica che respira è fondamentale per la formazione di suoli ridotti. Studi recenti suggeriscono che i batteri sono diffusi e abbondanti in molti suoli e adattati a funzionare in diversi climi (Bazylinski, 1996; Konhauser, 1998; Fredrickson et al., 1998; Zachara et al., 2002). I cambiamenti stagionali nelle condizioni di ossidoriduzione portano alla formazione di concrezioni e noduli di Fe-Mn, macchie di gley, ecc., accompagnati da processi riduttivi negli ossidrossidi di ferro (van Breemen, 1988). L’alternanza periodica di condizioni ossidative e riducenti nei suoli invoca una maggiore mobilità del Fe come risultato del trasferimento di elettroni dalla materia organica in decomposizione al Fe3+. Quando i terreni ridotti con un’alta concentrazione di Fe2+ si ossidano, spesso si formano ossidi di Fe a valenza mista (Brennan e Lindsay, 1998). Un altro processo legato alla riduzione/ossidazione ciclica del ferro in un sistema aperto è la cosiddetta ferrolisi (Brinkman, 1970; van Breemen, 1988). Il processo di ferrolisi è proposto per spiegare la formazione di orizzonti superficiali del suolo più sabbiosi e fortemente acidi, che si trovano sopra orizzonti più argillosi e non così acidi nei suoli. Tali sono i suoli sviluppati in pianura, con un impaludamento stagionale delle acque superficiali. È stato dimostrato che, in certe condizioni, la ferrolisi può avvenire anche nei Vertisol (Barbiero et al., 2010), dove si formano come risultato silice amorfa e concrezioni di CaCO3. Tuttavia, la maggior parte degli studi recenti dimostrano che la ferrolisi come processo nei suoli sottoposti ad un’impermeabilizzazione stagionale è sovrastimata (Van Ranst et al., 2011). Invece, processi di traslocazione dell’argilla (Montagne et al., 2008) o processi geogenici (Barbiero et al., 2010) sono proposti per spiegare le caratteristiche contrastanti del suolo osservate.

La maggior parte dei Vertisol sono considerati suoli giovani formatisi durante il Quaternario, perché i loro materiali parentali sono spesso depositi alluvionali quaternari (Singh et al., 1998; Pal et al., 2006). Studi recenti che utilizzano diverse tecniche di datazione (ad esempio, la datazione isotopica del 14C da carbonati pedogenici e non pedogenici), mostrano che un Vertisol può formarsi entro 500 anni e la maggior parte dei Vertisol delle aree tropicali, subtropicali e più aride sono di età olocenica (Kovda et al., 2006; Pal et al., 2012). Antichi, paleo Vertisols, formati durante il Pliocene, tuttavia, sono anche frequenti (Nordt et al., 2004; Achyuthan et al., 2010).

I Vertisols si sviluppano in vari climi – si trovano spesso nelle regioni tropicali e subtropicali con alte precipitazioni, così come nelle aree subaride (Pal et al., 2012; IUSS Working Group WRB, 2014). I Vertisols sviluppati nelle zone aride e semiaride sono caratterizzati dalla presenza di un orizzonte carbonatico contenente carbonati primari e/o secondari sotto forma di masse diffuse, concrezioni e cristalli (Kovda et al., 2006; Nordt e Driese, 2009; Pal et al., 2012). È stato dimostrato (Nordt e Driese, 2010a) che quando la precipitazione media annuale (MAP) è <900 mm, la maggior parte del CaO è sotto forma di CaCO3, mentre a MAP >900 mm, il calcio è sotto forma di cationi scambiabili (Ca2+) e i Vertisol sono decalcificati. La precipitazione dei carbonati pedogenici porta ad un aumento sia del pH che del contenuto relativo di Na2+ nel suolo e nella soluzione del suolo. Questi cationi di sodio, a loro volta, causano una dispersione delle particelle di smectite, che possono muoversi lungo la profondità. Questo è il motivo per cui, nonostante la presenza di carbonati, le particelle di argilla nei Vertisols sono illuviate (Pal et al., 2012).

Vertisols e suoli con proprietà verticali sono identificati e descritti in molti paesi, ma la quota maggiore di Vertisols nel mondo è concentrata in India (25%), Australia (22%), Stati Uniti (6%), Africa (5%) e Cina (4%) (Soil Survey Staff, 2003). La distribuzione mondiale dei Vertisols è mostrata in Fig. 5.1.1 (FAO, 2001). In Europa, i Vertisols sono caratteristici dei paesi mediterranei e balcanici (Italia, Cipro, Bulgaria, Ungheria, Romania, Spagna) (Tóth et al., 2008).

Figura 5.1.1. Distribuzione spaziale dei Vertisol nel mondo (FAO, 2001). Appunti di lezione sui principali suoli del mondo). http://www.fao.org/docrep/003/y1899e/y1899e00.htm#toc.

In Bulgaria, i Vertisols sono diffusi nelle pianure e nelle pianure della Bulgaria centrale e meridionale (Koinov et al., 1998; Shishkov e Kolev, 2014). Come in altre regioni, il nome locale dei Vertisol è indicativo del colore del suolo: “Smolnitza” (“nero catrame”). La Bulgaria è tra i paesi europei dove i Vertisol si trovano come un tipo di suolo dominante (Tóth et al., 2008). La distribuzione dei Vertisol in Bulgaria è legata agli ex altipiani pliocenici e alle vecchie terrazze quaternarie (Koinov et al., 1998). Durante il tardo Miocene, i laghi pliocenici si asciugarono e le condizioni di palude divennero dominanti (Koinov et al., 1998; Shishkov e Kolev, 2014). Questo ha favorito lo sviluppo di suoli a gley, che si sono ulteriormente trasformati in Vertisols (Ninov, 2002). In seguito, i Vertisols non sono stati sepolti per formare paleosuoli, ma sono rimasti in superficie durante il Quaternario. L’età dei Vertisols trovati nelle diverse aree della Bulgaria è incerta (Shishkov e Kolev, 2014). Di solito si accetta che l’età del suolo sia determinata dall’età del materiale parentale che forma la roccia. Diverse varietà di Vertisols sono riconosciute in Bulgaria: carbonatica, tipica, lisciviata e degradata (Shishkov e Kolev, 2014). La più diffusa è la varietà lisciviata.