5.1 Vertisolurile: caracteristici principale, procese de formare și distribuție

Cea mai caracteristică particularitate a Vertisolurilor este culoarea lor neagră intensă și crăparea severă sezonieră la uscare și umflarea la înmuierea în apă (IUSS Working Group WRB, 2014). Vertisolurile se dezvoltă atunci când are loc o combinație de mai multe procese/factori – ploaie suficientă care duce la alterarea mineralelor primare care formează rocile, dar fără ca acestea să fie spălate în afara profilului; alterarea duce la cristalizarea unor noi minerale argiloase; drenaj împiedicat, ceea ce îngreunează levigarea produselor de alterare; și temperaturi ridicate, care accelerează procesul de alterare (Schaetzl și Anderson, 2009). Combinația acestor factori duce la formarea de argile smectite în prezența cationilor bazici (Ca2+, Mg2+). Vertisolurile sunt caracterizate de un conținut ridicat de argilă, reprezentat în principal de grupul de minerale filosilicați smectici. Principalul mineral de argilă este de obicei montmorillonitul (Schaetzl și Anderson, 2009). Vertisolurile se dezvoltă pe diferite materiale parentale, inclusiv roci ígnoase, roci metamorfice-sedimentare și materiale aluviale și coluviale provenite din alterarea rocilor îmbogățite în cationi bazici (Driese et al., 2003; Schaetzl și Anderson, 2009; Pal et al., 2012). Datorită capacității lor de a adsorbi o cantitate mare de apă în straturile intermediare ale mineralelor argiloase, smectitele își pot modifica semnificativ volumul. Vertisolurile apar în mod obișnuit în forme de relief joase și plate, cum ar fi câmpii, văi, frontul lanțurilor muntoase, fostele funduri de lac, terasele inferioare ale râurilor etc., unde adesea există condiții care favorizează acumularea și stagnarea apei. În timpul perioadelor secetoase, fisuri largi apar la suprafață și pătrund adânc în solum. Acestea se umplu cu material de sol din cauza alunecărilor de teren, a aportului eolian, a ploilor abundente etc. Mai adânc în profilul solului, acolo unde acest proces nu se exprimă, apar alunecările de teren (slickensides) ca urmare a tensiunilor de forfecare produse (Schaetzl și Anderson, 2009). Slickensides apar de obicei la o adâncime cuprinsă între 25 și 125 cm și se exprimă cel mai bine în solurile care se dezvoltă în cadrul schimbului sezonier între perioadele extrem de uscate și cele extrem de umede. Ca urmare a interacțiunii dintre procesele de pedoturbare și de contracție/gonflare, la suprafață apare un microrelief specific de depresiuni și înălțimi (gilgai).

Fierul (Fe) și manganul (Mn) se numără printre elementele cele mai sensibile la redox din sol (Cornell și Schwertmann, 2003), iar comportamentul lor în vertisoluri este considerat un factor major în stabilirea diferitelor modele pentru geneza și funcțiile vertisolurilor (Nordt și Driese, 2009). Apariția Vertisolurilor în zonele joase cu drenaj îngreunat determină stabilirea unor condiții reducătoare în sol în timpul anotimpurilor umede. Principalele condiții necesare pentru ca un sol să devină redus sunt următoarele: solul trebuie să fie saturat cu apă; trebuie să conțină țesuturi organice care pot fi descompuse; populația microbiană trebuie să fie prezentă pentru a utiliza substanțele organice ca mediu respirabil; iar apa trebuie să stagneze sau să se deplaseze foarte încet (Vepraskas și Faulkner, 2001). O populație microbiană respirabilă este fundamentală pentru formarea solurilor reduse. Studii recente sugerează că bacteriile sunt larg răspândite și abundente în multe soluri și sunt adaptate pentru a funcționa în diferite climate (Bazylinski, 1996; Konhauser, 1998; Fredrickson et al., 1998; Zachara et al., 2002). Modificările sezoniere ale condițiilor de oxido-reducere duc la formarea de concrețiuni și noduli de Fe-Mn, pete de gley etc., însoțite de procese reductive în oxihidroxizi de fier (van Breemen, 1988). Alternanța periodică a condițiilor oxidative și reductive din soluri invocă o mobilitate crescută a Fe ca urmare a transferului de electroni de la materia organică în descompunere la Fe3+. Atunci când solurile reduse cu o concentrație ridicată de Fe2+ devin oxidate, se formează adesea oxizi de Fe cu valențe mixte (Brennan și Lindsay, 1998). Un alt proces legat de reducerea/oxidarea ciclică a fierului într-un sistem deschis este așa-numita ferroliză (Brinkman, 1970; van Breemen, 1988). Procesul de ferroliză este propus pentru a explica formarea orizonturilor de suprafață mai nisipoase și puternic acide ale solului, care se află deasupra orizonturilor mai argiloase și mai puțin acide din soluri. Astfel de soluri sunt cele dezvoltate în zonele joase cu înecare sezonieră a apelor de suprafață. S-a dovedit că, în anumite condiții, ferroliza poate avea loc și în vertisoluri (Barbiero et al., 2010), în urma căreia se formează silice amorfă și concrețiuni de CaCO3. Cu toate acestea, majoritatea studiilor recente demonstrează că ferroliza ca proces în solurile supuse la inundarea sezonieră cu apă este supraestimată (Van Ranst et al., 2011). În schimb, procesele de translocație a argilei (Montagne et al., 2008) sau procesele geogene (Barbiero et al., 2010) sunt propuse pentru a explica caracteristicile contrastante ale solului observate.

Majoritatea Vertisolurilor sunt considerate soluri tinere formate în timpul Cuaternarului, deoarece materialele lor parentale sunt adesea depozite aluvionare cuaternare (Singh et al., 1998; Pal et al., 2006). Studii recente care utilizează diferite tehnici de datare (de exemplu, datarea izotopică a 14C din carbonați pedogeni și nepedogeni), arată că un vertisol se poate forma în decurs de 500 de ani, iar majoritatea vertisolurilor din zonele tropicale, subtropicale și mai aride sunt de vârstă holocenă (Kovda et al., 2006; Pal et al., 2012). Cu toate acestea, sunt, de asemenea, frecvente și vechile paleo Vertisoluri, formate în Pliocen (Nordt et al., 2004; Achyuthan et al., 2010).

Vertisolurile se dezvoltă în diferite climate – ele sunt adesea întâlnite în regiunile tropicale și subtropicale cu precipitații ridicate, precum și în zonele subaride (Pal et al., 2012; IUSS Working Group WRB, 2014). Vertisolurile dezvoltate în zonele aride și semiaride se caracterizează prin prezența unui orizont carbonat care conține carbonați primari și/sau secundari sub formă de mase difuze, concrețiuni și cristale (Kovda et al., 2006; Nordt și Driese, 2009; Pal et al., 2012). S-a demonstrat (Nordt și Driese, 2010a) că, atunci când precipitațiile medii anuale (PAM) sunt <900 mm, cea mai mare parte a CaO este sub formă de CaCO3, în timp ce la PAM >900 mm, calciul este sub formă de cationi schimbabili (Ca2+), iar vertisolurile sunt decalcificate. Precipitarea carbonaților pedogeni duce la o creștere atât a pH-ului, cât și a conținutului relativ de Na2+ în sol și în soluția solului. Acești cationi de sodiu, la rândul lor, determină o dispersie a particulelor de smectit, care se pot deplasa de-a lungul adâncimii. Acesta este motivul pentru care, în ciuda prezenței carbonaților, particulele de argilă din Vertisoluri sunt iluviate (Pal et al., 2012).

Vertisolurile și solurile care au proprietăți verticale sunt identificate și descrise în multe țări, dar cea mai mare parte a Vertisolurilor la nivel mondial este concentrată în India (25%), Australia (22%), Statele Unite (6%), Africa (5%) și China (4%) (Soil Survey Staff, 2003). Distribuția mondială a Vertisolurilor este prezentată în Fig. 5.1.1 (FAO, 2001). În Europa, Vertisolurile sunt caracteristice pentru țările mediteraneene și balcanice (Italia, Cipru, Bulgaria, Ungaria, România, Spania) (Tóth et al., 2008).

Figura 5.1.1. Distribuția spațială a Vertisolurilor la nivel mondial (FAO, 2001). Note de curs privind principalele soluri ale lumii). http://www.fao.org/docrep/003/y1899e/y1899e00.htm#toc.

În Bulgaria, Vertisolurile sunt răspândite în zonele joase și în câmpiile de vale din centrul și sudul Bulgariei (Koinov et al., 1998; Shishkov și Kolev, 2014). La fel ca în alte regiuni, denumirea locală pentru Vertisols indică culoarea solului – „Smolnitza” („negru de smoală”). Bulgaria se numără printre țările europene în care Vertisolurile se regăsesc ca tip de sol dominant (Tóth et al., 2008). Distribuția vertisolurilor în Bulgaria este legată de fostele platouri pliocene și de vechile terase cuaternare (Koinov et al., 1998). În timpul Miocenului târziu, lacurile pliocene s-au uscat și condițiile de mlaștină au devenit dominante (Koinov et al., 1998; Shishkov și Kolev, 2014). Acest lucru a favorizat dezvoltarea solurilor gley, care s-au transformat ulterior în vertisoluri (Ninov, 2002). Ulterior, Vertisols nu au fost îngropate pentru a forma paleosoluri, ci au rămas la suprafață în timpul Cuaternarului. Vârsta Vertisolurilor găsite în diferite zone din Bulgaria este incertă (Shishkov și Kolev, 2014). De obicei, se acceptă că vârsta solului este determinată de vârsta materialului parental care formează rocile. În Bulgaria sunt recunoscute mai multe varietăți de Vertisoluri-carbonate, tipice, levigate și degradate (Shishkov și Kolev, 2014). Cea mai răspândită este varietatea levigată.

.