Présentation

Pour les éducateurs, les étudiants et les professionnels de la géologie, des sciences de l'environnement et de l'agriculture, il est essentiel de bien comprendre comment fonctionne l'altération du sol pour interpréter les paysages du sol, prédire la fertilité et gérer les ressources foncières. Cet article fournit un examen approfondi et faisant autorité des trois principaux types d'altération, physiques, chimiques et biologiques, et explique comment chacun contribue à la texture, à la composition et à la disponibilité des nutriments du sol.

Qu'est-ce que l'Hébratation?

L'altération est la dégradation in situ des roches et des minéraux à la surface de la Terre ou à proximité par des agents physiques, chimiques et biologiques. Elle diffère de l'érosion, qui implique le transport de matériaux usés. Les produits de l'altération – fragments de roches, minéraux secondaires et ions solubles – deviennent les éléments constitutifs du sol. La roche originale dont les formes de sol sont appelées matériaux parents, et sa minéralogie influence profondément les caractéristiques finales du sol.

L'activité météorologique se produit à des échelles de temps allant de décennies à des millions d'années, et son intensité dépend de l'interaction du climat, de la topographie, des organismes et du temps. Sans l'activité météorologique, la Terre serait couverte de roches stériles, incapables de soutenir les écosystèmes complexes dont nous dépendons.

Types de processus d'altération

Les géoscientifiques se regroupent traditionnellement en trois grandes catégories : physique (mécanique), chimique et biologique. En réalité, ces processus travaillent souvent en synergie, mais la compréhension de chaque type précise séparément leurs mécanismes et effets distincts sur la formation du sol.

Physique (mécanique)

L'altération physique brise les roches en morceaux plus petits sans modifier leur composition chimique, ce qui augmente la surface disponible pour les réactions chimiques, accélérant l'altération générale.

  • Gel de la mâchoire (soudure de gel):[ L'eau s'infiltre dans les fissures, gèle, se développe d'environ 9% et exerce une pression énorme.
  • Exfoliation (déchargement):[ Lorsque la roche surélevée est enlevée par érosion, la roche sous-jacente se développe et se fissure parallèlement à la surface, produisant des plaques de forme de tôle.
  • Abrasion: Les particules de roche transportées par le vent, l'eau ou la glace s'écoulent contre les surfaces, les usures.
  • Dilatation et contraction thermiques:[ Dans les environnements arides avec de grandes oscillations de température quotidiennes, les minéraux se développent et se contractent à des vitesses différentes, conduisant à la désintégration granulaire.

Les produits de l'altération physique – sable, limon et gravier – forment le cadre grossier du sol. Par exemple, l'altération du granit dans la Sierra Nevada produit un sable de quartz abondant, créant des sols grossiers et bien drainés.

Conditions atmosphériques chimiques

L'altération chimique implique la transformation de minéraux qui forment des roches en minéraux nouveaux et plus stables par des réactions avec l'eau, l'oxygène, le dioxyde de carbone et les acides organiques.

  • Hydrolyse: L'eau réagit avec des minéraux silicates pour former des minéraux argileux et libérer des cations comme le potassium, le sodium et le calcium. Par exemple, l'hydrolyse du feldspath produit de l'argile kaolinite, un composant commun du sol dans les régions tropicales humides.
  • Oxydation: L'oxygène dissous dans l'eau ou dans l'atmosphère réagit avec des minéraux ferrifères, convertissant le fer ferreux (Fe2+) en fer fer ferrique (Fe3+).
  • Carbonation: Le dioxyde de carbone de l'atmosphère et la respiration se dissout dans l'eau pour former un acide carbonique faible. Cet acide réagit avec des minéraux carbonés comme la calcite, dissolvant le calcaire et créant des grottes et des puits.
  • Dissolution: L'eau pure peut dissoudre certains minéraux, en particulier les évaporites comme l'halite et le gypse. Même le quartz se dissout lentement dans les eaux naturelles, contribuant à de très petites quantités de silice.

Les taux d'altération chimique augmentent avec la température et l'humidité; des environnements chauds et humides comme le bassin amazonien subissent une altération chimique intense, produisant des sols profonds et très soumis aux intempéries dominés par des minéraux résistants comme le quartz et la kaolinite.

Conditions atmosphériques biologiques

Les organismes vivants jouent un rôle actif dans la dégradation physique et chimique des roches. Les agents biologiques comprennent les forces mécaniques des racines et des animaux en terriers, ainsi que les changements chimiques provoqués par les produits métaboliques.

  • Racines de plantes: Les racines poussent en fissures et les élargissent en épaississant, agissant comme des coins naturels. Les exsudats de racines contiennent des acides organiques qui dissolvent les minéraux autour de la zone racine (rhizosphère).
  • Lichens et mousses: Ces organismes pionniers s'attachent à la roche nue, sécrétant des acides qui resserrent la surface et accélérant l'altération chimique. Ils piègent également la poussière et la matière organique, initiant la formation du sol.
  • animaux en voie de développement: Les vers de terre, les fourmis, les taupes et les rongeurs mélangent les couches du sol et apportent des matières minérales fraîches à la surface, favorisant ainsi une altération accrue.
  • Microorganismes: Les bactéries et les champignons produisent des acides organiques, des composés chélateurs et des enzymes qui décomposent les minéraux. Certains microbes oxydent le fer ou le soufre, contribuant directement à l'altération chimique. Les champignons mycorhiziens en particulier libèrent des acides organiques qui augmentent l'absorption des nutriments par les minéraux du sol.

L'altération biologique est particulièrement importante aux premiers stades de la formation du sol sur des surfaces fraîches comme les coulées de lave ou le till glaciaire. La combinaison de la pression racinaire, des acides organiques et de l'activité microbienne accélère la transformation de la roche en sol beaucoup plus rapidement que les processus abiotiques seuls.

Le rôle de l'altération des sols dans la formation des sols

L'altération est la première étape de la conversion du matériel parent en sol. Les débris météorologiques, mélangés à la matière organique, l'air, l'eau et les organismes vivants, forment le système dynamique que nous appelons le sol.

Influence sur la texture du sol

La texture du sol se réfère aux proportions relatives de particules de sable, de limon et d'argile. L'altération physique tend à produire des fragments plus grossiers (sable et gravier), tandis que l'altération chimique génère des particules plus fines (silt et argile).Par exemple, dans les climats arides où l'altération physique domine, les sols sont souvent sableux ou rocheux.

Impact sur la composition du sol

La composition minérale d'un sol reflète la matière principale et le régime d'altération. L'altération des roches felsiques comme le granit produit des sols riches en quartz, en feldspaths et en kaolinite. L'altération des roches mafiques comme le basalte produit des sols riches en oxydes de fer et de magnésium, souvent de couleur foncée et riches en nutriments.

Rejet d'éléments nutritifs et fertilité du sol

Les minéraux qui s'éteignent sont alors éparpillés par les intempéries, ce qui permet de libérer des éléments essentiels à la croissance des plantes : le potassium provenant des feldspaths, le calcium provenant des feldspaths et des carbonates, le magnésium provenant des olivines et des pyroxènes, le phosphore provenant de l'apatite et les micronutriments traces. Le taux de libération des éléments nutritifs dépend de la météorabilité des minéraux. Le quartz est très résistant et libère presque aucun élément nutritif; les feldspaths sont modérément humides; les olivines et les calcites sont rapidement météorologiques.

Facteurs influant sur les taux d'humidité

La vitesse et le style de l'altération varient grandement d'un pays à l'autre. Cinq facteurs principaux contrôlent ces taux : le climat, le matériel parental, la topographie, les organismes et le temps.

  • Les températures et précipitations contrôlent directement les taux de réaction chimique et l'activité biologique. Les climats chauds et humides accélèrent l'altération chimique; les climats froids et secs favorisent des processus physiques comme le gel de mer. Par exemple, les sols latéritiques rouges profonds des tropiques résultent d'une forte altération chimique sous les fortes précipitations.
  • Matériel parent: La composition et la structure des roches déterminent la facilité avec laquelle il se pare. La chaux se dissout facilement; la quartzite résiste à l'attaque physique et chimique.
  • Topographie: L'angle et l'aspect de la pente affectent le drainage et la température de l'eau. Les pentes profondes déversent l'eau, réduisant les conditions chimiques, mais favorisant l'érosion physique.
  • Organismes: Le couvert végétal, les communautés microbiennes et l'activité animale favorisent l'altération. Les forêts produisent plus d'acides organiques que les prairies, accélérant la dégradation chimique.
  • Time: L'altération est un processus lent. Les sols jeunes (p. ex., sur les cendres volcaniques récentes) contiennent de nombreux minéraux météorologiques; les sols anciens (p. ex., sur les paysages anciens) sont dominés par des minéraux résistants et des argiles secondaires.

Par exemple, dans les régions montagneuses, la topographie abrupte peut compenser les effets d'un climat humide en érodant rapidement les matériaux érodés, en maintenant les sols minces et jeunes. Dans les plaines plates et anciennes du centre du Canada, des millénaires d'altérations ont produit des sols profonds et matures malgré un climat froid.

Horizons météorologiques et sols

Au fur et à mesure que se développe l'altération, le sol accumulant développe un profil vertical composé de couches distinctes appelées horizons. Les caractéristiques de chaque horizon reflètent les processus d'altération dominants agissant à cette profondeur.

  • O horizon: Couche de surface riche en bio, composée de litière de plantes en décomposition. Ici, l'altération biologique par les microbes et les invertébrés est la plus active.
  • Un horizon:[ Le sol de dessus, où la matière organique est mélangée avec des particules minérales. Le lessivage chimique peut enlever les sels solubles et l'argile, mais le mélange physique par les organismes est élevé.
  • E horizon:[ Couche éluvie (souvent de couleur plus claire), où l'eau percolant vers le bas a enlevé l'argile, le fer et les oxydes d'aluminium.
  • B horizon: Sous-sol, enrichi en argile, en oxydes de fer et en carbonates qui ont été transportés d'en haut (illustration). L'altération chimique peut produire ici des minéraux secondaires, tels que la montmorillonite ou la kaolinite.
  • C horizon: Matière mère aux intempéries, composée de roches et de saprolites partiellement fragmentées. Les conditions physiques et chimiques sont toujours actives mais moins intenses que dans les horizons supérieurs.
  • Oural R:[ Un substrat rocheux non ombilical.

Dans les régions arides où l'altération chimique est limitée, les horizons du sol peuvent être mal développés, avec un horizon A mince sur la roche fracturée. Dans les tropiques humides, les profils profonds et intensément météorologiques peuvent s'étendre sur des dizaines de mètres, avec des horizons B épais riches en argile et des croûtes de fer (latérite).

Importance pratique de l'altération des sols

Dans les régions humides, l'altération chimique peut entraîner une lixiviation des éléments nutritifs, nécessitant une fertilisation régulière. Dans les zones arides, l'altération physique produit des sols grossiers qui se drainent rapidement; les stratégies d'irrigation doivent tenir compte de la faible capacité de rétention d'eau. De plus, l'altération influence la stabilité du sol: les sols argileux très soumis à des conditions météorologiques peuvent gonfler et se rétrécir avec les changements d'humidité, ce qui pose des défis pour la construction de fondations et de routes.

Les changements climatiques modifient les taux d'altération dans de nombreux écosystèmes. L'augmentation des températures et l'évolution des précipitations peuvent accélérer l'altération chimique dans certaines régions, potentiellement en dégageant davantage de nutriments, mais aussi en augmentant la consommation de dioxyde de carbone par l'altération des silicates.Cette boucle de rétroaction entre l'altération et le climat a été l'un des principaux axes de la recherche USGS sur la durabilité des sols.

Conclusion

Les processus météorologiques sont le moteur de la formation des sols, de la destruction du substrat rocheux et de la libération des minéraux et des nutriments qui soutiennent la vie terrestre. L'altération physique crée le cadre physique, l'altération chimique transforme les minéraux et libère les nutriments, et l'altération biologique accélère les deux. L'interaction entre ces processus, modulés par le climat, la topographie, le matériel parent, les organismes et le temps, produit la remarquable diversité des sols que nous observons partout dans le monde. Pour les étudiants et les professionnels en géologie et en sciences de l'environnement, une compréhension profonde de l'altération n'est pas seulement académique – il est essentiel pour gérer les ressources du sol, comprendre l'évolution du paysage et prévoir les effets des changements environnementaux.