La formation des sols est l'un des processus les plus fondamentaux et les plus complexes de la Terre, qui relie la géologie, la biologie, la chimie et la science du climat. Au cœur du sol, la lithosphère est l'interface où la biosphère rencontre la biosphère, qui fournit les fondements de la vie terrestre, de l'agriculture et des écosystèmes.Pour les éducateurs et les étudiants, une compréhension approfondie de la façon dont le sol se forme – par le biais notamment du matériel parent et de l'altération des sols – permet de prédire le comportement du sol, de gérer durablement les terres et de relever les défis environnementaux comme l'érosion, l'appauvrissement des nutriments et les changements climatiques.

Qu'est - ce que le matériel parent?

Le matériau parent est la matière minérale ou organique non consolidée et plus ou moins chimiquement altérée à partir de laquelle se forme le sol (la partie supérieure du sol où se produit la plus grande activité biologique). C'est le point de départ du développement du sol, fournissant le cadre minéral et la composition chimique initiale.

Pierres-de-chaussée (Matériau parent résiduel)

Le substrat rocheux est la roche solide qui sous-tend le sol. Lorsque les intempéries agissent directement sur le substrat rocheux en place, le sol résultant est appelé sol résiduel[. Le type de substrat rocheux – qu'il soit igné (p. ex. granit, basalte), sédimentaire (p. ex. calcaire, grès) ou métamorphique (p. ex. schiste, marbre) – influe fortement sur la minéralogie, la texture et la fertilité du sol.

Matériel parent transporté

De nombreux sols se forment à partir de matériaux qui ont été déplacés de leur emplacement d'origine par des agents naturels. Ces matériaux transportés créent souvent des sols plus complexes et stratifiés avec des propriétés variables.

  • Matériel parent alluvial:[ Dépôt par les rivières et les cours d'eau. Ces sols (sols alluviaux) sont souvent riches en nutriments et ont des textures variables selon l'énergie du flux d'eau.
  • Till glaciaire: Matière non triée déposée directement par les glaciers. Il contient un mélange d'argile, de limon, de sable, de gravier et de blocs, ce qui conduit à divers types de sols dans les régions autrefois glaciées.
  • Loess: Les dépôts de limon évent, communs au Midwest américain, en Europe centrale et dans certaines parties de la Chine. Les sols de loess sont profonds, uniformes et très fertiles en raison de leur composition riche en limon et de leur bon drainage.
  • Matériel parent colluvial:[Matériel déplacé par gravité, souvent trouvé à la base des pentes.Ces sols sont souvent grossiers et rocheux mais peuvent être fertiles si le matériau source est riche.

Matériel parent biologique

Dans les milieux humides et dans certaines zones mal drainées, la matière première est principalement la matière organique, comme la tourbe ou la boue. Ces sols organiques (Historos) se forment lorsque les conditions de décomposition sont lentes, ce qui permet aux résidus végétaux d'accumuler au cours des millénaires.

La matière mère influence directement le sol texture[ (les proportions relatives du sable, de la limon et de l'argile), structure (comment les particules agrégées) et propriétés chimiques, comme le pH, la capacité d'échange de cations et les nutriments disponibles.Les géologues et les spécialistes du sol utilisent la matière mère comme indicateur clé du comportement du sol.

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

L'altération est la dégradation physique, chimique et biologique de la roche et des matières minérales à la surface de la Terre ou à proximité. C'est le moteur qui convertit le substrat rocheux inerte et les sédiments en mélange dynamique de particules, de nutriments et de matières organiques que nous appelons le sol. Sans l'altération, il n'y aurait pas de sol, seulement de roche nue.

Physique (mécanique)

L'altération physique des roches se brise en fragments plus petits sans modifier leur composition chimique, ce qui augmente la surface disponible pour l'altération chimique et biologique, accélérant la formation du sol.

  • Couvercle de gel:[ L'eau s'infiltre dans des fissures, gèle et s'étend, se divisant les roches.
  • Dilatation et contraction thermiques:[ Des changements quotidiens ou saisonniers de température entraînent une expansion et une contraction des minéraux à des vitesses différentes, entraînant une désintégration granulaire.
  • Abrasion: Le vent, l'eau et la glace transportent des particules qui grattent et scourent les surfaces rocheuses, les lissant et les usures graduellement. L'abrasion glaciaire produit de la farine de roche, une fine limon qui enrichit les sols en aval.
  • Release de pression (feuilletage):[ Lorsque la roche surélevée est érodée, la roche sous-jacente se développe et se fracture en feuilles parallèles à la surface.
  • Génération biologique physique:[ Les racines de la plante se développent en fissures et en pry-rocs séparés; les animaux ensevelis apportent des fragments de roche frais à la surface et les mélangent avec la matière organique.

Conditions atmosphériques chimiques

Les effets chimiques de l'altération des roches sont les suivants : transformation de minéraux rocheux en minéraux nouveaux, souvent plus stables, par réaction chimique; il est essentiel pour libérer des éléments nutritifs végétaux tels que le potassium, le calcium, le magnésium et le phosphore à partir de minéraux primaires; les principales réactions chimiques d'altération sont les suivantes :

  • Hydrolyse: La réaction des minéraux silicates avec l'eau, souvent catalysée par de petites quantités d'acide. Par exemple, le feldspath (un minéral commun dans le granit) réagit avec l'eau et l'acide carbonique pour former des minéraux argileux (kaolinite) et libère des ions potassium en solution.
  • Oxydation:[ La réaction des minéraux ferreux avec l'oxygène. Cela donne beaucoup de sols leurs couleurs rouges, jaunes ou brunes comme forme d'oxydes de fer (hématite, goéthite). L'oxydation est fréquente dans des environnements bien drainés et chauds.
  • Carbonation: La réaction du dioxyde de carbone dissous dans l'eau (acide carbonique formique) avec des minéraux carbonés tels que la calcite dans le calcaire. Ce processus dissout le calcaire, créant des grottes et des fissures, et libère du calcium et du bicarbonate dans le sol.
  • Dissolution: Dissout simple de minéraux solubles comme l'halite (salum de roche) et le gypse par l'eau. Ce procédé élimine rapidement ces minéraux, laissant derrière eux des résidus moins solubles.
  • Hydration:[ L'absorption physique des molécules d'eau dans la structure cristalline des minéraux, les faisant gonfler et affaiblir. Cela précède souvent l'hydrolyse.

Conditions atmosphériques biologiques

Les lichens et les mousses sécrètent les acides organiques qui étendent les surfaces rocheuses. Les racines des plantes libèrent des exsudats qui chélatent le fer et l'aluminium, détruisant les minéraux. Les microorganismes de la rhizosphère accélèrent l'altération chimique en produisant du dioxyde de carbone et des acides organiques. Les vers de terre et d'autres espèces de faune du sol mélangent physiquement les matériaux tout en exposant les surfaces fraîches aux réactions chimiques.

Taux et facteurs d'altération

Le taux et l'intensité de l'altération dépendent de plusieurs facteurs interagissants :

  • Climat: Les conditions chaudes et humides accélèrent considérablement les conditions chimiques. Les tropiques vivent des sols profonds et très soumis aux conditions météorologiques (Oxisols), tandis que les régions polaires et arides ont des sols minces et mal soumis aux conditions météorologiques (Gélisols, Arisisols).
  • Type de roche: Climat de calcaire et de basalte relativement rapidement; climat de quartzite et de granit lentement.
  • Surface : Les matériaux parentaux très fracturés ou finement texturés sont plus rapides parce que la surface est exposée.
  • Présence d'organismes:[ Les sols grouillant de temps de vie plus rapidement que les surfaces stériles de roche.
  • Time:[ Même les processus de temps lents peuvent produire des sols profonds sur des centaines de milliers d'années.

Les cinq facteurs de formation des sols : le modèle CLORPT

Bien que le matériel parent et l'altération des sols soient au centre de la formation, la formation des sols est aussi régie par quatre autres facteurs qui forment ensemble le modèle classique CLORPT (Climat, Organismes, Relief, Matériel parent, Temps).

Climat

Dans les climats humides, les fortes précipitations laissent tomber des éléments nutritifs solubles comme le calcium et le potassium, laissant derrière eux des sols acides et pauvres en éléments nutritifs (Spodosols, Ultisols). Dans les climats arides, les précipitations limitées entraînent l'accumulation de sels et de carbonates, produisant des sols alcalins (Aridisols, Mollisols dans les prairies semi-arides). La température annuelle moyenne du sol dicte également l'activité biologique – les sols dans les climats chauds ont une activité microbienne toute l'année et un cycle plus rapide des éléments nutritifs.

Organismes

Tous les organismes vivants, plantes, animaux, champignons, bactéries et archéa, influencent la formation du sol. Les plantes contribuent à la formation de la matière organique par l'intermédiaire des racines et de la litière des feuilles, qui se décomposent pour former l'humus. Le type de végétation (bois contre prairies, feuilles larges contre conifères) affecte de façon spectaculaire la teneur en carbone organique du sol, les profils nutritionnels et le développement de l'horizon.

Relief (Topographie)

La topographie contrôle la distribution locale de l'eau, de l'énergie et des sédiments.Les sols sur les pentes abruptes sont souvent minces et grossiers parce que l'érosion par gravité élimine les particules fines et empêche les intempéries profondes. Inversement, les basses altitudes (pentes, plaines inondables) accumulent l'eau et les sédiments fins, ce qui entraîne des sols profonds et à texture lourde souvent riches en matières organiques (p. ex., les Mollisols, les Inceptisols). L'aspect (pentes du nord par rapport au sud) influe sur les régimes de température et d'humidité – les pentes du nord de l'hémisphère Nord sont plus froides et plus humides, favorisant le développement du sol différent des pentes plus chaudes et plus sèches du sud.

Matériel parent (exhausté)

Dans les régions où le climat et la végétation sont uniformes, les sols dérivés de différents matériaux parentaux (par exemple, calcaire et grès) auront une chimie, une texture et une productivité nettement différentes. Les matériaux parentaux influencent également le rythme de développement des sols – certains matériaux (comme les cendres volcaniques) se forment rapidement pour former des Andisols fertiles, tandis que d'autres (comme le grès quartzique) se transforment lentement et produisent des sols sablonneux pauvres en nutriments (Psamments).

Heure

La formation du sol n'est pas instantanée. Il peut prendre des centaines à des dizaines de milliers d'années pour développer un profil de sol mature. Les jeunes sols (Entisols) manquent d'horizons bien définis et sont essentiellement des matériaux parentaux avec une matière organique. Au fil du temps, les horizons deviennent de plus en plus distincts. Les sols très anciens, surtout dans les paysages tropicaux stables depuis des millions d'années, sont profondément soumis aux intempéries (Oxisols) et souvent appauvris en nutriments, avec seulement les minéraux les plus résistants comme le quartz restant.

Profil du sol : comprendre les horizons en profondeur

Le profil du sol est une section verticale traversant le sol, qui s'étend généralement au matériau parent ou au substrat rocheux. Il est organisé en horizons, chacun reflétant des processus distincts d'accumulation, de transformation et de translocation.

Les grands horizons

  • O Horizon: L'horizon organique, composé de litière végétale (feuilles, rameaux, mousse) à divers stades de décomposition. Il peut être absent dans les déserts, les champs agricoles labourés, ou des sites fortement érodés. Dans les forêts, l'horizon O est essentiel pour le cycle des nutriments et la biodiversité du sol.
  • A Horizon: L'horizon de la couche supérieure ou minérale avec la plus grande activité biologique et la teneur en matière organique. Il est généralement sombre en couleur et relativement doux. L'horizon A est où la plupart des racines végétales se concentrent. Il peut être appauvri par l'érosion ou le lessivage.
  • F Horizon: Un horizon éluvié (souvent de couleur claire) où l'argile, le fer et l'aluminium ont été lixiviés par des eaux percolantes vers le bas. Cet horizon est commun sous les forêts de conifères et dans les spodosols. Il est typiquement sableux ou limoneux et peu nutritifs.
  • B Horizon: L'horizon sous-sol ou illuvial, où s'accumulent des matériaux lessivés des horizons A et E (p. ex., revêtements argileux, oxydes de fer, matière organique). L'horizon B est souvent plus dense et riche en argile que l'horizon A. Il peut être rougeâtre en raison de l'accumulation de fer.
  • C Horizon:[ Matières mères partiellement altérées, en grande partie non altérées par des processus de formation du sol, sauf pour une certaine rupture physique et un changement chimique minimal. L'horizon C manque de matière organique et est souvent rocheux ou gravierux.
  • R Horizon: Le substrat sous-jacent. Cet horizon n'est pas le sol au sens strict, mais il influence le drainage, la profondeur d'enracinement et l'apport en nutriments.

Transition et sous-Horizons

Les chercheurs en sol désignent souvent des horizons transitoires comme l'AB, la Colombie-Britannique ou une combinaison de lettres (p. ex. Bt où -t-s'indique une accumulation illuviale d'argile).La notation détaillée de l'horizon est utilisée dans les relevés et la classification des sols.

Taxonomie des sols : Ordres Reflect Formation

Aux États-Unis, le système de taxonomie des sols est classé en 12 ordres selon leurs horizons diagnostiques et leur degré de développement.

  • Entisols:[ Jeunes sols avec un développement d'horizon minimal, communs sur les plaines inondables et les pentes raides.
  • Mollisols: Sols avec des horizons profonds et sombres, formés sous les prairies, très fertiles.
  • Spodossols: Sols forestiers acides avec un horizon E distinct et un horizon B riches en matière organique et en fer.
  • Oxisols: Sols tropicaux profonds et très soumis à des conditions climatiques, peu nutritifs mais d'excellentes propriétés physiques.
  • Historosols: Sols organiques (tourbières de pois).

Chaque ordre raconte une histoire de son matériel, climat, organismes, relief et temps.

Incidences sur l'agriculture et l'utilisation des terres

Les agriculteurs, les gestionnaires fonciers et les ingénieurs s'appuient sur la science des sols pour prendre des décisions concernant la sélection des cultures, l'irrigation, le contrôle de l'érosion et la construction.

Gestion des sols en fonction du matériel parent et de l'altération des conditions météorologiques

Les sols développés à partir de calcaire ont tendance à être riches en cations basiques (calcium, magnésium) et à avoir un pH élevé, ce qui les rend adaptés aux légumineuses et à de nombreux légumes, mais sujets à la fixation du phosphore. En revanche, les sols du granit sont acides et peuvent nécessiter une fertilisation de la chaux et du phosphore pour les cultures comme le maïs et le blé.

Essais des sols et gestion des nutriments

L'analyse régulière du sol est essentielle pour évaluer le pH, les nutriments disponibles (N, P, K, micronutriments) et la teneur en matière organique. L'histoire de la formation du sol dicte sa fertilité inhérente. Par exemple, les Mollisols des Grandes Plaines sont naturellement riches en matière organique et nécessitent moins d'engrais que les Ultisols très soumis aux intempéries du sud-est des États-Unis.

Pratiques de conservation alignées sur la formation des sols

  • Labour de conservation:[ La réduction des perturbations du sol préserve la structure du sol, protège l'horizon A de l'érosion et maintient les niveaux de matière organique – critiques pour prévenir la dégradation qui peut prendre des siècles pour inverser.
  • Couverture et rotation des cultures:[ Divers systèmes racinaires améliorent l'agrégation des sols, réduisent le compactage et améliorent le cycle des nutriments.
  • Exploitation agricole en terrassement et en contours :[ Sur les paysages en pente, ces techniques ralentissent le ruissellement des eaux, réduisent l'érosion et permettent un développement plus profond des sols sur les flancs de collines où le relief pourrait autrement former des sols minces.
  • Amendement de la matière organique du sol:[ L'ajout de compost ou de fumier imite l'accumulation naturelle de matière organique dans les horizons O et A, améliorant ainsi la rétention d'eau et l'approvisionnement en nutriments.

Utilisation des terres urbaines et industrielles

Les sols argileux très soumis aux conditions météorologiques (p. ex. du basalte) peuvent poser des problèmes pour les systèmes septiques en raison d'un mauvais drainage. Les limons de sable provenant des dépôts alluviaux sont préférés pour la construction de fondations parce qu'ils se drainent bien et ont une capacité de roulement modérée.

Conclusion

La science de la formation des sols révèle une interaction dynamique entre les héritages géologiques, l'altération du climat, l'activité biologique, la position du paysage et les temps profonds. La matière mère fournit les ingrédients bruts, mais c'est l'action incessante de l'altération – physique, chimique et biologique – qui transforme cette matière en une couche vivante et durable que nous appelons sol. En étudiant le modèle CLORPT et le profil du sol, nous obtenons les outils pour interpréter le paysage, prédire le comportement du sol et gérer les terres pour une productivité à long terme et une santé écologique.