Matriz do solo (por vezes terra fina) é a designação dada nas ciências do solo à fração sólida dos materiais constituintes dos solos, essencialmente composta por minerais e mineraloides, por húmus e por matéria orgânica em diversos estágios de decomposição. A distribuição do tamanho das partículas da matriz do solo, geralmente referida como a textura do solo, determina muitas das propriedades do solo, em particular a condutividade hidráulica e o potencial hídrico e a capacidade de troca iónica. Contudo, as características físico-químicas dessas partículas podem modificar fortemente essas propriedades, sendo especialmente importantes a mineralogia das partículas mais finas do solo (as argilas), o tipo de matéria orgânica presente (e o seu grau de humificação) e as características dos complexos argilo-húmicos formados... Descrição As partículas sólidas que compõem os solos, independentemente da sua natureza, podem ser classificadas pela sua composição química (mineralogia) e pelo seu tamanho. Contudo, tradicionalmente, as partículas do solo costumam ser divididas em dois grandes grupos: (1) a fração mineral, essencialmente constituída por silicatos de diversa natureza e por minerais e mineraloides derivados, incluindo os fragmentos de rocha mãe e outras rochas carreadas para o solo; e (2) a fração orgânica, constituída por húmus e por matéria orgânica em diversos estados de decomposição. De fora, apesar de eventualmente poderem ser considerados como sólidos, ficam os organismos vivos, incluindo as raízes das plantas, as hifas fúngicas e toda a biomassa microbiana que, nalguns casos, pode representar a maioria do volume (ou mesmo da massa) do solo.
Especialmente em literatura mais antiga, há casos em que o conceito de matriz do solo se reduz à fração mineral, não sendo considerada a fração orgânica, mesmo quando seja matéria orgânica em avançado estado de humificação ou mesmo de húmus estabilizado. Nessas aceções, a matriz do solo é constituída apenas pelos minerais e mineraloides presentes. Fração mineral A fração mineral da matriz do solo é essencialmente constituída por minerais e mineraloides de diversa natureza, incluindo os fragmentos de rocha mãe e outras rochas carreadas para o solo. A forma mais comum de os classificar é de acordo com o seu tamanho, seguindo a mesma metodologia que é utilizada para descrever a textura do solo..
Cascalho, areia e silte O cascalho, a areia e o silte são as maiores partículas do solo e a sua mineralogia é muitas vezes herdada do material parental do solo, mas pode incluir produtos da meteorização (como concreções de carbonato de cálcio ou óxido de ferro) ou resíduos mineralizados de plantas e animais (como os fitólitos, restos silificados de plantas).
O quartzo é o mineral mais comum na fração de areia e silte, pois é resistente à meteorização química, excepto em climas quentes. Outros minerais comuns são os feldspatos, as micas e os minerais ferromagnesianos como as piroxenas, anfíbolas e olivinas, que são dissolvidos ou transformados em argilas sob a influência combinada de processos físico-químicos e biológicos.
Argilas e coloides minerais
Devido à sua alta área de superfície específica e suas cargas elétricas negativas desequilibradas, a argila é o componente mineral mais ativo do solo. As argilas são maioritariamente materiais cristalinos, mas frequentemente estão presentes no solo em formas coloidais, frequentemente associadas à fração orgânica sob a forma de complexos organominerais.
Nos solos, a argila é uma das classes de textura do solo e é definida no sentido físico como qualquer partícula mineral menor que 2 μm de diâmetro efetivo. Muitos minerais do solo, como o gesso, os carbonatos ou o quartzo, são suficientemente pequenos para serem classificados como argila com base apenas no seu tamanho físico, mas quimicamente não oferecem a mesma utilidade que os minerais argilosos definidos mineralogicamente. Quimicamente, os minerais de argila são uma variedade de filossilicatos com propriedades reativas bem definidas.
Antes do advento das técnicas de difração de raios X, a argila era considerada como sendo formada por partículas muito pequenas de quartzo, feldspato, mica, hornblenda ou augite, contudo demonstrou-se que, com excepção das argilas à base de micas, estes minerais são um precipitado com uma composição mineralógica dependente, mas diferente, do material parental que lhes deu origem, sendo classificadas como um mineral secundário.
O tipo de argila que se forma é função do material parental de origem, este por sua vez e boa parte resultado da rocha mãe, e da composição dos minerais em solução. Os minerais argilosos continuam a ser formados enquanto o solo existir, num constante equilíbrio com as condições edafo-climáticas prevalecentes em cada momento. As argilas à base de mica resultam de uma modificação do mineral primário, a mica, de tal forma que se comporta e é classificado como uma argila. A maioria das argilas são cristalinas, mas algumas argilas, ou algumas partes de minerais argilosos, são amorfas, sendo assim melhor classificadas como mineraloides. As argilas de cada solo são uma mistura dos vários tipos de argila, mas um tipo geralmente predomina, resultados das caraterísticas específicas do solo e do seu material parental e dos processos que estiveram na sua origem.
Normalmente, estão presentes nos solos quatro grupos principais de minerais de argila: caulinite, montmorilonite-smectite, ilite e clorite. A maioria das argilas é cristalina e a maioria é composta de três ou quatro planos de oxigénio mantidos juntos por planos de alumínio e silício por meio de ligações iónicas que juntas formam uma única camada de argila. O arranjo espacial dos átomos de oxigénio determina a estrutura da argila. Metade do peso da argila é oxigénio, mas em termos de volume, este elemento representa 90% do volume total. As camadas de argila às vezes são mantidas juntas por pontes de hidrogénio, pontes de sódio ou de potássio e, como resultado, incham menos na presença de água. Argilas como montmorilonite têm camadas que estão frouxamente ligadas e incham muito quando as moléculas de água se intercalam entre as camadas.
Num sentido mais amplo, as argilas podem ser classificadas como: Argilas alumino-silicatadas (montmorilonite, ilite, vermiculite, clorite, caulinite) — Este grupo de argilas são aluminossilicatos caracterizados pela regularidade da sua estrutura cristalina ou quase-cristalina. Átomos de oxigénio em ligação iónica com átomos de silício formam uma estrutura de coordenação tetraédrica (com o silício ao centro) que por sua vez forma folhas de sílica. Duas folhas de sílica são unidas por um plano de alumínio que forma uma coordenação octaédrica, chamada alumina, com os átomos de oxigénio das folhas de sílica situadas acima e abaixo. Iões de hidroxilo (OH−) por vezes substituem os átomos de oxigénio. Durante o processo de formação da argila, o ião Al3+ pode substituir o ião Si4+ na camada de sílica, e até um quarto dos átomos de alumínio Al3+ pode ser substituído por Zn2+, Mg2+ ou Fe2+ na camada de alumina. A substituição de catiões de valência inferior por catiões de valência superior (ou seja, por isomorfo de substituição) dá à argila uma carga eletronegativa local em torno do átomo de oxigénio que atrai e retém água e iões do solo carregados positivamente, alguns dos quais são valiosos para o crescimento das plantas. A substituição isomórfica ocorre durante a formação da argila e não muda com o tempo. Os principais grupos de aluminossilicatos são os seguintes: Montmorilonite — estas argilas são compostas por quatro planos de oxigénio com dois planos de silício e um plano central de alumínio intercalado entre os dois. A montmorilonite é um aluminossilicato com uma proporção de 2:1 de silício para alumínio, o que leva a que seja considerada um argilomineral do tipo 2:1. Os sete planos juntos formam um único cristal de montmorilonite. Os cristais são fracamente mantidos juntos e as moléculas de água podem intercalar-se entre camadas, fazendo com que a argila inche até dez vezes o seu volume seco. Ocorre em solos pouco lixiviados, por isso é encontrado em regiões áridas, embora também possa ocorrer em climas húmidos, dependendo da sua origem mineralógica. Como os cristais não são ligados face a face, toda a superfície fica exposta e disponível para reações de superfície, portanto, estas argilas apresentam alta capacidade de troca catiónica (CTC). Ilite — é uma argila 2:1, por isso semelhante em estrutura à montmorilonite, mas apresenta pontes de potássio entre as faces dos cristais de argila e o grau de expansão depende do grau de meteorização do feldspato potássico presente. A área de superfície ativa é reduzida devido às pontes iónicas de potássio. A ilite resulta da modificação das micas, um mineral primário. É frequentemente encontrada em conjunto com a montmorilonite e com os seus minerais primários. Possui capacidade de troca catiónica moderada. Vermiculite — é uma argila à base de mica, semelhante à ilite, mas os cristais de argila são mantidos juntos de forma mais frouxa por átomos de magnésio hidratado, o que permite fácil inserção de moléculas de água, pelo que este mineral incha, mas não tanto quanto a montmorilonite. Tem uma capacidade de troca catiónica muito elevada. Clorite — é uma argila semelhante à vermiculite, mas a ocasional ligação frouxa por pontes iónicas de magnésio hidratado é substituída por uma folha de magnésio hidratado, que une firmemente os planos acima e abaixo dela. Possui dois planos de silício, um de alumínio e outro de magnésio; portanto, é uma argila 2:2. A clorite não incha e tem baixa capacidade de troca catiónica. Caulinite — é uma argila muito comum, altamente meteorizada, e mais comum que a montmorilonite em solos ácidos. Possui um plano de sílica e um plano de alumina por cristal; portanto, é uma argila do tipo 1:1. Um plano de sílica de montmorilonite é dissolvido e substituído por hidroxilos, o que produz fortes pontes de hidrogénio com os átomos de oxigénio na superfície da folha de argila mais próxima. Como resultado, a caulinite não incha em água e tem uma baixa área de superfície específica, e como quase nenhuma substituição isomorfa ocorre, tem uma capacidade de troca catiónica muito baixa. Onde a precipitação é alta, os solos ácidos lixiviam seletivamente mais sílica do que alumina das argilas originais, deixando a caulinite como argila dominante. Meteorização ainda mais intensa resulta em argilas de sesquióxido. Argilas contendo carbonatos e sulfatos (calcite (CaCO3), dolomite (CaMg(CO3)2) e gesso (CaSO4·2H2O)) — Os minerais de argila ricos em iões carbonato e sulfato são muito mais solúveis e, portanto, são encontrados principalmente em solos desérticos, onde a lixiviação é menos ativa. Argilas amorfas (misturas incipientes de sílica (SiO2-OH) e alumina (Al(OH)3, com forte presença de alofanas, que ainda não formaram cristais regulares) — as argilas amorfas são de formação recente e ainda incipiente, em geral encontradas em depósitos recentes de cinzas vulcânicas, especialmente em solos cujo material parental são piroclastos. São misturas de alumina e sílica que não tomaram ainda a forma cristalina ordenada das argilas aluminossilicatadas, o que com o decorrer do tempo acabará por acontecer. A maioria de suas cargas negativas tem origem na presença de iões hidroxilo, que podem ganhar ou perder um ião hidrogénio (H+) em resposta ao pH do solo. Estas argilas podem ter uma carga negativa fornecida pelo ião hidroxilo (OH-) a que estão ligadas, que pode atrair um catião, ou perder o hidrogénio da hidroxilo para a solução e exibir uma carga positiva que pode atrair aniões. Como resultado, estas argilas podem exibir capacidade de troca catiónica elevada numa solução do solo ácida ou, em alternativa, alta capacidade de troca aniónica numa solução do solo básica.