Pedosfäär

Pedosfäär ehk maakera muldkate on õhuke mitmesuguse koostise ja tihedusega geosfäär. Pedosfäär asetseb atmosfääri ja litosfääri vahel õhukese kihina. Pedosfäär on pidevas vastastikmõjus järgnevate geosfääridega: atmosfäär, hüdrosfäär, litosfäär ja biosfäär. Pedosfäär on kogu maismaalise elu aluseks, olles vahendajaks atmosfääri ja maakoore aineringete vahel. Pedosfääri levik planeedil Maa pole pidev, kuna selle levikut takistavad tehislikult inimmõju ja looduslikult veekogud, mäestikud ja liustikud. Pedogenees ehk mullatekke protsess saab alguse teiste geosfääride vastastikmõjul. Maakoore kivimite murenemisel laguneb senine maakooremassiiv pisemateks tükkideks kas keemilise porsumise või füüsikalise rabenemisega. Elusorganismide, eriti pioneerliikide, nagu samblike ja sammalde elutegevuse toel vabanevad huumushapped omakorda aitavad kaasa edasistele mullatekkeprotsessidele. Ka anorgaanilised ühendid ja nendevahelised reaktsioonid aitavad mullatekkele kaasa. Mullavesi liigub mullakehas nii üles ja alla kui ka kihtide kaupa külgsuunas, olles sellega peamine aineringluse edasikandja. Erosiooniprotsesside, elusorganismide elutegevuse ja mullavee liikumise tagajärjel kujuneb mullakompleks, mille keemiline koostis erineb lähtekivimi koostisest ja peegeldab mullas toimivate vastastikmõjude tulemit. Elusorganismide puudumisel on kogu protsess aeglasem. Pedosfääri tähtsus seisneb eluks vajalike toit- ja mineraalainete talletamises ja vabastamises kogu Maad hõlmavasse aineringlusse. Nii säilib üldine elurikkus nii maismaal kui ka sellega vahetus kokkupuutes olevates veelistes keskkondades. Lähtekivim – annab mullale mineraalse osa ja määrab mulla omadused (niiskus, happesus, viljakus jne). Reljeef – künklikel aladel kannab erosioon mulla viljakama osa jalamile. Väga tasasel alal võib aga muld olla liigniiske. Mägisel alal kuivab päikesepoolse nõlva muld kiiresti ja krobeliseks ning seal ei kasva eriti midagi. Mulla vanus – mida vanem on muld, seda paksem on mullaprofiil, seda rohkem on mullas horisonte ning seda vähem mõjutab teda lähtekivim. Veerežiim – määrab, mis suunas liigub vesi mullas ja seega ka osakeste liikumissuuna. Kliima – sellest sõltuvad murenemise kiirus, mulla niiskus ja mulla viljakus. Taimestik – taimed kinnituvad juurtega mulda, taimejäänustest tekib mulda huumust ja orgaanilist ainet. Loomad – kobestavad ja lagundavad ehk aitavad huumuse tekkele kaasa.. Lähtekivimi keemiline murenemine ehk porsumine on enamlevinud mullatekkeprotsessi algataja. Taimede, sammalde ja samblike elutegevusest eraldub huumushappeid. Atmosfääris aga tekib süsihapet looduslikult. H 2 O + C O 2 ⟶ H + + H C O 3 − ⟶ H 2 C O 3 [ 3 ] {\displaystyle {H_{2}O+CO_{2}\longrightarrow H^{+}+HCO_{3}^{-}\longrightarrow H_{2}CO_{3}}[3]} H2CO3- on porsumise levinuim reagent, mis lahustab selliseid karbonaatseid mineraale nagu kaltsiit ja dolomiit ning ränimineraale nagu päevakivi. Albiidi ehk Na-päevakivi porsumine kaoliniitsaviks (H2CO3) reageerides on järgmine: 2   N a A l S i 3 O 8 + 2   H 2 C O 3 + 9   H 2 O ⟶ 2   N a + + 2   H C O 3 − + 4   H 4 S i O 4 + A l 2 S i 2 O 5 ( O H ) 4 [ 3 ] {\displaystyle {2\ NaAlSi_{3}O_{8}+2\ H_{2}CO_{3}+9\ H_{2}O\longrightarrow 2\ Na^{+}+2\ HCO_{3}^{-}+4\ H_{4}SiO_{4}+Al_{2}Si_{2}O_{5}(OH)_{4}}[3]} Reaktsiooni tulemusel tõuseb vesinikkarbonaatide, kaaliumi ja räniioonide tase mullapinda läbivas vees. Näiteks lubjakivi porsumisel: C a C O 3 + H 2 C O 3 ⟶ C a 2 + + 2   H C O 3 − [ 3 ] o r C a C O 3 ⟶ C a 2 + + C O 3 2 − [ 6 ] {\displaystyle {CaCO_{3}+H_{2}CO_{3}\longrightarrow Ca^{2+}+2\ HCO_{3}^{-}}[3]or\mathrm {CaCO_{3}\longrightarrow Ca^{2+}+CO_{3}^{2-}} [6]} Süsihappe ja vesinikkarbonaadide edasises lahustumises vabaneb keskkonda süsihappegaas. Mullatekke varases järgus porsuvad oksüdeerudes paljud ränimineraalid ning tekivad diageneesis uued sekundaarsed mineraalid. Näiteks oliviini (FeMgSiO2) porsumisel oksüdatsiooniga vabaneb ümbritsevasse keskkonda Fe, Mg ja Si-ioone. Mullavesi kannab magneesiumi minema, kuid rauaioonid reageerivad mullas leiduva hapnikuga ja tekib hematiit (Fe2O3). Lagunevast orgaanikast aga vabaneb mulda väävel, mis omakorda hakkab redutseerivates tingimustes moodustama püriiti (FeS2). Püriidi lahustumine mullas leiduvate humiinhapete toimel aga tõstab üldiselt mulla pH-d, kuna vabanevad H+ ioonid. Peamiseks teguriks pedogeneesis peale reljeefi on lähtekivimi keemiline koostis. Lähtekivimiks saavad olla kas settekivimid (karbonaatsed või silikaatsed), vulkaanilist päritolu tardkivimid või moonde tagajärjel kujunenud moondekivimid. Lähtekivimi tüüp ja selle paljandumise viis sõltuvad piirkondliku geoloogia eripäradest ja kujunemisloost. Mandriline maakoor koosneb enamasti ränirikastest tardkivimitest, mis erinevalt moondekivimitest murenevad kiiremini. On mõningaid mineraale kivimeis, mille paljandumine suurendab elurikkust piiravate tegurite, näiteks fosfori ja lämmastiku, esinemist looduses – näiteks fosforiit ja fülliit. Erinevatel karbonaatsetel ja evaporiitsetel lähtekivimitel paiknevad mullad on seetõttu happevihmadele vastupidavamad, kuna pidev Mg2+, HCO3−, Sr2+, Na+, Cl− ja SO42 ioonide juurdekanne mullaveega hoiab mulla aluselisena. Elusorganismide mõju kujunevale pedosfäärile võib alata samblike ja teiste mikroorganismidega nagu tsüanobakterid, rohevetikad jms, kelle elutegevuse tagajärjel vabaneb keskkonda oblikhape. Samblikke ja samblaid on pikka aega peetud mullatekke pioneerliikideks, mille peened risoidid murendavad kivimi pinda vähehaaval, kuid kindlalt. Samas on ka täheldatud seemnetaimede kiiremat levikut muldkatteta aladele, kuid kindlasti peavad samblikud rasketes tingimustes paremini vastu kui soontaimed. Seega kõrgmäestikes moodustavad just samblikud valitseva grupi. Pedosfääris leidub palju elutegevuse tagajärjel tekkinud happeid. Taimede juurestikest pärinevad nii etaan- kui ka sidrunhape. Orgaanika lagunedes eraldub keskkonda fenoolhape. Mullamikroobide tegevusel eraldub humiin- ja fulvohappeid. Need orgaanilised happed aitavad kaasa porsumisele kelaatumise reaktsiooniga. Mullaprofiilis on orgaaniliste hapete osatähtsus suurem just pinnasele lähemal ja süsihappe roll on suurem põhjavee kihi lähedal või isegi allpool selle taset. Pinnasekihi kasvades laieneb sinna ka suuremate loomade leviala, kes omakorda muudavad sealse mulla keemilist tasakaalu. Vihmaussid parandavad mulla õhutust ja muudavad poollagunenud orgaanikat ehk kõdu huumuseks, parandades sellega pinnase viljakust. Paljud uruloomad veedavad osa oma elust pedosfääris, muutes oma elutegevusega sealse keskkonda, peites sinna varusid, kasvatades pesakondi ja ka seal talvitudes. Taimtoidulised suurimetajad lisavad aineringlusse lämmastikku oma väljaheidetega ja fosforit mahaheidetud sarvedega – näiteks põdrad või hirvlased. Ka kiskjad jätavad aineringlusse fosforirikkaid luukuhilaid ja lämmastikku väljaheidete näol. Atmosfääri ja pedosfääri vahel on gaasisisaldused üldiselt tasakaalus. Taimejuurtest ja mullamikroobidest mulda vabaneva CO2 tõttu on mullavees vesinikkarbonaatide (HCO3) osakaal palju suurem kui atmosfääris. CO2 suur kontsentratsioon ja metalliioonide esinemine mullas madaldab ka mulla pH-taset. Gaasid, mis vabanevad pedosfäärist atmosfääri, sisaldavad nii karbonaatide lahustumise, kõdunemise, redoksreaktsioonide kui ka mikrobioolse fotosünteesi tulemeid. Atmosfäärist aga ladestuvad aineosakesed pedosfääri tuultekkeliste setete, vihmavee ja gaaside difusiooni abil. Tuultekkelised setted võivad olla ükskõik millised osakesed, mida tuul suudab edasi kanda või mis jäävad hõljuma. Nende alla kuuluvad aerosoolid, õietolm, löss, tolm ja ka mineraalirohke pinnasetolm. Lämmastik on peamine vihmapiiskade koostisosa veel järel, sest veeaur koondub just aerosooliosakeste ümber, moodustades nii veepiisku. Mullad on metsades enamasti hästi arenenud. Seda näitavad paks huumuskiht, liigirohkus erinevates rinnetes ja nendes elavas elustikus. Metsades ületab sademete osakaal aurumist, mille tõttu on metsades pinnas niiskem ja sademevesi uhub mullahorisondid läbi. Lagunemis- ja kõdunemisprotsesside aeglasest toimimisest tekib ohtralt fulvohappeid, mis omakorda aitab porsumisele kaasa. Sademevete läbiuhtumine viib porsumisest tulenevalt vabad magneesiumi-, raua- ja alumiiniumiosakesed allapoole ehk tekib leetumine. Muldade leetumisel tekivad selgelt eristatavad, nii väljanägemiselt kui keemiliselt, horisondid. Troopilised vihmametsad saavad aasta lõikes rohkem päikesekiirgust ja sademeid, kui ükski muu piirkond maailmas. Kõrged keskmised temperatuurid, kõrge päiksekiirguse tase ja ohter sademetehulk tingivad suure hulga biomassi tekke, kuni 800 grammi süsinikku ruutmeetri kohta. Kõrge keskmine temperatuur ja suur sademeveekogus aitab ka porsumisele tugevalt kaasa. Lagunemis- ja kõdunemisprotsesside ülikiirest toimumisest tingituna tekib seal vähe fulvo- ja humiinhappeid, mis omakorda tähendab leetumise vähest mõju. Sellest tingituna puuduvad või esinevad vaid vähesel määral troopilistes vihmametsades mullahorisondid. Vabad magneesiumi, raua ja alumiiniumiosakesed seostuvad oksiididena mulla mineraalsesse koostisse ning tekivad troopilised punamullad. Sademete hulk rohtlates on võrdne või väiksem aurumisega ja seetõttu on sealsed mullad pigem põuased. Aurumise suur osakaal toob aga kaltsiumi ja teised suuremõõtmelised katioonid koos fulvohapetega mullaprofiili ülemistesse kihtidesse, kus need ladestuvad savimineraalidesse. Halva läbilaskvusega savi takistab aga vee, vabade ioonide ja fulvohapete liikumist allapoole mullahorisontidesse. Leetumine ja murenemine on seetõttu vähenenud. Savikihi läbimõõt ja sügavus suurenevad aladel, kus sademete ja leetumise osakaal on suurem. Leetumise vähenemisel kaltsium sadestub välja kaltsiidina (CaCO3) -– nn caliche-kiht. Kõrbetes on sarnased mullatekke tingimused, kuid seal valitseva pideva põua tõttu toimuvad porsumisprotsessid aeglasemalt kui rohtlates. Caliche-kihi all võib esineda nii kipsi kui ka haliidi kihte. Uuringud on näidanud, et fosfor kaob mullast väga kähku ja süsiniku hulk ariidsetes muldades on väga väike väiksemahuliste kõdunemisprotsesside tõttu, mis tähendab ka süsiniku aineringe väiksemat mahtu. Leetumine toimub parasvöötme okasmetsades, kus on okkavarise tõttu happeline keskkond. Happelise keskkonna mõjul lagunevad mineraalosakesed vees lahustuvateks ja muld muutub läbiuhteliseks ehk tekib hele leethorisont. Parasvöötme metsades ületavad sademed enamasti aurumist, mis loob tingimused väljauhtehorisondi tekkeks. Leetumise toimumiseks peab lähtekivim olema karbonaadivaene. Gleistumine on iseloomulik liigniisketele ja hapnikuvaestele keskkondadele. Gleistumise käigus võtavad anaeroobsed mikroorganismid orgaanilise aine lagundamiseks vajaliku hapniku redutseerumisvõimelistest mineraalühenditest, peamiselt raud(III)oksiidist, mis redutseerub raud(II)oksiidiks. Mulda tekivad rohekad-sinakad-hallid laigud, mis on väheviljakad ja halvasti vett läbilaskvad. Sooldumine on iseloomulik kõrbetele ja ariidsele kliimale. Ariidses kliimas on aurumise tase väga suur, mis tähendab vihmavees leiduvate soolade muldajäämist. Paljusid neist sooladest on taimedele ebavajalikud, mis tähendab nende kogunemist mullas. Soostumine on iseloomulik tundra- ja metsavööndile. Tekib, kui aurumine on väike ja sajab palju, alad on väga madalad, põhjavesi on liiga kõrgel jne. Soodes ei lagune orgaaniline aine ära ning kuhjub turbana. Kamardumine on iseloomulik rohtlavööndile. Rohtlates on aurumine ja sademed peaaegu tasakaalus. Lisanduva biomassi kogus on väga suur, mis toetab aktiivset mullaelustiku. Huumuskihi paksus võib ületada meetri. Punamullad esinevad troopilistes vihmametsades. Troopiliste vihmametsa kliimatingimused tingivad väga kiire aineringe − kõik mis maha kukub haaratakse kohe taimede poolt kasutusse. Mullad on väheviljakad ja ei sobi maa harimiseks. Suure sademetehulga tõttu on erosioonioht puude langetamise korral väga suur. Sealsed mullad on vanimad, olles kuni 10 m paksused. atmosfäär biosfäär hüdrosfäär litosfäär Grandstaff, D., 1986, The dissolution rate of forsteritic olivine from Hawaiian beach sand: Rates of chemical weathering of rocks and minerals, lk 41–59. Faure, G., 1998, Principles and Applications of Geochemistry, 600 lk. Prentice-Hall, Upper Saddle River, NJ. Chen, J., Blume, H., and Beyer, L., 2000, Weathering of rocks induced by lichen colonization—a review: Catena, v. 39, no. 2, lk. 121–146. Clements, F.E., and Shelford, V.E., 1939, Bioecology. John Wiley, New York. Schlesinger, W., 2014, Biogeochemistry: An analysis of global change , Academic Press. Koren, I., Kaufman, Y., Todd, M., Rodich, Y., Martins, V., Rosenfield, D., 2006, The Bodele depression: a single spot in the Sahara that provides most of the mineral dust to the Amazon rainforest, Environmental Research Letters, 1. Lajtha, K., and Schlesinger, W., 1988, The biogeochemistry of phosphorus cycling and phosphorus availability along a desert soil chronosequence: Ecology, v. 69, no. 1, lk 24–39.