right|thumb|280px| Presjek koji ilustruje sloj tla, prikazujući površinski sloj tla (A); regolit (B); i saprolit, manje oštećeni regolit (C). Pedosfera (etimologija: grč πέδον – pedos = tlo, zemlja + σφαῖρα – sfera) je najudaljeniji sloj Zemljine kore koji se sastoji od tla i podložan je procesima formiranja tla i erozije. Nalazi se na granici litosfere, atmosfere, hidrosfere i biosfere.Elissa Levine, 2001, The Pedosphere As A Hub Pedosfera je "stratum corneum" Zemljine površine i razvija se samo kada postoji dinamička interakcija između atmosfere (zrak a i iznad tla), biosfere (živi organizmi i pridružene organske materije), litosfere (nekonsolidovani regolit i konsolidovana temeljna stijena) i hidrosfere (voda u, na i ispod tla). Pedosfera je temelj kopnenih ekosistema na Zemlji.
Pedosfera djeluje kao posrednik hemijskog i biogeohemijskog toka u i iz ovih odgovarajućih sistema i sastoji se od plinovitih, mineralnih, fluidnih i bioloških komponenti. Pedosfera se nalazi unutar Kritične zone, šireg interfejsa koji uključuje vegetaciju, pedosferu, vodonosne sisteme, regolit i konačno završava na nekoj dubini u temeljnoj stijeni gdje biosfera i hidrosfera prestaju značajno mijenjati hemiju u dubini. Kao dio većeg globalnog sistema, svako određeno okruženje u kojem se formira tlo je pod uticajem isključivo svog geografskog položaja na globusu, jer se klimatske, geološke, biološke i antropogene promjene događaju s promjenama geografske dužine i širine.
Pedosfera se nalazi ispod vegetacijskog pokrivača biosfere i iznad hidrosfere i litosfere. Proces formiranja tla (pedogeneza) može započeti bez pomoći biologije, ali se značajno ubrzava u prisustvu bioloških reakcija, gdje se formiraju ugljična spužvasta tla.Jehne, Walter, Regenerate Earth, accessed 2022 Formiranje tla počinje hemijskom i/ili fizičkom razgradnjom minerala kako bi se formirao početni materijal koji prekriva temeljnu stijenu. Biologija ubrzava ovaj proces izlučivanjem kiselih spojeva koji pomažu u razgradnji stijena. Posebni biološki pioniri su lišajevi, mahovine i biljke sjemenjače, ali se odvijaju i mnoge druge neorganske reakcije koje mijenjaju hemijski sastav sloja ranog tla. Nakon što se produkti trošenja i razgradnje akumuliraju, koherentno tijelo tla omogućava migraciju fluida i vertikalno i lateralno kroz profil tla, uzrokujući izmjenu iona između čvrste, tečne i plinovite faze. Kako vrijeme prolazi, glavnina geohemijskih vojstava sloja tla će odstupati od početnog sastava temeljne stijene i evoluirati u hemiju koja odražava vrstu reakcija koje se odvijaju u tlu.
Litosfera
Primarni uslovi za razvoj tla kontrolisani su hemijskim sastavom stijene na kojoj će se tlo nalaziti. Vrste stijena koje čine osnovu profila tla često su ili sedimentne (karbonatne ili silikatne), magmatske ili metamagmatske (metamorfozirane magmatske stijene) ili vulkanske i metavulkanske stijene. Vrstu stijene i procese koji dovode do njenog izlaganja na površini kontroliše regionalni geološki ambijent specifičnog područja koje se proučava, koji se vrti oko osnovne teorije tektonika ploča, naknadne deformacije, izdizanja, slijeganja i taloženja.
Metamagmatske i metavulkanske stijene čine najveću komponentu kratona i bogate su silicij- dioksidom (kvarcom). Magmatske i vulkanske stijene također imaju bogat sadržaj silicij-dioksida, ali kod nemetamorfiranih stijena, trošenje postaje brže, a mobilizacija iona je rasprostranjenija. Stijene bogate silicij-dioksidom proizvode ga kao produkt trošenja. Postoji nekoliko vrsta stijena koje dovode do lokaliziranog obogaćivanja nekih od biološki ograničavajućih elemenata poput P-a i N-a. Fosfatni škriljac (< 15% P2O5) i fosforit (> 15% P2O5) formiraju se u anoksijskim dubokim vodenim bazenima, koji čuvaju organski materijal.Boggs, S., Jr., 1995, Principles of Sedimentary and Stratigraphy. Prentice Hall, NJ, USA Zeleni kamen (metabazalt), filit i škriljac oslobađaju do 30–50% zaliha dušika. Debeli naslagani slojevi karbonatnih stijena često se talože na rubovima kratona tokom porasta nivoa mora. Široko rasprostranjeno rastvaranje karbonata i evaporita dovodi do povišenih nivoa Mg2+, , Sr2+, Na+, Cl− i iona u vodenom rastvoru.Faure, G., 1998, Principles and Applications of Geochemistry, 600 pp, Prentice-Hall, Upper Saddle River, NJ.
Trošenje i rastvaranje minerala Proces formiranja tla dominira hemijskim trošenjem silikatnih minerala, potpomognutim kiselim produktima pionirskih biljaka i ostalih organizama, kao i unosom ugljične kiseline iz atmosfere. Ugljična kiselina se proizvodi u atmosferi i slojevima tla putem karbonizacijske reakcije.
Ovo je dominantan oblik hemijskog trošenja i pomaže u razgradnji karbonatnih minerala (kao što su kalcit i dolomit) i silikatnih minerala (kao što je feldspat). Razgradnja Na-feldspata, albita, ugljičnom kiselinom da bi se formirao kaolinitna glina je sljedeća:
Dokaz ove reakcije na terenu bi bili povišeni nivoi bikarbonata (), natrijskih i silicij-dioksidnih iona u oticanju vode.
Razgradnja karbonatnih minerala:
Daljnje rastvaranje ugljične kiseline (H2CO3) i bikarbonata () proizvodi plin CO2. Oksidacija je također glavni doprinos razgradnji mnogih silikatnih minerala i formiranju sekundarnih minerala (dijageneza) u ranom profilu tla. Oksidacija olivina (FeMgSiO4) oslobađa ione Fe, Mg i Si.Grandstaff, D., 1986, The dissolution rate of forsteritic olivine from Hawaiian beach sand: Rates of chemical weathering of rocks and minerals, pp. 41–59. Mg je rastvorljiv u vodi i prenosi se površinskim oticanjem, ali Fe često reaguje sa kiseonikom i taloži Fe2O3 (hematit), oksidovano stanje gvožđe oksida. Sumpor, nusprodukt raspadanja organskog materijala, takođe će reagovati sa gvožđem i formirati pirit (FeS2) u redukcionim okruženjima. Rastvaranje pirita dovodi do niskih nivoa pH zbog povišenih H+ jona i daljeg taloženja Fe2O3, što na kraju mijenja redoks uslove okoline.
Biosfera
Unosi iz biosfere mogu početi sa lišajevima i drugim mikroorganizmima koji luče oksalnu kiselinu. Ovi mikroorganizmi, povezani sa zajednicom lišajeva ili nezavisno nastanjuju stijene, uključuju plavozelene alge, zelene alge, razne gljive i brojne bakterije. Lišajevi se dugo smatraju pionirima razvoja tla, kao što sugerira sljedeća Isozakijeva izjava iz 1997. godine:
Međutim, lišaji nisu nužno jedini pionirski organizmi niti najraniji oblik formiranja tla, jer je dokumentirano da biljke koje nose sjeme mogu zauzeti određeno područje i kolonizirati ga brže od lišajeva. Također, eolski procesi mogu proizvesti visoke stope akumulacije sedimenta. Ipak, lišajevi svakako mogu izdržati teže uvjete od većine vaskularnih biljaka i, iako imaju sporije stope kolonizacije, oni čine dominantnu grupu u alpskim regijama.
Organske kiseline koje se oslobađaju iz biljnih korjenova uključuju sirćetnu i limunsku kiselinu. Tokom raspadanja organske tvari, iz biljne tvari se oslobađaju fenolne kiseline, a mikrobi u tlu oslobađaju huminsku i fulvinsku kiselinu. Ove organske kiseline ubrzavaju hemijsko trošenje, kombinirajući se s nekim od produkata trošenja u procesu poznatom kao kelacija. U profilu tla, ove organske kiseline su često koncentrirane na vrhu profila, dok ugljična kiselina ima veću ulogu prema dnu profila ili ispod u vodonosniku.
Kako se stup tla dalje razvija u deblje akumulacije, veće životinje dolaze da naseljavaju tlo i nastavljaju mijenjati hemijsku evoluciju svoje odgovarajuće niše. Kišne gliste prozračuju tlo i pretvaraju velike količine organske tvari u bogati humus, poboljšavajući plodnost tla. Mali sisari, koji se ukopavaju skladište hranu, rastu mladi i mogu hibernirati u pedosferi mijenjajući tok evolucije tla. Veliki sisarski biljojedi iznad zemlje transportuju hranjive tvari u obliku otpada bogatog dušikom i rogova bogatih fosforom, dok predatori ostavljaju hrpe kostiju bogate fosforom na površini tla, što dovodi do lokaliziranog obogaćivanja tla.
Redoks uslovi u močvarnim zemljištima Kruženje hranjivih materija u jezerima i slatkovodnim močvarama uveliko zavisi od redoks uslova. Pod nekoliko milimetara vode, heterotrofne bakterije metaboliziraju i troše kisik. Stoga one iscrpljuju kisik u tlu i stvaraju potrebu za anaerobnim disanjem. Neki anaerobni mikrobni procesi uključuju denitrifikaciju, redukciju sulfata i metanogenezu i odgovorni su za oslobađanje N2 (dušika), H2S (sumporovodik) i CH4 (metan). Drugi anaerobni mikrobni procesi povezani su s promjenama oksidacijskog stanja željeza i mangana. Kao rezultat anaerobne razgradnje, tlo skladišti velike količine organskog ugljika jer ugljična spužvasia tla ostaju netaknuta. Redukcijski potencijal opisuje na koji način će se odvijati hemijske reakcije u zemljištima siromašnim kisikom i kontrolira kruženje hranjivih tvari u poplavljenim sistemima. Redukcijski potencijal se koristi za izražavanje vjerovatnoće da će okruženje primiti elektrone i stoga postati reducirano. Naprimjer, ako sistem već ima mnogo elektrona (anoksijski, organski bogat škriljac), on se redukuje. U sistemu će vjerovatno donirati elektrone dijelu koji ima nisku koncentraciju elektrona ili oksidiranom okruženju, kako bi se uravnotežio s hemijskim gradijentom. Oksidirano okruženje ima visok redoks potencijal, dok reducirano okruženje ima nizak redoks potencijal.
Redoks potencijal kontrolira oksidacijsko stanje hemijske vrste, pH i količina O2 koja se nalazi u sistemu. Oksidirajuće okruženje prima elektrone zbog prisustva O2, koji djeluje kao akceptor elektrona:
Ova jednačina će se u kiselim uslovima pomjerati udesno. Viši redoks potencijali se nalaze na nižim pH nivoima. Bakterije, heterotrofni organizmi, troše kisik, dok razgrađuju organski materijal. To iscrpljuje kisik u tlu, smanjujući tako redoks potencijal. Pri visokom redoks potencijalu, oksidovani oblik gvožđa, feri željezo (Fe3+), će se obično taložiti kao hematit. U niskim redoks uslovima, brzina razgradnje se smanjuje i taloženje fero željezo (Fe2+) increase.
Korištenjem analitičkih geohemijskih alata kao što su rendgenska fluorescencija ili induktivno spregnuta masena spektrometrija, dva oblika Fe (Fe2+ i Fe3+) mogu se izmjeriti u drevnim stijenama, čime se određuje redoksnih potencijal za drevna tla. Takva studija je provedena na stijenama od perma do trijasa (starosti 300–200 miliona godina) u Japanu i Britanskoj Kolumbiji. Geolozi su pronašli hematit tokom ranog i gvadalupskog srednjeg permskog perioda, ali su počeli pronalaziti reducirani oblik željeza u piritu, unutar drevnih tala, pri kraju perma i tokom trijasa. Ovi rezultati ukazuju na to da su uslovi postali manje bogati kisikom, čak i anoksijsi, tokom kasnog perma, što je na kraju dovelo do najvećeg izumiranja u historiji Zemlje, P-T izumiranja.
Razgradnja u anoksijskim ili reduciranim tlima također se provodi pomoću bakterija koje redukuju sumpor, a koje umjesto O2 koriste kao akceptor elektrona i u tom procesu proizvode vodik-sulfid (H2S) i ugljik-dioksid:
Plin H2S se procijedi prema gore i reagira s Fe2+ te taloži pirit, djelujući kao zamka za toksični plin H2S. Međutim, H2S i dalje predstavlja veliki dio emisija iz močvarnih tala. U većini slatkovodnih močvara ima malo sulfata (), tako da metanogeneza postaje dominantni oblik razgradnje od strane metanogenih bakterija samo kada se sulfat iscrpi. Acetat, spoj koji je nusprodukt fermentacije celuloze, razgrađuje se metanogenim bakterijama kako bi se proizveo metan (CH4) i ugljikov dioksid (CO2), koji se oslobađaju u atmosferu. Metan se također oslobađa tokom redukcije CO2 od strane istih bakterija.
Atmosfera