ชั้นดิน (จากภาษากรีกโบราณπέδον ( pédon ) ' พื้นดิน, โลก'และσφαῖρα ( sphaîra ) ' ทรงกลม' ) คือชั้นนอกสุดของเปลือกโลกที่ประกอบด้วยดินและอยู่ภายใต้กระบวนการก่อตัวของดินและการกัดเซาะมันดำรงอยู่ที่รอยต่อระหว่างชั้นหิน ชั้นบรรยากาศชั้นน้ำและชั้นชีวภาพ [ ^{1 ] ชั้น}ดินเป็น " ชั้นเคราติน " ของพื้นผิวโลกและพัฒนาขึ้นได้ก็ต่อเมื่อมีปฏิสัมพันธ์แบบไดนามิกระหว่างชั้นบรรยากาศ ( อากาศในและเหนือดิน) ชั้นชีวภาพ ( สิ่งมีชีวิตและสารอินทรีย์ ที่เกี่ยวข้อง ) ชั้นหิน ( ชั้นดิน ที่ยังไม่แข็งตัว และหินฐาน ที่แข็งตัว ) และชั้นน้ำ ( น้ำใน บน และใต้ดิน) ชั้นดินเป็นรากฐานของระบบนิเวศบนบกบนโลก

ชั้นดินทำหน้าที่เป็นตัวกลางในการไหลเวียนของสารเคมีและชีวธาตุเคมีเข้าและออกจากระบบต่างๆ เหล่านั้น และประกอบด้วยส่วนประกอบที่เป็นก๊าซ แร่ธาตุของเหลว และชีวภาพ ชั้นดินตั้งอยู่ในเขตวิกฤต ซึ่งเป็นส่วนเชื่อมต่อที่กว้างกว่า ซึ่งรวมถึงพืชพรรณ ชั้นดิน ระบบ ชั้นหินอุ้มน้ำชั้นหินผุ และสิ้นสุดที่ระดับความลึกในชั้นหินฐาน ซึ่งชีวภาคและอุทกภาคหยุดการเปลี่ยนแปลงทางเคมีอย่างมีนัยสำคัญในระดับความลึกนั้น ในฐานะที่เป็นส่วนหนึ่งของระบบโลกที่ใหญ่กว่า สภาพแวดล้อมใดๆ ที่ดินก่อตัวขึ้นจะได้รับอิทธิพลจากตำแหน่งทางภูมิศาสตร์บนโลกเท่านั้น เนื่องจากมีการเปลี่ยนแปลงทางภูมิอากาศ ธรณีวิทยา ชีวภาพ และการกระทำของมนุษย์เกิดขึ้นพร้อมกับการเปลี่ยนแปลงของลองจิจูดและละติจูด

ชั้นดิน (pedosphere) อยู่ใต้ชั้นพืชปกคลุมของชีวภาค (biosphere) และอยู่เหนือชั้นน้ำ (hydrosphere) และชั้นหิน (lithosphere) กระบวนการก่อตัวของดิน (pedogenesis) สามารถเริ่มต้นได้โดยไม่ต้องอาศัยสิ่งมีชีวิต แต่จะเร่งขึ้นอย่างมากเมื่อมีปฏิกิริยาทางชีวภาพ ซึ่งจะทำให้เกิดฟองน้ำคาร์บอนในดิน^{[ 2 ]}การก่อตัวของดินเริ่มต้นด้วยการสลายตัวทางเคมีและ/หรือทางกายภาพของแร่ธาตุเพื่อสร้างวัสดุเริ่มต้นที่อยู่เหนือพื้นผิวหินฐาน สิ่งมีชีวิตทางชีวภาพเร่งกระบวนการนี้โดยการหลั่งสารประกอบที่เป็นกรดซึ่งช่วยสลายหิน สิ่งมีชีวิตที่เป็นผู้บุกเบิก โดยเฉพาะ ได้แก่ไลเคนมอส และพืชมีเมล็ด^{[ 3 ]}แต่ยังมีปฏิกิริยาอนินทรีย์อื่นๆ อีกมากมายที่เกิดขึ้นซึ่งทำให้องค์ประกอบทางเคมีของชั้นดินในช่วงแรกมีความหลากหลาย เมื่อ ผลิตภัณฑ์ จากการผุพังและการสลายตัวสะสมตัวขึ้น ดินที่มีลักษณะเป็นเนื้อเดียวกันจะช่วยให้ของเหลวเคลื่อนที่ได้ทั้งในแนวดิ่งและแนวนอนผ่านชั้นดินทำให้เกิดการแลกเปลี่ยนไอออนระหว่างของแข็ง ของเหลว และก๊าซ เมื่อเวลาผ่านไปองค์ประกอบทางเคมี โดยรวม ของชั้นดินจะเบี่ยงเบนไปจากองค์ประกอบเริ่มต้นของหินฐาน และจะพัฒนาไปสู่องค์ประกอบทางเคมีที่สะท้อนถึงประเภทของปฏิกิริยาที่เกิดขึ้นในดิน^{[ 4 ]}

ปัจจัยหลักที่ควบคุมการพัฒนาของดินนั้นขึ้นอยู่กับองค์ประกอบทางเคมีของหินที่เป็นฐานของดิน ชนิดของหินที่เป็นฐานของชั้นดินมักจะเป็นหินตะกอน (คาร์บอเนตหรือซิลิกา) หินอัคนีหรือหินอัคนีแปรสภาพ หรือ หินภูเขาไฟและหินแปรสภาพภูเขาไฟ ชนิดของหินและกระบวนการที่ทำให้หินโผล่ขึ้นมาบนพื้นผิวนั้นถูกควบคุมโดยสภาพทางธรณีวิทยาของพื้นที่ศึกษา ซึ่งเกี่ยวข้องกับทฤษฎีพื้นฐานของธรณีแปรสัณฐานการเปลี่ยนแปลงรูปร่างการยกตัว การทรุด ตัว และการสะสมตัว ของตะกอน

หินแปรสภาพจากหินอัคนีและหินแปรสภาพจากภูเขาไฟเป็นส่วนประกอบที่ใหญ่ที่สุดของแผ่นเปลือกโลกและมีซิลิกา ในปริมาณสูง หินอัคนีและหินภูเขาไฟก็มีซิลิกาในปริมาณสูงเช่นกัน แต่สำหรับหินที่ไม่ผ่าน การแปรสภาพ การผุพังจะเร็วขึ้นและการเคลื่อนย้ายของไอออนจะแพร่หลายมากขึ้น หินที่มีซิลิกาในปริมาณสูงจะผลิตกรดซิลิซิกเป็นผลผลิตจากการผุพัง มีหินเพียงไม่กี่ชนิดที่ทำให้เกิดการสะสมตัวของธาตุที่จำกัดทางชีวภาพบางชนิด เช่นฟอสฟอรัส (P) และไนโตรเจน (N) หินดินดาน ฟอสเฟต (< 15% P ₂ O ₅ ) และฟอสฟอไรต์ (> 15% P ₂ O ₅ ) เกิดขึ้นในแอ่งน้ำลึกที่ปราศจากออกซิเจน ซึ่งรักษาสารอินทรีย์ไว้ ^{[ 5 ]}หินกรีน สโตน (เมตาบาซอลต์) ฟิลไลต์และชีสต์ปล่อยไนโตรเจนออกมาได้ถึง 30–50% ^{[ 6 ]} มักมีการสะสม ตัวของ หิน คาร์บอเนต หนาๆ บนขอบแผ่นเปลือกโลกในช่วงที่ระดับน้ำทะเลสูงขึ้น การละลายของคาร์บอเนตและแร่ระเหย อย่างแพร่หลาย ส่งผลให้ระดับของ Mg²⁺ ^และ HCO₃⁻ สูง ขึ้น⁻ ₃, ซีเนียร์²⁺ , Na ⁺ , Cl ⁻และSO²⁻ ₄ไอออนในสารละลายในน้ำ^{[ 7 ]}

กระบวนการก่อตัวของดินถูกครอบงำด้วยการผุพังทางเคมีของแร่ซิลิเกต โดยได้รับความช่วยเหลือจากผลิตภัณฑ์ที่เป็นกรดของพืชและสิ่งมีชีวิตที่บุกเบิก ตลอดจน การป้อน กรดคาร์บอ นิก จากชั้นบรรยากาศ กรดคาร์บอนิกถูกผลิตขึ้นในชั้นบรรยากาศและชั้นดินผ่านปฏิกิริยาคาร์บอเนชัน^{[ 4 ]}

H ₂ O + CO ₂ ⇌ H ⁺ + HCO ₃ ^- H ₂ CO ₃

นี่เป็นรูปแบบหลักของการผุกร่อนทางเคมีและช่วยในการสลายแร่คาร์บอเนต (เช่นแคลไซต์และโดโลไมต์ ) และแร่ซิลิเกต (เช่นเฟลด์สปาร์ ) การสลายตัวของโซเดียมเฟลด์สปาร์อัลไบต์โดยกรดคาร์บอนิกเพื่อสร้างดินเหนียวคาโอลิไนต์ เป็นดังนี้: ^{[ 4 ]}

2 NaAlSi ₃ O ₈ + 2 H ₂ CO ₃ + 9 H ₂ O ⇌ 2 Na ⁺ + 2 HCO ₃ ⁻ + 4 H ₄ SiO ₄ + อัล₂ Si ₂ O ₅ (OH) ₄

หลักฐานของการเกิดปฏิกิริยานี้ในภาคสนามคือระดับไบคาร์บอเนต ( HCO₃⁻) ที่สูงขึ้น⁻ ₃) ไอออนโซเดียมและซิลิกาในน้ำที่ไหลบ่า

การสลายตัวของแร่คาร์บอเนต: ^{[ 4 ] [ 7 ]}

CaCO ₃ + H ₂ CO ₃ ⇌ Ca ²⁺ + 2 HCO ₃ ^-

CaCO ₃ ⇌ Ca ²⁺ + CO ₃ ²⁻

การละลายเพิ่มเติมของกรดคาร์บอนิก (H₂CO₃ ) _และไบคาร์บอเนต ( _HCO₃⁻ )⁻ ₃) ผลิต ก๊าซ CO ₂การออกซิเดชันยังเป็นปัจจัยสำคัญที่ทำให้แร่ซิลิเกตหลายชนิดสลายตัวและเกิดแร่รอง ( ไดอะเจเน ซิส ) ในชั้นดินช่วงแรก การออกซิเดชันของโอลิวีน (FeMgSiO ₄ ) ปล่อยไอออน Fe, Mg และ Si ออกมา^{[ 8 ]} Mg ละลายได้ในน้ำและถูกพัดพาไปกับน้ำไหลบ่าแต่ Fe มักจะทำปฏิกิริยากับออกซิเจนเพื่อตกตะกอน Fe ₂ O ₃ ( เฮมาไทต์ ) ซึ่งเป็นสถานะออกซิไดซ์ของเหล็กออกไซด์กำมะถันซึ่งเป็นผลพลอยได้จากการสลายตัวของสารอินทรีย์ก็จะทำปฏิกิริยากับเหล็กเพื่อสร้างไพไรต์ (FeS ₂ ) ในสภาพแวดล้อมที่ลดลง การละลายของไพไรต์นำไปสู่ ระดับ pH ที่ต่ำลง เนื่องจากไอออน H ⁺ ที่สูงขึ้น และการตกตะกอนของ Fe ₂ O _{3 เพิ่มเติม} ^{[ 4 ]}ซึ่งในที่สุดจะเปลี่ยน สภาวะ รีดอกซ์ของสิ่งแวดล้อม

การป้อนสารจากชีวภาคอาจเริ่มต้นด้วยไลเคนและจุลินทรีย์ อื่นๆ ที่หลั่งกรดออกซาลิกจุลินทรีย์เหล่านี้ ซึ่งเกี่ยวข้องกับชุมชนไลเคนหรืออาศัยอยู่บนหินโดยอิสระ ได้แก่สาหร่ายสีเขียวแกมน้ำเงิน สาหร่ายสีเขียวเชื้อราต่างๆและแบคทีเรียจำนวนมาก^{[ 9 ]}ไลเคนถูกมองว่าเป็นผู้บุกเบิกการพัฒนาของดินมานานแล้ว ดังที่คำกล่าวของ Isozaki ในปี 1997 ชี้ให้เห็นดังนี้:

การเปลี่ยนหินเป็นดินในระยะเริ่มต้นนั้นดำเนินการโดยไลเคนผู้บุกเบิกและมอสซึ่งเป็นผู้สืบทอด โดยที่ไรโซอยด์ที่ มีลักษณะคล้ายเส้นผม ทำหน้าที่เหมือนรากในการย่อยสลายพื้นผิวให้เป็นฝุ่นละเอียด^{[ 10 ]}

อย่างไรก็ตาม ไลเคนอาจไม่ใช่สิ่งมีชีวิตบุกเบิกเพียงชนิดเดียวหรือรูปแบบแรกสุดของการก่อตัวของดินเสมอไป เนื่องจากมีหลักฐานว่าพืชมีเมล็ดอาจเข้าครอบครองพื้นที่และแพร่กระจายได้เร็วกว่าไลเคน นอกจากนี้การตกตะกอนจากลม (eolian sedimentation)สามารถทำให้เกิดการสะสมของตะกอนในอัตราสูง ถึงกระนั้น ไลเคนก็สามารถทนต่อสภาพแวดล้อมที่รุนแรงกว่าพืชมีท่อลำเลียงส่วนใหญ่ได้ และถึงแม้จะมีอัตราการแพร่กระจายที่ช้ากว่า แต่ก็เป็นกลุ่มสิ่งมีชีวิตที่เด่นในเขตเทือกเขาแอ ล ป์

กรดอินทรีย์ที่ปล่อยออกมาจากรากพืช ได้แก่กรดอะซิติกและกรดซิตริกในระหว่างการสลายตัวของสารอินทรีย์กรดฟีนอลิกจะถูกปล่อยออกมาจากพืช และกรดฮิวมิกและกรดฟุลวิกจะถูกปล่อยออกมาจากจุลินทรีย์ในดิน กรดอินทรีย์เหล่านี้เร่งการผุพังทางเคมีโดยการรวมตัวกับผลิตภัณฑ์จากการผุพังบางส่วนในกระบวนการที่เรียกว่าคีเลชันในชั้นดิน กรดอินทรีย์เหล่านี้มักจะมีความเข้มข้นอยู่ที่ส่วนบนของชั้นดิน ในขณะที่กรดคาร์บอนิกมีบทบาทมากขึ้นที่ส่วนล่างของชั้นดินหรือด้านล่างในชั้นน้ำบาดาล^{[ 4 ]}

เมื่อชั้นดินพัฒนาจนหนาขึ้น สัตว์ขนาดใหญ่ก็จะเข้ามาอาศัยอยู่ในดินและเปลี่ยนแปลงวิวัฒนาการทางเคมีของแหล่ง ที่อยู่อาศัยของพวกมันต่อไป ไส้เดือนดินช่วยเพิ่มอากาศในดินและเปลี่ยนอินทรียวัตถุจำนวนมากให้กลายเป็นฮิวมัส ที่อุดมสมบูรณ์ ช่วยเพิ่มความอุดมสมบูรณ์ของดินสัตว์เลี้ยงลูกด้วยนมขนาดเล็กที่ขุดรูอยู่ใต้ดินจะเก็บสะสมอาหาร เลี้ยงลูก และอาจจำศีลอยู่ในชั้นดิน ซึ่งเปลี่ยนแปลงกระบวนการวิวัฒนาการของดิน สัตว์กินพืชขนาดใหญ่ที่อยู่บนพื้นดินจะขนส่งสารอาหารในรูปของมูลที่มีไนโตรเจนสูงและเขากวางที่มีฟอสฟอรัสสูง ในขณะที่สัตว์นักล่าจะทิ้งกองกระดูกที่มีฟอสฟอรัสสูงไว้บนผิวดิน ทำให้ดินมีความอุดมสมบูรณ์เฉพาะที่

วัฏจักรสารอาหารในทะเลสาบและพื้นที่ชุ่มน้ำจืดขึ้นอยู่กับสภาวะรีดอกซ์เป็นอย่างมาก^{[ 4 ]}ภายใต้ระดับน้ำเพียงไม่กี่มิลลิเมตร แบคทีเรียเฮเท อโรโทรฟิกจะเผาผลาญและบริโภคออกซิเจน ดังนั้นจึงทำให้ดินขาดออกซิเจนและก่อให้เกิดความจำเป็นในการหายใจแบบไม่ใช้ออกซิเจนกระบวนการทางจุลชีววิทยาแบบไม่ใช้ออกซิเจนบางอย่าง ได้แก่ การลด ไนเตรตการลดซัลเฟต และ การสร้างมีเทนซึ่งเป็นสาเหตุของการปล่อย N ₂ (ไนโตรเจน) H ₂ S ( ไฮโดรเจนซัลไฟด์ ) และ CH ₄ ( มีเทน ) กระบวนการทางจุลชีววิทยาแบบไม่ใช้ออกซิเจนอื่นๆ เกี่ยวข้องกับการเปลี่ยนแปลงสถานะออกซิเดชันของเหล็กและแมงกานีส ผลจากการย่อยสลายแบบไม่ใช้ออกซิเจน ดินจะกักเก็บคาร์บอนอินทรีย์ไว้เป็นจำนวนมาก เนื่องจากฟองน้ำคาร์บอนในดินยังคงอยู่^{[ 4 ]}

ศักยภาพการลดลงอธิบายทิศทางที่ปฏิกิริยาเคมีจะดำเนินไปในดินที่มีออกซิเจนไม่เพียงพอ และควบคุมวัฏจักรสารอาหารในระบบน้ำท่วม ศักยภาพการลดลงใช้เพื่อแสดงความน่าจะเป็นที่สภาพแวดล้อมจะได้รับอิเล็กตรอน^{[ 4 ]}และจึงกลายเป็นลดลง ตัวอย่างเช่น หากระบบมีอิเล็กตรอนอยู่มากแล้ว ( ดินเหนียว ที่ปราศจากออกซิเจนและอุดมไปด้วยสารอินทรีย์ ) ระบบนั้นจะอยู่ในสภาวะลดลง ในระบบ ระบบนั้นมีแนวโน้มที่จะบริจาคอิเล็กตรอนให้กับส่วนที่มีความเข้มข้นของอิเล็กตรอนต่ำ หรือสภาพแวดล้อมที่เป็นออกซิไดซ์ เพื่อปรับสมดุลกับความลาดชันทางเคมี สภาพแวดล้อมที่เป็นออกซิไดซ์มีศักยภาพรีดอกซ์สูง ในขณะที่สภาพแวดล้อมที่ลดลงมีศักยภาพรีดอกซ์ต่ำ

ศักยภาพรีดอกซ์ถูกควบคุมโดยสถานะออกซิเดชันของสารเคมี ค่า pH และปริมาณ O2 _ที่มีอยู่ในระบบ สภาพแวดล้อมที่เป็นออกซิไดซ์จะรับอิเล็กตรอนเนื่องจากการมีอยู่ของ O2 _ซึ่งทำหน้าที่เป็นตัวรับอิเล็กตรอน: ^{[ 4 ]}

O ₂ + 4 e ⁻ + 4 H ⁺ ⇌ 2 H ₂ O

สมการนี้จะมีแนวโน้มเคลื่อนไปทางขวาในสภาวะที่เป็นกรด ค่าศักย์รีดอกซ์ที่สูงขึ้นจะพบได้ที่ระดับ pH ต่ำ แบคทีเรียซึ่งเป็นสิ่งมีชีวิตเฮเทอโรโทรฟิกจะบริโภคออกซิเจนในขณะที่ย่อยสลายสารอินทรีย์ ทำให้ดินขาดออกซิเจน ส่งผลให้ค่าศักย์รีดอกซ์ลดลง ที่ค่าศักย์รีดอกซ์สูง รูปแบบออกซิไดซ์ของเหล็ก คือเหล็กเฟอร์ริก (Fe³⁺ ⁾จะถูกสะสมในรูปของเฮมาไทต์ เป็นส่วนใหญ่ ในสภาวะรีดอกซ์ต่ำ อัตราการย่อยสลายจะลดลง และการสะสมของเหล็กเฟอร์รัส (Fe²⁺ ⁾จะเพิ่มขึ้น

โดยใช้เครื่องมือวิเคราะห์ทางธรณีเคมี เช่นการเรืองแสงของรังสีเอกซ์หรือสเปกโทรเมตรี มวลแบบเหนี่ยวนำ สามารถวัดFe ทั้งสองรูปแบบ (Fe ²⁺และ Fe ^{3+ ) ในหินโบราณได้ จึงสามารถกำหนดศักยภาพรีดอกซ์สำหรับดินโบราณได้ มีการศึกษาดังกล่าวในหิน} ยุคเพอร์เมียนถึงไทรแอสสิก (อายุ 300–200 ล้านปี) ในญี่ปุ่นและบริติชโคลัมเบีย นักธรณีวิทยาพบเฮมาไทต์ตลอดช่วงต้นและกลางยุคเพอร์เมียนแต่เริ่มพบเหล็กในรูปแบบรีดิวซ์ในไพไรต์ภายในดินโบราณใกล้สิ้นสุดยุคเพอร์เมียนและเข้าสู่ยุคไทรแอสสิก ผลลัพธ์เหล่านี้ชี้ให้เห็นว่าสภาพแวดล้อมมีออกซิเจนน้อยลง หรือแม้แต่ปราศจากออกซิเจนในช่วงปลายยุคเพอร์เมียน ซึ่งในที่สุดนำไปสู่การสูญพันธุ์ครั้งใหญ่ที่สุดในประวัติศาสตร์ของโลก คือการสูญพันธุ์ PT ^{[ 11 ]}

การย่อยสลายในดินที่ปราศจากออกซิเจนหรือมีสภาวะรีดิวซ์นั้น ยังเกิดขึ้นได้โดยแบคทีเรียที่ลดซัลเฟอร์ ซึ่งแทนที่จะใช้ O₂ _กลับใช้SO₂²⁻ ₄ในฐานะตัวรับอิเล็กตรอนและผลิตไฮโดรเจนซัลไฟด์ (H₂S ₎และคาร์บอนไดออกไซด์ในกระบวนการ: ^{[ 4 ]}

2 H ⁺ + SO ₄ ²⁻ + 2 [CH ₂ O] ⇄ 2 CO ₂ + H ₂ S + 2 H ₂ O

ก๊าซ H₂S ซึมขึ้นด้านบนและทำปฏิกิริยากับ Fe²⁺ ^และตกตะกอนไพไรต์ ซึ่งทำหน้าที่เป็นกับดักสำหรับก๊าซ H₂S ที่เป็นพิษ_{อย่างไรก็ตาม} H₂S _{ยัง คง เป็น}สัดส่วนมากของการปล่อยมลพิษจากดินในพื้นที่ชุ่มน้ำ^{[ 12 ]}ในพื้นที่ชุ่มน้ำจืดส่วนใหญ่มีซัลเฟต ( SO₄) น้อยมาก²⁻ ₄ดังนั้นกระบวนการสร้างมีเทนจึงกลายเป็นรูปแบบการย่อยสลายที่เด่นกว่าโดยแบคทีเรียสร้างมีเทนก็ต่อเมื่อซัลเฟตหมดไปเท่านั้นอะซิเตตซึ่งเป็นสารประกอบที่เป็นผลพลอยได้จากการหมักเซลลูโลสจะถูกแบคทีเรียสร้างมีเทนแยกออกเป็นมีเทน (CH4 ₎และคาร์บอนไดออกไซด์ (CO2 ₎ซึ่งจะถูกปล่อยสู่ชั้นบรรยากาศ มีเทนยังถูกปล่อยออกมาในระหว่างการลด CO2 _โดยแบคทีเรียชนิดเดียวกันนี้ด้วย^{[ 4 ]}

ในชั้นดินสามารถสันนิษฐานได้อย่างปลอดภัยว่าก๊าซอยู่ในสมดุลกับชั้นบรรยากาศ^{[ 7 ]}เนื่องจากรากพืชและจุลินทรีย์ในดินปล่อย CO ₂สู่ดิน ความเข้มข้นของไบคาร์บอเนต ( HCO ) จึงลดลง⁻ ₃) ในน้ำในดินมีค่ามากกว่ามากเมื่อเทียบกับค่าที่อยู่ในสมดุลกับบรรยากาศ^{[ 13 ]}ความเข้มข้นสูงของ CO ₂และการปรากฏของโลหะในสารละลายในดินส่งผลให้ระดับ pH ในดินลดลง ก๊าซที่หลุดออกจากชั้นดินสู่บรรยากาศ ได้แก่ ผลพลอยได้จากก๊าซของการละลายของคาร์บอเนต การสลายตัว ปฏิกิริยารีดอกซ์ และการสังเคราะห์แสง ของจุลินทรีย์ แหล่งที่มาหลักจากบรรยากาศ ได้แก่ การตกตะกอนจากลม ฝน และการแพร่กระจายของก๊าซ การตกตะกอนจากลมรวมถึงสิ่งใดก็ตามที่สามารถถูกพัดพาไปโดยลมหรือที่ลอยอยู่ในอากาศ และรวมถึงอนุภาค ละอองลอย อนุภาคทางชีวภาพ เช่น ละอองเกสร และอนุภาคฝุ่น หลากหลายชนิดไนโตรเจนเป็นองค์ประกอบที่พบมากที่สุดในน้ำฝน (รองจากน้ำ) เนื่องจากไอน้ำใช้ประโยชน์จากอนุภาคละอองลอยในการก่อตัวของหยดน้ำฝน^{[ 4 ]}

ดินในป่า มีการพัฒนาอย่างดี ดังที่เห็นได้จากชั้นฮิวมัสที่หนา ความหลากหลายของต้นไม้ขนาดใหญ่ และสัตว์ต่างๆ ที่อาศัยอยู่ ดินในป่าสามารถก่อตัวเป็นฟองน้ำคาร์บอนในดินที่หนาได้ ในป่า ปริมาณน้ำฝนจะมากกว่าการระเหยทำให้มีน้ำส่วนเกินซึมลงสู่ชั้นดิน อัตราการย่อยสลายที่ช้าทำให้เกิดกรดฟุลวิก จำนวนมาก ซึ่งช่วยเร่งการผุ พังทางเคมี การซึมลงสู่ด้านล่าง ร่วมกับการผุพังทางเคมี จะชะล้าง Mg, Fe และอะลูมิเนียม (Al) ออกจากดินและขนส่งลงด้านล่าง ซึ่งเป็นกระบวนการที่เรียกว่าpodzolizationกระบวนการนี้ทำให้เกิดความแตกต่างอย่างเห็นได้ชัดในลักษณะและองค์ประกอบทางเคมีของชั้นดิน^{[ 4 ]}

ป่าเขตร้อนได้รับแสงแดดและปริมาณน้ำฝนมากกว่าสภาพแวดล้อมอื่นๆ บนโลกในช่วงฤดูปลูกที่ยาวนานกว่า ด้วยอุณหภูมิ แสงแดด และปริมาณน้ำฝนที่สูงขึ้น ชีวมวลจึงมีผลผลิตสูงมาก ส่งผลให้มีการผลิตคาร์บอนได้มากถึง 800 กรัมต่อตารางเมตรต่อปี (8 ตันของ C/เฮกตาร์/ปี) ^{[ 4 ]}อุณหภูมิที่สูงขึ้นและปริมาณน้ำที่มากขึ้นส่งผลให้เกิดการผุพังทางเคมีในอัตราที่สูงขึ้น อัตราการย่อยสลายที่เพิ่มขึ้นทำให้กรดฟุลวิกซึมผ่านและชะล้างโลหะออกจากบริเวณที่มีการผุพังน้อยลง ดังนั้น ในทางตรงกันข้ามกับดินในป่าเขตอบอุ่น ป่าเขตร้อนจึงมีการเกิดพอดโซลน้อยมากหรือไม่มีเลย และจึงไม่มีความแตกต่างทางสายตาและทางเคมีที่เด่นชัดกับชั้นดิน แต่โลหะที่เคลื่อนที่ได้ เช่น Mg, Fe และ Al จะตกตะกอนเป็นแร่ออกไซด์ ทำให้ดินมีสีแดงสนิม^{[ 4 ]}

ปริมาณน้ำฝนในทุ่งหญ้ามีค่าเท่ากับหรือน้อยกว่าการระเหยน้ำ และทำให้การพัฒนาของดินดำเนินไปในสภาวะแห้งแล้งสัมพัทธ์^{[ 4 ]}ดังนั้น การชะล้างและการเคลื่อนย้ายของผลิตภัณฑ์จากการผุพังจึงลดลง การระเหยน้ำในปริมาณมากทำให้เกิดการสะสมของแคลเซียม (Ca) และแคตไอออนขนาดใหญ่อื่นๆ จะทำให้แร่ดินเหนียวและกรดฟุลวิกตกตะกอนในชั้นดินด้านบน ปริมาณน้ำฝนที่ต่ำและการระเหยน้ำในระดับสูงจะจำกัดการซึมลงของน้ำและกรดอินทรีย์ ทำให้การผุพังทางเคมีและการพัฒนาของดินลดลง ความลึกถึงความเข้มข้นสูงสุดของดินเหนียวจะเพิ่มขึ้นในพื้นที่ที่มีปริมาณน้ำฝนและการชะล้างเพิ่มขึ้น เมื่อการชะล้างลดลง แคลเซียมจะตกตะกอนเป็นแคลไซต์ (CaCO ₃ ) ในชั้นดินด้านล่าง ซึ่งเป็นชั้นที่เรียกว่าคาลิเช่

ทะเลทรายมีพฤติกรรมคล้ายกับทุ่งหญ้า แต่ดำเนินไปในสภาวะแห้งแล้งอย่างต่อเนื่องเนื่องจากปริมาณน้ำฝนน้อยกว่าการระเหย การผุพังทางเคมีดำเนินไปช้ากว่าในทุ่งหญ้า และใต้ชั้นแคลเซียมคาร์บอเนตอาจมีชั้นยิปซัมและฮาไลต์ [ ^{4 ] เพื่อ}ศึกษาดินในทะเลทราย นักปฐพีวิทยาได้ใช้แนวคิดของลำดับเวลาเพื่อเชื่อมโยงช่วงเวลาและการพัฒนาของชั้นดิน มีการแสดงให้เห็นว่าฟอสฟอรัสถูกชะล้างออกจากระบบอย่างรวดเร็ว และระดับฟอสฟอรัสในดินลดลงตามอายุ^{[ 14 ]}นอกจากนี้ การสะสมของคาร์บอนในดินลดลงเนื่องจากอัตราการย่อยสลายช้าลง ส่งผลให้อัตราการหมุนเวียนของคาร์บอนในวัฏจักรทางชีวธรณีเคมีลดลง