زیست شناسی 39 بازدید

خاک منبع ارزشمندی است که باید به دقت مدیریت شود، زیرا به راحتی آسیب می‌بیند، شسته می‌شود یا از بین می‌رود. اگر خاک را بشناسیم و آن را به درستی مدیریت کنیم، از تخریب یکی از اجزای اساسی محیط زیست و امنیت غذایی خود جلوگیری خواهیم کرد. درک چگونگی تشکیل خاک به توضیح تنوع خاک‌ها و نقش خود ما در آن کمک می‌کند. هر 1 تا 10 سانتی‌متر از خاک سطحی حاصل‌خیز تا هزار سال طول می‌کشد که تشکیل شود. در این مقاله به بررسی چگونگی تشکیل خاک و عوامل مؤثر در آن می‌پردازیم.

تعریف خاک

خاک لایه نازکی از مواد است که سطح زمین را می‌پوشاند و از هوازدگی سنگ‌ها به وجود می‌آید. این ماده عمدتاً از ذرات معدنی، مواد آلی، هوا، آب و موجودات زنده تشکیل شده است که همگی به آرامی و در عین حال پیوسته، برهم‌کنش دارند. اکثر گیاهان مواد مغذی خود را از خاک دریافت می‌کنند و منبع اصلی غذا برای انسان، حیوانات و پرندگان هستند. بنابراین، بیشتر موجودات زنده در خشکی برای وجود خود به خاک وابسته هستند. هر افق خاکی چه از نظر رنگ یا بافت، ضخامت یا چگالی ظاهری متفاوت باشد، محصول عوامل خاص تشکیل دهنده خاک و فرآیندهای خاص مربوط به آن‌ها است. برای مثال، جریان آب همراه با مقدار pH پایین، کمپلکس‌های آلی – معدنی را در محلول تحریک می‌کند تا به سمت پایین پروفایل خاک حرکت کنند.

تعریف خاک
خاک دارای سطوح و افق‌های مختلفی بوده و برای همه موجودات اهمیت فراوانی دارد.

جابجایی این کمپلکس‌ها خاک سطحی را به سمت شسته شدن سوق می‌دهد و رنگ افق زیر خاک در جایی که اکسیدهای آهن و مواد آلی رسوب کنند تغییر می‌کند. به طور کلی، دو فرآیند جابجایی و دگرگونی ظاهر خاک را مشخص می‌کند. هر دو فرآیند حرکت، مواد آلی و معدنی را تغییر می‌دهند و هر دو باعث ایجاد افق‌های مختلف خاک می‌شوند. دانشمندان خاک از ترکیبی از حروف بزرگ و کوچک برای توصیف افق‌های خاک و شناسایی ویژگی‌های منحصر به فرد خاک استفاده می‌کنند. به عنوان مثال، در دنباله Ah-E-Bh-Bs-C، هر حرف یا جفت حرف برای یک افق خاک اعمال می‌شود. و توالی افق‌ها آن را به عنوان یک نوع خاک خاص طبقه‌بندی می‌کند. اصول طبقه‌بندی خاک مبتنی بر رویکردی است که شامل افق خاک، الفبای خاک، به عنوان واحد اساسی آن است.

حروف بزرگ افق‌های اصلی مختلف را از یکدیگر متمایز می‌کند، به عنوان مثال. A، B، C، R، در حالی که حروف کوچک، h، t، p، و s، ویژگی‌های خاص خاک را در هر افق اصلی جداگانه توصیف می‌کنند. پیشوندهایی که جلوی حروف بزرگ قرار می‌گیرند مربوط به ویژگی‌های خاک است که توسط زمین‌شناسی تعریف می‌شود، در حالی که پسوندهای بعد از حرف بزرگ ویژگی‌های ناشی از فرآیندهای تشکیل خاک را متمایز می‌کنند. اصطلاح نوع خاک توسط دانشمندان برای تشخیص خاک‌های مختلف استفاده می‌شود. با این حال، قوانین طبقه‌بندی برای نام‌گذاری انواع مختلف خاک از کشوری به کشور دیگر متفاوت است. بیشتر مقطع‌های خاک، زمین را به‌عنوان 2 لایه اصلی می‌پوشانند: خاک سطحی و خاک زیرین. افق‌های خاک لایه‌هایی هستند که در خاک به سمت پایین حرکت می‌کنند. بیشتر خاک‌ها دارای 3 افق اصلی هستند که شامل موارد زیر هستند:

  • افق A یا خاک سطحی. غنی از هوموس که در آن مواد مغذی، مواد آلی و فعالیت بیولوژیکی بالاترین میزان است (یعنی جایی که اکثر ریشه‌های گیاهی، کرم‌های خاکی، حشرات و میکروارگانیسم‌ها فعال هستند). افق A معمولاً به دلیل مواد آلی تیره‌تر از سایر افق‌ها است.
  • افق B خاک غنی از رس. این افق اغلب نسبت به خاک سطحی حاصل‌خیزتر است اما رطوبت بیشتری را در خود نگه می‌دارد. عموماً رنگ روشن‌تر و فعالیت بیولوژیکی کمتری نسبت به افق A دارد. بافت آن ممکن است سنگین تر از افق A نیز باشد.
  • افق C. سنگ هوازده زیرین (که از آن افق‌های A و B تشکیل می‌شود).
  • افق R. برای سنگ‌های بدون هوا در زیر خاک.

برخی از خاک‌ها نیز دارای افق O هستند که عمدتاً از بسترهای گیاهی که در سطح خاک انباشته شده است، تشکیل شده است. از ویژگی ‌افق‌های خاک برای تمایز بین خاک‌ها و تعیین پتانسیل کاربری زمین استفاده می‌شود.

افق های خاک
در این تصویر لایه‌های مختلف خاک نشان داده شده است. از حروف بزرگ برای متمایز کردن قسمت‌های اصلی خاک استفاده می‌شود.

خاک چگونه تشکیل می شود؟

مرحله اولیه تشکیل خاک با متلاشی شدن سنگ تحت تأثیر آب و هوا شروع می‌شود. آب باران عناصر سنگی را در خود حل می‌کند، نوسانات دما باعث ایجاد ترک و شکاف در سنگ‌ها می‌شود. یخ زدن و آب شدن آب جذب شده در سنگ شکاف‌ها و حفره‌های موجود را گسترش می‌دهد. پوشش گیاهی نقش مهمی دارد، در ابتدا گلسنگ‌ها، ته‌نشین می‌شوند و ریشه‌های آن‌ها سنگ را بیشتر سست می‌کند. علاوه بر این، بقایای گیاهیِ در حال پوسیدگی، اسیدهای آلی تولید کرده که سنگ را بیشتر متلاشی می‌کند. مواد آلی شروع به انباشته شدن کرده و با مواد معدنی تهیه شده توسط سنگ مخلوط می‌شود. با گذشت زمان، مواد معدنی سنگ حل یا تبدیل می‌شوند. عناصر آزاد شده از سنگ رسوب می‌کنند و ممکن است کانی‌های جدیدی تشکیل شوند.

به عنوان مثال، آهن اکسید می‌شود و به صورت اکسید یا هیدروکسید آهن رسوب می‌کند و به خاک رنگ‌های قرمز یا قهوه‌ای مایل به زرد می‌دهد. جانوران خاک ته نشین می‌شوند و خاک را مخلوط یا همگن می‌کنند. خاک در عمق از طریق مواد خاک تازه تشکیل شده در پایین رشد می‌کند سپس خاک بالغ می‌شود. با توجه به زمان کافی در شرایط محیطی پایدار، خاک‌ها به یک حالت ثابت می‌رسند که در آن تجمع خاک با تجزیه آن‌ها مطابقت دارد. تولید هوموس از بقایای گیاهی در حال پوسیدگی برابر با مصرف آن توسط میکروب‌ها، جانوران و گیاهان خاک خواهد بود. تبدیل کانی‌های سنگی به کانی‌های خاک با حذف کانی‌های اولیه خاک همگام می‌شود. شستشوی آهسته سطح خاک سطحی با تشکیل جدید مواد خاک از سنگ بستر مطابقت دارد. برای یافتن اطلاعات بیشتر و آموزش ویدئویی در مورد پیدایش و تشکیل خاک می‌توانید به فرادرس زیر مراجعه کنید.

عکس تشکیل خاک
در این تصویر تمامی عواملی که در تشکیل خاک نقش دارند نشان داده شده‌اند.

رویدادهای چشمگیر می‌توانند چرخه زندگی خاک‌ها را مختل کنند. یک خاک ممکن است به طور ناگهانی توسط فوران آتشفشانی یا غوطه‌ور شدن در زیر آب پوشیده شود. ممکن است در اثر فرسایش خاک به صورت آبی یا بادی به طور کلی یا جزئی ناپدید شوند. در شیب‌های تند، مواد سست تازه تشکیل شده خاک به راحتی توسط رواناب باران یا نیروهای گرانشی حذف می‌شوند. بنابراین، خاک در مناطق کوهستانی اغلب کم عمق است. در شیب‌ها و در نواحی هموارتر مواد خاک جمع می‌شود و این منجر به خاک‌های عمیق‌تر می‌شود.

خاک‌ها به عنوان یک منبع محدود در نظر گرفته می‌شوند زیرا شکل‌گیری و توسعه آن‌ها به صدها تا هزاران سال نیاز دارد و از دست دادن و تخریب آن‌ها در طول عمر انسان قابل بازیافت نیست. شرایط محیطی که بر فرآیندهای فیزیکی، شیمیایی و بیولوژیکی خاک تأثیر می‌گذارد و در تشکیل خاک نقش دارند معمولاً به عنوان پنج عامل تشکیل دهنده خاک شناخته می‌شوند که شامل آب و هوا، موجودات زنده (گیاه و جانوران، از جمله فعالیت‌های انسانی)، نوع زمین، مواد اولیه و زمان هستند.

خاک رس چگونه تشکیل می شود؟

در سطح پایه، خاک رسی از میلیون‌ها ذره رسی تشکیل شده است که 0/002 میلی‌متر یا کمتر قطر دارند. این ذرات با یکدیگر فاصله دارند، به همین دلیل است که خاک رس به دلیل داشتن جریان ضعیف آب یا هوا در سراسر آن بدنام است. خاک رسی اساساً از چندین ماده معدنی تشکیل شده است که در کنار هم رسوب می‌کنند و به مرور زمان یک رسوب سخت شده را تشکیل می‌دهند. بیشتر کانی‌های رسی از تجزیه شیمیایی به دست می‌آیند. خواص خمیری در خاک توسط مواد معدنی رسی ایجاد می‌شود. از این رو خاک رسی محصول اصلی تجزیه شیمیایی سنگ‌ها است.

علاوه بر این، ذرات خاک رس میل ترکیبی بسیار قوی برای آب دارند و هنگامی که در معرض آب قرار می‌گیرند متورم می‌شوند و به یکدیگر می‌چسبند (فرآیندی که به عنوان انسجام شناخته می‌شود). افق‌های خاک، رسوبات قاره‌ای و دریایی، میدان‌های زمین گرمایی، رسوبات آتشفشانی و صخره‌های در حال هوازدگی تنها محیط‌هایی هستند که در زیر آن‌ها رسوبات خاک رسی تشکیل می‌شوند.

خاک رس

سیلیکات‌ها، میکا، آهن و کانی‌های اکسید آبدار آلومینیوم رایج‌ترین کانی‌های موجود در ذخایر رسی هستند. با این حال، کانی‌های دیگری مانند کوارتز و کربنات نیز در خاک‌های رسی وجود دارند. برای تشکیل خاک رسی، ذرات تشکیل دهنده خاک باید از جایی آمده باشند. فرسایش یکی از منابع ایجاد ذرات خاک‌های رسی است و زمانی اتفاق می‌افتد که آب بر روی سطح سنگ هجوم آورد. با این حال، بزرگ‌ترین منبع ذرات رس از هوازدگی سنگ‌ها و خاک است. در طول هوازدگی، تغییرات فیزیکی و شیمیایی رخ می‌دهد که ذرات کوچک مورد نیاز برای تشکیل خاک رسی را ایجاد می‌کند. در نهایت، دیاژنز فرآیندی که زمانی اتفاق می‌افتد که مواد معدنی پایدار در یک محیط به دلیل فشردگی یا دفن شدن بی‌ثبات می‌شوند منبع دیگری از ذرات خاک رس است.

کانی‌های رسی معمولاً با هوازدگی طولانی‌مدت شیمیایی سنگ‌های سیلیکات‌دار تشکیل می‌شوند. آن‌ها همچنین می‌توانند به صورت محلی از فعالیت هیدروترمال تشکیل شوند. هوازدگی شیمیایی عمدتاً با هیدرولیز اسیدی به دلیل غلظت کم اسید کربنیک، محلول در آب باران یا آزاد شدن توسط ریشه گیاه صورت می‌گیرد. اسید پیوندهای بین آلومینیوم و اکسیژن را می‌شکند و یون‌های فلزی دیگر و سیلیس (به عنوان ژل اسید ارتوسیلیک) آزاد می‌کند. کانی‌های رسی تشکیل شده به ترکیب سنگ منشا و آب و هوا بستگی دارد. هوازدگی اسیدی سنگ‌های غنی از فلدسپات، مانند گرانیت، در آب و هوای گرم باعث تولید کائولن می‌شود. هوازدگی یک نوع سنگ در شرایط قلیایی باعث تولید ایلیت می‌شود. اسمکتیت با هوازدگی سنگ‌های آذرین در شرایط قلیایی تشکیل می‌شود، در حالی که گیبسیت با هوازدگی شدید سایر کانی‌های رسی تشکیل می‌شود.

رسوبات رس دو نوع اولیه و ثانویه وجود دارد. رس‌های اولیه به صورت رسوبات باقی مانده در خاک تشکیل شده و در محل تشکیل باقی می‌مانند. رس‌های ثانویه، رس‌هایی هستند که در اثر فرسایش آبی از محل اصلی خود منتقل شده و در یک محیط رسوبی جدید ته‌نشین شده اند. رسوبات رسی ثانویه معمولاً با محیط‌های رسوبی بسیار کم انرژی مانند دریاچه‌های بزرگ و حوضه‌های دریایی مرتبط هستند.

خاک رس خام
در این تصویر خاک رس خام نشان داده شده است. برای بهبود خاک رس گاهی از کمپوست و انواع کودهای دامی استفاده می‌شود.

عوامل موثر بر تشکیل خاک

خاک به طور مداوم، اما به کندی، از تجزیه تدریجی سنگ‌ها از طریق هوازدگی تشکیل می‌شود. هوازدگی می‌تواند یک فرآیند فیزیکی، شیمیایی یا بیولوژیکی باشد که انواع آن‌ها را در ادامه توضیح داده‌ایم:

  • هوازدگی فیزیکی یا تجزیه سنگ‌ها در نتیجه یک عمل مکانیکی. تغییرات دما، سایش (زمانی که سنگ‌ها با یکدیگر برخورد می‌کنند) یا یخ زدگی همگی می‌توانند باعث شکسته شدن سنگ‌ها شوند.
  • هوازدگی شیمیایی یا تجزیه سنگ‌ها از طریق تغییر در ترکیب شیمیایی آن‌ها. این می‌تواند زمانی اتفاق بیفتد که مواد معدنی درون سنگ‌ها با آب، هوا یا سایر مواد شیمیایی واکنش نشان دهند.
  • هوازدگی بیولوژیکی یا تجزیه سنگ‌ها توسط موجودات زنده. حیوانات حفاری کننده به آب و هوا کمک می‌کنند تا به داخل سنگ نفوذ کنند و ریشه‌های گیاهان می‌توانند به شکاف‌هایی در سنگ تبدیل شوند و باعث شکافتن آن‌ها شوند.

تجمع مواد از طریق عمل آب، باد و گرانش نیز به تشکیل خاک کمک می‌کند. این فرآیندها می‌تواند بسیار کند باشد و ده‌ها هزار سال طول بکشد. پنج عامل اصلی متقابل بر تشکیل خاک تأثیر می‌گذارد که شامل موارد زیر هستند:

  • مواد اولیه و مواد معدنی که اساس خاک را تشکیل می‌دهند.
  • موجودات زنده موثر بر تشکیل خاک
  • آب و هوا بر سرعت هوازدگی و تجزیه آلی تأثیر می‌گذارد.
  • توپوگرافی یا درجه شیب موثر بر زهکشی، فرسایش و رسوب
  • زمان

فعل و انفعالات بین این عوامل باعث ایجاد تنوع بی‌نهایت خاک در سطح زمین می‌شود در ادامه هر کدام از این موارد را بیشتر بررسی می‌کنیم.

عوامل تشکیل دهنده خاک
در این تصویر عوامل موثر در تشکیل خاک نشان داده شده است.

مواد اولیه تشکیل دهنده خاک

مواد معدنی خاک اساس خاک را تشکیل می‌دهند. آن‌ها از سنگ‌ها (ماده اصلی) از طریق فرآیندهای هوازدگی و فرسایش طبیعی تولید می‌شوند. آب، باد، تغییر دما، گرانش، فعل و انفعالات شیمیایی، موجودات زنده و اختلاف فشار همگی به تجزیه مواد اولیه کمک می‌کنند. انواع مواد اولیه و شرایطی که تحت آن تجزیه می‌شوند، بر خواص خاک تشکیل شده تأثیر می‌گذارد. به عنوان مثال، خاک‌های تشکیل شده از گرانیت اغلب شنی و نابارور هستند در حالی که بازالت در شرایط مرطوب تجزیه می‌شود و خاک‌های حاصل‌خیز و رسی را تشکیل می‌دهد.

ارگانیسم های تشکیل دهنده خاک

تشکیل خاک تحت تأثیر موجودات زنده (مانند گیاهان)، میکروارگانیسم‌ها (مانند باکتری یا قارچ)، حشرات زیرزمینی، حیوانات و انسان است. با تشکیل خاک، گیاهان در آن شروع به رشد می‌کنند. گیاهان بالغ می‌شوند، می‌میرند و گیاهان جدید جای آن‌ها را می‌گیرند. برگ و ریشه آن‌ها به خاک اضافه می‌شود. حیواناتی مانند موش و سایر جانوران خاک‌زی گیاهان را می‌خورند و در نهایت بدن آن‌ها به خاک اضافه می‌شود، این فرایندها شروع به تغییر خاک می‌کند. باکتری‌ها، قارچ‌ها، کرم‌ها و سایر گورکن‌ها بستر گیاهان و فضولات حیوانی را تجزیه کرده و در نهایت به مواد آلی تبدیل می‌شوند. این ممکن است به شکل زغال‌سنگ نارس، هوموس یا زغال چوب باشد.

موجودات داخل خاک
انواع مختلفی از موجودات شامل باکتری‌ها و انواع میکروب‌ها و قارچ‌ها و همچنین موجوداتی که محل زندگی آن‌ها خاک است مانند موش کور و کرم خاکی به نوبه خود در تشکیل خاک نقش دارند.

چگونه گیاهان موجب تشکیل خاک می شوند؟

پوشش گیاهی نقش مهمی در تشکیل خاک از سنگ جامد دارد. اسیدهای آزاد شده توسط ریشه برخی از گیاهان باعث تجزیه سنگی شده که خاک روی آن تشکیل می‌شود. پوشش گیاهی روی یک خاک به ویژه در تامین خاک با مواد آلی گران‌بها اهمیت دارد. اغلب رابطه نزدیکی بین پوشش گیاهی و خاک وجود دارد، پوشش گیاهی در حال مرگ در خاک باقی می‌ماند و خاک آن‌ها را به مواد مغذی تبدیل می‌کند تا پوشش گیاهی بتواند در سال‌های آینده به بقا و توسعه خود ادامه دهد. انواع مختلف پوشش گیاهی باعث ایجاد اشکال مختلف مواد آلی در خاک می‌شود.

پوشش گیاهی بومی به اقلیم، توپوگرافی و عوامل بیولوژیکی به علاوه عوامل زیادی خاک مانند تراکم خاک، عمق، شیمی، دما و رطوبت بستگی دارد. برگ‌های گیاهان به سطح می‌ریزند و در خاک تجزیه می‌شوند. موجودات زنده این برگ‌ها را تجزیه کرده و با قسمت بالایی خاک مخلوط می‌کنند. درختان و درختچه‌ها دارای ریشه‌های بزرگی هستند که ممکن است تا اعماق قابل توجهی رشد کنند.

آب و هوا و اقلیم چگونه موجب تشکیل خاک می شوند؟

دما بر سرعت هوازدگی و تجزیه آلی تأثیر می‌گذارد. با آب و هوای سردتر و خشک‌تر، این فرآیندها می‌توانند آهسته باشند، اما با گرما و رطوبت، نسبتا سریع هستند. بارندگی برخی از مواد خاک را در خود حل کرده و برخی دیگر را در حالت معلق نگه می‌دارد. آب این مواد را از طریق خاک به پایین می‌برد یا شسته می‌کند. با گذشت زمان این فرآیند می‌تواند خاک را تغییر داده و حاصل‌خیزی آن را کاهش دهد.

هوازدگی مکانیکی
در محیط‌های شدید، که رطوبت و توسعه خاک کمی وجود دارد، تغییرات آب و هوایی باعث شکسته شدن سنگ‌ها می‌شوند.

توپوگرافی و شیب زمین چگونه باعث تشکیل خاک می شود؟

شکل، طول و درجه شیب زمین بر زهکشی تأثیر می‌گذارد. جهت شیب نوع پوشش گیاهی را مشخص می‌کند و میزان بارندگی دریافتی را نشان می‌دهد. این عوامل نحوه شکل گیری خاک را تغییر می‌دهند. مواد خاک به تدریج توسط آب، گرانش و باد در چشم انداز طبیعی جابجا می‌شوند (به عنوان مثال، باران‌های شدید خاک را از تپه‌ها به مناطق پایین‌تر فرسایش داده و خاک‌های عمیق را تشکیل می‌دهد). خاک‌های باقی‌مانده روی تپه‌های شیب‌دار معمولا کم عمق‌تر هستند.

نقش زمان در تشکیل خاک

زمان یک عامل مداوم تشکیل خاک را توصیف می‌کند. شدت و ترکیب عوامل مختلف منجرشده به تشکیل خاک در طول زمان تغییر می‌کنند. بنابراین، زمان همیشه نشان‌گر سن دقیق خاک یا مرحله توسعه خاک نیست. خواص خاک ممکن است بسته به مدت زمان هوازدگی خاک متفاوت باشد. مواد معدنی از سنگ‌ها بیشتر هوازده می‌شوند تا موادی مانند خاک رس و اکسیدهای آهن و آلومینیوم را تشکیل دهند. کوئینزلند (و استرالیا) یک منطقه بسیار قدیمی هوازده با بسیاری از خاک‌های باستانی است.

معرفی فیلم آموزش پیدایش خاک

فیلم آموزش پیدایش خاک

خاک، یک پیکره طبیعی تشکیل شده از کانی‌ها و مواد آلی ساخته شده در نتیجه مجموعه واکنش‌های فیزیکی و شیمیایی به شمار می‌رود. همچنین تحت تاثیر عوامل مختلف به وجود آمده و متشکل از لایه‌هایی است که بستر مناسبی برای زندگی گیاهان و انسان‌ها محسوب می‌شوند. نیاز به شناخت چگونگی فرایندهای خاک سازی و آشنایی با خصوصیات خاک و لایه‌های آن از دلایل تعریف چنین درسی در رشته خاک شناسی است.

در این فرادرس که توسط خانم لیلا صدوقی، دانشجوی دکتری تخصصی مهندسی کشاورزی – فیزیک و حفاظت خاک تدریس و به کمک تیم فرادرس تهیه و تدوین شده است، طی پنج فصل به عناوین مختلفی مانند تاریخچه پیدایش و طبقه بندی خاک، سنگ‌ها و کانی‌ها، هوادیدگی سنگ‌ها و کانی‌ها، تشکیل و تکامل خاک و مورفولوژی خاک پرداخته شده است. این فرادرس برای دانشجویان مهندسی کشاورزی و همچنین دانش‌آموزان علاقمند به یادگیری بیشتر درس زمین‌شناسی مناسب است.

انسان چگونه باعث تشکیل خاک می شود؟

تأثیر انسان بر خاک با گذار از جمع آوری و شکار به کشاورزی در حدود 5000 سال پیش آغاز شد. جنگل‌ها قطع شد و زمین به محصول و مرتع تبدیل شد. از همان روزهای اولیه، فعالیت‌های بشری پوشش زمین و خاک را تغییر داده است، اما از قرن گذشته بود که تغییر زمین و خاک آن سرعت گرفت. مهاجرت و رشد جمعیت مستلزم افزایش مقدار غذا، سرپناه، مواد خام و فضا بود. فشار بر منابع خاک تشدید شد و تخمین زده می‌شود که فعالیت‌های انسانی تاکنون 50 درصد از زمین‌های عاری از یخ را تغییر داده است. امروزه تأثیر فعالیت‌های انسانی بر خاک علاوه بر عوامل اصلی مؤثر بر تشکیل خاک، ششمین عامل در تشکیل خاک محسوب می‌شود. بسیاری از خاک‌ها در معرض اختلالات انسانی هستند، اختلالاتی که می‌توانند تشکیل خاک را مهار یا تسریع کنند یا حتی آن را در جهتی کاملاً جدید هدایت کنند.

نقش انسان در تشکیل خاک
انسان با از بین بردن سنگ‌های بستر و خرد کردن آن‌ها در تشکیل خاک نقش دارد.

تأثیر فعالیت‌های انسان بر روی خاک اغلب بر سایر عوامل سازنده خاک تأثیر می‌گذارد، اما در مقیاس‌ها و شدت‌های مختلف عمل می‌کند. اختلالات مستقیم ناشی از تغییر کاربری زمین، تخریب زمین و آب‌بندی خاک است که همگی باعث خراب شدن خاک می‌شوند. اثرات دیگر شامل استفاده از آفت‌کش‌ها است که تنوع زیستی خاک را کاهش می‌دهد، آبیاری شدید منجر به شور شدن خاک و تجمع فلزات سنگین در خاک آلوده می‌شود. تغییر اقلیم به عنوان اثر غیرمستقیم فعالیت‌های انسانی، همه جا حاضر است و پیش بینی عواقب آن بر خاک و زندگی دشوار است. در زیر چند نمونه از بسیاری از نمونه‌های ممکن آورده شده است.

خاک های اصلاح شده

خاک یک بدن طبیعی است. اما گاهی اوقات زمانی که خاک شامل مواد مصنوعی مانند آجر و زباله است، یا برای مدت طولانی با مواد شیمیایی و کود اصلاح شده است، ممکن است با حالت طبیعی قبلی خود متفاوت به نظر برسد. در سکونت‌گاه‌ها، ساختمان‌ها و جاده‌ها تا 70 درصد سطح خاک را پنهان می‌کنند. خاک روی کپه‌های خراب باید با تشکیلات معدنی جدیدی که بر پیدایش خاک تأثیر می‌گذارند، سر و کار داشته باشد. نگاهی گذرا به اطراف ما نشان می‌دهد که بسیاری از خاک‌ها تغییر شکل داده‌اند یا شکل گرفته‌اند و حتی ساخته دست بشر هستند.

خاک‌هایی که در اثر فعالیت‌های انسانی به وجود می‌آیند نام‌های مختلفی دارند: Anthrosol، Technosol، Terra preta یا Anthropic Soil. طبقه‌بندی خاک اغلب خاک‌های اصلاح‌شده توسط انسان را متمایز می‌کند و آن‌ها را در دسته‌بندی خاص خود، متفاوت از خاک‌های طبیعی قرار می‌دهد. بیشتر خاک‌های اصلاح شده توسط انسان به حدی تغییر شکل داده و دستکاری شده اند، تغییر یافته اند یا به شدت آسیب دیده اند که شباهت کمی به اجداد خود دارند. بنابراین، درک چگونگی تعامل خاک‌های اصلاح شده توسط انسان با محیط وسیع‌تر، به یک وظیفه جدید مهم برای دانشمندان خاک و محیط زیست امروزی تبدیل شده است.

خاک تشکیل شده توسط انسان
در این تصویر یک محقق در حال نشان دادن خاک Terra preta است. این نوع خاک توسط سرخپوستان بومی منطقه با استفاده از زغال چوب ساخته می‌شود که آن را با مواد آلی و سفال‌های شکسته مخلوط می‌کنند و زمین‌های کوچکی به مساحت 1 تا 80 هکتار می‌سازند.

هوازدگی چیست؟

هوازدگی تجزیه یا انحلال سنگ‌ها و مواد معدنی در سطح زمین را توصیف می‌کند. آب، یخ، اسیدها، نمک‌ها، گیاهان، حیوانات و تغییرات دما همگی عوامل هوازدگی هستند. هنگامی که یک سنگ شکسته شد، فرآیندی به نام فرسایش تکه‌های سنگ و مواد معدنی را دور می‌کند. هیچ سنگی روی زمین آنقدر سخت نیست که در برابر نیروهای هوازدگی و فرسایش مقاومت کند. هوا و فرسایش دائماً چشم انداز صخره‌ای زمین را تغییر می‌دهد. هوا باعث از بین رفتن سطوح در معرض دید در طول زمان می‌شود. مدت زمان قرار گرفتن در معرض اغلب به میزان آسیب‌پذیری یک سنگ در برابر هوا کمک می‌کند. سنگ‌هایی مانند گدازه‌ها که به سرعت در زیر سنگ‌های دیگر مدفون می‌شوند، نسبت به سنگ‌هایی که در معرض عواملی مانند باد و آب هستند، کمتر در برابر هوا و فرسایش آسیب‌پذیر هستند.

از آنجایی که این مسئله سطوح سنگی ناهموار و تیز را صاف می‌کند، هوازدگی اغلب اولین گام در تولید خاک است. تکه‌های کوچک مواد معدنی هوازده با گیاهان، بقایای حیوانات، قارچ‌ها، باکتری‌ها و سایر موجودات ترکیب می‌شوند. یک نوع سنگ هوازده اغلب خاک نابارور تولید می‌کند، در حالی که مواد هوازده از مجموعه سنگ‌ها از نظر تنوع معدنی غنی‌تر هستند و به ایجاد خاک حاصلخیزتر کمک می‌کنند. انواع خاک‌های مرتبط با مخلوطی از سنگ‌های هوازده شامل خاک‌های یخبندان، لس و رسوبات آبرفتی است. هوازدگی اغلب به فرآیندهای هوازدگی مکانیکی و هوازدگی شیمیایی تقسیم می‌شود. هوازدگی بیولوژیکی، که در آن موجودات زنده یا یک بار زنده به هوازدگی کمک می‌کنند، می‌تواند بخشی از هر دو فرآیند باشد. در ادامه هر کدام را بیشتر توضیح داده‌ایم.

هوازدگی
انواع هوازدگی سنگ‌ها باعث خرد شدن آن‌ها و تشکیل خاک می‌شوند.

هوازدگی مکانیکی

هوازدگی مکانیکی که به آن هوازدگی فیزیکی و انباشتگی نیز می‌گویند، باعث خرد شدن سنگ‌ها می‌شود. آب، به صورت مایع یا جامد، اغلب یک عامل کلیدی هوازدگی مکانیکی است. به عنوان مثال، آب مایع می‌تواند به خلل و فرج سنگ نفوذ کند. اگر دما به اندازه کافی پایین بیاید، آب یخ می‌زند. وقتی آب یخ می‌زند، منبسط می‌شود. سپس یخ به عنوان یک گوه عمل می‌کند. به آرامی شکاف‌ها را گشاد می‌کند و سنگ را می‌شکافد. هنگامی که یخ ذوب می‌شود، آب مایع عمل فرسایش را انجام می‌دهد و قطعات ریز سنگ از دست رفته در شکاف را دور می‌کند. این فرآیند خاص (چرخه یخ زدگی – ذوب) هوازدگی یخبندان یا «شکستگی منجمد» (cryofracturing) نامیده می‌شود.

تغییرات دما همچنین می‌تواند به هوازدگی مکانیکی در فرآیندی به نام «تنش حرارتی» (thermal stress) کمک کند. تغییرات دما باعث انبساط سنگ (با گرما) و انقباض (با سرما) می‌شود. با تکرار این اتفاق، ساختار سنگ ضعیف می‌شود. با گذشت زمان، فرو می‌ریزد. مناظر کویری سنگی به ویژه در برابر تنش‌های حرارتی آسیب‌پذیر هستند. لایه بیرونی سنگ‌های بیابانی با تغییر دما از روز به شب، بارها تحت تنش قرار می‌گیرد. در نهایت، لایه‌های بیرونی در ورقه‌های نازک پوسته پوسته می‌شوند، فرآیندی که لایه‌برداری نامیده می‌شود.

لایه برداری به شکل گیری «بورنهاردها» (Bornhardts) کمک می‌کند، یکی از چشمگیرترین ویژگی‌ها در مناظری که در اثر هوازدگی و فرسایش ایجاد شده است. بورنهاردها سنگ‌های بلند، گنبدی شکل و جدا شده‌ای هستند که اغلب در مناطق گرمسیری یافت می‌شوند. کوه شوگرلوف، یک مکان دیدنی نمادین در ریودوژانیرو، برزیل، بورنهارد است. تغییرات فشار نیز می‌تواند به لایه‌برداری به دلیل هوازدگی کمک کند. در فرآیندی به نام تخلیه، مواد پوشاننده حذف می‌شوند. سنگ‌های زیرین که از فشار زیاد آزاد می‌شوند، می‌توانند منبسط شوند. همانطور که سطح سنگ منبسط می‌شود، در فرآیندی به نام ورقه‌بندی در برابر شکستگی آسیب‌پذیر می‌شود. انواع دیگری از هوازدگی مکانیکی که باعث خرد شدن سنگ‌ها و تشکیل خاک می‌شوند را در ادامه بررسی کرده‌ایم.

اثر آب و هوا بر تشکیل خاک
هوازدگی مکانیکی با تغییرات آب و هوایی و چرخه انجماد و ذوب آب باعث خرد شدن سنگ‌ها و تشکیل خاک می‌شود.
  • نقش خاک رس در هوازدگی. نوع دیگری از هوازدگی مکانیکی زمانی رخ می‌دهد که خاک رس یا سایر مواد نزدیک سنگ آب را جذب کند. خاک رس، متخلخل‌تر از سنگ، می‌تواند با آب متورم شود و سنگ‌های سخت‌تر اطراف را دچار هوازدگی کند.
  • سایش. حرکت آب، باد و یخچال‌ها بر روی سطح سنگ، منجر به سایش و آبشستگی شده و این فرایند منجر به تشکیل خاک می‌شود. تجزیه فیزیکی سنگ‌ها هیچ تغییری در ترکیب شیمیایی ایجاد نمی‌کند و خواص خاک مشابه سنگ مادر خواهد بود. خاک‌هایی که در اثر تجزیه فیزیکی به وجود می‌آیند شن، ماسه و خاک‌های درشت دانه هستند.
  • نمک عامل هوازدگی سنگ‌ها. نمک همچنین برای هوازدگی سنگ در فرآیندی به نام هالوکلاستی عمل می‌کند. گاهی اوقات آب شور وارد شکاف‌ها و منافذ سنگ می‌شود. اگر آب شور تبخیر شود، کریستال‌های نمک باقی می‌مانند. همانطور که کریستال‌ها رشد می‌کنند، به سنگ فشار می‌آورند و به آرامی آن را از هم جدا می‌کنند. هالوکلاستی به مناظر ساحلی محدود نمی‌شود. بالا آمدن نمک، فرآیند زمین شناسی که در آن گنبدهای نمکی زیرزمینی گسترش می‌یابد، می‌تواند به هوازدگی سنگ‌های پوشاننده کمک کند. سازه‌ها در شهر باستانی پترا، اردن، ناپایدار بودند و اغلب به دلیل بالا آمدن نمک از سطح زمین فرو می‌ریختند.
  • هوازدگی لانه زنبوری. هوازدگی لانه زنبوری با هالوکلاستی مرتبط است. همانطور که از نامش پیداست، هوازدگی لانه زنبوری تشکیلات سنگی با صدها یا حتی هزاران گودال را توصیف می‌کند که از رشد کریستال‌های نمک تشکیل شده اند. هوازدگی لانه زنبوری در مناطق ساحلی رایج است، جایی که پاشیدن آب دریا دائماً سنگ‌ها را مجبور می‌کنند تا با نمک‌ها تعامل کنند.
  • نقش گیاهان در هوازدگی. گیاهان و حیوانات می‌توانند عوامل هوازدگی مکانیکی باشند. بذر درخت ممکن است در خاکی که در یک سنگ ترک‌خورده جمع شده است جوانه بزند. همانطور که ریشه‌ها رشد می‌کنند، شکاف‌ها را گسترش می‌دهند و در نهایت سنگ را تکه تکه می‌کنند. با گذشت زمان، درختان می‌توانند حتی سنگ‌های بزرگ را از هم جدا کنند. حتی گیاهان کوچک مانند خزه‌ها می‌توانند ترک‌های کوچک را در حین رشد بزرگ کنند.
  • نقش حیوانات در هوازدگی. حیواناتی که در زیر زمین تونل می‌زنند، مانند موش‌های کور و سنجاب‌های چمنزار نیز برای جدا کردن سنگ و خاک کار می‌کنند. حیوانات دیگر سنگ را در بالای زمین حفر می‌کنند و زیر پا می‌گذارند و باعث می‌شوند سنگ به آرامی خرد شود.
موش ها چگونه باعث تشکیل خاک می شوند
انواع جانورانی مانند موش‌ها و خرگوش‌ها که در زیر زمین زندگی می‌کنند باعث حمل و نقل سنگ‌ها و جدا کردن آن‌ها می‌شوند و همچنین با حرکت خود هوازدگی را بیشتر می‌کنند.

هوازدگی شیمیایی

هوازدگی شیمیایی ساختار مولکولی سنگ‌ها و خاک را تغییر می‌دهد. به عنوان مثال، دی اکسید کربن هوا یا خاک گاهی اوقات در فرآیندی به نام کربناته شدن با آب ترکیب می‌شود. این یک اسید ضعیف به نام اسید کربنیک تولید می‌کند که می‌تواند سنگ را حل کند. اسید کربنیک به ویژه در حل کردن سنگ آهک موثر است. هنگامی که اسید کربنیک از طریق سنگ آهک در زیر زمین نفوذ می‌کند، می‌تواند شکاف‌های بزرگی را باز کند یا شبکه‌های وسیعی از غارها را خالی کند به این فرایند کربناته شدن گفته می‌شود. پارک ملی Carlsbad Caverns، در ایالت نیومکزیکو ایالات متحده، شامل بیش از 119 غار آهکی است که در اثر هوا و فرسایش ایجاد شده اند. بزرگ‌ترین آن‌ها «اتاق بزرگ» (The Big Room) نام دارد. اتاق بزرگ با مساحتی در حدود 33210 متر مربع به اندازه شش زمین فوتبال است.

کوه‌های آپالاچی در شرق آمریکای شمالی زمانی بیش از 9000 متر ارتفاع داشتند، بلندتر از قله اورست اما طی میلیون‌ها سال، هوازدگی و فرسایش آن‌ها را فرسوده کرده است. امروزه بلندترین قله آپالاچی فقط 2037 متر ارتفاع دارد. در ادامه انواع هوازدگی شیمیایی را بررسی کرده‌ایم.

  • اکسیداسیون. نوع دیگری از هوازدگی شیمیایی روی سنگ‌هایی که حاوی آهن هستند کار می‌کند. این سنگ‌ها در فرآیندی به نام اکسیداسیون به زنگ‌زدگی تبدیل می‌شوند. زنگ ترکیبی است که از اثر متقابل اکسیژن و آهن در مجاورت آب ایجاد می‌شود. همانطور که زنگ گسترش می‌یابد، سنگ را ضعیف کرده و به شکستن آن کمک می‌کند.
  • هیدراتاسیون. هیدراتاسیون شکلی از هوازدگی شیمیایی است که در آن پیوندهای شیمیایی ماده معدنی در اثر برهمکنش با آب تغییر می‌کند. یک نمونه از هیدراتاسیون زمانی رخ می‌دهد که انیدریت معدنی با آب‌های زیرزمینی واکنش می‌دهد. آب انیدریت را به گچ، یکی از رایج‌ترین مواد معدنی روی زمین تبدیل می‌کند.
  • هیدرولیز. یکی دیگر از شکل‌های آشنای هوازدگی شیمیایی، هیدرولیز است. در فرآیند هیدرولیز، یک محلول جدید (مخلوطی از دو یا چند ماده) در اثر تعامل مواد شیمیایی در سنگ با آب تشکیل می‌شود. به عنوان مثال، در بسیاری از سنگ‌ها، مواد معدنی سدیم با آب برهمکنش می‌کنند و محلول آب شور را تشکیل می‌دهند.
  • هوازدگی کروی. هوازدگی کروی شکلی از هوازدگی شیمیایی است که زمانی اتفاق می‌افتد که یک بلوک مستطیلی از سه طرف در گوشه‌ها و از دو طرف در امتداد لبه‌های آن دچار هوازدگی شود که به آن هوازدگی پوست پیازی نیز می‌گویند.
هوازدگی شیمیایی
در این تصویر سنگ آهکی که تحت هوازدگی شیمیایی قرار گرفته نشان داده شده است.

هیدراتاسیون و هیدرولیز در ایجاد شیب‌های C شکل نقش دارند ظاهر زمین C شکل متشکل از یک دیواره سنگی مقعر است که در اثر هوازدگی و فرسایش سنگ‌های زیرسطحی ایجاد شده است و به آن سنگ موج نیز می‌گویند. این شیب‌ها نمونه چشم‌گیر دیگری از مناظری هستند که در اثر هوازدگی و فرسایش شکل گرفته‌اند. شکل ‌C آن‌ها تا حد زیادی نتیجه هوازدگی زیرسطحی است که در آن هیدراتاسیون و هیدرولیز سنگ‌های زیر سطح چشم‌انداز را از بین می‌برد.

موجودات زنده دیگر و باکتری‌ها و قارچ‌های زنده نیز می‌توانند عوامل هوازدگی شیمیایی باشند. بقایای پوسیده گیاهان و برخی قارچ‌ها اسید کربنیک را تشکیل می‌دهند که می‌تواند سنگ را ضعیف و حل کند. برخی از باکتری‌ها برای دسترسی به مواد مغذی مانند منیزیم یا پتاسیم می‌توانند سنگ را دچار هوازدگی کنند. کانی های رسی، از جمله کوارتز، از رایج‌ترین محصولات جانبی هوازدگی شیمیایی هستند. رس حدود 40 درصد از مواد شیمیایی موجود در تمام سنگ‌های رسوبی روی زمین را تشکیل می‌دهد.

نقش انسان در هوازدگی شیمیایی چیست؟

هوازدگی یک فرآیند طبیعی است، اما فعالیت‌های انسانی می‌تواند آن را تسریع کند. به عنوان مثال، انواع خاصی از آلودگی هوا میزان هوازدگی را افزایش می‌دهد. سوزاندن زغال‌سنگ، گاز طبیعی و نفت باعث آزاد شدن مواد شیمیایی مانند اکسید نیتروژن و دی اکسید گوگرد در جو می‌شود. هنگامی که این مواد شیمیایی با نور خورشید و رطوبت ترکیب شوند، به اسید تبدیل می‌شوند سپس به صورت باران اسیدی به زمین می‌افتند. باران اسیدی به سرعت سنگ آهک، مرمر و انواع دیگر سنگ‌ها را از بین می‌برد. اثرات باران اسیدی را اغلب می‌توان بر روی سنگ قبرها مشاهده کرد که خواندن نام‌ها و سایر کتیبه‌ها را غیرممکن می‌کند.

باران اسیدی همچنین به بسیاری از بناها و آثار تاریخی آسیب رسانده است. به عنوان مثال، بودای غول پیکر لشان در کوه Emei، چین با 71 متر ارتفاع، بزرگ‌ترین مجسمه بودا در جهان است. این مجسمه 1300 سال پیش تراشیده شد و قرن‌ها سالم ماند. یک سیستم زهکشی نوآورانه روند طبیعی فرسایش را کاهش می‌دهد اما در سال‌های اخیر مشاهده شده که باران اسیدی بینی مجسمه را سیاه کرده و بخشی از موهای آن را خرد کرده و فرو ریخته است.

نقش انسان در هوازدگی
انسان با آلوده کردن هوا باعث تشکیل باران‌های اسیدی شده و هوازدگی شیمیایی را موجب می‌شود.

معرفی فیلم آموزش مبانی فیزیک خاک

فیزیک خاک

خاک نه تنها یک بستر کاشت برای گیاه و کشاورزی بوده بلکه یک محیط متخلخل همراه با ویژگی‌های منحصر به فرد است. فیزیک خاک از این نظر دارای اهمیت است که بدون شناخت خصوصیات فیزیکی، شیمیایی و هندسی خاک، نمی‌توان فرایندهایی که در داخل خاک به وقوع می‌پیوندد را پیش بینی کرد. علم فیزیک خاک به ما شناخت کافی در مورد رفتار خاک را خواهد داد.

این فرادرس که توسط خانم سحر پلنگی، دانشجوی دکتری تخصصی مهندسی آبیاری و زهکشی تدریس و به کمک تیم فرادرس تهیه و تدوین شده است، طی هفت فصل به عناوین مختلفی مانند ساختار خاک، حرکت آب در خاک، منحنی مشخصه رطوبتی خاک، روش‌های تخمین منحنی مشخصه رطوبتی، حرکت گرما در خاک، انتقال املاح در خاک، آلودگی خاک پرداخته شده است.

انواع خاک

همانطور که در بالا ذکر شد، خاک می‌تواند توسط فرآیندهای هوازدگی فیزیکی یا شیمیایی تشکیل شود. اندازه ذرات منفرد می‌تواند از یک حالت کلوئیدی کوچک تا اشکال تخته سنگی بزرگ متفاوت باشد. از این رو، می‌توان نتیجه گرفت که تمام محصولات هوازدگی سنگ را به عنوان خاک در نظر گرفت. انواع خاک بر اساس اندازه دانه خاک شامل موارد زیر هستند:

  • «سنگفرش‌ها» (Cobbles): این سنگریزه‌ها بزرگ‌تر از سنگریزه و کوچک‌تر از تخته سنگ هستند. اندازه بین 64 تا 256 میلی‌متر است.
  • «سنگریزه» (Gravels): قطر دانه‌های خاک بین 4/75 تا 76/2 میلی‌متر است.
  • «رس» (Clay): دانه‌های خاک ریزتر از 0/002 میلی‌متر هستند.
  • «سیلت» (Silt): دانه خاک با اندازه 0/075 تا 0/002 میلی‌متر است.
  • «شن» (Sand): ذراتی که با چشم غیر مسلح دیده می‌شوند و اندازه آن‌ها کمتر از 4/75 میلی‌متر است.
انواع خاک
در این تصویر سه نوع خاک نشان داده شده است.

انواع خاک بر اساس مبدا

خاک‌ها را می‌توان بر اساس مبدأ به دو دسته تقسیم کرد:

  • «خاک‌های باقیمانده» (Residual Soils): این نوع خاک‌ها در محل تشکیل خود باقی می‌مانند. آن‌ها در نزدیکی سنگ مادر فرسوده قرار دارند. دو عامل حاکم بر عمق خاک‌های باقی‌مانده، زمان قرار گرفتن در معرض و شرایط اقلیمی است. این‌ها در مناطق دمایی مختلف سفت و پایدار هستند. اندازه خاک باقیمانده نامشخص است.
  • «خاک‌های حمل شده» (Transported Soils): همانطور که از نامش مشخص است خاک‌هایی هستند که از منطقه هوازدگی به مکان دیگری توسط عوامل حمل و نقل مانند باد، آب، یخ یا جاذبه زمین منتقل می‌شوند. بر اساس آن طبق جدول زیر طبقه‌بندی می‌شوند.

جدول انواع خاک حمل شده و عامل آن

شماره نوع خاک عامل انتقال دهنده ویژگی‌ها
۱ خاک آبرفتی آب جاری دارای ذرات درشت‌تر و ریزتر
۲ خاک دریاچه‌ای آب – این خاک در دریاچه‌های آرام رسوب می‌کند. دارای ذرات درشت‌تر و ریزتر
۳ خاک‌های دریایی آب دریا دارای ذرات درشت‌تر و ریزتر
۴ خاک‌های بادی باد سیلت، چگالی کم و قابلیت فشردگی بالا
۵ خاک‌های کولوویال نیروی گرانشی
۶ خاک یخبندان یخچال‌های طبیعی ذرات ریزتر، تخته سنگ

انواع خاک مورد استفاده انسان

خاک‌های تشکیل شده در یک مکان ممکن است توسط عوامل حمل و نقل مانند آب، یخ، باد و جاذبه به مکان‌های دیگر منتقل شوند. خاک‌هایی که منشاء آلی دارند در دسته خاک‌های آلی قرار می گیرند. این‌ها از رشد و تجزیه گیاهان، پوسته موجودات، اسکلت‌های معدنی و غیره تشکیل می‌شوند. گاهی اوقات محتوای غیر آلی توسط برخی منابع می‌تواند خاک را غیر آلی کند. در ادامه خاک‌های مختلف مورد استفاده در عمل را بررسی کرده‌ایم.

  • «بنتونیت» (Bentonite): خاک رس حاصل از تجزیه خاکستر آتشفشانی بوده و خواص خاک رس در این نوع خاک بسیار به نمایش گذاشته شده است. این خاک حاوی مقدار زیادی مونت موریلونیت است.
  • «کائولن» (Kaolin): به آن خاک رس چینی نیز می‌گویند که شکل خالص خاک رس سفید است. کاربرد اصلی آن در صنایع خاک رس است.
  • «رس بولدر» (Boulder Clay): ترکیبی از رس ته نشین شده (رس یخچالی) با سنگ‌های طبقه‌بندی نشده و خاک رس پودر شده است.
  • «خاک رس وارود» (Varved Clays): از لایه‌های سیلت و خاک رس مسطح تشکیل شده است.
  • «شیل» (Shale): این ماده حالتی بین خاک رس و تخته سنگ دارد.
  • «مارل» (Marl): این ماده ترکیبی از خاک رس، لوم و ماسه آهکی است.
  • «کود گیاهی» (Peat): دانه‌های فیبری با قطعات تجزیه شده از مواد گیاهی و دارای ماهیتی بسیار تراکم‌پذیر است و برای حمایت از سازه‌ها استفاده می‌شود.
  • «لوم» (Loam): این ماده ترکیبی از سیلت، خاک رس و ماسه است.
کائولن
در این تصویر کائولن یا خاک رس چینی نشان داده شده است.

معرفی فیلم آموزش شیمی خاک

فیلم آموزش شیمی خاک

آگاهی از شیمی خاک برای بررسی وضعیت آلاینده‌ها و عناصر مختلف در محیط زیست امری ضروری است. علاوه بر این، درک مفاهیم شیمی و بخش کانی‌شناسی آن، اجزای تشکیل دهنده بخش آلی و معدنی خاک برای بررسی تاثیر واکنش‌های شیمیایی مختلف که عناصر غذایی، فلزات سنگین و آلاینده‌های مختلف در محیط خاک تابعی از آن است، امری حیاتی و مهم محسوب می‌شود. شیمی خاک یکی از دروس تخصصی علم خاک‌شناسی است که خصوصیات، ساختار و واکنش‌های شیمیایی خاک را مورد بحث قرار می‌دهد.

در این فرادرس که توسط آقای دکتر مجتبی مقبلی، دارای دکتری تخصصی علوم خاک تدریس و با همکاری تیم فرادرس تهیه و تدوین شده است طی ۱۵ فصل به بررسی مباحثی مانند تعریف علم شیمی خاک و تاریخچه آن، فاز جامد خاک، بخش معدنی و آلی، تعادل بین محلول خاک و فاز جامد، سینتیک فرایندهای شیمیایی خاک، پارامترهای آزمایشگاهی شیمی خاک و غیره پرداخته شده است. این آموزش ویدئویی برای دانشجویان رشته‌های مهندسی کشاورزی، خاک‌شناسی، محیط زیست و سایر علاقمندان به این حوزه مناسب است.

چرا خاک مهم است؟

خاک‌های سراسر جهان از نظر ساختار، عمق، بافت و حاصل‌خیزی متنوع هستند. این تفاوت‌ها به این معنی است که خاک طیف وسیعی از مزایای زیست محیطی، اقتصادی و اجتماعی را برای جوامع بشری فراهم می‌کند. در ادامه دلایل اهمیت خاک را توضیح داده‌ایم.

نقش در کشاورزی و جنگل داری

قبلاً دیده‌ایم که میکروارگانیسم‌های موجود در نمونه‌های خاک هوموس تولید می‌کنند. این اساس حاصل‌خیزی خاک و صنایع کشاورزی و جنگل‌داری جهانی است. پیش‌بینی می‌شود تقاضای جهانی برای تولید محصول بین سال‌های 2005 تا 2050 بین 100 تا 110 درصد افزایش یابد. زمین‌های کشاورزی تقریباً 40 درصد از مساحت زمین را پوشش می‌دهند. بنابراین، حاصل‌خیزی خاک به طور فزاینده‌ای یک عامل مهم برای سلامت و تغذیه انسان است. علاوه بر بهبود حاصلخیزی خاک، میکروارگانیسم‌های خاک اغلب روابط همزیستی با گیاهان ایجاد می‌کنند. یکی بدون دیگری نمی‌تواند زنده بماند. نمونه‌ای از این رابطه تثبیت نیتروژن است. برخی از گونه‌های باکتری می‌توانند نیتروژن اتمسفر را به آمونیاک مفید بیولوژیکی که گیاهان می‌توانند از آن استفاده کنند، تثبیت کنند.

باکتری‌های تثبیت کننده نیتروژن مانند ریزوبیوم با القای مجموعه‌های خاصی از ژن‌ها در پاسخ به ترکیبات ترشح شده توسط ریشه میزبان، به تارهای کشنده ریشه حبوبات حمله می‌کنند. هنگامی که در داخل بافت ریشه داخلی گیاه قرار می‌گیرند، باکتری‌ها پروتئین‌های لازم برای تثبیت نیتروژن را سنتز می‌کنند. این گیاهان قادر هستند از آمونیاک تولید شده توسط آنزیم‌های باکتریایی به نام نیتروژنازها استفاده کند. باکتری‌ها می‌توانند از کربوهیدرات‌ها، پروتئین‌ها و اکسیژن تولید شده توسط گیاه استفاده کنند. روابط مشابهی بین گونه‌های دیگر گیاه و باکتری‌ها و بین گیاهان و سایر میکروارگانیسم‌ها وجود دارد.

خاک در کشاورزی
انسان از خاک در کشاورزی و کشت انواع محصولات مورد نیاز خود استفاده می‌کند.

در همین حال، میکروارگانیسم‌هایی مانند نماتدها و بندپایان نیز در تنظیم سطوح نیتروژن موجود در گیاهان نقش دارند. این میکروب‌ها گونه‌های خاصی از باکتری‌های تثبیت‌کننده نیتروژن را مصرف می‌کنند، نیتروژن اضافی و سایر مواد معدنی را به شکل در دسترس گیاه دفع می‌کنند. برخی از گونه‌ها قادرند تا 5000 باکتری در دقیقه مصرف کنند. آن‌ها به عنوان تنظیم کننده‌های موثر جمعیت باکتریایی خاک عمل می‌کنند و پتانسیل زیادی به عنوان عوامل کنترل زیستی دارند.

خاک به عنوان مصالح ساختمانی

خاک هنوز به عنوان مصالح ساختمانی اولیه در بسیاری از مناطق در سراسر جهان استفاده می‌شود. در واقع، تعداد زیادی از ساختمان‌ها در سطح جهان با استفاده از خاک ساخته می‌شوند. در حالی که فقط برخی از انواع خاک برای استفاده به عنوان مصالح ساختمانی مناسب هستند، انجمن غذا و کشاورزی سازمان ملل متحد (FAO) پیشنهاد می‌کند که برخی از مزایای استفاده از خاک برای ساخت و ساز هزینه پایین آن، سهولت استفاده، کیفیت مقاوم در برابر آتش و ظرفیت حرارتی بالای آن است.

نقش خاک در تولید مصالح
خاک در تولید مصالح ساختمانی و ساختمان سازی نقش بسیار مهمی دارد.

ارتباط آب و هوا و خاک

بسیاری از خاک‌ها به عنوان مخزن کربن بسیار کارآمد عمل می‌کنند. تصور می‌شود که خاک‌های جهان تقریباً 15 گیگاتن (15 هزار میلیون تن) کربن ذخیره می‌کنند که سه برابر کل پوشش گیاهی زمینی روی هم رفته است. 27 درصد از این کربن خاک توسط یک گلیکوپروتئین منفرد به نام گلومالین که در هوموس یافت شده تشکیل می‌شود. گلومالین، یک مولکول بسیار پایدار و متصل به آهن، توسط هاگ‌​​ها و هیف‌های گروهی از قارچ‌ها تولید می‌شود که روابط همزیستی با گیاهان آوندی ایجاد می‌کنند. در واقع، افزایش سطح کربن تولید گلومالین را افزایش می‌دهد. در یک مطالعه 3 ساله، افزایش CO2 به میزان 300ppm منجر به افزایش پنج برابری تولید گلومالین توسط هیف‌های قارچی شد که به نوبه خود منجر به افزایش پایداری و حاصل‌خیزی خاک شد. این یک راه مهم برای کشف در زمانی است که موضوع بحران آب و هوا بیش از هر زمان دیگری ضروری است.

ارتباط خاک و آب

همانطور که خاک به عنوان ذخیره کربن عمل می‌کند، می‌تواند مقادیر زیادی آب را ذخیره کند. علاوه بر اینکه برای رشد پوشش گیاهی مهم است، می‌تواند یک عامل کلیدی در جلوگیری از سیل در شرایط آب و هوایی شدید باشد. خاک همچنین می‌تواند به عنوان یک سیستم تصفیه آب عمل کند. همانطور که آب از خاک خارج می‌شود، میکروارگانیسم‌ها و مواد معدنی خاک روی آن عمل می‌کنند تا آلاینده‌ها و سموم را از بین ببرند. این فیلتراسیون از طریق فرآیندهای فیزیکی، بیولوژیکی و شیمیایی صورت می‌گیرد. باکتری‌ها، قارچ‌ها و سایر میکروارگانیسم‌های موجود در خاک با آلاینده‌های حمل شده توسط آب تعامل دارند. در این میان، ترکیب فیزیکی و شیمیایی خاک بر چگونگی حرکت آب و سایر ذرات در آن تأثیر می‌گذارد.

خاک و تنوع زیستی

خاک یک اکوسیستم فوق العاده متنوع و پیچیده بوده و میزبان حدود 25 درصد از تنوع زیستی سیاره ما است. شبکه غذایی خاک شامل سطوح تغذیه‌ای زیادی است، با میکروارگانیسم‌ها، گیاهان و جانوران که در چرخه آب، مواد مغذی و نیتروژن با هم تعامل دارند و به چرخه آن کمک می‌کنند.

جانوران موجود در خاک
خاک علاوه بر پستاندارانی مانند موش و خرگوش، زیستگاه بسیاری از موجودات از جمله انواع کرم‌ها و حشرات است.

اگر این مطلب برای شما مفید بوده است، آموزش‌ها و مطالب زیر نیز به شما پیشنهاد می‌شوند:

بر اساس رای 9 نفر
آیا این مطلب برای شما مفید بود؟
شما قبلا رای داده‌اید!
اگر بازخوردی درباره این مطلب دارید یا پرسشی دارید که بدون پاسخ مانده است، آن را از طریق بخش نظرات مطرح کنید.

«نسیم حسینی» فارغ التحصیل مقطع کارشناسی ارشد در رشته بیوتکنولوژی از پژوهشگاه ملی مهندسی ژنتیک است، فعالیت علمی و کاری وی در زمینه ژنتیک مولکولی و بهبود عملکرد پروتئین‌های آنزیمی بوده است. او مطالب آموزشی و تخصصی مجله فرادرس را در حوزه‌های زیست شناسی و بالینی می‌نویسد.

نظر شما چیست؟

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *