Agrogeology
زمین شناسی کشاورزی
ترجمه محمدباقر لک
زمین شناسی کشاورزی، یک زیربخش از زمینشناسی، مطالعه علمی منشأ، سرشت، ترکیب، توزیع و بهرهبرداری از خاکها از یک نقطه نظر زمین شناختی است. زمینشناسی مطالعه علمی زمین است و خاک را بصورت بالاترین لایه زمینشناسی، یا زیرلایهای تعریف میکند که زندگی گیاه را بر روی سطح زمین حمایت میکند. دادههای بحرانی تؤام با هم از چند زمینه از رشتههای علم طبیعی بدست آمدهاند تا فهمی از چرخه عناصر و کانیها در دورهای از زمان فراهم آورده و پیچیدگی نظام زمینی را فراهم آورد.
بخش قارهای پوسته زمین – لیتوسفر، حدود یک سوم از سطح زمین را در برگرفته و از سنگهای مختلف تشکیل میشود. پوسته زمین در طی تاریخی 5/4 میلیارد ساله شکل گرفت. مواد اصلی پوسته (کانیها، سنگها، خاکها وآب) برروی یا نزدیک به سطح زمین بوسیله فرآیندهای فیزیکی، شیمیایی، و بیولوژیکی متعدد تشکیل و تخریب شدهاند. از جمیع این فرآیندها با عنوان چرخه زمینشناختی یاد میشود، که تشکیل میشود از گروهی از زیرچرخه، شامل چرخههای سنگ، هیدرولیک، و ژئوشیمیایی.
چرخه سنگ یک توالی از فرآیندهایی است که سه خانواده سنگ تولید میکند: آذرین، رسوبی، و دگردیس. این فرآیندهای جابجاشونده را میتوان برحسب فرآیندهای ماگماتیزم، رسوبگذاری، و دگردیسی و برحسب زمینههای ژئوشیمیایی، کانشناسی، و سنگشناسی میتوان بحث کرد. در لیتوسفر، چرخه سنگ با کریستالیشدن اولیه ماگما آغاز میشود، با دگرگونی و هوازدگی سنگهای آذرین و جابجایی و رسوبگیری رسوبات ادامه مییابد. سپس با دیاژنسیز و سنگشدگی سنگهای رسوبی ادامه مییابد که با دگردیسی بطور متوالی تا مراتب بالاتر دنبال میشود تا زمانیکه سرانجام به واسطه ذوب شدن، ماگما مجدداً تولید شود. چرخه ژئوشیمیایی با مهاجرت و توزیع عناصر را در طی تغییرات زمینشناسی سر و کار دارد که شیمی لیتوسفر، استنوسفر، هیدروسفر، اتمسفر و بیوسفر را شامل میشود. چرخههای سنگ و ژئوشیمیایی بطور نزدیکی به یکدیگر وابسته هستند و بطور نزدیکی به چرخه هیدرولیک، که آب لازم را برای بسیاری از فرآیندهای شیمیایی و فیزیکی فراهم آورده و زندگی را بر روی زمین پشتیبانی میکند، مربوط ا است.
برهمکنش نزدیک بین چرخههای سنگ و هیدرولیک مواد سنگی هوازده میسازند که اجزای ترکیبی پایهای خاکها هستند. در مقابل نیروهای زمینساخت و آتشفشانی، که مایل به ایجاد عارضه هستند، فرآیندهای دیگری هستند که میخواهند آن را از پای درآورند. این فرآیندهای ویرانگر ماهر فرآیندهای هوازدگی نام دارند. هوازدگی معمولاً به تجزیه فیزیکی یا خردشدگی مکانیکی سنگها بدون دگرگونی شیمیایی؛ هوازدگی شیمیایی یا تجزیه کانیها اغلب با تغییر شیمیایی برگشتناپذیر؛ و هوازدگی بیولوژیکی که تحت تأثیر رشد و حرکت گیاهان و حیوانات است تقسیم میشود.
بنابراین، هوازدگی را میتوان بصورت تجزیه و دگرگونی سنگها و کانیها بوسیله فرآیندهای فیزیکی، شیمیایی، و بیولوژیکی تعریف کرد. خاصیت نرخ هوازدگی بستگی دارد به چند عامل از قبیل نوع سنگ، اقلیم، توپوگرافی، و زمان. فرآیندهای فیزیکی هوازدگی عبارتند از تجزیه سنگها و کانیها بوسیله مکانیزمهای شکستن مواد ترد[1] و کاهش بعدی در اندازه ذرات آنها بدون دگرگونی شیمیایی. عوامل عمده در محیطهای هوازدگی فیزیکی عبارتند از دما، آب، یخ و باد، در حالیکه عوامل فعالسازی[2] عبارتند از تخلیه[3] و فرآیندهای گرمایی (ترموکستی[4]) رشد و انبساط مواد در فضای منافذ مانند یخ (ژلهای شدن[5]) و نمکهای مختلف (شیشهای شدن[6]).
هوازدگی شیمیایی تجزیه و دگرگونی کانیها است و پیآمد خردشدن ساختار کریستال در مقیاس مولکولی است و منجر به تشکیل کانیهای جدید با ترکیب شیمیایی کاملاً متفاوت مانند کانیهای هیدروکسید و اکسید ثانویه، یا کانیهای رسی میشود. مهمترین عوامل شیمیایی درگیر در هوازدگی کانیها عبارتند از آّب ناشی از باران و CO2 ناشی از تنفس ریشه و تجزیه میکروبی مواد آلی. دما، بارش و رطوبت را تحت عنوان اقلیم میشناسند.
آبکافت[7]، یا تأثیر آب حاوی پروتون هیدروژن فعال مهمترین و شایعترین فرآیند است و عموماً شیوهای است که فلدسپاتها و میکاها بطور شیمیایی هوازده میشوند. چند فرآیند دیگر نیز وجود دارد که عبارتند از: کربنات شدن[8]، یک واکنش یونهای کربنات و بیکربنات با مواد آلی تؤام با آبکافت فلدسپاتها؛ آبدهی[9]، که با جذب سطحی آب سر و کار دارد؛ حل[10]، واکنشی که در آن کلسیت یا دولومیت به بیکربناتهای حلپذیر دگرگون میشوند؛ و واکنشهای کاهش و اکسیداسیون که با انتقال الکترونها سر و کار دارند.
فرآیندهای بیولوژیکی نقشی اساسی در هوازدگی سنگ و کانی دارند هم بهصورت موجودات زنده و هم مواد آلی مرده خاک، و تأثیر معنیداری بر هوازدگی و پیدایش خاک دارند. بهمنظور تشخیص اهمیت موجودات زنده و مواد آلی در هوازدگی و تشکیل خاک دونوع فرآیند تفکیک میشوند: هوازدگی بیولوژیکی و بیوشیمیایی. هوازدگی بیولوژیکی با مداخله موجودات زنده اتفاق میافتد. باکتریها، خزهها، هیفهای گلسنگ و قارچی میتوانند در ترکهای کوچک کریستالهای معدنی نفوذ کنند. ریشههای زنده در ترکهای کانی و سنگهای رشد میکنند و میتوانند در فرآیند هوازدگی فیزیکی شرکت کنند.
هوازدگی بیوشیمیایی به واکنشهای کانیهای اصلی با ترکیبات شیمیایی تراوش شده از ریشههای گیاه یا ترشحات میکروبی مربوط میشود همانگونه که به برهمکنشهای با محصولات تجزیه ماده آلی مرتبط است. میکروارگانیزمها باعث رسوب و تجزیه کانیها میشوند و توزیع عناصر را در محیطهای گوناگون در و نزدیک سطح زمین کنترل میکنند. فرض میشود که اثر کلاته شدن[11] بر تجزیه کانی بوسیله اسیدهای (هیومیک، فولویک، اُکزالیک، استیک، سالیسیلیک، سیتریک و غیرع) آلی مؤثرتر از آبکافت ژئوشیمیایی است. پلیمرهای پیچیده خارج از سلولی (پلی ساکاریدها، سیدروفورها[12]، پروتئینها)تولید شده توسط تنوعی از میکروارگانیزمها در تشکیل کمپلکسهای ارگانومینرالها[13] در خاکها شود.
خاک محصولی است از اثر متقابل چند متغیر شامل سنگ مادری زمینشناختی، اقلیم، فعالیت آلی، توپوگرافی و زمان است. فرآیندهای تشکیل خاک میل به ایجاد افقها یا لایهبندی مشخص خاک دارد که منجر به ایجاد توسعه پروفیل خاک میشود. این افقها و توسعه نسبی پروفیل مفهومی مهم از طبقبندی خاک هستند. خاکشناسان دو طبقبندی نظاممند پیشرفته خاکها، موسوم به ردهبندی خاک[14] با 10 طبقه خدمات حفاظت از خاک ایالات متحده[15] و نقشه خاک جهان با 26 طبقه سازمان غذا و کشاورزی یونسکو[16] را توسعه دادهاند. این طبقبندیها بر اساس ریختشناسی خاک، رنگ، خواص فیزیکی و شیمیایی پروفیل خاک بوده و اصظلاحات استانداردی دارند. این طبقبندیها مخصوصاً در اهداف کشاورزی و برنامهریزی مربوطه برای کاربری اراضی مفید هستند.
فعالترین کانیهای سازنده خاکها، رسها هستند. رسها مساحت سطح زیادی داشته که تشکیل میشوند از ذرات ریز و شرایط ساختاری ویژه از کانیهای رسی معین. اکثر خاکها دربرگیرنده تنها درصد کمی ماده آلی بوده و مقادیر بسیار بیشتری از رسها یا ذرات کانی در قطعات با قطر کمتر از 2 میکرومتر هستند.
رسزایی[17]، یا مطالعه روشها و شرایط ایجاد، نمو، تغییرپذیری و تجزیه کانیهای رس بسیار پیچیده است، بطوریکه بعنوان یک پیآمد بطور فزایندهای بوسیله روشهای میان رشتهای یا چندرشتهای بررسی میشود. امروزه از چند روش در مطالعه کانیشناسی خاک استفاده میشود، امّا روش انکسار اشعه X[18] (XRD)، مساعدترین شیوه است. بعنوان یک زمینشناس، باید در نظر داشت که ریزبینی بهعلاوه کار مفصل میدانی هنوز باید تؤام با تحلیلهای آزمایشگاهی XRD باشند، و اینکه شیوههای ابزاری دیگر مانند میکروسکوپ الکترونی، طیفسنجی مادون قرمز، ژئوشیمی، تحلیلهای ایزوتوپیک، و غیره نیز در سطح وسیعی به کار گرفته میشوند. آنها مطالعه فرآیندهای کانیشناسی و ژئوشیمیایی را در افقهای در طی تشکیل خاک و همچنین درک از مشخصههای خاک را بهبود دادهاند.
ارتباط بین تغییرات سطح زمین[19] و زمینشناسی بوسیله مهندسین و زمینشناسان از زمانی که نخستین نقشه زمینشناسی در بریتانیای کبیر تولید شد تشخیص داده شده است. یک تغییر در اَشکال زمین[20] همیشه به تغییری در شرایط زیرسطحی میانجامد. اشکال زمین بر تاریخ هوازدگی انواع مختلف سنگ انعکاس دارد و بنابراین ثبت تغییرات در شکل زمین نواحی با تاریخ زمینشناسی و ژئومورفولوژیکی مختلف را جدا میکند. عوامل کنترل کننده توسعه عارضه بصورت اثرات فرایند، زمینشناسی، و زمان مد نظر قرار میگیرند. فرآیندهای عمده شامل هوازدگی، فرسایش و تجزیه، و تشخیص بین اشکال زمین فرسایشی و تجزیهای در تحلیل اشکال زمین بسیار قابل توجه است. علاوه بر تاریخ تاریخ ژئومورفولوژیکی، اثر زمان نیز در ارتباط با فرایندهایی که در فهم اشکال زمین و خاکها با پوشششان ضروری است، بسیار مهم میباشد.
خاکها و حیات تقریباً از دورههای اوّلیه زمینشناسی بطور نزدیکی در کنار هم بودهاند. خاکهای قدیمی محصولات اکوسیستمهای خاکی پیچیده موجود در آن زمان بودهاند. برای یک زمان طولانی زمینشناسی گیاهان و حیوانات و فرآیندهای سطحی درگیر توسعه خاک دیرینه[21] شدهاند. شواهد زیادی درباره تکامل عوامل تشکیل خاک در طی تاریخ زمینشناسی، بویژه در طول پلیستوسن جمعآوری شدهاند. خاکهای قدیمی، پیشتر جزء مکمل عوارض زمین، صرف نظر از مشخصههای عصر تاریخی تشکیلشان ویژگیهایی را به ارث بردهاند که متناظر با شرایط اقلیمی طبیعی گذشته و همچنین نشانههای تغییرات پیآمد میباشند. چرخش نوع میلانکوویچ تحت نیروی قطبی را میتوان در سریهای خاک قدیمی در رس سیلتدار غیر مطبق[22] پلیستوسن در بسیاری از جاها در سرتاسر نیمکره شمالی تشخیص داد.
امروزه کاربرد اصول زمینشناسی کلاسیک در تهیه نقشه خاک و شیوههای تحلیلعارضه زمین پیشرفته بوسیله شیوههای پیچیده حس از دور، فنون GPS و GIS افزایش یافته است. اطلاعات از نقشههای مفصل خاک و سنگ شناسی میتوانند برای برنامهریزی کاربری اراضی و حفاظت از محیط زیست بسیار مفید باشند، بویژه زمانی که ظرفیت زمین برای کاربری خاصی مانند: کشاورزی، جنگل، مهندسی، اقدامات شهری و غیره مد نظر است.
[1] - Brittle Fracture
[2] - Activating Agents
[3] - Unloading
[4] - Thermocasty: هوازدگی ناشی از فرآیندهای گرمایی (http://en.wiktionary.org/wiki/thermoclasty)
[5] - Gelification
[6]- Haloclasty
[7] - Hydrolysis
[8] - Carbonation
[9] - Hydratation
[10] - Solution
[11] - Chelation
[12] - Siderophores (Greek: "iron carrier") are small, high-affinity iron chelating compounds secreted by microorganisms such as bacteria, fungi and grasses (http://en.wikipedia.org/wiki/Siderophore).
[13] - Organominerals Complexes
[14] - Soil Taxonomy
[15] - Soil Conservation Services of the United States
[16] - Food and Agriculture Organization of UNESCO
[17] - Argillogenesis
[18] - X-Ray Diffraction (XRD)
[19] - Landforms
[20] - Landforms
[21] - Paleosoil
[22] - Loess
این وبلاگ متعلق به دکتر محمد باقر لک می باشد.