مقاله در موردخاک و مکانیک خاک

word قابل ویرایش
42 صفحه
9700 تومان
97,000 ریال – خرید و دانلود

خاک و مکانیک خاک

دید کلی
خاک‌ها مخلوطی از مواد معدنی و آلی می‌باشند که از تجزیه و تخریب سنگ‌ها در نتیجه هوازدگی بوجود می‌آیند که البته نوع و ترکیب خاک‌ها در مناطق مختلف بر حسب شرایط ناحیه فرق می‌کند. مقدار آبی که خاک‌ها می‌توانند بخود جذب کنند. از نظر کشاورزی و همچنین در کارخانه‌های راه‌سازی و ساختمانی دارای اهمیت بسیاری است که البته این مقدار در درجه اول بستگی به اندازه دانه‌های خاک دارد.
هرچه دانه خاک ریزتر باشد، آب بیشتری را به خود جذب می‌کند که این خصوصیت برای کارهای ساختمان‌سازی مناسب نیست. بطور کلی خاک خوب و حد واسط از دانه‌های ریز و درشت تشکیل یافته است. تشکیل خاک‌ها به گذشت زمان ، مقاومت سنگ اولیه یا سنگ مادر ، آب و هوا ، فعالیت موجودات زنده و بالاخره توپوگرافی ناحیه‌ای که خاک در آن تشکیل می‌شود بستگی دارد.
عوامل موثر در تشکیل خاک

سنگ‌های اولیه یا سنگ مادر :
کمیت و کیفیت خاک‌های حاصل از سنگ‌های مختلف اعم از سنگهای آذرین ، رسوبی و دگرگونی به کانی‌های تشکیل دهنده سنگ ، آب و هوا و عوامل دیگر بستگی دارد. خاک حاصل از تخریب کامل سیلیکاتهای دارای آلومینیوم و همچنین سنگهای فسفاتی از لحاظ صنعتی و کشاورزی ارزش زیادی دارد. در صورتیکه خاک‌هایی که از تخریب سنگ‌های دارای کانی‌های مقاوم (از قبیل کوارتز و غیره) در اثر تخریب شیمیایی پدید آمده‌اند و غالبا شنی و ماسه‌ای می‌باشند فاقد ارزش کشاورزی می‌باشند.
ارگانیسم :
تمایز انواع خاک‌ها از نقطه نظر کشاورزی به نوع و مقدار مواد آلی (ازت و کربن) موجود در آن بستگی دارد. نیتروژن موجود در اتمسفر بطور مستقیم قابل استفاده برای گیاهان نمی‌باشد. بلکه ترکیبات نیتروژن‌دار لازم برای رشد گیاهان باید به شکل قابل حل در خاک وجود داشته باشد که این عمل در خاک‌ها بوسیله برخی از گیاهان و باکتری‌ها انجام می‌شود. خاک‌ها معمولا دارای یک نوع مواد آلی کربن‌دار تیره رنگی هستند که هوموس نامیده می‌شوند و از بقایای گیاهان بوجود می‌آید.
زمان :
هر قدر مدت عمل تخریب کانی‌ها و سنگ‌ها بیشتر باشد عمل تخریب فیزیکی و شیمیایی کاملتر انجام می‌گیرد. زمان تخریب کامل بسته به نوع سنگ ، ساخت و بافت سنگ‌ها و نیز ترکیب و خاصیت تورق کانی‌ها متفاوت می‌باشد ولی بطور کلی سنگهای رسوبی خیلی زودتر تجزیه شده و به خاک تبدیل می‌شوند، در صورتیکه سنگهای آذرین مدت زمان بیشتری لازم دارند تا تجزیه کامل در آنها صورت گرفته و به خاک تبدیل گردند.
آب و هوا :
وفور آب‌های نفوذی و عوامل آب و هوا از قبیل حرارت ، رطوبت و غیره در کیفیت خاک‌ها اثر بسزایی دارند. جریان آبهای جاری بخصوص در زمین‌های شیب‌دار موجب شستشوی خاک‌ها می‌شوند و با تکرار این عمل مقدار مواد معدنی و آلی بتدریج تقلیل می‌یابد. اثر تخریبی اتمسفر همانطور که قبلا بیان گردید روی برخی از کانی‌ها موثر و عمیق می‌باشد و هر قدر رطوبت همراه با حرارت زیادتر باشد شدت تخریب نیز بیشتر می‌گردد.

توپوگرافی محل تشکیل خاک :
اگر محلی که خاک‌ها تشکیل می‌شوند دارای شیب تند باشد در نتیجه مواد تخریب شده ممکن است بوسیله آبهای جاری و یا عامل دیگری خیلی زود بسادگی از محل خود بجای دیگری حمل گردند و یا شستشو بوسیله آبهای جاری و یا عامل دیگری خیلی زود بسادگی

از محل خود بجای دیگری حمل گردند و یا شستشو بوسیله آبهای جاری باعث تقلیل مواد معدنی و آلی خاک‌ها شود در نتیجه این منطقه خاک‌های خوب تشکیل نخواهند شد. ولی برعکس در محل‌های صاف و مسطح که مواد تخریب شده بسادگی نمی‌توانند به جای دیگری حمل شوند فرصت کافی وجود داشته و فعل و انفعالات بصورت کامل انجام می‌پذیرد.

مواد تشکیل دهنده خاک‌ها
موادی که خاک‌ها را تشکیل می‌دهند به چهار قسمت تقسیم می‌شوند :
مواد سخت : مواد سخت را ترکیبات معدنی تشکیل می‌دهند ولی ممکن است دارای مقداری مواد آلی نیز باشند. البته این ترکیبات معدنی از تخریب سنگ‌های اولیه یا سنگ مادر حاصل شده‌اند که گاهی اوقات همراه با مواد تازه کلوئیدی و نمک‌ها می‌باشند.

موجودات زنده در خاک‌ها :
تغییراتی که در خاک‌ها انجام می‌پذیرد بوسیله موجودات زنده در خاک انجام می‌گیرد. قبل از همه ریشه گیاهان ، باکتری‌ها ، قارچها ، کرم‌ها و بالاخره حلزون‌ها در این تغییرات شرکت دارند.
آب موجود در خاک‌ها :
آبی که در خاک وجود دارد حمل مواد حل‌شده را به عهده دارد که البته این مواد حمل شده برای رشد و نمو گیاهان به مصرف می‌رسد. آب موجود در خاک‌ها از باران و آبهای نفوذی ، آب جذب شده و بالاخره آبهای زیرزمینی ت

شکیل شده که در مواقع خشکی از محل خود خارج شده و بمصرف می‌رسد.
هوای موجود در خاک :
هوا همراه با آب در خوه‌های خاک‌ها وجود دارد که البته این هوا از ضروریات رشد و نمو گیاهان و ادامه حیات حیوانات می‌باشد. مقدار اکسیژنی که در این هوا وجود دارد از دی اکسید کربن کمتر است و این بدان علت است که ریشه گیاهان برای رشد و نمو اکسیژن مصرف کرده و دی اکسید کربن پس می‌دهند.

تقسیم‌بندی خاک‌ها از لحاظ سنگ‌های تشکیل دهنده
بر حسب دانه‌های تشکیل دهنده خاک و هم‌چنین شرایط میزالوژی و پتروگرافی زمین خاک‌های مختلفی وجود دارد که عبارتند از :

خاک رسی :
ذرات رس (Clay) دارای قطری کوچکتر از ۰٫۰۰۲ میلی‌متر می‌باشند و در حدود ۵۰% خاک را تشکیل می‌دهند.
خاک‌های رسی چون دارای دانه‌های بسیار ریزی هستند به خاک سرد معروفند و در مقابل رشد گیاهان مقاومت نشان داده و رشد آنها را محدود می‌کنند.
خاک‌های سیلتی :
۵۰% این نوع خاک‌ها را ذرات سلیت تشکیل داده است که دارای قطری بین ۰٫۰۵ تا ۰٫۰۰۲ میلی‌متر می‌باشند و بر حسب اینکه ناخالصی مثل ماسه ، رس و غیره بهمراه دارند به نام خاک‌های سیلتی ماسه‌ای و یا سیلتی رسی معروفند.
خاک‌های ماسه‌ای :
این خاک‌ها از ۷۵% ماسه تشکیل شده‌اند. قطر دانه‌ها از ۰٫۰۶ تا ۲ میلیمتر است و بر حسب اندازه دانه‌های ماسه به خاک‌های ماسه‌ای درشت ، متوسط و ریز تقسیم می‌گردند. مقدار کمی رس خاصیت خاک‌های ماسه‌ای را تغییر می‌دهد و این نع خاک آب را بیشتر در خود جذب می‌کند تا خاک‌های ماسه‌ای که فاقد رس هستند.

خاک‌های اسکلتی :
خاکهای اسکلتی به خاکهایی اطلاق می‌گردد ک در حدود ۷۵% آن را دانه‌هایی بزرگتر از ۲ میلی‌متر از قبیل قلوه سنگ ، دیگ و شن تشکیل می‌دهند. این خاک‌ها ، آب را به مقدار زیاد از خود عبور می‌دهند و لذا همیشه خشک می‌باشند.

نیم‌رخ عمومی خاک‌ها
نیم‌رخ خاک‌ها معمولا از ۳ افق A,B,C تشکیل شده است.
افق A : که به نام خاک بالایی نامیده می‌شود، فوقاتی‌ترین منطقه خاک است و این همان افقی است که رشد و نمو گیاهان در آن نفوذ می‌کنند. این افق از مواد خاکی نرم (رس) که غنی از مواد آلی و موجودات زنده میکروسکوپی است تشکیل یافته است که وجود این مواد آلی باعث رنگ خاکستری تا سیاه این افق می‌گردد. البته این زمین غالبا برای کشاورزی مناسب می‌باشند. اکسیدهای آهن و همچنین بعضی از مواد محلول ممکن است از این منطقه به افق B برده شوند و در آنجا رسوب کنند.
افق B : قشر بین افق A و C را یک قشر دیگر تشکیل می‌دهد که به نام افق B یا خاک میانی نامیده می‌گردد. در این افق عمل تخریب و تجزیه به مراتب بیشتر از افق C پیشرفت و اثر کرده است و از کانی‌های سنگ مادر فقط آن دسته دیده می‌شوند. که بسیار مقاومند (مثل کوارتز) ولی سایر کانی‌ها به شدت تجزیه شده‌اند. این افق معمولا از مواد رسی ، ماسه و شن‌های ریز و درشت و گاه مقادیر کمی بقایای نباتی تشکیل شده است. در این افق علاوه بر مواد رسی ، در آب و هوای مرطوب ، اکسیدهای آهن و همچنین مواد محلول‌تر که بوسیله آب‌های نفوذی از افق A به آنجا آورده شده‌اند دیده می‌شوند.
افق C : که به آن خاک زیرین نیز گفته می‌شود، افقی است که مواد سنگی به میزان خیلی کم تخریب و تجزیه شده‌اند و در نتیجه سنگ‌های اولیه زیاد تغییر نکرده بلکه بصورت قطعات خرد شده می‌باشند. زیر این منطقه سنگ‌های تخریب نشده یعنی سنگ اولیه قرار دارد که هیچگونه تخریب و یا تجزیه‌ای در آن صورت نگرفته است.
رفتار خاک در برابر زمین
بر اثر اعمال تنش برشی چرخه‌ای به خاک ، که ناشی از امواج رسیده سنگ بستر است، خاک تحریک می‌شود.
تقسیم بندی خاکها بر اساس پاسخ به حرکات سنگ بستر
حرکتهای پایدار که با تغییر شکل کشسان و خمیرسان باعث میرایی حرکت لرزه‌ای می‌شوند، با این حال هنوز تا حدی مقاومت خود را حفظ می‌کنند.

خاکهای ناپایدار که بطور ناگهانی متراکم شده یا بر اثر آبگونگی بطور کامل مقاومتشان را از دست می‌دهند.
دو ویژگی بارز خاکهایی که تحت تاثیر تنش چرخه‌ای قرار می‌گیرند، یکی «مدول برشی» و دیگری «سنت میرایی داخلی» است. مدول برشی واسطه بین تنش و تنجش برشی بر اثر لرزشهای دارای دامنه کوتاه ، مثل بارگذاریهای ناشی از زمین لرزه را بیان م

ی‌کند.
سنت میرایی داخلی معرف استهلاک انرژی در طول بارگذاری چرخه‌ای است. مدول برشی و میرایی مهمترین ویژگیهایی هستند که معمولا در تجزیه) و تحلیلها بکار می‌روند. بخشی از تغییر شکل خاکها در برابر بار دینامیک ، صرف‌نظر از دامنه تنجش ، غیر قابل بازگشت بوده و لذا منحنیهای بارگذاری – باربرداری و تنش – تنجش بر یکدیگر منطبق نمی‌شوند.
نشست
نشست و آبگونگی
لرزشهای ناشی از زمین لرزه می‌تواند چند پدیده مهم را در خاک باعث شود که از این جمله است:
تراکم خاکهای دانه‌ای که منجر به نشست سطح زمین می‌شود و می‌تواند در محدوده وسیعی اتفاق بیافتد.
آبگونه شدن ماسه‌های ریز و ماسه‌های لایه‌دار که منجر به از بین رفتن کامل مقاومت خاک شده و باعث نشست و حتی برگشتن سازه‌ها و گسیخته شدن دامنه‌های می‌شود.
کاهش مقاومت در خاکهای چسبنده نرم که منجر به نشست سازه شد، و می تواند برای سالها ادامه داشته باشد. این پدیده بر اثر نوعی آبگونگی نیز حاصل می شود.
نشست حاصل از تراکم
تنجشهای برشی چرخه‌ای باعث تراکم خاکهای دانه‌ای می‌شود که نشست زمین را به همراه دارد. حرکات افقی ناشی از لرزشها تا زمانی که چرخه‌ها نسبتا نزدیک به هم باشند، حتی اگر تنجشهای برشی چرخه‌ای نسبتا کوچک باشد، باعث تراکم خاک می‌شوند. در مقابل ، شتاب قائم فراتر از شتاب جاذبه زمین (۱g) لازم است تا ماسه‌ها را به نحو قابل ملاحظه‌ای متراکم نماید و این رقمی به مراتب فراتر از شتاب سطحی حاصل از اغلب زمین لرزه‌هاست.
قابلیت تراکم خاک در زمان لرزش زمین به دانه بندی ، چگالی نسبی ، پوکی ، فشار جانبی ، دامنه نوسان تنش برشی یا تنجش چرخه‌ای و بالاخره تعداد چرخه‌های اعمال تنش یا طول مدت آن وابسته است. نشست ناشی از تراکم و آبگونگی بسیار به هم مرتبط هستند و مهمترین عامل در وقوع هر یک از آنها قابلیت زهکشی خاک در زمان بارگذاری چرخه‌ای است. تراکم در خاکهای دارای زهکشی خوب و آبگونگی در خاکهای با زهکشی ضعیف انجام می‌شوند.
پدیده روانگرایی
روانگرایی (یا آبگونگی) چرخه‌ای ، به واکنش خاک در برابر بارهای دینامیکی یا تحریک ناشی از امواج برشی زودگذر اطلاق می‌شود که در نتیجه آن مقاومت خاک بطور کامل از بین رفته و خاک حالتی آبگونه به خود می‌گیرد. آبگونگی چرخه‌ای با روانگونگی ناشی از جریان به سمت بالای آب زیرزمینی در شرایطی اگر آب ماسه نتواند به سرعت از محیط خارج و به اصطلاح زهکشی شود، کاهش حجم باعث افزایش فشار منفذی برابر فشار مواد دوباره شود، تنش موثر بین ذرات خاک صفر می‌شود و ماسه بطور کامل مقاومت برشی خود را از دست می‌دهد و در نتیجه حالت آبگونه پیدا می‌کند.
پدیده روانگرایی ممکن است در یک نهشته سطحی یا در یک لایه عمقی اتفاق بیافتد. در صورتی که آبگونگی در عمق اتفاق بیافتد فشارهای هیدرواستاتیک اضافی ایجاد شده در منطقه آبگونه

شده ، با جریان یافتن آب به سمت بالا ، از بین می‌رود. یک گرادیان هیدرولیکی قابل توجه قادر است تا شرایط آبگونگی را در لایه‌های فوقانی نیز القا نماید. نتیجه این عمل در سطح بصورت «فوران گل» و ایجاد «ماسه سریع» تظاهر می‌کند. در جاهایی که از سطح ایستایی بالایی برخوردارند، آبگونه شدن سطحی و نشست زمین منجر به خروج آب و جریان آن در سطح زمین می‌شود.
در مواردی که آبگونگی سطحی نیز صورت نگرفته است، وقوع آبگونگی در اعماق قادر است ق

ابلیت باربری لایه‌های فوقانی را به مقدار قابل ملاحظه‌ای کاهش دهد. پدیده آبگونگی ممکن است بطور بخشی در خاکهای چسبند نرم نیز ایجاد شود. در اینجا امواج طولی به دلیل خاصیت فشاری و استنباطی آنها باعث افزایش فشار آب منفذی در رسهای اشباع شده می‌شوند. این فشارهای آب منفذی حاصل از لرزش باعث کاهش مقاومت برشی خاک و در نتیجه قدرت باربری آن شده

و به گسیختگی کلی یا بخشی منجر می‌شود. این عمل همچنین ممکن است باعث نشست مداوم سازه‌ها شود.
عوامل موثر در افزایش استعداد آبگونه شدن خاک
فرایندهای رسوبگذاری
سن رسوبات
تاریخ زمین شناسی
عمق سطح استیابی
دانه بندی
عمق مدفون شدن
شیب دامنه
نزدیکی آن به یک سطح آزاد
با افزایش سن رسوبات استعداد آبگونه شدن آنها کاهش می یابد. علت این امر پیش تنیدگی خاک بر اثر وزن رسوباتی که بعدا از بین رفته‌اند، یا زمین لرزه‌های قدیمی است. بیشترین استعداد آبگونگی در نواحی ساحلی حاوی آبرفتهای ریزدانه اشباع شده ، که از تراکم رس کمی برخوردارند، دیده می‌شود. آبگونگی بستر دریاها عمدتا بر اثر عملکرد زمین لرزه‌ها یا امواج ایجاد می‌شود.

عوامل امکان آبگونگی
دانه بندی :
ماسه‌ها و ماسه‌های لایه‌دار مستعدترین رسوبات هستند، مخصوصا اگر از دانه بندی ضعیفی برخوردار باشند. نفوذپذیری این مصلح نسبتا پایین و زهکشی آن آهسته است.
شرایط آب زیرزمینی :

رسوباتی مستعد آبگونگی‌اند که در زیر سطح ایستایی قرار گرفته و اشباع شده باشند و نتوانند به طور آزاد زهکشی شوند.
آبگونگی معمولا در خاکهای برون چسبندگی یکنواخت که ۱۰ درصد اندازه آن بین ۰٫۰۱ تا ۰٫۲۵ میلیمتر و «ضریب یکنواختی» آن بین ۲ و ۱۰ باشد،

ایجاد می‌شود.
طبقه بندی خاک
مقدمه
در نخستین سالهایی که مطالعه خاک در ایالات متحده شروع شده بود. محققین فکر می‌کردند که مواد اولیه و مادر تقریبا تنها عامل تعیین نوع خاک حاصل ، می‌باشد. بنابراین می‌اندیشیدند که از هوازدگی سنگ آهک نوع دیگری از خاک تولید می‌شود. البته این یک واقعیت است که نوع خاک تا حدودی بازتاب موادی است که از آنها تشکیل یافته است. و در برخی موارد حتی از روی نوع خاک پوشاننده سنگها می‌توان نحوه توزیع و گسترش آنها را بر روی نقشه آورد. اما با دستیابی به اطلاعات بیشتر بتدریج مشخص شد که سنگ بستر تنها عامل تعیین کننده نوع خاک نیست. دانشمندان خاکشناس رومی ، به دنبال کار عظیم دوکیوشف (۱۹۰۳-۱۸۴۶) نشان دادند که اگر شرایط اقلیمی از نقطه‌ای به نقطه دیگر تفاوت کند حتی بر روی یک نوع سنگ بستر نیز چندین نوع خاک تشکیل می‌شود. این طرز تفکر که شرایط آب و هوایی تاثیری عمده در تشکیل خاک دارد. برای اولین بار در دهه ۱۹۲۰ توسط ماربوت (۱۹۳۵-۱۸۶۳) در ایالات متحده مطرح گشت. از آن موقع تا کنون دانشمندان خاکشناس دریافته‌اند عوامل دیگری که در نحوه تشکیل خاک نقش حیاتی دارند، وجود دارد.
برای مثال برجستگی سطح زمین نقش مهمی در نوع خاک دارد. بدین ترتیب که خاک موجود در بالای یک تپه با خاک موجود در شیب، این نیز به نوبه خود با خاک موجود در زمین و پای تپه متفاوت است. مع ذالک سنگ بستر زیر هر سه نوع خاک یکسان است. گذشت زمان نیز عاملی دیگر است، بدین معنی که اگر شرایط آب و هوایی ، سنگ بستر و پستی و بلندی ، در یک محل یکسان باشد، خاکی که به تازگی در آن محل تشکیل شده باشد با خاکی که هزاران سال از تشکیل آن در همان محل گذشته است تفاوت خواهد داشت.
خاک چیست؟
مواد سطحی طبیعی را که باعث دوام حیات گیاهی می شوند، خاک می‌گویند. تعداد خاکهای موجود تقریبا نامحدود است، چرا که اولا دارای خواص ویژه‌ای است که عامل تعیین کننده ای این خواص بجز شرایط آب و هوایی ، موجودات زنده‌ای که در طول دوره‌های خاصی از زمان بر روی زمین فعالیت داشته‌اند و پستی و بلندیهای نقاط مختلف زمین است. ثانیا تمام این عوامل به طرق مختلف در نقاط مختلف کره زمین به یکدیگر مربوط می‌شوند، لذا تعداد خاکها نامحدود است.
برخی عمومیتهای با ارزش را می‌توان در مورد خاکها بکار برد. برای مثال ، می‌دانیم که ترکیبات شیمیایی یک خاک قوام با افزایش عمق تغییر می‌کند. رخنمونی طبیعی یا مصنوعی از خاک چندین منطقه را آشکار می‌سازد. هر یک از این مناطق با منطقه بالایی خود تفاوت دارد. هر یک از این مناطق را یک افق خاک یا بطور ساده تر یک افق می‌گویند.
انواع خاکها در سیستم طبقه بندی خاکهای ایالات متحده
آلفی سول (Alfisols) : شرایط آب و هوایی نیمه مرطوب ، مقدار بارش ۱۲۵ – ۱۵ سانتیمتر ، غالبا در زیر پوششی جنگلی ، تجمع رس در افق B لایه بالایی فروشسته به رنگ قهوه ای – خاکستری و لایه پایینی به رنگ قرمز – قهوه‌ای ، همراه با تجمعی از سیلیکاتهای آهن و آلومینیوم. آریدیسول (Aridisols) : شرایط آب و هوایی خشک با تجمعات آهک یا ژیپس ، لایه‌های نمک ، تجمع یونهای کلسیم ، منیزیم و پتاسیم.

انتی سول (Entisols) : خاکهای عصر حاضر بدون افقهای قابل تشخیص. بسیاری از دشتهای سیلابی رودخانه‌های جدید ، رسوبات خاکسترهای آتشفشانی ، و ماسه‌های جدید.
هیستوسول (Histosols) : غنی در مواد آلی ، شامل گیاه خاک و کود تازه ، بقایای گیاهی مجتمع شده در باتلاقها و مردابها.

اینسپتی سول (Inceptisols) : افق‌ها به سختی قابل تشخیص بوده و نشان دهنده شروع تشکیل خاک و درجه بندی آن هستند.
مولی سول (Mollisols) : خاک علفزارها. سیاه ، در نزدیکی سطح غنی در مواد آلی. غنی در آهک.
اکسی سول (Oxisols) : خاکهای شدیدا هوازده ، اغلب با عمق بیش از ۳ متر حاصلخیزی ناچیز. غنی در رسهای اکسید آهن و آلومینیوم‌دار.
اسپودوسول (Spodosls) : ماسه‌ای ، خاکهای فروشسته جنگلهای مناطق سرد سیر . اسیدی. مقادیر متنابهی مواد آلی و یا رس آهن و آلومینیوم دارد.
آلتی سول (Ultisols) : شدیدا اسیدی ، خاکها خوب هوازده ، شرایط آب و هوایی استوایی و نیمه استوایی. تجمع سیلیکاتهای بازمانده.
ورتی سول (Vertisols) : خاکهای هوازده بسیار قدیمی ، هنگام خشک بودن دارای ترکهای عمیق و پهن عمودی ، غنی در مواد رسی.

فرآیندهای تشکیل انواع خاک
دید کلی
فرآیندهای شیمیایی و فیزیکی متعددی در تشکیل انواع مختلف خاک نقش دارند. در طی فرآیندهای شیمیایی ، مواد معدنی و آلی دچار تجزیه و تغییر می‌شوند و در ضمن فرآیندهای فیزیکی ، مواد حاصل جابجا شده و افقهای مختلف خاک را حاصل می‌آورند.
تشکیل خاک خاکستری یا سفید (podsolization یا Spodsolization)
این مورد فرآیندی از شکل گیری خاک است که در آن آهن و آلومینیوم از افقهای A و E شسته شده و در افق B متمرکز می‌شوند. این فرآیند در اقلیمهای مرطوب دیده می‌شود. فصل زمستان ، روند تجزیه مواد آلی در سطح خاک و ریشه گیاهان را که منطقه بقایای مواد آلی است، آهسته می‌کند. بعضی از اکسیدهای آهن و آلومینیوم به همراه رس و کلوئیدهای هوموس ، در افق B جمع می‌شود (منطقه رسوبگذاری) و به این افق بافتی رسی می‌دهند.
آب موجود در خاک ، هیدروکسیدهای سدیم ، کلسیم ، منیزیم و پتاسیم محلول را به وسیله آبهای زیرزمینی از منطقه نشت و شستشو می‌دهد. نتیجه این شستشو ، اسیدی شدن آب است. فرآیند تشکیل خاک با تغییر آب و هوا دگرگون می‌شود و با گرمتر شدن هوا spodosol به AlFisol و uLtisol تبدیل می‌شود.
البته این فرآیندها قبل از پدیده لاتریت زایی (Oxisolation) در مناطق حاره روی می‌دهد. جنگلهای ایالات متحده و کانادا معمولا بطور طبیعی دارای خاک اسپادوسول (خاک خاکستری یا سفید) هستند.
لاتریت زایی (Oxisolation)

این فرآیند زمانی رخ می‌دهد که آهن و آلومینیوم اکسید شده و لایه‌ای از مواد قرمز با بافت گرهی سخت کوچک (گرهک) که لاتریت نامیده می‌شود، در افق B بوجود می‌آید. این فرایند اغلب در مناطق حاره دیده می‌شود. در مناطق گرم و مرطوبی که گرم و خشک شدن بطور متناوب صورت می‌گیرد، این عمل برای اکسیداسیون فلز آهن بسیار مطلوب است.
خاک افق B ، رنگ قرمز تیره اکسیدهای آهن را به خود می‌گیرد. در این افق ، اکسیدهای آهن و آلومینیوم و کانیهای رسی با هم تجمع می‌کنند ( و ). به دلیل رطوبت ، سدیم ، کل

 

سیم ، منیزیم و پتاسیم در آب زیرزمینی حل و برای ریشه‌های گیاهان غیر قابل دسترس می‌شوند. به دلیل آزاد بودن یون هیدروژن ، خاکهای لاتریتی بسیار اسیدی هستند. جنگلهای استوایی (حاره‌ای) مکزیک و هاوایی خاکهای لاتریتی دارند.
کلسیتی شدن (Caicification)
این فرآیند زمانی رخ می‌دهد که آب درون خاک به شدت تبخیر می‌شود و کسری بودجه سالانه آب بوجود می‌آید. در بیابانهای داغ و اقلیمی استپی ، این فرآیند دیده می‌شود. نزولات آسمانی در این مناطق به قدری کم است که نمی‌تواند هیدروکسیدهای کلسیم ، سدیم ، منیزیم و پتاسیم را بشوید و آن را به افق پایین خاک ببرد.
آب موجود در خاک به دلیل تبخیر از طریق لوله‌های موئینه (Capillary) به سطح خاک کشیده می‌شود. تکرار این محل موجب می‌شود که برآمدگی‌های کوچک کربنات کلسیم در افق B بوجود آید.
نمک زائی (Salinization)
گرمتر شدن اقلیم ، فرآیند کلسیتی شدن را در مناطق بسیار خشک به نمک زائی تبدیل می‌کند و تمام سطح خاک پوشیده از نمک می‌شود. خاکهای کلسیتی شده (Calcified) ، معمولا PH نزدیک به خنثی دارند (۶،۵ تا ۸). به دلیل تامین مواد مغذی (هیدروکسیدها) ، این خاکها اگر آبیاری شوند، محصول زیادی را به بار می‌آورند. در خاکهای سالین یا نمکی فقط گیاهان نمک دوست رشد می‌کنند.
تشکیل خاک رس (Gleization)
تشکیل خاک رس ، فرآیند دیگری از شکل گیری خاک است که وقتی ترکیب چسبنده آبی مایل به خاکستری رس و هوموس که Cley نامیده می‌شود، در افق B تجمع می‌یابد، بوجود می‌آید.
نقش اقلیمهای مختلف در تشکیل خاک رس
این فرآیند در اقلیمهای آبی به دلیل اینکه برای استقرار و ثبات به آب نیاز دارد و در اقلیمهای تندرا به علت تقسیم شرایط مطلوب ، صورت می‌گیرد. در اقلیمهای دیگر نیز این فرآیند بوجود می‌آید، برای مثال اگر آب در افق B و C تندرا (Tundra) در یک دوره طولانی تجمع پیدا کند. این حالت زمانی رخ می‌دهد که به دلیل شرایط زمین شناختی برکه‌ها (آبگیرها) یا لایه رس قوی افق B ، به یک بند تبدیل می‌شود و آب به داخل خاک تراوش می‌کند.
اقلیمهای ایده‌آل برای تشکیل خاک رس

نواحی مرطوب ساحلی و باتلاقها ، شرایط مناسبی را برای فرآیند Gleization فراهم می‌سازند. اقلیمهای تندرا نیز به دلیل وجود خاک یخ زده ، برای این فرآیند ایده‌آل است.
نقش حوضچه و یا آبگیر در تشکیل خاک رس
در بهار ، یخ موجود در سطح خاک ذوب می‌شود و در بالای خاک یخ زده یک حوضچه ایجاد می‌کند، همچون یک آب بند عمل می‌کند. حوضچه و یا آبگیر عمل اکسیداسیون را به تاخیر می‌اندازد و خاک رنگ آبی مایل به خاکستری با زهکشی ضعیف فاقد اکسیداسیون را به خود می‌گیرد.
محیط بدون درخت تندرا ، رشد انواع خزه ، بوته جارو ، گلسنگ و گیاهان برگ چرمی را میسر می‌سازد. به دلیل وجود میکروارگانیسم‌ها این گیاهان به هوموس تبدیل می‌شوند و آب اسیدی می‌شود (اسید هیومیک). تجزیه مواد آلی کامل نیست و کود گیاهی به عنوان لایه‌ای از خاک آلی ، افق O را می‌پوشاند.
تشکیل خاک وارونه (Invertization)
این فرآیند ، خاک وارونه (Invenrted) را بوجود می‌آورد. عامل بوجود آمدن این فرآیند سطح گسترده رس قابل انبساط نزدیک خاک است. این فرآیند در اقلیمهای هیدروکلیماتیک به همراه یک دوره خشک طولانی ، رخ می‌دهد. نفوذ رطوبت و آب به داخل خاک ، موجب باد کردن رس می‌شود. بعد از یک دوره طولانی تبخیر این رسها خشک و منقبض می‌شوند و ترک می‌خورند. این فعالیتها در افقهای A و O خاک روی می‌دهند و مواد موجود در این افقها ، به داخل شکافهایی که درون افق B قرار دارند، وارد می‌شود.
ورتی سول
تکرار فرآیند مذکور در طی هزاران سال ، به خاک نیمرخی از خاک وارونه می‌بخشد. در این نیمرخ ، به نظر می‌رسد که افق A در زیر افق B قرار گرفته است و لایه آلی تیره خاک از محل خود واقع شده است. خاکی که از این فرآیند بوجود می‌آید، ورتی سول نامیده می‌شود. ورتی سولها معمولا برای کشاورزی مناسبند، ولی مشکل این است که وقتی خیس می‌شوند، چسبناک می‌گردند. تراکتورها به راحتی می‌توانند رس چسبناک را به لجن تبدیل کنند. همین عامل است که کشت و کار در هوای خشک را محدود می‌سازد.
خاکهای شور و قلیا
خاکهای شور و قلیا مخصوص مناطق نیمه مرطوب یا خشک بوده و زهکشی در آنها نامناسب است. این خاکها دارای مقدار زیادی املاح محلول هستند که فقط گیاهان نمک دوست در این خاکها قابلیت زیست دارند. خاکهای قلیا اغلب در خاکهای شور به صورت نقاط پراکنده یافت می‌شوند.
دید کلی
مناطق خشک به مناطقی گفته می‌شود که میزان باران سالیانه آنها معمولا کمتر از ۵۰ سانتیمتر است. به علت عدم شسته شدن طبیعی مواد در این موارد ، مقدار کاتیونهای بازی این خاکها زیاد است. در بعضی از افقهای این خاکها تجمع کربنات کلسیم () به مقدار زیاد صورت گرفته و هر قدر مقدار بارندگی کمتر باشد، این لایه کربناتی نزدیکتر به سطح خاک قرار دارد. PH این خاکها بازی است. خاک بسیاری از مناطق خشک و نیمه خشک سرشار از املاح محلول است که منشا متفاوتی دارد.

در بعضی خاکها ، سنگ مادر خود محتوی املاح است و در برخی دیگر در اثر هوازدگی ، املاح محلول از سنگ مادر آزاد می‌شود، ولی چون مقدار رطوبت کم است، نمی‌تواند آبشویی یافته و از خاک خارج شود. وزش باد نیز می‌تواند املاحی را از سطح دریا و اقیانوس انتقال داده و در سواحل به جای گذارد. این نوع خاکها اصطلاحا هالومورفیک نامیده می‌شوند، به سه گروه شور ، شور و قلیایی و قلیایی تقسیم بندی می‌شوند.
ساختمان خاکهای شور و قلیا
سطح خاکهای مناطق شور و قلیا ، اغلب ساختمان ورقه‌ای دارد که رگبارهای فصلی نیز بر تراکم آن می‌افزاید. در زیر این قشر سطحی ساختمان اغلب تکه‌ای ، منشوری و یا ستونی است. وجود املاح سدیم و تا حدی منیزیم تاثیر عمده‌ای در ساختمان خاک دارد، زیرا املاح موجب تجمع ذرات رس شده و هرچه مقدار املاح بیشتر باشد، خاک دانه‌های حاصل ساختمان سخت‌تری پیدا می‌کند.
وجود سدیم سبب می‌شود که ذرات سطح خاک به حالت انتشار در آمده، حتی در شیبهای کمتر از یک درصد نیز فرسایش قابل توجهی صورت گیرد. آبیاری خاکهای شور و قلیا همواره با خرابی ساختمان خاک همراه است، مگر اقدامات اصلاحی انجام شود.
کانیهای رسی خاکهای شور و قلیایی
کانیهای رسی ، استعداد حاصلخیزی هر خاک را تعیین می‌کنند. مونتموریلونیت ، میکا ، کلریت و کوارتز مهمترین کانیهای مناطق شور و قلیا می‌باشد. چون شرایط اقلیمی مناطق خشک برای تغییر و تحول کانیها مساعد نیست، لذا اغلب کانیهای این خاکها مشابه کانیهای سنگ بستر یا سنگ مادر است.
ساختار خاک
خاک توده‌ای از مواد طبیعی با شرایط مناسب برای پرورش گیاهان که تحت تاثیر عوامل تخریبی (اثر عوامل جوی و موجودات ذره بینی) و عوامل سازنده (تشکیل مواد سمی و مشخص شدن

افقهای مختلف) بوجود آمده است. خاکهای مناطق مختلف دارای خصوصیات یکسان نیستند.
اجزا اصلی خاک
۴ جز اصلی خاک عبارتند از: مواد معدنی ، مواد آلی ، آب و هوا. این اجزا بطور نزدیکی در ارتباط با یکدیگر هستند. بطوری که جدا کردن آنها مشکل است. حجم نسبی این اجزا که برای رشد گیاه مناسب باشد، بدین صورت است که در آن ۵۰ درصد بوسیله مواد جامد (۴۵ درصد مواد م

عدنی و ۵ درصد مواد آلی) اشغال شده و ۵۰ درصد بقیه شامل فضای منافذ است که بوسیله آب یا هوا اشغال می‌شوند. البته این نسبت آب و هوا بسیار متغیر بوده و تحت تاثیر شرایط خاک و جو قرار می‌گیرد.
پروفیل یا نیمرخ خاک
اگر قسمتی از خاک به طرف پایین حفر شود، لایه‌های افقی مشخصی در عمقهای مختلف آن به چشم می‌خورد. این مقطع را پروفیل خاک و لایه‌های مشخص آن را افق گویند. تمام افقهای بالای مواد مادری بطور جمعی Solum نامیده می‌شوند. مشخصات پروفیل خاک برای طبقه بندی و ارزیابی و نقشه برداری خاک بکار می‌رود.
لایه‌های بالایی پروفیل ، دارای مواد آلی بیشتری بوده و به همین علت رنگ آنها تیره است. این لایه‌ها را خاک سطح‌الارضی Top Soil گویند. لایه‌های عمیق‌تر خاک یا خاک تحت‌الارضی SubSoil به علت کمی مواد آلی رنگ روشن‌تری دارند و محل تجمع موادی هستند که از لایه‌های سطح‌الارضی شسته شده‌اند. مهمترین قسمت خاک از نظر رشد گیاهان لایه‌های سطح‌الارضی آن است که بیشتر مواد غذایی و آب قابل جذب گیاهان در این لایه‌ها متمرکز می‌شود و ریشه‌های گیاهان در اینجا یافت می‌شود.
ساختمان خاک
نحوه قرار گرفتن و چگونگی اجتماع ذرات خاک را ساختمان آن می‌گویند. گرچه در یک پروفیل خاک ممکن است یک نوع ساختمان بیش از سایرین دیده شود، ولی معمولا در افقها یا لایه‌های مختلف ممکن است، چند نوع ساختمان یافت شود. بسیاری از خواص فیزیکی خاک مانند حرکت آب ، تهویه ، انتقال حرارت ، وزن مخصوص ظاهری و فضای منافذ به ساختمان خاک بستگی دارد. در واقع تمام عملیات از قبیل شخم و زهکشی ، دادن کود حیوانی و آهک زدن که برای بهبود وضعیت فیزیکی خاک انجام می‌شود، روی ساختمان خاک اثر گذاشته و تاثیری روی بافت آن ندارد. ساختمانهای موجود از یکی از دو حالت زیر بوجود می‌آید:
تک دانه‌های ذرات خاک که بطور فردی وجود داشته و اجتماع مشخصی از ذرات در آنها صورت نگرفته است.
توده‌های فشرده و بی شکل و نامنظمی از ذرات که هیچ خصوصیات ساختمانی مشخصی ندارند.
انواع ساختمانهای خاک
برحسب شکل ظاهری ۶ نوع ساختمان را می‌توان در خاک تشخیص داد. این ساختمانها به اسامی بشقابی ، ستونی ، منشوری ، مکعبی ، فندقی ، دانه‌ای و اسفنجی شناخته می‌شوند.
ساختمان بشقابی :
توده‌های خاک به صورت لایه‌های نازک افقی روی هم قرار گرفته‌اند. بیشتر در لایه‌های سطحی خاک وجود دارند، ولی گاهی در لایه‌های عمیق هم دیده می‌شوند.
ساختمانهای ستونی و منشوری :
توده‌های خاک بطور عمودی روی هم قرار گرفته‌اند، ارتفاع ستونهای حاصل متغیر و قطر آنها گاهی به ۱۵ سانتیمتر می‌رسد. بیشتر در لایه‌های عمیق خاک مناطق خشک و نیمه خشک دیده می‌شود. در صورتی که بالای این ساختمانها گرد باشد، آنها را ستونی و اگرا مسطح باشد، آنها را منشوری گویند.

 

ساختمانهای مکعبی و فندقی :
توده‌های خاک به صورت مکعبهایی با سطوح نامنظم ، ولی ابعاد تقریبا مساوی در آمده‌اند. اگر لبه‌های سطوح بیشتر تیز و مشخص باشد، ساختمان را مکعبی و اگرا این لبه‌ها صاف شده باشد، ساختمان را فندقی گویند. این نوع ساختمان در لایه‌های عمیق خاک دیده می‌شود.
ساختمانهای کروی (دانه‌ای یا اسفنجی) :

توده‌های خاک شکل گرد داشته و قطر آنها معمولا از یک سانتیمتر کمتر است. این ساختمانها کاملا متخلخل بوده و اتصال بین ذرات ضعیف است (دانه‌ای) و درصورتی که ساختمان کاملا باز و درجه تخلخل زیاد باشد، ساختمان را اسفنجی گویند. ساختمانهای کروی بیشتر در لایه‌های سطحی خاک یافت می‌شوند و به آسانی تحت تاثیر عملیات زراعی قرار می‌گیرند.

این فقط قسمتی از متن مقاله است . جهت دریافت کل متن مقاله ، لطفا آن را خریداری نمایید
word قابل ویرایش - قیمت 9700 تومان در 42 صفحه
97,000 ریال – خرید و دانلود
سایر مقالات موجود در این موضوع
دیدگاه خود را مطرح فرمایید . وظیفه ماست که به سوالات شما پاسخ دهیم

پاسخ دیدگاه شما ایمیل خواهد شد