بخشی از مقاله
چکیده
تغییرات اقلیمی در سالهای اخیر شدت گرفته و شناخت تغییرات اقلیمی گذشته در پیش بینی نوسانات اقلیمی آینده دارای اهمیت زیادی است. خاکها در تماس مستقیم با اقلیم تشکیل میشوند و حاوی شواهد و اطلاعاتی از اقلیم گذشته هستند. دو پروفیل خاک جهت استخراج اطلاعات اقلیمی گذشته در مناطق خشک شرق اصفهان و نیمه خشک جنوب مشهد مورد مطالعه قرار گرفت. مورفولوژی خاکهای مورد مطالعه نشان میدهد رژیم اقلیمی گذشته منطقه خشک شرق اصفهان بصورت فصلی با بارش زمستانه و تابستانهای گرم و خشک همراه با میانگین سالانه بارش حداقل 400 میلیمتر - برای افقهای کلسیک - و حداقل 600 میلیمتر - برای افقهای آرجیلیک - بوده است.
بازسازی دماهای گذشته با استفاده از ایزوتوپ های اکسیژن در کربنات های پدوژنیک پیشنهاد میدهد کربنات ها در منطقه شرق اصفهان در محیطی با میانگین دمای سالانه حدود 7تا 8 درجه سانتیگراد کمتر از شرایط فعلی در حدود 48 تا 32 هزار سال گذشته و در منطقه جنوب مشهد در دمای حدود 1 درجه سانتیگراد بیشتر طی هولوسن ابتدایی تا میانی تشکیل شده اند. در مجموع بنظر میرسد خاکها قابلیت مناسبی برای ارائه اطلاعات کمی اقلیم گذشته بخصوص برای مناطق خشک و نیمه خشک کشور را باشند.
-1 مقدمه
با توجه به تغییرات اقلیمی شدید طی سالهای اخیر، مطالعه تغییرات اقلیمی و محیطی گذشته مورد توجه بسیاری از پژوهشگران قرار گرفته است. در این مطالعات از شاخصها و ویژگیهای ژئومرفیک، ژئوشیمیایی و بیولوژیکی گوناگون، جهت بازسازی شرایط اقلیمی و محیطی گذشته استفاده شده است. خاکها بعلت آنکه در تماس مستقیم با پارامترهای اقلیمی تکامل پیدا می کنند، توانائی ارائه شواهدی از پارامتر های اقلیمی گذشته مانند دما، بارش، فصلیت، ترکیب گازهای گلخانهای و تغییرات الگوهای گردش جو را دارا هستند
طی سالهای اخیر تلاشهائی جهت تهیه اطلاعات اقلیمی کمی از ترکیبات خاکساز - پدوژنیک - انجام شده است - Dworkin et al, 2005 . - Sheldon and Tabor, 2009 هدف از این پژوهش استخراج اطلاعات اقلیمی گذشته از خاکهای مناطق خشک و نیمه خشک شرق اصفهان و جنوب مشهد میباشد.
-2 مواد و روشها
دو پروفیل خاک یکی در منطقه خشک شرق اصفهان 50 - کیلومتری شرق شهر اصفهان - و دیگری در رسوبات لسی جنوب شهر مشهد - در منطقه رباط خاکستری - به روشهای استاندارد مورد تشریح و نمونه برداری قرار گرفت - شکل . - 1 نمونه های خاک مورد آنالیزهای فیزیکوشیمیایی قرار گرفت و اندازه گیری آهک به روش تیتراسیون و توزیع اندازه ذرات به روش پیپت انجام شد . - Soil Survey Staff, 2014 - نمونه های خالص از کربنات های خاکساز تهیه شد و در دانشگاه کلن آلمان مورد اندازه گیری ایزوتوپی به روش استاندارد قرار گرفت . - Hoefs, 2009 - تعیین دماهای گذشته با استفاده از مقادیر ایزوتوپی اکسیژن در کربناتها و معادلات پیشنهادی ورکین و همکاران - 2005 - و با استفاده از نرم افزار میپل ورژن 9/01 انجام شد.
شکل .1 موقعیت سایتهای مورد مطالعه در شرق اصفهان - سایت - 1 و جنوب مشهد - سایت - 2
منطقه اصفهان دارای میانگین دمای سالانه حدود 16/1 درجه سانتیگراد و بارش سالانه حدود 110 میلیمتر هست در حالیکه منطقه جنوب مشهد دارای میانگین دما و بارش به ترتیب 14/2 درجه سانتیگراد و 255 میلیمتر است. بنابراین در شرایط اقلیم فعلی، امکان شستشوی پروفیل خاک برای مناطق مورد مطالعه وجود ندارد و شواهد تکامل خاکها مربوط به شرایط اقلیمی گذشته هستند.
-3 نتایج
مورفولوژی خاک منطقه اصفهان نشانگر تشکیل و تکامل افق تجمع کربنات ها - کلسیک - و افق تجمع رس - آرجیلیک - است - جدول - 1 و دارای حداکثر مقدار آهک - %42 - در افق کلسیک و حداکثر مقدار رس - %30 - در افق آرجیلیک هست - جدول . - 1 آخرین وقایع خاکسازی و تشکیل افق آرجیلیک در منطقه شرق شهر اصفهان به روش سن سنجی لومینسانس در حدود 32 تا 48 هزار سال پیش - MIS 3a - میباشد - Rashidi Koochi . - et al., 2017 پروفیل جنوب مشهد - رباط خاکستری - از یک لایه رسوبات لسی بر روی گرانیت تشکیل شده است و دارای یک افق تجمع کربناتهای پدوژنیک - Bk - و یک افق آرجیلیک میباشد.
رسوبات لسی این خاکرخ بین 19/6 1/8 تا 12/5 1 هزار سال قبل، یعنی از زمان حداکثر شدت یخچالی - Last Glacial Maximum - LGM - - در محدوده مرحله دوم ایزوتوپ دریایی - MIS 2 - تا هولوسن تشکیل شده است - Karimi et . - al., 2011 وجود افق Bk بر حاکمیت شرایط مرطوبتر طی هولوسن - ابتدایی تا میانی - نسبت به زمان حال دلالت داشته و امکان انتقال و تجمع کربناتها فراهم شده است. افق قرمزرنگ Btk زیرین احتمالا شرایط گرمتر و مرطوبتری را تجربه کرده است. در این خاکرخ اثری از رسوبات دورههای MIS 3 و MIS 4 نبوده که ممکن است بهدلیل فرسایش یا کم بودن میزان رسوبگذاری باشد
جدول .1 تکامل پروفیلی، مقادیر رس و آهک و مقادیر ایزوتوپی اکسیژن در کربناتهای افقهای کلسیک
-4 بحث و نتایج و یافته ها
نتایج نشانگر تشکیل افقهای کلسیک و آرجیلیک طی آخرین چرخه یخچالی-بین یخچالی کواترنری در خاکهای مناطق خشک و نیمه خشک مرکز و شمالشرق کشور هست . بطورکلی، افقهای کلسیک در خاکهائی با زهکشی مناسب و در شرایط اقلیمی نیمه خشک که آبشوئی برای حذف کامل کربنات ها از سیستم خاک کافی نباشد تشکیل میشوند. بارش سالانه به میزان 600-400 میلیمتر - بسته به فصل بارش - با توزیع فصلی جهت شستشوی کربنات ها و تشکیل افقهای کلسیک مورد نیاز است - . - Schaetzl and Anderson, 2015 بنابراین در دوره تشکیل افقهای کلسیک در مرکز و شمالشرق ایران حداقل بارش سالانه 400 میلیمتر وجود داشته است.
تشکیل و تکامل افقهای آرجیلیک در شرایط با رطوبت موثر بیشتر نسبت به افقهای کلسیک انجام میشود - . - Schaetzl and Anderson, 2015 جهت تشکیل افقهای آرجیلیک لازم است ابتدا عناصر محلول و کربنات ها از محیط خاک خارج شوند و سپس انتقال و تجمع ذرات رس انجام شود. حذف کامل کربنات ها از سیستم خاک با مواد مادری آهکی نیازمند بارندگی زمستانه به مقدار سالانه 800- 600 میلیمتر است
با توجه به مواد مادری آهکی و وقوع فرآیندهای هوادیدگی و اضافه شدن دائم کربناتها، لازم است شستشوی خاکها بصورت دائم و بلند مدت انجام شود و سپس انتقال و تجمع ذرات رس و تشکیل افقهای آرجیلیک انجام شود - . - Schaetzl and Anderson, 2015 بنابراین، تشکیل افقهای آرجیلیک وجود دوره های نیمه مرطوب - با بارش سالانه حداقل 600 میلیمتر - طی 40 هزار سال گذشته در مناطق خشک و نیمه خشک کشور را اثبات میکند.
در زمان تشکیل کربنات ها فرآیند تفکیک ایزوتوپی اکسیژن بین آب و یونهای کربنات رخ می دهد که این فرآیندی وابسته به دما است و مقادیر 18O در کربناتهای ثانویه وابسته به ترکیب ایزوتوپی آبی است که از آن تشکیل شده و دمای کریستالیزاسیون است
این اصول در مدلسازی تخمین دماهای گذشته با استفاده از کربناتهای پدوژنیک مورد استفاده قرار گرفته و ورکین و همکاران - 2005 - با استفاده از بانک اطلاعاتی آژانس بینالمللی انرژی اتمی و سازمان هواشناسی جهانی مدلی برای تخمین کمی دماهای گذشته با استفاده از کربناتهای پدوژنیک در عرضهای میانی ارائه کردند . - Dworkin et al, 2005 - در توسعه این مدلها فرضیات زیر در نظر گرفته شده است: - 1 دما کنترل اصلی بر ترکیب ایزوتوپی اکسیژن در آب بارش دارد. - 2 دمای خاک و دمای سطحی در تعادل قرار دارند. - 3 ترکیب ایزوتوپی اکسیژن آب بارش در کربنات ها حفظ شده و توسط فرآیندهای دیاژنتیک بعدی تغییر پیدا نکرده است.
ورکین و همکاران - 2005 - بیان کرده اند مقادیر ایزوتوپی اکسیژن بین -1 تا - 13 در هزار - بر حسب - PDB نشانگر دامنه دماهای تشکیل کربناتها در خاکهاست و مقادیر خارج از این دامنه دلالت بر فرآیندهای تبلور مجدد و یا تبخیر شدید آب خاک است و مناسب برای تخمین دماهای گذشته نیست. مقادیر ایزوتوپی اکسیژن کربنات های مورد مطالعه در پژوهش حاضر در دامنه -4/73 تا -6/85 در هزار بر حسب PDB بوده - جدول - 1 و در دامنه مقادیر معتبر بیان شده توسط ورکین و همکاران - 2005 - قرار دارد. بازسازی دماهای گذشته با استفاده از 18O درافقهای کلسیک میانگین دمای سالانه در حدود 8/6 درجه سانتیگراد برای منطقه شرق اصفهان و حدود 15/2 درجه سانتیگراد برای منطقه شمالشرق ایران را نشان میدهد.
آخرین دوره تشکیل خاک در منطقه شرق اصفهان در حدود 48 تا 32 هزار سال قبل بوده است - Rashidi Koochi et al., 2017 - و نتایج مرفولوژی و ایزوتوپی کربناتها دلالت بر شرایط سرد و مرطوب طی این دوره در مناطق بیابانی شرق اصفهان دارد. در شمالشرق ایران تشکیل کربناتها طی هولوسن - ابتدایی تا میانی - رخ داده - Karimi et al., 2011 - و بنظر میرسد در این دوره بین یخچالی، شرایط گرم و مرطوب با میانگین دما در حدود 1 درجه سانتیگراد بیش از شرایط فعلی حاکم بوده است.
در مجموع بنظر میرسد خاکها قابلیت مناسبی برای ارائه اطلاعات کمی اقلیم گذشته بخصوص برای مناطق خشک و نیمه خشک کشور را باشند.
