قرار است در این صفحه هر از چند گاهی به معرفی کتاب فیزیک خاک و محیط زیست بپردازم.
- نویسنده: دنیل، هیل
- مترجم: دکتر بیژن قهرمانی
- تعداد: صفحات: 988ص
- انتشارات: دانشگاه فردوسی مشهد
بخشی از پیش‌گفتار کتاب به دلم نشست و تصمیم گرفتم در همین ابتدا برای شما مخاطبین عزیز سایت تورپاخ آن را بیاورم.
1-زمین (دربرگیرنده‌ی خاک در مفهوم محیطی بزرگ‌ترش) بنابر دلیلی بسیار قوی، نقش مهمی را در اسطوره‌شناسی باستان ایفا کرده است: اجداد اولیه‌ی ما در تماس بسیار نزدیک با زمین زندگی می‌کردند و به پدیده‌های آن را به‌طور مستقیم تجربه نموده‌اند. آنها تازیانه‌ی سهمگین توفان تگرگ و بادهای شدید را لمس می‌کردند، فشار ناشی از خشک‌سالی‌ها را تحمل می‌کردند و از شدت سیل آسیب می‌دیدند. آنها زمین را تمیز و برای کشت و کار آماده می‌کردند، دانه و بذر می‌افشانیدند و در خاک نرم نهال می‌کاشتند و می‌دیدند که چگونه قطرات باران کلوخ‌ها را متلاشی می‌کند و خورشید با بی‌رحمی خاک لخت و برهنه را خشک می‌کند و ترک می‌اندازد. آنها برای ریزش باران‌های ملایمی که خاک را از خشک شدن مفرط یا فرسایش محافظت می‌کرد و گیاهانشان را با مراقبت مهرآمیز پرورش می‌داد به درگاه خدا دعا می‌کردند.
آنها دانه و غلات برداشت شده‌شان را در گودال و چاله‌هایی در خاک ذخیره می‌کردند، خانه‌های گلی می‌ساختند و کشف کرده بودند که خاک رس را برای تهیه ماده‌ی جدید و بادوام سرامیک (سفال) می‌توان پخت. آنها می‌توانستند از این ماده طرف‌هایی را برای غذا و لوح‌هایی برای نوشتن بسازند. آنها در سراسر زندگی‌شان برای بخشش و سخاوت زمین شکرگزار بودهاند.
افراد ساکن روی زمین در تلاشی مداوم برای به دست آوردن مواد غذایی‌شان به‌طور کامل به دانش و آگاهی خود در رابطه با خاک وابسته بودهاند.
حال به بررسی بخش‌های بعدی کتاب فیزیک حاک و محیط زیست می‌پردازیم:
2-هدف اساسی از مطالعه‌ی فیزیک خاک درک مکانیسم‌های حاکم بر رفتار خاک و نقش آن در بیوسفر، شامل فرآیندهای تبادل انرژی در خشکی و چرخه‌های آب و مواد قابل حمل در مزرعه می‌باشد. از سوی دیگر هدف کاربردی فیزیک خاک مدیریت مناسب خاک با استفاده از شیوه‌های آبیاری، زهکشی، حفاظت آب و خاک، عملیات خاک‌ورزی، تهویه و تنظیم درجه حرارت خاک و هم‌چنین واکنش توده‌های خاک به تنش‌های مکانیکی و سرنوشت مواد محلول مختلف در خاک می‌باشد.
بنابراین فیزیک خاک هم یک علم پایه و علمی کاربردی است که محدوده‌ی متنوع و وسعی از گرایش‌های مختلف را دربرمی‌گیرد به‌طوری که برخی از آنها با شاخه‌های دیگر علوم خاک و یا علوم مرتبط دیگری مثل زمین‌شناسی، اکولوژی، هیدرولوژی، خرده هواشناسی، رسوب‌شناسی، گیاه‌شناسی و کشاورزی مشترک می‌باشند. فیزیک خاک به‌طوری نزدیک در ارتباط با حربه‌ی مهندسی مکانیک خاک نیز می‌باشد که در آن خاک به عنوان ماده‌ای ساختمانی و زیربنایی در نظر گرفته می‌شود.
3-خاک‌رُخ، کم‌و‌بیش از توالی لایه‌های نسبتاً مشخص و مجزا تشیکل شده است. این لایه‌ها ممکن است الگویی از نحوه‌ی رسوب‌گذاری ذرات توسط باد در خاک‌های بادرفتی و به‌ویژه توسط آب در خاک‌های آبرفتی باشد. اما اگر این لایه‌ها از فرآیندهای درونی تشکیل‌دهنده‌ی خاک پدوژن در محل ایجاد شود، به آنها افق گفته می‌شود.
4-هر منطقه‌ی اقلیمی گروه‌های منحصربه‌فردی از خاک‌ها را به‌وجود می‌آورد (نال‌ون، 1997)، برای مثال در نواحی گرم و مرطوب سیلیکا از خاک شسته شده و اکسیدهای آهن و آلومینیوم در آن تجمع می‌یابند. در نتیجه، به دلیل تشکیل اکسید آهن خاک به رنگ قرمز درمی‌آید. وقتی قطعاتی از چنین خاک‌هایی خشک شوند به محکمی آجر می‌شوند. به همین دلیل این خاک‌ها را لاتریت می‌گویند که از واژه‌ی یونانی لاتر به معنی آجر گرفته شده است. از طرف دیگر، در مناطق سرد و مرطوب افق A حاوی لایه‌ی سطحی نازکی است که مقدار زیادی ماده آلی داشته و به رنگ سیاه دیده می‌شوند. در زیر این لایه مواد سفید و خاکستر مانندی مشاهده می‌شود که دلیل آن شسته شدن مواد رسی از آن و انتقال به افق B می‌باشد. دانشمندان خاک‌شناس قدیمی روسیه این خاک‌ها را پودزول نام گذاشته‌اند که از کلمه‌ی روسی پود به معنی زمین و زُل به معنی خاکستر گرفته شده است.
5-مقدار مواد بی‌شکل در خاک معمولاً (ولی نه همیشه) اندک است، فاز جامد خاک را در اکثر موارد می‌توان مجموعه‌ای از ذرات متعدد جامد که از هم جدا هستند در نظر گرفت. بزرگترین ذرات خاک معمولاً با چشم غیرمسلح نیز قابل رؤیت است، در صورتی‌که ذرات ریز کلوئید‌ها می‌باشند را تنها به کمک میکروسکوپ الکترونی می‌توان مشاهده کرد.
6- برای آنکه بتوانیم خاک‌ها را از نظر ویژگی‌های فیزیکی برحسب معیارهای کّمی توصیف کنیم می‌بایست ویژگی‌های قابل اندازهگیری و مناسبی را برای آنها تعریف کنیم. از لحاظ معنایی باید بین ویژگی‌های ایستا و پویا تفاوت قائل شویم. ویژگی‌های ایستا مربوط به خود مواد بوده که تحت تأثیر عوامل خارجی تغییر نمی‌کنند. ازطرف‌دیگر، ویژگی‌های پویا تحت تأثیر عوامل خارجی مانند شار جریان سیال (آب‌و‌هوا)، شار انرژی (تابشی، انتقالی) و تنش‌های مکانیکی که سبب تغییر شکل و شکست می‌شوند تغییر می‌کنند. در این فصل توجه ما بر ویژگی‌های ثابت فاز جامد خاک است. این ویژگی‌ها شامل بافت، توزیع اندازه‌ی ذرات و سطح ویژه است که تمامی این‌ها ویژگی‌های ثابت خاک بوده و امکان اندازهگیری آنها وجود دارد و به‌طور کلی مرتبط با رفتار خاک می‌باشد.
7-بزرگترین گروه ذرات که معمولاً تحت عنوان مواد خاک در نظر گرفته می‌شود، شن است. که شامل ذراتی می‌شود که قطر آنها در محدوده‌ی 200 میکرومتر تا 50 میکرومتر درشت، متوسط و ریز تقسیم می‌شود. دانه‌های شن شامل کوارتز است ولی ممکن است از فلدسپات، میکا و کانی‌های سنگینی چون زیرکُن، ترمالین و هورنِ‌بلند که جزو موارد نادر هستند تشکیل شده باشد (مک و ِلیس تی کُف، 1996). در اکثر موارد دانه‌های شن ابعاد کم‌و‌بیش یکسانی دارند و می‌توان آنها را به صورت ذراتی کروی شکل نمایش داد، اگر چه لزوماً صاف نیستند. در واقع ممکن است سطوح نسبتاً ناهمواری را داشته باشند (شکل 3-2). ویژگی سایندگی شن‌ها به‌دلیل همین سطح ناهموار و نیز سخت و محکم بودن آنها است.
8- سطح رس‌ها در واحد جرم بسیار زیاد است. این ویژگی‌ها منجر به فعالیت بالای فیزیکوشیمیایی رس می‌شود و لذا این بخش بالاترین تأثیر را در رفتار خاک دارد. ذرات رس، در اثر جذب آب و هیدراته شدن سبب می‌شوند که خاک متورم شده و با از دست دادن رطوبت، خشک و چروکیده می‌شوند. ذرات رس دارای بار الکتریکی منفی هستند و زمانی که هیدراته می‌شوند با یون‌های قابل تبادل موجود در محلول اطراف خود تشکیل لایه‌ی دوگانه‌ی الکترواستاتیک می‌دهند.
9-خاک در طبیعت در مجموعه‌ی پیوسته‌ای از اندازه‌ی ذرات است. بنابراین هر گونه تلاشی جهت تفکیک آن به اجزاء جداگانه، اختیاری و قراردادی است. طبقه‌بندی خاک‌ها به کلاس‌های بافتی مشخص نیز از این مقوله می‌باشد. اگر چه این رهیافت به‌طور وسیعی به کار گرفته می‌شود و به‌صورت‌های نیز مفید است، ولی از اندازهگیری و نمایش دادن آرایش و توزیع اندازه‌ی ذرات، اطلاعات بیشتر و جامع‌تری به دست خواهد آمد. این روش نمایش بافت خاک، اغلب به‌وسیله‌ی مهندسین به‌کار می‌رود.
10-کانی‌های رسی معمولاً به دو گروه اصلی دارای ساختمان و آمورف (بی‌شکل)تقسیم می‌شوند. رس‌های دارای ساختمان خود به دو دسته‌ی کانی‌های 1:1 و 2:1 تقسیم می‌شوند. کانی‌های 2:1 نیز به نوبه‌ی خود به دو نوع قابل تورم و غیرقابل تورم تقسیم‌بندی می‌شوند. در نهایت هر کدام از این انواع شامل تعدادی کانی‌های خاص می‌باشند که با استفاده از اشعه‌ی X، میکروسکوپ الکترونی یا روش‌های تجزیه‌ی حرارتی قابل شناسایی هستند.
11-برخی از دانشمندان معتقدند که ویژگی‌های جذبی رس ممکن است نقش اساسی در پیدایش حیات ایفا کرده باشد (فوکس، 1988؛ لاهاو، 1994). این فرضیات ناشی از تلاشی بود که برای شبیه‌سازی شرایط کره‌ی زمین در زمانی که اسیدهای آمینه‌ی مجزا برای نخستین بار به صورت رشته‌های طولانی پپتید به‌هم‌پیوستند، انجام گرفت. این فرآیند ممکن است بر روی سطح ذرات رس انجام شده باشد. چنین تصور می‌شود که رس به‌عنوان قالب و کاتالیزوری برای تشکیل رشته‌های طولانی پپتید یا پروتئین عمل کرده است. چون بیشتر از یک نوع اسید آمینه می‌بایست در آب بر روی زمین اولیه وجود داشته باشد، وجود نوسانات سیکلی در درجه حرارت و رطوبت می‌توانسته است منجر به تشکیل پپتیدهای پیچیده‌تر و سرانجام تشکیل مولکول‌های اولیه‌ی پروتئین‌های بزرگ، که مترادف با زندگی هستند، گردد (وایت و اریکسون، 1981؛ کاتز، 1986؛ کولینز و همکاران، 1988).
12-به‌نظر می‌رسد که تورم نهایی به مقدار و ماهیت رس موجود بستگی داشته باشد. معمولاً تورم با افزایش سطح ویژه رس افزایش می‌یابد. افزون بر این ترتیب با جهت‌گیری ذرات خاک و هم‌چنین امکان وجود سیمانی شدن ذرات توسط بعضی مواد مانند اکسیدهای آهن و آلومینیوم، کربنات‌ها یا هوموس، ممکن است مانع انبساط ماتریکس خاک شده و بر روی تورم آن تأثیر گذارند.
13-آب عامل مهم دیگری است که ممکن است باعث تخریب خاک‌دانه‌ها شود. در این‌جا عمل ضربه‌ی قطرات باران و هم‌چنین عمل سایشی جریان آب در روان‌آب سطحی مؤثرند. از طرف دیگر، فرآیند خشک شدن سبب انقباض شده و می‌تواند با بیشتر کردن چگالی و چسبندگی خاک‌دانه‌ها پایداری آنها را افزایش دهد. افزون بر این چسب‌های آلی ژل مانند نیز به‌عنوان عامل چسبندگی باعث پایداری خاک‌دانه‌ها به‌طور غیرقابل بازگشت می‌شوند. در واقع تأثیر یخ‌زدن نیز همانند خشک شدن است از این منظر که سبب خارج شدن آب مایع از قسمت‌هایی از خاک به سمت مکان‌هایی که یخ‌زده‌اند (عدسک‌های یخی) می‌شود.
14-آب خاک هم‌چون سایر اجسام در طبیعت می‌تواند حاوی انرژی در مقادیر و شکل‌های متغییر باشد. در فیزیک کلاسیک دو شکل عمده‌ی انرژی، جنبشی و پتانسیل، تمیز داده شده‌اند. از آن‌جا که حرکت آب در خاک بسیار آرام است، انرژی جنبشی آن، که متناسب با توان دوم سرعت است، غالباً ناچیز فرض می‌شود. از طرف دیگر انرژی پتانسیل که ناشی از موقعیت یا شرایط داخلی است در تعیین وضعیت و حرکت آب در خاک از اهمیت بالایی برخوردار است.
15-تعریف پتانسیل آب خاک:
مقدار کاری است که باید ر واحد مقدار آب خالص برای انتقال برگشت‌پذیر و هم‌دمای مقدار بسیار جزئی آب از یک مخزن آب خالص ارتفاعی مشخص و در فشار اتمسفریک به آب خاک (در یک نقطه‌ی معین) اعمال شود. این تعریف در فرهنگ‌نامه‌ی انجمن علوم خاک آمریکا (1996) ثبت شده است.
16-با این حال نگه‌داشت آب در مکش‌های بالاتر به‌طور فزاینده‌ای به‌دلیل جذب است لذا به مقدار کم‌تری از ساختمان خاک تأثیر می‌پذیرد. به‌عبارت دیگر در این حالت بافت و سطح ویژه‌ی خاک نقش عمده‌تری را ایفا می‌کنند.
17-اندازهگیری پتانسیل رطوبت خاک
گرچه اندازهگیری رطوبت خاک برای بسیاری از بررسی‌های زیست محیطی و کشاورزی ضروری است، واضح است که برای توصیف وضعیت آب خاک کافی نیست. برای دستیابی به چنین توضیحی، می‌بایست وضعیت انرژی آب خاک (پتانسیل رطوبت خاک یا مکش) تعیین شود. این دو متغییر، رطوبت و پتانسیل، به‌طور کلی بایستی با استفاده از منحنی‌های واسنجی شده‌ی نمونه‌های خاک اغلب غیرقابل اعتماد است.
