خاکي نشي !

تاريخچه استفاده از خاک

بنظر مي‌رسد که انسان اوليه تا زماني که مواد غذايي خود را از طريق شکار بدست مي‌آورده، چندان توجهي به خاک نداشته است، ولي بتدريج که کشت جايگزين شکار مي‌شده، اهميت خاک نيز افزايش يافت. اين تغيير روش در حدود 9000 سال پيش در کوههاي زاگرس و خوزستان و قسمتي از عراق امروزي بين رودخانه‌هاي دجله و فرات صورت گرفته و در واقع اولين انقلاب کشاورزي در ايران آغاز شده است.
? اجزا اصلي خاک
4 جز اصلي خاک عبارتند از: مواد معدني ، مواد آلي ، آب و هوا. اين اجزا بطور نزديکي در ارتباط با يکديگر هستند. بطوري که جدا کردن آنها مشکل است. حجم نسبي اين اجزا که براي رشد گياه مناسب باشد، بدين صورت است که در آن 50 درصد بوسيله مواد جامد (45 درصد مواد معدني و 5 درصد مواد آلي) اشغال شده و 50 درصد بقيه شامل فضاي منافذ است که بوسيله آب يا هوا اشغال مي‌شوند. البته اين نسبت آب و هوا بسيار متغير بوده و تحت تاثير شرايط خاک و جو قرار مي‌گيرد.
? پروفيل يا نيمرخ خاک
اگر قسمتي از خاک به طرف پايين حفر شود، لايه‌هاي افقي مشخصي در عمقهاي مختلف آن به چشم مي‌خورد. اين مقطع را پروفيل خاک و لايه‌هاي مشخص آن را افق گويند. تمام افقهاي بالاي مواد مادري بطور جمعي Solum ناميده مي‌شوند. مشخصات پروفيل خاک براي طبقه بندي و ارزيابي و نقشه برداري خاک بکار مي‌رود.
لايه‌هاي بالايي پروفيل ، داراي مواد آلي بيشتري بوده و به همين علت رنگ آنها تيره است. اين لايه‌ها را خاک سطح‌الارضي Top Soil گويند. لايه‌هاي عميق‌تر خاک يا خاک تحت‌الارضي SubSoil به علت کمي مواد آلي رنگ روشن‌تري دارند و محل تجمع موادي هستند که از لايه‌هاي سطح‌الارضي شسته شده‌اند. مهمترين قسمت خاک از نظر رشد گياهان لايه‌هاي سطح‌الارضي آن است که بيشتر مواد غذايي و آب قابل جذب گياهان در اين لايه‌ها متمرکز مي‌شود و ريشه‌هاي گياهان در اينجا يافت مي‌شود.
? ساختمان خاک
نحوه قرار گرفتن و چگونگي اجتماع ذرات خاک را ساختمان آن مي‌گويند. گرچه در يک پروفيل خاک ممکن است يک نوع ساختمان بيش از سايرين ديده شود، ولي معمولا در افقها يا لايه‌هاي مختلف ممکن است، چند نوع ساختمان يافت شود. بسياري از خواص فيزيکي خاک مانند حرکت آب ، تهويه ، انتقال حرارت ، وزن مخصوص ظاهري و فضاي منافذ به ساختمان خاک بستگي دارد. در واقع تمام عمليات از قبيل شخم و زهکشي ، دادن کود حيواني و آهک زدن که براي بهبود وضعيت فيزيکي خاک انجام مي‌شود، روي ساختمان خاک اثر گذاشته و تاثيري روي بافت آن ندارد. ساختمانهاي موجود از يکي از دو حالت زير بوجود مي‌آيد:
تک دانه‌هاي ذرات خاک که بطور فردي وجود داشته و اجتماع مشخصي از ذرات در آنها صورت نگرفته است.
توده‌هاي فشرده و بي شکل و نامنظمي از ذرات که هيچ خصوصيات ساختماني مشخصي ندارند.
? انواع ساختمانهاي خاک
برحسب شکل ظاهري 6 نوع ساختمان را مي‌توان در خاک تشخيص داد. اين ساختمانها به اسامي بشقابي ، ستوني ، منشوري ، مکعبي ، فندقي ، دانه‌اي و اسفنجي شناخته مي‌شوند.
? ساختمان بشقابي: توده‌هاي خاک به صورت لايه‌هاي نازک افقي روي هم قرار گرفته‌اند. بيشتر در لايه‌هاي سطحي خاک وجود دارند، ولي گاهي در لايه‌هاي عميق هم ديده مي‌شوند.
? ساختمانهاي ستوني و منشوري : توده‌هاي خاک بطور عمودي روي هم قرار گرفته‌اند، ارتفاع ستونهاي حاصل متغير و قطر آنها گاهي به 15 سانتيمتر مي‌رسد. بيشتر در لايه‌هاي عميق خاک مناطق خشک و نيمه خشک ديده مي‌شود. در صورتي که بالاي اين ساختمانها گرد باشد، آنها را ستوني و اگرا مسطح باشد، آنها را منشوري گويند.
? ساختمانهاي مکعبي و فندقي : توده‌هاي خاک به صورت مکعبهايي با سطوح نامنظم ، ولي ابعاد تقريبا مساوي در آمده‌اند. اگر لبه‌هاي سطوح بيشتر تيز و مشخص باشد، ساختمان را مکعبي و اگرا اين لبه‌ها صاف شده باشد، ساختمان را فندقي گويند. اين نوع ساختمان در لايه‌هاي عميق خاک ديده مي‌شود.
? ساختمانهاي کروي (دانه‌اي يا اسفنجي) : توده‌هاي خاک شکل گرد داشته و قطر آنها معمولا از يک سانتيمتر کمتر است. اين ساختمانها کاملا متخلخل بوده و اتصال بين ذرات ضعيف است (دانه‌اي) و درصورتي که ساختمان کاملا باز و درجه تخلخل زياد باشد، ساختمان را اسفنجي گويند. ساختمانهاي کروي بيشتر در لايه‌هاي سطحي خاک يافت مي‌شوند و به آساني تحت تاثير عمليات زراعي قرار مي‌گيرند.

خاک چيست ؟

خاک‌ها مخلوطي از مواد معدني و آلي مي‌باشند که از تجزيه و تخريب سنگ‌ها در نتيجه هوازدگي بوجود مي‌آيند که البته نوع و ترکيب خاک‌ها در مناطق مختلف بر حسب شرايط ناحيه فرق مي‌کند. مقدار آبي که خاک‌ها مي‌توانند بخود جذب کنند. از نظر کشاورزي و همچنين در کارخانه‌هاي راه‌سازي و ساختماني داراي اهميت بسياري است که البته اين مقدار در درجه اول بستگي به اندازه دانه‌هاي خاک دارد.
هرچه دانه خاک ريزتر باشد، آب بيشتري را به خود جذب مي‌کند که اين خصوصيت براي کارهاي ساختمان‌سازي مناسب نيست. بطور کلي خاک خوب و حد واسط از دانه‌هاي ريز و درشت تشکيل يافته است. تشکيل خاک‌ها به گذشت زمان ، مقاومت سنگ اوليه يا سنگ مادر ، آب و هوا ، فعاليت موجودات زنده و بالاخره توپوگرافي ناحيه‌اي که خاک در آن تشکيل مي‌شود بستگي دارد.

عوامل موثر در تشکيل خاک

• سنگ‌هاي اوليه يا سنگ مادر :
کميت و کيفيت خاک‌هاي حاصل از سنگ‌هاي مختلف اعم از سنگهاي آذرين ، رسوبي و دگرگوني به کاني‌هاي تشکيل دهنده سنگ ، آب و هوا و عوامل ديگر بستگي دارد. خاک حاصل از تخريب کامل سيليکاتهاي داراي آلومينيوم و همچنين سنگهاي فسفاتي از لحاظ صنعتي و کشاورزي ارزش زيادي دارد. در صورتيکه خاک‌هايي که از تخريب سنگ‌هاي داراي کاني‌هاي مقاوم (از قبيل کوارتز و غيره) در اثر تخريب شيميايي پديد آمده‌اند و غالبا شني و ماسه‌اي مي‌باشند فاقد ارزش کشاورزي مي‌باشند.
• ارگانيسم :
تمايز انواع خاک‌ها از نقطه نظر کشاورزي به نوع و مقدار مواد آلي (ازت و کربن) موجود در آن بستگي دارد. نيتروژن موجود در اتمسفر بطور مستقيم قابل استفاده براي گياهان نمي‌باشد. بلکه ترکيبات نيتروژن‌دار لازم براي رشد گياهان بايد به شکل قابل حل در خاک وجود داشته باشد که اين عمل در خاک‌ها بوسيله برخي از گياهان و باکتري‌ها انجام مي‌شود. خاک‌ها معمولا داراي يک نوع مواد آلي کربن‌دار تيره رنگي هستند که هوموس ناميده مي‌شوند و از بقاياي گياهان بوجود مي‌آيد.
• زمان :
هر قدر مدت عمل تخريب کاني‌ها و سنگ‌ها بيشتر باشد عمل تخريب فيزيکي و شيميايي کاملتر انجام مي‌گيرد. زمان تخريب کامل بسته به نوع سنگ ، ساخت و بافت سنگ‌ها و نيز ترکيب و خاصيت تورق کاني‌ها متفاوت مي‌باشد ولي بطور کلي سنگهاي رسوبي خيلي زودتر تجزيه شده و به خاک تبديل مي‌شوند، در صورتيکه سنگهاي آذرين مدت زمان بيشتري لازم دارند تا تجزيه کامل در آنها صورت گرفته و به خاک تبديل گردند.
• آب و هوا :
وفور آب‌هاي نفوذي و عوامل آب و هوا از قبيل حرارت ، رطوبت و غيره در کيفيت خاک‌ها اثر بسزايي دارند. جريان آبهاي جاري بخصوص در زمين‌هاي شيب‌دار موجب شستشوي خاک‌ها مي‌شوند و با تکرار اين عمل مقدار مواد معدني و آلي بتدريج تقليل مي‌يابد. اثر تخريبي اتمسفر همانطور که قبلا بيان گرديد روي برخي از کاني‌ها موثر و عميق مي‌باشد و هر قدر رطوبت همراه با حرارت زيادتر باشد شدت تخريب نيز بيشتر مي‌گردد.

• توپوگرافي محل تشکيل خاک :
اگر محلي که خاک‌ها تشکيل مي‌شوند داراي شيب تند باشد در نتيجه مواد تخريب شده ممکن است بوسيله آبهاي جاري و يا عامل ديگري خيلي زود بسادگي از محل خود بجاي ديگري حمل گردند و يا شستشو بوسيله آبهاي جاري و يا عامل ديگري خيلي زود بسادگي از محل خود بجاي ديگري حمل گردند و يا شستشو بوسيله آبهاي جاري باعث تقليل مواد معدني و آلي خاک‌ها شود در نتيجه اين منطقه خاک‌هاي خوب تشکيل نخواهند شد. ولي برعکس در محل‌هاي صاف و مسطح که مواد تخريب شده بسادگي نمي‌توانند به جاي ديگري حمل شوند فرصت کافي وجود داشته و فعل و انفعالات بصورت کامل انجام مي‌پذيرد.

مواد تشکيل دهنده خاک‌ها

موادي که خاک‌ها را تشکيل مي‌دهند به چهار قسمت تقسيم مي‌شوند :
• مواد سخت : مواد سخت را ترکيبات معدني تشکيل مي‌دهند ولي ممکن است داراي مقداري مواد آلي نيز باشند. البته اين ترکيبات معدني از تخريب سنگ‌هاي اوليه يا سنگ مادر حاصل شده‌اند که گاهي اوقات همراه با مواد تازه کلوئيدي و نمک‌ها مي‌باشند.
• موجودات زنده در خاک‌ها : تغييراتي که در خاک‌ها انجام مي‌پذيرد بوسيله موجودات زنده در خاک انجام مي‌گيرد. قبل از همه ريشه گياهان ، باکتري‌ها ، قارچها ، کرم‌ها و بالاخره حلزون‌ها در اين تغييرات شرکت دارند.
• آب موجود در خاک‌ها : آبي که در خاک وجود دارد حمل مواد حل‌شده را به عهده دارد که البته اين مواد حمل شده براي رشد و نمو گياهان به مصرف مي‌رسد. آب موجود در خاک‌ها از باران و آبهاي نفوذي ، آب جذب شده و بالاخره آبهاي زيرزميني تشکيل شده که در مواقع خشکي از محل خود خارج شده و بمصرف مي‌رسد.
• هواي موجود در خاک : هوا همراه با آب در خوه‌هاي خاک‌ها وجود دارد که البته اين هوا از ضروريات رشد و نمو گياهان و ادامه حيات حيوانات مي‌باشد. مقدار اکسيژني که در اين هوا وجود دارد از دي اکسيد کربن کمتر است و اين بدان علت است که ريشه گياهان براي رشد و نمو اکسيژن مصرف کرده و دي اکسيد کربن پس مي‌دهند.

تقسيم‌بندي خاک‌ها از لحاظ سنگ‌هاي تشکيل دهنده

بر حسب دانه‌هاي تشکيل دهنده خاک و هم‌چنين شرايط ميزالوژي و پتروگرافي زمين خاک‌هاي مختلفي وجود دارد که عبارتند از :
• خاک رسي : ذرات رس (Clay) داراي قطري کوچکتر از 0.002 ميلي‌متر مي‌باشند و در حدود 50% خاک را تشکيل مي‌دهند.
خاک‌هاي رسي چون داراي دانه‌هاي بسيار ريزي هستند به خاک سرد معروفند و در مقابل رشد گياهان مقاومت نشان داده و رشد آنها را محدود مي‌کنند.
• خاک‌هاي سيلتي :
50% اين نوع خاک‌ها را ذرات سليت تشکيل داده است که داراي قطري بين 0.05 تا 0.002 ميلي‌متر مي‌باشند و بر حسب اينکه ناخالصي مثل ماسه ، رس و غيره بهمراه دارند به نام خاک‌هاي سيلتي ماسه‌اي و يا سيلتي رسي معروفند.
• خاک‌هاي ماسه‌اي :
اين خاک‌ها از 75% ماسه تشکيل شده‌اند. قطر دانه‌ها از 0.06 تا 2 ميليمتر است و بر حسب اندازه دانه‌هاي ماسه به خاک‌هاي ماسه‌اي درشت ، متوسط و ريز تقسيم مي‌گردند. مقدار کمي رس خاصيت خاک‌هاي ماسه‌اي را تغيير مي‌دهد و اين نع خاک آب را بيشتر در خود جذب مي‌کند تا خاک‌هاي ماسه‌اي که فاقد رس هستند.
• خاک‌هاي اسکلتي :
خاکهاي اسکلتي به خاکهايي اطلاق مي‌گردد ک در حدود 75% آن را دانه‌هايي بزرگتر از 2 ميلي‌متر از قبيل قلوه سنگ ، ديگ و شن تشکيل مي‌دهند. اين خاک‌ها ، آب را به مقدار زياد از خود عبور مي‌دهند و لذا هميشه خشک مي‌باشند.

طبقه بندي خاک

در نخستين سالهايي که مطالعه خاک در ايالات متحده شروع شده بود. محققين فکر مي‌کردند که مواد اوليه و مادر تقريبا تنها عامل تعيين نوع خاک حاصل ، مي‌باشد. بنابراين مي‌انديشيدند که از هوازدگي سنگ آهک نوع ديگري از خاک توليد مي‌شود. البته اين يک واقعيت است که نوع خاک تا حدودي بازتاب موادي است که از آنها تشکيل يافته است. و در برخي موارد حتي از روي نوع خاک پوشاننده سنگها مي‌توان نحوه توزيع و گسترش آنها را بر روي نقشه آورد. اما با دستيابي به اطلاعات بيشتر بتدريج مشخص شد که سنگ بستر تنها عامل تعيين کننده نوع خاک نيست.
دانشمندان خاکشناس رومي ، به دنبال کار عظيم دوکيوشف (1903-1846) نشان دادند که اگر شرايط اقليمي از نقطه‌اي به نقطه ديگر تفاوت کند حتي بر روي يک نوع سنگ بستر نيز چندين نوع خاک تشکيل مي‌شود. اين طرز تفکر که شرايط آب و هوايي تاثيري عمده در تشکيل خاک دارد. براي اولين بار در دهه 1920 توسط ماربوت (1935-1863) در ايالات متحده مطرح گشت. از آن موقع تا کنون دانشمندان خاکشناس دريافته‌اند عوامل ديگري که در نحوه تشکيل خاک نقش حياتي دارند، وجود دارد.
براي مثال برجستگي سطح زمين نقش مهمي در نوع خاک دارد. بدين ترتيب که خاک موجود در بالاي يک تپه با خاک موجود در شيب، اين نيز به نوبه خود با خاک موجود در زمين و پاي تپه متفاوت است. مع ذالک سنگ بستر زير هر سه نوع خاک يکسان است. گذشت زمان نيز عاملي ديگر است، بدين معني که اگر شرايط آب و هوايي ، سنگ بستر و پستي و بلندي ، در يک محل يکسان باشد، خاکي که به تازگي در آن محل تشکيل شده باشد با خاکي که هزاران سال از تشکيل آن در همان محل گذشته است تفاوت خواهد داشت.

انواع خاکها در سيستم طبقه بندي خاکهاي ايالات متحده

• آلفي سول (Alfisols) : شرايط آب و هوايي نيمه مرطوب ، مقدار بارش 125 - 15 سانتيمتر ، غالبا در زير پوششي جنگلي ، تجمع رس در افق B لايه بالايي فروشسته به رنگ قهوه اي - خاکستري و لايه پاييني به رنگ قرمز - قهوه‌اي ، همراه با تجمعي از سيليکاتهاي آهن و آلومينيوم.
• آريديسول (Aridisols) : شرايط آب و هوايي خشک با تجمعات آهک يا ژيپس ، لايه‌هاي نمک ، تجمع يونهاي کلسيم ، منيزيم و پتاسيم.
• انتي سول (Entisols) : خاکهاي عصر حاضر بدون افقهاي قابل تشخيص. بسياري از دشتهاي سيلابي رودخانه‌هاي جديد ، رسوبات خاکسترهاي آتشفشاني ، و ماسه‌هاي جديد.
• هيستوسول (Histosols) : غني در مواد آلي ، شامل گياه خاک و کود تازه ، بقاياي گياهي مجتمع شده در باتلاقها و مردابها.
• اينسپتي سول (Inceptisols) : افق‌ها به سختي قابل تشخيص بوده و نشان دهنده شروع تشکيل خاک و درجه بندي آن هستند.
• مولي سول (Mollisols) : خاک علفزارها. سياه ، در نزديکي سطح غني در مواد آلي. غني در آهک.
• اکسي سول (Oxisols) : خاکهاي شديدا هوازده ، اغلب با عمق بيش از 3 متر حاصلخيزي ناچيز. غني در رسهاي اکسيد آهن و آلومينيوم‌دار.
• اسپودوسول (Spodosls) : ماسه‌اي ، خاکهاي فروشسته جنگلهاي مناطق سرد سير . اسيدي. مقادير متنابهي مواد آلي و يا رس آهن و آلومينيوم دارد.
• آلتي سول (Ultisols) : شديدا اسيدي ، خاکها خوب هوازده ، شرايط آب و هوايي استوايي و نيمه استوايي. تجمع سيليکاتهاي بازمانده.
• ورتي سول (Vertisols) : خاکهاي هوازده بسيار قديمي ، هنگام خشک بودن داراي ترکهاي عميق و پهن عمودي ، غني در مواد رسي.

اندازه گيري ويژگيهاي خاک
حجم خاک:

با حرف V نمايش مي دهند. براي اندازه گيري حجم خاکهاي چسبنده، روشهاي مختلفي وجود دارد.
روش اول:وارد کردن نمونه در داخل استوانه مدرج حاوي مقداري جيوه که نمونه را وارد آن مي کنيم و اختلاف ارتفاع جيوه، حجم نمونه را نشان مي دهد.
روش دوم: موم اندود کردن نمونه و قرار دادن در استوانه مدرج حاوي آب، که اختلاف ارتفاع آب در استوانه بيانگر حجم نمونه خاک است (دليل موم اندود کردن روش دوم اين است که آب وارد درز و شکافهاي نمونه نشود چون خاصيت مويينگي آب ، موجب نفوذ آن به درون اين درزه ها ميشود ولي در مورد جيوه چنين نيست)

وزن خاک:

با (W) نمايش مي دهند. که مي توان جرم خاک را توسط ترازوي دقيقي اندازه گرفت که وزن را مي توان طبق رابطه مقابل بدست آورد. ( شتاب گرانش زمين9.81m/s2 =g )
W =m.g

تخلخل:

که با n نمايش م دهند و عبارت است از نسبت حجم فضاهاي خالي (Vr) به حجم کل خاک (V) که به درصد بيان ميشود.

درصد رطوبت:

که با ? نمايش مي دهند و عبارت است از نسبت وزن آب موجود در خاک (Ww) به وزن خشک خاک (Ws)
درصد رطوبت در خاکهايي که مقدار زيادي رسي وارد گاها به 300% نيز مي رسد.

چگالي ويژه ذرات جامد خاک:

با Gs نمايش مي دهند
ديگر ويژگيهاي فيزيکوشيميايي خاک را با روشها و روابط پيچيده ديگري مي توان اندازه گيري کرد که در حد پيشرفته و تخصصي است، از جمله اين ويژگيها مي توان، مقاومت برش، مقاومت فشاري، و کششي، حدالاستيک و پلاستيک، واگرايي و همگرايي خاک و... نام برد که هر يک نسبت به هدف کار مورد بررسي قرار مي گيرد.
- اندازه گيري ويژگيهاي خاک در علوم مختلف مثل مکانيک خاک، مهندسي عمران (گرايش پي و سازه)، زمين شناسي وکشاورزي و... کاربرد وسيعي داشته و به علوم مختلف مثل، فيزيک، شيمي و زمين شناسي وابسته است.
- از جمله کاربردهاي مکانيک خاک در مطالعات قبل از احداث کليه سازه هاي مهندسي، از قبيل سد، تونل، راههاي ارتباطي، ساختمانهاي مسکوني و ... است. بدين صورت که از ويژگيهاي مختلفي که يک خاک نشان مي دهد مي توان ميزان مقاومت آن را اندازه گيري کرده و در نتيجه تمهيدات لازم براي پايداري سازه بر روي خاک را انديشيد.

مکانيک خاک

توجه به بررسي و مطالعه خاک با يک ديدگاه مهندسي و به منظور تحليل رياضي خواص آن ، از قرن 18 ميلادي آغاز شد و در واقع اولين بار در عين حال مهمترين رابطه ساده در زمينه مکانيک خاک ، در سال 1773 توسط کولمب يک مهندس ارتشي فرانسه ارائه گرديد. اين رابطه ساده ، که يک رابطه اساسي در بررسي مقاومت يا عدم مقاومت خاک است عبارت است از:
(?=c+bntan(?
کارهاي بوسينسک در مورد تئوري اجسام الاستيک که در سال 1885 انتشار يافت به ارائه راه حل‌هاي دقيق در محاسبه تنش‌ها و تغيير شکل‌هاي درون محيط خاکي منجر گرديد و توانست در تحليل بخش مهمي از مبحث مکانيک خاک ، پاسخگو باشد. دانش مکانيک خاک به صورت مدرن ، در ابتداي قرن حاضر گسترش روز افزوني يافت و مانند ساير علوم مهندسي مورد تجزيه و تحليل قرار گرفت بطوري که در سال 1925 کارل ترزاگي ، استاد دانشگاه هاروارد ، نتيجه تحقيقات خود را به صورت مقاله‌اي ارائه داد و در سال 1943 کتاب «اصول نظري مکانيک خاک» را تدوين و منتشر کرد.
کارل ترزاگي (1963-1883) را به حق بنيانگذار دانش مکانيک خاک ناميده‌اند. در اينجا شايسته است از سهم محققين روسي نيز يادآور گردد، چه پژوهشگراني چون سيتوويچ در کشور روسيه به موازات دانشمندان غربي در توسعه دادن مبحث مکانيک خاک کارهاي زيادي ارائه دادند. نامبرده نيز در سال 1934 کتاب اصول علم مکانيک خاک را منتشر نمود.

امروزه اهميت دانش مکانيک خاک مانند علوم ديگر روز به روز رو به فزوني است و اين بويژه به اين علت است که تجربه‌هاي گذشته در اين زمينه بدون گسترش تئوري‌هاي مطمئن‌تر و راه حل‌هاي اقتصادي‌تر تکافوي حل مسائل جديد را در عمل نمي‌نمايد. به علاوه ، بسط مسائل مبحث مکانيک خاک همراه با توسعه روش‌ها و ديدگاههاي جديد در زمينه مکانيک محيط دانه‌اي ، گسترش و افزايش دقت در تحليل‌هاي رياضي و مدل سازي‌ها را در هر دو زمينه الزامي نموده و نيز به نتيجه رسانده است.

مباحث کلي مکانيک خاک

• طرح تئوريهايي که نشان دهنده رفتار توده خاکي در برابر عوامل بيروني ، مثل نيروهاي مختلف ، باشد.
• کاربرد معلومات تئوري و تجربي در موارد و مسائل اجرايي

خواص فيزيکي ، شيميايي و کاني شناسي خاکها

• خواص فيزيکي و شيميايي خاک : شناخت خواص فيزيکي ، شيميايي و کاني شناسي خاکها در بسياري از بررسي‌ها و مطالعات و تصميم گيري‌ها در عمليات خاکي نقش مهمي دارد. خواص فيزيکي و شيميايي خاکها را بايد عمدتا در عوامل زير جستجو کرده و مربوط به آنها دانست.
• ترکيب کاني شناسي دانه‌ها : از آنجايي که خاکها از تجزيه و هوازدگي سنگهاي پوسته زمين پديد آمده است‌، لذا کاني‌هاي تشکيل دهنده خاکها بايد همان کاني‌هاي تشکيل دهنده سنگ مادر باشد.
• طبيعت سطح ذرات خاک (سطح مخصوص) : سطح خارجي دانه‌هاي خاک ، يعني فصل مشترک محيط جامد با محيط مجاور آن که ممکن است، آب يا هوا باشد. محل پديد آمدن بعضي پديده‌هاي فيزيکي يا شيميايي است که اين پديده‌ها برخواص ديگر خاک مثل؛ مقاومت و نفوذپذيري و ... تاثير مي‌گذارد.
• پديده‌هاي فيزيکي و شيميايي در سطح مشترک خاک و آب :ذرات جسم جامد از شبکه‌اي از يون‌هاي مختلف تشکيل شده است که از اينرو بين سطح خارجي ذره و محيط اطراف آن کنش و واکنش‌هايي پديدار مي‌گردد.
• خاصيت مويينگي : خاصيت بالا رفتن آب در لوله‌هاي مويين و در حفره‌هاي بين ذرات خاک را خاصيت مويينگي گويند.
• نيروهاي دافعه و جاذبه بين ذرات : نيروهاي بين ذره‌اي در خاک به دو گونه‌اند. نيروهاي جاذبه مولکولي بين دانه‌ها (وان در والس) و نيروهاي دافعه که از نوع نيروي الکتروکينيماتيکي است.

خواص مکانيکي خاکها

• اصطکاک : مقاومت جسم در برابر حرکت به علت وجود اصطکاک بين دو سطح تماس است.
• چسبندگي: مقاومت خاکي به علت چسبندگي دانه‌ها حاصل از مقاومت مولکولي (يعني نيروي جاذيه الکتروشيميايي) بين ذرات ريز است.
• گسيختگي توده خاک : گسيختگي توده خاک عبارتست از پايان شرايط مقاومت و آغاز برش در خاک است.
• تحکيم: تحکيم عبارتست از کاهش حجم حفره‌هاي آب‌دار درون خاک به علت افزايش فشارهاي جانبي.

کاربرد مکانيک خاک

خاک از يک طرف به عنوان مصالح مورد توجه مهندسين و طراحان قرار مي‌گيرد و از سوي ديگر به عنوان يک محيط طبيعي که در اختيار آدمي قرار گرفته است مورد توجه و استفاده است. جايي که به عنوان مصالح مورد نظر است مانند خاکريزها ، سراي خاکي ، روسازي راه و فرودگاه ، پشت ديوار حايل ، زهکش‌ها ، و به عنوان بخشي از بتن ، ماده اصلي تهيه آجر و سراميک ، ماده اصلي تهيه چيني و کاشي ، و... حالت انتخابي و اختياري دارد، و در جايي که به عنوان محيط مورد توجه است.
مانند زير پي‌ها ، زير پايه پل‌ها و زيربناي جاده‌ها و محل حفر تونل‌ها و محل قرار دادن لوله‌ها و تاسيسات مکانيکي و الکتريکي (کابل هاي تلفن و برق و لوله کشي گاز و فاضلاب و محل احداث قناتها و محل حفر چاهها و کانال‌ها و ... همه حالت غير انتخابي (يعني اجباري) دارد. به هر حال در تمام موارد ذکر شده ، شناخت خواص فيزيکي و مکانيکي خاک ضرورت غير قابل اجتناب دارد.

مثلا در يک پروژه راه سازي ، چه نوع خاکي با چه نوع دانه بندي بايد انتخاب شود و لايه‌هاي آن با چه ضخامتي و با چه رطوبتي و تا چه حد بايد کوبيده شود تا جايي حاصل بتواند در برابر نيروهاي وارد بر آن مقاوم باشد و وجود آبهاي سطحي و بارندگي بر دوام آن اثر مخرب نداشته باشد و در برابر يخ‌زدگي و فرسايش و تغييرات جوي نيز پايدار بماند.
در ايجاد يک سد خاکي ، شيب‌ها چه مقدار باشد که هم پايدار باشد و هم اقتصادي ، در صورتي که سد همگن با زهکشي است، لايه‌هاي زهکشي با چه ابعادي و با چه دانه بندي و چه مقدار نفوذپذيري بايد باشد؟ سرعت حرکت آب و .... زه چه مقدار است؟ تورم يا نشست خاک چه مقدار باشد؟ ميزان تراکم و درصد رطوبت و ضخامت لايه‌ها براي کمپاکت کردن خاک چه مقدار بايد باشد؟ روش‌هاي حفاظت دامنه‌ها و تاج سر به چه عواملي بستگي دارد؟ و بسياري پرسش‌هاي ديگر که مهندس طراح بايد براي آنها جواب دقيق داشته باشد. به اين ترتيب درمورد هرگونه پروژه ساختماني و راه سازي و سد سازي مسائل متعددي از فيزيک و مکانيک خاک بايد پاسخ داده شود. اهميت دقت بيشتر و نياز به تئوريهاي دقيق‌تر هنگامي بيشتر مي‌شود که حجم کارها و اهميت پروژه بيشتر باشد.

رابطه مکانيک خاک با ساير علوم

مبحث مکانيک خاک دانشي است که در آن خواص فيزيکي و مکانيکي خاکها ، ارتباط اين خواص با عوامل بيروني ، مقاومت خاک در برابر نيروها ، تغيير شکل خاک در اثر نيروها ، مسايل مربوط به حرکت يا سکون آب در خاک ، چگونگي و مقدار فشرده شدن خاکها و چگونگي و مقدار تنش‌ها و تغيير شکل‌هاي هر نقطه از محيط خاکي در اثر عملکرد يک نيروي خارجي و ... بحث مي‌شود.
در اين راستا گاهي نياز به مطالعه خواص شيميايي و کاني شناسي دانه‌هاي خاک است و گاهي نياز به بررسي پيدايش و منشا خاکها و گاهي نياز به استفاده از دانش هيدروليک و دانش‌هاي ديگر است. از اينرو ارتباط اين مبحث با ديگر مباحث علمي چون فيزيک ، شيمي ، زمين شناسي ، کاني شناسي ، هيدروليک و مکانيک سيالات را نبايد از نظر دور داشت.

ساختار خاک

اجزا اصلي خاک
4 جز اصلي خاک عبارتند از: مواد معدني ، مواد آلي ، آب و هوا. اين اجزا بطور نزديکي در ارتباط با يکديگر هستند. بطوري که جدا کردن آنها مشکل است. حجم نسبي اين اجزا که براي رشد گياه مناسب باشد، بدين صورت است که در آن 50 درصد بوسيله مواد جامد (45 درصد مواد معدني و 5 درصد مواد آلي) اشغال شده و 50 درصد بقيه شامل فضاي منافذ است که بوسيله آب يا هوا اشغال مي‌شوند. البته اين نسبت آب و هوا بسيار متغير بوده و تحت تاثير شرايط خاک و جو قرار مي‌گيرد.
پروفيل يا نيمرخ خاک
اگر قسمتي از خاک به طرف پايين حفر شود، لايه‌هاي افقي مشخصي در عمقهاي مختلف آن به چشم مي‌خورد. اين مقطع را پروفيل خاک و لايه‌هاي مشخص آن را افق گويند. تمام افقهاي بالاي مواد مادري بطور جمعي Solum ناميده مي‌شوند. مشخصات پروفيل خاک براي طبقه بندي و ارزيابي و نقشه برداري خاک بکار مي‌رود.
لايه‌هاي بالايي پروفيل ، داراي مواد آلي بيشتري بوده و به همين علت رنگ آنها تيره است. اين لايه‌ها را خاک سطح‌الارضي Top Soil گويند. لايه‌هاي عميق‌تر خاک يا خاک تحت‌الارضي SubSoil به علت کمي مواد آلي رنگ روشن‌تري دارند و محل تجمع موادي هستند که از لايه‌هاي سطح‌الارضي شسته شده‌اند. مهمترين قسمت خاک از نظر رشد گياهان لايه‌هاي سطح‌الارضي آن است که بيشتر مواد غذايي و آب قابل جذب گياهان در اين لايه‌ها متمرکز مي‌شود و ريشه‌هاي گياهان در اينجا يافت مي‌شود.
ساختمان خاک

نحوه قرار گرفتن و چگونگي اجتماع ذرات خاک را ساختمان آن مي‌گويند. گرچه در يک پروفيل خاک ممکن است يک نوع ساختمان بيش از سايرين ديده شود، ولي معمولا در افقها يا لايه‌هاي مختلف ممکن است، چند نوع ساختمان يافت شود. بسياري از خواص فيزيکي خاک مانند حرکت آب ، تهويه ، انتقال حرارت ، وزن مخصوص ظاهري و فضاي منافذ به ساختمان خاک بستگي دارد. در واقع تمام عمليات از قبيل شخم و زهکشي ، دادن کود حيواني و آهک زدن که براي بهبود وضعيت فيزيکي خاک انجام مي‌شود، روي ساختمان خاک اثر گذاشته و تاثيري روي بافت آن ندارد. ساختمانهاي موجود از يکي از دو حالت زير بوجود مي‌آيد:
• تک دانه‌هاي ذرات خاک که بطور فردي وجود داشته و اجتماع مشخصي از ذرات در آنها صورت نگرفته است.
• توده‌هاي فشرده و بي شکل و نامنظمي از ذرات که هيچ خصوصيات ساختماني مشخصي ندارند.

انواع ساختمانهاي خاک

برحسب شکل ظاهري 6 نوع ساختمان را مي‌توان در خاک تشخيص داد. اين ساختمانها به اسامي بشقابي ، ستوني ، منشوري ، مکعبي ، فندقي ، دانه‌اي و اسفنجي شناخته مي‌شوند.
• ساختمان بشقابي: توده‌هاي خاک به صورت لايه‌هاي نازک افقي روي هم قرار گرفته‌اند. بيشتر در لايه‌هاي سطحي خاک وجود دارند، ولي گاهي در لايه‌هاي عميق هم ديده مي‌شوند.
• ساختمانهاي ستوني و منشوري : توده‌هاي خاک بطور عمودي روي هم قرار گرفته‌اند، ارتفاع ستونهاي حاصل متغير و قطر آنها گاهي به 15 سانتيمتر مي‌رسد. بيشتر در لايه‌هاي عميق خاک مناطق خشک و نيمه خشک ديده مي‌شود. در صورتي که بالاي اين ساختمانها گرد باشد، آنها را ستوني و اگرا مسطح باشد، آنها را منشوري گويند.
• ساختمانهاي مکعبي و فندقي : توده‌هاي خاک به صورت مکعبهايي با سطوح نامنظم ، ولي ابعاد تقريبا مساوي در آمده‌اند. اگر لبه‌هاي سطوح بيشتر تيز و مشخص باشد، ساختمان را مکعبي و اگرا اين لبه‌ها صاف شده باشد، ساختمان را فندقي گويند. اين نوع ساختمان در لايه‌هاي عميق خاک ديده مي‌شود.
• ساختمانهاي کروي (دانه‌اي يا اسفنجي) : توده‌هاي خاک شکل گرد داشته و قطر آنها معمولا از يک سانتيمتر کمتر است. اين ساختمانها کاملا متخلخل بوده و اتصال بين ذرات ضعيف است (دانه‌اي) و درصورتي که ساختمان کاملا باز و درجه تخلخل زياد باشد، ساختمان را اسفنجي گويند. ساختمانهاي کروي بيشتر در لايه‌هاي سطحي خاک يافت مي‌شوند و به آساني تحت تاثير عمليات زراعي قرار مي‌گيرند.

آب خاک

آب خاک همراه با مواد محلول در آن ، محلول خاک را تشکيل مي‌دهد که از آن ريشه گياهان ، عناصر غذايي را جذب مي‌کنند. مولکولهاي آب در داخل منافذ خاک به حالت جذب شده نگهداري شده و شدت جذب به مقدار آب بستگي دارد.

هواي خاک

مقدار و ترکيب جو خاک تا حد زيادي به رابطه بين آب و خاک بستگي دارد. منافذ خالي از آب اشغال مي‌شوند. هوا معمولا منافذ درشت را پر کرده و ضمن خشک شدن خاک وارد منافذ متوسط نيز مي‌شود. به همين دليل در خاکهايي که تعداد منافذ ريز زياد است، شرايط تهويه مناسب نبوده و گياهان و ساير موجودات خاک از اين حيث صدمه مي‌بينند.

بيولوژي خاک

خاک با داشتن محيط زيست مناسب و منبع کافي انرژي و مواد غذايي مي‌تواند موجودات زنده مختلف را در بطن خود پرورش دهد. انواع مختلف موجودات از موجودات بزرگي مانند کرم خاکي و حشرات گرفته تا تک سلولي‌ها مانند باکتريها در خاک يافت مي‌شوند.

شناخت محيط رشد: ساختار خاک

طرز قرار گرفتن ذرات خاک، ساختار خاک را تعيين مي کند. شن خالص چون ذرات آن تماماً از هم جدا هستند، فاقد ساختار مي باشد، ولي در خاکي که مواد آلي و يا ذرات ريزتر از شن – به نسبت مناسب – وجود داشته باشد، ذرات مجتمع شده و خاک داراي ساختار ويژه ميشود، اينگونه تجمع ذرات باعث تهويه بهتر خاک مي گردد.
ايجاد خاکي با ساختار خوب به کندي بسيار صورت مي گيرد، ولي برعکس، به هم خوردن و خراب شدن ساختار يک خاک ، به علت عدم دقت لازم در حفاظت خاک، ممکن است بسيار سريع رخ دهد. مثلاً خاک رسي سنگين در صورتي که در موقع مرطوب بودن شخم زده مي شود، ساختارش به هم مي ريزد و پس از خشک شدن، سطح خاک سفت شده، سله مي بندد و بصورت کلوخ در مي آيد.

خصوصيات فيزيکي، شيميائي و بيولوژيکي

? خصوصيات فيزيکي:
خاک‌ها مرکب از سه فاز يا حالت جامد، مايع و گاز هستند. مطالعه فيزيکي اين سه فاز، فيزيک خاک نام دارد و مشتمل بر موارد زير ميباشد:
- دانسيته و تخلخل
- بافت
- ساختمان
- رنگ
- نگهداري و حرکت آب در خاک
هر چند بيشتر اين خصوصيات خاک از مواد مادري آن به ارث مي رسند ولي بعضي تلاشهاي انساني مي توانند برخي از اين خصوصيات را تغيير دهند بطوريکه حاصلخيزي خاک تامين شود. ساختمان مدوري که در شکل ديده مي شود يک نمونه از خاکي است که نمک هاي سديمي زيادي دارد. محصولاتي که در چنين خاکهائي رشد مي کنند مشکلات فراوان نفوذپذيري ريشه هاي گياهي را خواهند داشت.
? خصوصيات شيميائي:
مطالعات مربوط به خواص شيميائي خاک به خصوصيات شيميائي خاک که بستگي به ترکيب معدني، مواد آلي و محيط دارد، مي پردازد.
همانطور که مي دانيم، واکنش‌هاي شيميائي هنگامي رخ مي دهند که مواد يا ترکيب و يا تجزيه شوند بطوريکه با مواد اوليه از نظر ماهوي تفاوت دارند. واکنش ها در حين انجام يا انرژي از دست مي دهند يا انرژي خواه هستند. مواد جديد وقتي بوجود مي آيند که پيوندهاي بين اتمها يا يونها تشکيل مي شود، پيوندهائي شکسته مي شوند و يا وقتي اتمها آرايش جديدي به خود مي گيرند. يونها اتمهائي هستند که بواسطه از دست دادن يا گرفتن الکترون ها باردار شده اند، مثبت يا منفي. يونهاي با بار مخالف همديگر را جذب مي کنند،در حاليکه يونهاي با بار يکسان همديگر را دفع مي کنند. يک مثال ساده ترکيب اکسيژن و هيدروژن و تشکيل آب است.
فهم شيمي خاک در فهم تشکيل خاک و حاصلخيزي نقش مهمي دارد. چگونگي شکسته شدن سنگها و کاني ها و تبديل آنها به ترکيبات جديد براي درک چگونگي هوا ديدگي و فرسايش خاک ضروري است. نيزچگونگي تبديل و تشکيل مواد معدني خاکها منجر به حاصلخيزي بهتر و روشهاي برتر آزمايشهاي خاک منجر مي شود. تصوير، يک مقطع نازک از مواد مادري خاک را زير يک ميکروسکوپ پلاريزان نشان مي دهد.
در اين تصوير، به ترتيب پيچيده و اندازه کاني ها و ساختمانهاي متخلخل توجه کنيد . هر کاني داراي قابليت حلاليت و همچنين مقاومت به هواديدگي منحصر بفرد مي باشد . در کاني هاي مشابه ، ذرات کوچکتر سريعتر حل مي شوند به علت اينکه داراي سطح تماس ( در واحد جرم ) بيشتري هستند و اين سطح در معرض فرايند هوا ديدگي مي باشند.
? خصوصيات بيولوژيکي:
بيولوژي خاک مطالعه موجودات زنده در خاک است . تعداد زيادي باکتري ، قارچ ، اکتينو مايست ، کرمها ، حشرات ، پستانداران و جوندگان کوچک در خاک زندگي مي کنند . بسياري از اين موجودات زنده به تامين حاصلخيزي خاک بواسطه تجزيه باقيمانده هاي گياهي و جانوري که منجر به گردش مجدد عناصر غذايي مي شود کمک مي کنند . تاثير متقابل بين موجودات مختلف يک موضوع بسيار جالب در علم خاک است . يک مثال از اين تاثير متقابل همياري باکتري با ريشه گياهان است که در تصوير نشان داده شده است .اغلب اين همياري به فوايد دو طرفه منجر ميشود.

فرآيندهاي تشکيل انواع خاک
تشکيل خاک خاکستري يا سفيد (podsolization يا Spodsolization)

اين مورد فرآيندي از شکل گيري خاک است که در آن آهن و آلومينيوم از افقهاي A و E شسته شده و در افق B متمرکز مي‌شوند. اين فرآيند در اقليمهاي مرطوب ديده مي‌شود. فصل زمستان ، روند تجزيه مواد آلي در سطح خاک و ريشه گياهان را که منطقه بقاياي مواد آلي است، آهسته مي‌کند. بعضي از اکسيدهاي آهن و آلومينيوم به همراه رس و کلوئيدهاي هوموس ، در افق B جمع مي‌شود (منطقه رسوبگذاري) و به اين افق بافتي رسي مي‌دهند.
آب موجود در خاک ، هيدروکسيدهاي سديم ، کلسيم ، منيزيم و پتاسيم محلول را به وسيله آبهاي زيرزميني از منطقه نشت و شستشو مي‌دهد. نتيجه اين شستشو ، اسيدي شدن آب است. فرآيند تشکيل خاک با تغيير آب و هوا دگرگون مي‌شود و با گرمتر شدن هوا spodosol به AlFisol و uLtisol تبديل مي‌شود.
البته اين فرآيندها قبل از پديده لاتريت زايي (Oxisolation) در مناطق حاره روي مي‌دهد. جنگلهاي ايالات متحده و کانادا معمولا بطور طبيعي داراي خاک اسپادوسول (خاک خاکستري يا سفيد) هستند.

لاتريت زايي (Oxisolation)

اين فرآيند زماني رخ مي‌دهد که آهن و آلومينيوم اکسيد شده و لايه‌اي از مواد قرمز با بافت گرهي سخت کوچک (گرهک) که لاتريت ناميده مي‌شود، در افق B بوجود مي‌آيد. اين فرايند اغلب در مناطق حاره ديده مي‌شود. در مناطق گرم و مرطوبي که گرم و خشک شدن بطور متناوب صورت مي‌گيرد، اين عمل براي اکسيداسيون فلز آهن بسيار مطلوب است.
خاک افق B ، رنگ قرمز تيره اکسيدهاي آهن را به خود مي‌گيرد. در اين افق ، اکسيدهاي آهن و آلومينيوم و کانيهاي رسي با هم تجمع مي‌کنند

( و

).
به دليل رطوبت ، سديم ، کلسيم ، منيزيم و پتاسيم در آب زيرزميني حل و براي ريشه‌هاي گياهان غير قابل دسترس مي‌شوند. به دليل آزاد بودن يون هيدروژن ، خاکهاي لاتريتي بسيار اسيدي هستند. جنگلهاي استوايي (حاره‌اي) مکزيک و هاوايي خاکهاي لاتريتي دارند.

کلسيتي شدن (Caicification)

اين فرآيند زماني رخ مي‌دهد که آب درون خاک به شدت تبخير مي‌شود و کسري بودجه سالانه آب بوجود مي‌آيد. در بيابانهاي داغ و اقليمي استپي ، اين فرآيند ديده مي‌شود. نزولات آسماني در اين مناطق به قدري کم است که نمي‌تواند هيدروکسيدهاي کلسيم ، سديم ، منيزيم و پتاسيم را بشويد و آن را به افق پايين خاک ببرد.
آب موجود در خاک به دليل تبخير از طريق لوله‌هاي موئينه (Capillary) به سطح خاک کشيده مي‌شود. تکرار اين محل موجب مي‌شود که برآمدگي‌هاي کوچک کربنات کلسيم در افق B بوجود آيد.

نمک زائي (Salinization)

گرمتر شدن اقليم ، فرآيند کلسيتي شدن را در مناطق بسيار خشک به نمک زائي تبديل مي‌کند و تمام سطح خاک پوشيده از نمک مي‌شود. خاکهاي کلسيتي شده (Calcified) ، معمولا PH نزديک به خنثي دارند (6،5 تا 8). به دليل تامين مواد مغذي (هيدروکسيدها) ، اين خاکها اگر آبياري شوند، محصول زيادي را به بار مي‌آورند. در خاکهاي سالين يا نمکي فقط گياهان نمک دوست رشد مي‌کنند.

خاک رس

رسها به همراه کلوئيدها ، فعالترين بخش خاک محسوب مي شوند و اکثر آنها داراي ساختمان بلوري هستند. قبل از مطالعه کانيها توسط اشعه ايکس تصور مي‌شد که کانيهاي رسي ذرات کوچک و ريز کانيهاي اوليه نظير ذرات کوارتز ، فلدسپار و ميکاها باشند، در حالي که در حال حاضر کانيهاي رسي ، ترکيب شناخته شده‌اي دارند که شبيه اين کانيها نيست و تنها کاني ميکا به آنها شبيه است. کانيهاي رسي ، اغلب کانيهاي جديد يا حاصل انحلال کانيهاي اوليه يا کانيهاي ثانويه هستند.

تاثير آب و هوا بر خاک رس

خاکها در مناطق گرم و شرايط آب و هوايي مرطوب جايي که زهکشي مناسبي ندارد، داراي ميزان بالايي از کانيهاي اوليه حل شده مي‌باشند که به کانيهاي رسي تبديل شده‌اند. خاکهاي موجود در مناطق گرم و مرطوب ، ميزان بالايي از رس حتي در اعماق 5 تا 20 متري دارند. در حالت زهکشي مناسب ، کانيهاي رسي از درون سيستم خاک خارج مي‌شوند. بعضي کانيهاي رسي در اثر تجزيه و دگرساني کانيهاي اوليه نظير ميکاها تشکيل مي‌شوند.

منشا تشکيل دهنده رسها

• رسهاي درجا که در حين تشکيل خاک شکل مي‌گيرند.
• رسهاي تغيير مکان يافته که در اثر فرسايش بيشتر حرکت کرده و مجددا در محل جديد نهشته مي‌شوند.
• رسهاي تبديل شده که از رسهاي به شدت هوازده و فرسايش يافته تجمع کرده و در رسوبات و خاکها رسوب گذاري مي‌کنند.
• رسهاي تشکيل شده جديد که در اثر تبلور مجدد رسهاي موجود در محلولها ، در خاک در حال تشکيل شکل مي‌گيرند.

کانيهاي رسي

اين کانيها سيليکاتهاي آلومينيوم آبداري هستند که ساختمان ورقه‌اي داشته و مانند ميکاها ، از فيلوسيليکاتها مي‌باشند.

ساختمان کانيهاي رسي

• لايه‌اي از چهار وجهي‌هاي (تتراهدرالهاي) Si _ O. در اين لايه ، هر چهار وجهي با چهار وجهي مجاورش ، سه اتم اکسيژن به اشتراک گذاشته‌اند. واحد پايه

است، اما Al مي‌تواند حداکثر جانشين نصف اتمهاي Si شود.
• لايه‌اي متشکل از Al در موقعيت اکتاهدرال با يونهاي

بطوري که در عمل يونهاي

بين دو لايه از يونهاي O/OH قرار مي‌گيرند. عناصر Mg ، Fe و ساير يونها ، ممکن است جانشين Al شوند.
o گيبسيت : لايه Al _ O/OH را لايه گيبسيت مي‌گويند. چون ساختمان اين کاني کلا از چنين لايه‌هايي تشکيل شده است.
o بروسيت : لايه Mg _ O/OH را لايه بروسيت مي‌گويند. چون ساختمان اين کاني کلا از اين لايه‌ها تشکيل شده است.

تقسيم بندي ساختماني رسها

• گروه کانديت :
o ساختمان دو لايه اي دارند يعني لايه تتراهدرال بوسيله يونهاي O/OH به لايه اکتاهدرال متصل است.
o در آن جانشيني به جاي Al و Si صورت نمي‌گيرد، لذا فرمول ساختماني آن

است.
o اعضا اين گروه کائولينت ، هالوئيزيت (کائولينيت آبدار) ، ديکيت ، ناکريت هستند.
o فاصله بنيادي (فاصله بين يک لايه سيليس با لايه سيليس بعدي) 7 آنگستروم است.
• گروه اسمکتيت :
o ساختمان 3 لايه‌اي دارند. بطوري که يک لايه اکتاهدرال مانند ساندويچ بين دو لايه تتراهدرال سيليس قرار دارد.
o فاصله بنيادي 14 آنگستروم است و با جذب آب تا 21 آنگستروم مي‌رسد.
o اعضا اين گروه شامل مونتموريلونيت ، ساپونيت ، نانترونيت (وقتي Fe جانشين Al مي‌شود) و استونزيت (وقتي Mg جانشين Al شود) مي‌باشند.
• اعضاي گروه اسمکتيت :
o ورميکوليت : ساختماني مشابه اسکمتيت دارد، ولي در آن تمام موقعيتهاي اکتاهدرال بوسيله

اشغال شده و

جانشين

شده است.
o ايليت : اين کاني نيز ساختماني مشابه اسکمتيت دارد، اما به علت جانشيني

به جاي

در لايه‌هاي تتراهدرال ، کمبود بار بوجود مي‌آيد که بوسيله

که در موقعيتهاي بين لايه‌اي قرار مي‌گيرد، جبران مي‌شود. يونهاي

نيز در آن ديده مي‌شوند. فاصله بنيادي 10 آنگستروم است.
o کلريت : ساختمان سه لايه‌اي (مثل ايليت و اسکمتيت) دارد، ولي لايه‌هاي بروسيت (Mg _ O/OH) بين آنها قرار دارند. فاصله بنيادي 14 آنگستروم است.

منشا کانيهاي رسي در رسوبات يا سنگهاي رسوبي

• رسهاي موروثي يا وراثتي : اين رسها از انواع آواري هستند.
• رسهاي تازه تشکيل شده (Neoformation) : اين رسها به صورت برجا و در اثر ته‌نشيني مستقيم از محلول يا از مواد سيليکاته آمورف و يا حاصل جانشيني هستند.
• رسهاي تبديلي (Transformation) : رسهاي موروثي از طريق تبادل يوني يا تغيير منظم کاتيونها ، به رسهاي تبديلي ، تبديل مي‌شوند.

فرايندهاي تشکيل دهنده انواع رسها

• محيط هوازدگي و تشکيل خاک : اصلي‌ترين محيط تشکيل رسها مخصوصا رسهاي موروثي يا وراثتي است.
• محيط رسوبگذاري : رسها از آب حوضه يا آبهاي حفره‌اي ته‌نشين مي‌شوند (مخصوصا رسهاي تازه تشکيل شده).
• دياژنز و دگرگوني درجه پايين : در طول اين فرآيند انواعي از رسها (مخصوصا رسهاي تبديلي) حاصل مي‌گردند.

دياژنز کانيهاي رسي

کانيهاي رسي در طول دياژنز اوليه و دياژنز نهايي و همچنين در طول دگرگوني تغيير يافته و حتي دگرسان مي‌شود. اصلي‌ترين فرايند فيزيکي که رسها را تحت تاثير قرار مي‌دهد، فشردگي (Compaction) است که باعث خروج آب و کاهش ضخامت آنها تا 0،1 ضخامت اوليه مي‌شود.

تشکيل خاک رس (Gleization)

تشکيل خاک رس ، فرآيند ديگري از شکل گيري خاک است که وقتي ترکيب چسبنده آبي مايل به خاکستري رس و هوموس که Cley ناميده مي‌شود، در افق B تجمع مي‌يابد، بوجود مي‌آيد.

نقش اقليمهاي مختلف در تشکيل خاک رس

اين فرآيند در اقليمهاي آبي به دليل اينکه براي استقرار و ثبات به آب نياز دارد و در اقليمهاي تندرا به علت تقسيم شرايط مطلوب ، صورت مي‌گيرد. در اقليمهاي ديگر نيز اين فرآيند بوجود مي‌آيد، براي مثال اگر آب در افق B و C تندرا (Tundra) در يک دوره طولاني تجمع پيدا کند. اين حالت زماني رخ مي‌دهد که به دليل شرايط زمين شناختي برکه‌ها (آبگيرها) يا لايه رس قوي افق B ، به يک بند تبديل مي‌شود و آب به داخل خاک تراوش مي‌کند.

اقليمهاي ايده‌آل براي تشکيل خاک رس

نواحي مرطوب ساحلي و باتلاقها ، شرايط مناسبي را براي فرآيند Gleization فراهم مي‌سازند. اقليمهاي تندرا نيز به دليل وجود خاک يخ زده ، براي اين فرآيند ايده‌آل است.

نقش حوضچه و يا آبگير در تشکيل خاک رس

در بهار ، يخ موجود در سطح خاک ذوب مي‌شود و در بالاي خاک يخ زده يک حوضچه ايجاد مي‌کند، همچون يک آب بند عمل مي‌کند. حوضچه و يا آبگير عمل اکسيداسيون را به تاخير مي‌اندازد و خاک رنگ آبي مايل به خاکستري با زهکشي ضعيف فاقد اکسيداسيون را به خود مي‌گيرد.
محيط بدون درخت تندرا ، رشد انواع خزه ، بوته جارو ، گلسنگ و گياهان برگ چرمي را ميسر مي‌سازد. به دليل وجود ميکروارگانيسم‌ها اين گياهان به هوموس تبديل مي‌شوند و آب اسيدي مي‌شود (اسيد هوميک). تجزيه مواد آلي کامل نيست و کود گياهي به عنوان لايه‌اي از خاک آلي ، افق O را مي‌پوشاند.

تشکيل خاک وارونه (Invertization)

اين فرآيند ، خاک وارونه (Invenrted) را بوجود مي‌آورد. عامل بوجود آمدن اين فرآيند سطح گسترده رس قابل انبساط نزديک خاک است. اين فرآيند در اقليمهايي که ميزان نزولات آسماني در آنها زياد است.اقليمهاي هيدروکليماتي به همراه يک دوره خشک طولاني ، رخ مي‌دهد. نفوذ رطوبت و آب به داخل خاک ، موجب باد کردن رس مي‌شود. بعد از يک دوره طولاني تبخير اين رسها خشک و منقبض مي‌شوند و ترک مي‌خورند. اين فعاليتها در افقهاي A و O خاک روي مي‌دهند و مواد موجود در اين افقها ، به داخل شکافهايي که درون افق B قرار دارند، وارد مي‌شود.

ورتي سول

تکرار فرآيند مذکور در طي هزاران سال ، به خاک نيمرخي از خاک وارونه مي‌بخشد. در اين نيمرخ ، به نظر مي‌رسد که افق A در زير افق B قرار گرفته است و لايه آلي تيره خاک از محل خود واقع شده است. خاکي که از اين فرآيند بوجود مي‌آيد، ورتي سول ناميده مي‌شود. ورتي سولها معمولا براي کشاورزي مناسبند، ولي مشکل اين است که وقتي خيس مي‌شوند، چسبناک مي‌گردند. تراکتورها به راحتي مي‌توانند رس چسبناک را به لجن تبديل کنند. همين عامل است که کشت و کار در هواي خشک را محدود مي‌سازد.

انواع خاک مشکل آفرين

خاکهاي منبسط شونده
اين خاکها جزو گروه خاکهاي رسي بوده و معمولا مخلوطي از کانيهاي رسي و غير رسي اند. مشخصات ژئوتکنيکي اين خاکها توسط بخش رسي آنها کنترل مي‌شود. اين گروه از خاکها داراي مقدار ، قابل توجهي کاني مونتمور يونيت اند که با آبگيري متورم شده و بر اثر از دست دادن آب منقبض مي‌شود. تغيير حجم اين خاکها بر اثر تغييرات رطوبت يکي از مهمترين مسايل و مشکلاتي است که مهندسان با آن روبرو هستند، به نحوي که شايد بتوان اين پديده را مشکل جهاني به حساب آورد.
بررسيها نشان داده است که خسارتهاي ناشي از عملکرد منفي اين نوع خاک بيش از هريک از بلاياي زمين شناسي ديگر است. به عنوان مثال در ايالات متحده آمريکا ، خاکهاي منبسط شونده ساليانه بيش از 2.3 ميليارد دلار خسارت به بار مي‌آورند و اين دو برابر مقدار خسارتي است که توسط مجموعه چند عامل مخرب ديگر مثل طوفان و سيل و زمين لرزه ايجاد مي‌شود. برخي از مهمترين عوامل موثر در تورم پذيري رسها در زير آمده است.

• رسها اغلب اندازه کلوئيدي (0.001 ميليمتر) دارند. در نتيجه سطح مخصوص ، يعني ميزان سطح پيراموني ذرات در واحد حجم ، بسيار زياد است. با توجه به اين نکته رسها قادرند آب زيادي را به سطح ذراتشان جذب کنند.
• مقدار کربنات خاک نشانه‌اي از شرايط فيزيکي و شيميايي محيط خاک است. کربناتها در خاک عمدتا به صورت کلسيت ، اند. کربناتها نقش سيمان را به عهده دارند و با به هم چسباندن ذرات ريز رس ، ذرات و دانه‌هاي درشت تري را بوجود مي‌آورند. در نتيجه اين عمل از قابليت خميري خاک کاسته شده و در مقابل مقاومت خاک افزايش مي‌يابد.
• آب و هوا مهمترين عامل محيطي موثر برخاکهاي منبسط شونده است، زيرا اين عامل است که عمق سطح ايستابي و منطقه فعال رطوبت خاک را کنترل مي‌نمايد، مشکل خاکهاي منبسط شونده در اقليمهاي مرطوب ، که سطح ايستابي نزديک زمين است، کمتر ديده مي‌شود. در مقابل ، در نواحي خشک سطح ايستابي در اعماق زياد قرار داشته و در نتيجه تاثير کمي بر مقدار رطوبت خاک در نواحي سطحي دارد.
• گياهان ، مخصوصا درختان بزرگي که نزديک پي سازه‌ها قرار گرفته‌اند، ممکن است به علت جذب آب ، مخصوصا در فصول خشک ، کاهش حجم زيادي را در خاکهاي مستعد بوجود آورند. اعمال تنشهاي متناوب توسط گياهان يا تورم ناشي از قرارگيري سازه بر روي يک رس خشک شده ، فرآيندهايي وابسته به زمان اند. اغلب رسها ، نفوذپذيري کمي دارند که بر اثر تورم ، مقدار آن بيش از پيش کاهش مي‌يابد.
• توپوگرافي ، مخصوصا وجود دامنه‌هاي پرشيب ، از موادي است که در زمان طراحي سازه به روي خاکهاي منبسط شونده بايد مورد توجه قرار گيرد. در خاکهاي منبسط شونده واقع در دامنه‌ها ، نوع خاصي از خزش صورت مي‌گيرد. به اين نحو که در خلال تورم خزش ايجاد شده عمود بر شيب دامنه و در خلال انقباض به موازات نيروي گرانشي است. در نتيجه مولفه برآيند اين دو در جهت شيب دامنه قرار مي‌گيرد.

خاکهاي فرو ريزنده

برخي از خاکها به محض آنکه از آب اشباع مي‌شوند حجمشان به سرعت کاهش مي‌يابد. اين مصالح در طبيعت اغلب به صورت نيمه اشباع يا خشک يافت مي‌شوند و مانند خاکهاي منبسط شونده ، تا زماني که رطوبت خاک تغيير نکند، مشکلي براي سازه‌ها ايجاد نمي‌کنند، خاکهاي فرو ريزنده اغلب مصالحي در حد ماسه ، لاي و رس هستند که در محيطهاي خشک در پاي دامنه کوهها بر جاي گذارده شده‌اند.
اين خاک که به صورتي نيمه پايدار ته نشين شده‌اند، بر اثر آبگيري اشباع به صورت ناپايدار در مي‌آيند. به نظر مي‌رسد که مسافت خاک در حالت نيمه اشباع ، به علت کشش سطحي آب که در محل تماس بين ذرات قرار دارد، پابرجاست. بر اثر آبگيري و اشباع خاک منافذ از آب پرشده و کشش سطحي صفر مي‌شود و خاک فرو مي‌ريزد.

خاکهاي آبگونه شونده

خاکهاي مستعد آبگونگي (روانگرايي) ماسه‌هاي ريزدانه و لايهايي هستند که از تراکم کمي برخوردار بوده و معمولا به حالت اشباع مي‌باشند. در صورتي که اين خاکها تحت تاثير بارگذاري لرزشي ، مانند زمين لرزه‌هاي طبيعي يا زمين لرزه‌هاي القايي قرار گيرند، خاک به سرعت متراکم مي‌شود. متراکم شدن سريع باعث افزايش ناگهاني فشار آب بين ذره‌اي مي‌گردد که در نتيجه آن مقاومت برشي به سرعت کاهش مي‌يابد، تا حدي که گاه مقاومت برشي به صفر رسيده و خاک مانند مايعات جريان مي‌يابد.

رسهاي سريع

رسهاي سريع يا رسهاي حساس معمولا نهشته‌هاي يخچالي در حد رس هستند که در کشورهاي اسکانديناوي و در امتداد رودخانه سن لوران در شرق کانادا يافت مي‌شوند. مکانيسم گسيختگي اين خاکها هنوز مورد بحث است. تحقيقات آزمايشگاهي اخير نشان داده است که پودر سنگ نخي از کوارتز با يک رطوبت ثابت مي‌تواند هم به صورت مايع و هم به صورت جامد عمل کند. اين ويژگي با سرعت تنجش نمونه کنترل مي‌شود. به اين ترتيب که در سرعتهاي کم تنجش رفتار اجسام جامد را داشته و در سرعتهاي زياد تنجش (ضربه) مانند مايعات عمل مي‌کند.

خاك نسوز (گل آتشخوار)

خاك نسوز يك ماده نسوز سيليسي است كه pH اسيدي دارد، رطوبت مي‌پذيرد و به‌خوبي به قالب در مي‌آيد تا در دماي بالا پخته شود و سخت گردد. نقطه‌ ذوب آن بالاتر از 1420 درجه سلسيوس و مرتبه آذرسنجي آن حدود 15 است.
خاك نسوز اساساً از كائولينيت با مقدار متغيري از Fe2O3 TiO2, SiO2, CaOتشكيل مي‌شود و به‌طور تقريبي داراي 45 درصد آلومين و 54 درصد سيليس است و به‌هنگام پختن تا حدود 10 درصد انقباض پيدا مي‌كند.
خاك نسوز، بيشتر در بخش‌هاي زيرين رگه‌‌هاي زغالي يافت مي‌شود و نسوز‌ها در اين نوع معادن داراي آهن كمتري است، زيرا به‌علت وجود اسيد‌هاي هوميك آهن آزاد مي‌شود و از محيط بيرون مي‌رود و تركيبات قليايي فلدسپات‌ها نيز به‌صورت محلول در مي‌آيد و درون خاك نسوز باقي مي‌ماند. خاك نسوز بيشتر در رسوبات آب شيرين يافت مي‌شود.
ويژگي مهم بسياري از خاك‌هاي نسوز قابليت خميري شدن يا قابليت جذب آب و تشكيل توده‌اي خميري است كه بتواند به‌راحتي به‌شكل دلخواه قالب‌گيري شود. خمير شوندگي خاك در اثر پخته شدن از ميان مي‌رود و رنگ خاك نسوز از زرد نخودي تا خاكستري تغيير مي‌كند.
خاك‌هاي نسوز پلاستيك و نيمه‌پلاستيك از نظر ويژگي‌هايي نظير پلاستيسيته، نسوزندگي و استحكام پيوند متغيرند، با افزودن مقدار كافي آب به آنها به‌صورت توده‌اي پلاستيك در آمده و قابل كار كردن مي‌شوند، انواع مرغوب آن داراي E.C.P 26 تا 33 است و عموماً مقدار كمي ناخالصي آهن و عناصر قليايي دارند.

خاکها در کاربردهاي مهندسي

قسمت اعظم سطح زمين را رسوبات و مصالح ناپيوسته طبيعي، که به طور کلي به آنها "خاک" مي گوييم پوشانده است. خاک، از يک طرف جايي است که سازه خود را به رو يا داخل آن بنا مي کنيم و از طرف ديگر، ماده اي است که آن را به عنوان مصالح ساختماني در کارهاي عمراني به خدمت مي گيريم. خاکهاي موجود در طبيعت بسيار متنوع اند و هر يک از آنها رفتاري خاص در کاربردهاي مهندسي از خود نشان مي دهند. اين تنوع رفتار و ويژگيهاي مهندسي متاثر از عوامل گوناگوني است. به عنوان مثال، نحوه منشا گرفتن و تشکيل شدن يک خاک تاثير بارزي بر ويژگيهاي مهندسي آن بر جاي مي گذارد. به اين ترتيب، بسته به اينکه خاک به طور بر جا درست شده يا انکه آبرفتي، بادي، واريزه اي باشد يا تغييرات ثانوي را تحمل کرده باشد از ويژگيهاي مهندسي متفاوتي برخوردار است.
بررسي نقش زمين شناسي خاک در رفتار مهندسي آن به بهترين وجهي با بررسي مستقيم صحرايي خاک انجام مي شود. امروزه طبقه بندي هاي متعددي براي دسته بندي خاکها بر مبناي ويژگيهاي مهنديشان وجود دارد که در راس مي توان از طبقه بندي يونيفايد (unified) نام برد. طبقه بنديهاي رايج خاک، بر خلاف طبقه بنديهاي ارائه شده براي سنگ از سادگي بسياري برخوردارند. به اين نحو که با مشاهده مستقيم خاک در صحرا و حداکثر انجام برخي آزمايشهاي دستي بسيار ساده مي توانيم خاک را طبقه بندي نماييم. پس از آنکه خاک طبقه بندي شد به راحتي مي توانيم با مراجعه به جداولي که وجود دارد، ويژگيهاي مهندسي آن را در کاربردهاي مختلف برآورد کنيم.طبقه بندي خاک با همه مزايايي که دارد کليه ويژگيهاي آن را بيان نمي کند. از اين رو، معمولا محتاج توصيف دقيق خاکها از ديدگاه مهندسي هستيم.

رابطه کارآيي خاک و منشا زمين شناسي آن

خاکها را مي توان بر مبناي منشا زمين شناسيشان به گروههاي شش گانه زير تقسيم کرد:
1- خاکهاي برجا: بر اثر هوازدگي و تجزيه بر جاي سنگها ايجاد مي شوند.
2- خاکهاي واريزه اي: به خاکهايي که بر اثر نيروي گراني جابجا شده اند اطلاق مي شود.
3- رسوبات آبرفتي: کليه خاکهايي را که توسط عمل آب جاري در خشکيها ايجاد مي شوند.
4- رسوبات بادي: همان گونه که از نامشان پيداست توسط باد حمل و برجاي گذارده مي شوند.
5- رسوبات يخچالي: توسط يخچالها يا آبهاي ناشي از ذوب يخچالها ايجاد مي شوند.
6- رسوبات ثانوي: بر اثر ايجاد تغييرات به روي خاکهاي اوليه ايجاد مي شوند.
رابطه منشا زمين شناسي يک خاک و ميزان مناسب بودن در پي سازي را به گونه زير مي توان خلاصه کرد به طور کلي خاکهاي مناسب براي پي سازه هاي مهندسي عبارتند از:
الف- خاکهاي با تراکم متوسط يا زياد که از ويژگيهاي برخي از رسوبات بستر رودها، رسوبات ساحلي و يخزنهاست.
ب- رسهاي غير فعال "بيش تحکيم يافته که در برخي از دشتهاي ساحلي يافت مي شوند.
ج- مخلوط رس و رسوبات دانه اي که از مشخصات خاکهاي بر جاي حاصل از تجزيه سنگها اسيدي مثل گرانيت است.
در مقابل، مصالح خاکي نامناسب وضعيت در مهندسي پي عبارت اند از:
الف- رسوبات واريزه اي که اغل در دامنه ها حالتي ناپيدار دارند.
ب- خاکهاي دانه سست و متراکم نشده موجود در دشته اي سيلابي، دلتاها، خليج هاي دهانه اي درياچه ها، باتلاقها.
ج- رسهاي فعال حاصل از تجزيه سنگهاي مافيک, شيلهاي دريايي يا ته نشين شده توسط فعاليتهاي آتشفشان
د- کليه رسوبات آلي

خاک کشاورزي

دانشي که خاک را در ارتباط با کشاورزي مورد بررسي قرار مي دهد "پدولوژي" (خاک شناسي) نام دارد. از نظر کشاورزي خاک به مجموعه اي موارد سطح زمين اتلاق مي شود که حاوي مواد آلي بوده و گياهان بتوانند در آن رشد کنند. اطلاعات پدولوژي محدود به چند متر اول رويه زمين است. اين اطلاعات معمولا به صورت نقشه هاي تفصيلي، که گزارشات فصلي آنها را همراهي مي کند، وجود دارند. در بررسيهاي ژئوتکنيکي اطلاعات ارزشمندي را مي توان از اين گونه داده ها کسب کرد. استفاده از اين اطلاعات مستلزم آگاهي کل از دانش خاکشناسي و روشهاي مختلف طبقه بندي خاکهاست.

نيمرخ خاک

کيفيت خاک را از روي سطح زمين نمي‌توان تشخيص داد و به ويژگيهاي آن پي برد. بنابراين بايد نيمرخ خاک را مطالعه کرد و براي اين منظور را بايد به بررسي خاک از سطح تا عميق‌ترين ناحيه گسترش آن يعني تا محل برخورد با سنگ بستر پرداخت.

پيدان (Pedon)

نيمرخي از خاک که يک ستون شش وجهي از خاک است که سطح آن روي زمين بين يک تا ده متر مربع وسعت دارد. در پيرامون اين ستون شش وجهي ، لايه‌هاي مختلف خاک قابل روئيت است. بنابراين پيدان عبارت است از يک واحد نمونه برداري خاک که براي بررسي خاک بکار مي‌رود.

افق خاک

هر لايه‌اي که در يک ستون شش وجهي خاک روئيت شود، افق خاک (Soil horizon) ناميده مي شود. افق خاک تقريبا موازي سطح پيدان است و ويژگيهايي دارد که از افقي به افق پايين‌تر متفاوت است.
• اختلافات موجود بين افقهاي خاک :
در صحرا و ضمن بررسيهاي ميداني ، مي‌توان به اختلافات موجود بين افقهاي مختلف خاک پي برد. اين اختلاف از ويژگيهايي نظير رنگ ، بافت ، ساختار ، چسبندگي و حضور و عدم حضور مواد غير آلي نظير کانيها و نيز مواد آلي حاصل مي‌شود.
• ارتباط بين پيدان و افق :
افقهاي خاک ، اساس اوليه در طبقه بندي خاکها محسوب مي‌شوند و به همين سبب ، انواع بسيار متنوع و گوناگوني از خاک در طبيعت يافت مي‌شود. براي دست يافتن به طبقه بندي خاکها بايد به بررسي پيدان به عنوان واحد طبقه بندي پرداخت.
• علت تشکيل افقهاي مختلف خاک :
افقهاي مختلف که لايه‌هاي خاک را تشکيل مي‌دهند، در اثر واکنش بين سنگها و رسوبات با آب که وجود آن به شرايط اقليمي بستگي دارد و نيز تاثير ارگانيسمها ايجاد مي‌شوند.

انواع افقهاي مختلف خاک

افق O

بالاترين بخش نيمرخ در افق خاک O قرار دارد. اين نامگذاري ، به سبب وجود مواد آلي (Organic) در اين افق است که از گياهان و نيز بقاياي حيوانات بوجود مي‌آيد و پس از مدتي تشکيل هوموس را مي‌دهد.

هوموس

هوموس تنها از يک ماده تشکيل نشده، بلکه مخلوطي از مواد آلي تجزيه شده است. ماده آلي حاصل از اين تجزيه معمولا به رنگ تيره است. ارگانيسمهاي ميکروسکوپي به شدت در اين بخش فعالند و نتيجه آنها ايجاد هوموس (Humification) مي‌باشد.

تاثير مواد آلي بر افق O

افق O در حدود 20 تا 30 درصد از ماده آلي تشکيل شده است. همين ميزان قابليت اين افق را در نگهداري آب و مواد غذايي افزايش مي‌دهد. اين ويژگي ماده آلي با حضور کانيهاي رسي افزايش بيشتري مي‌يابد.

افق R

در تحتاني‌ترين بخش نيمرخ خاک افق R (سنگ _ Rock) قرار گرفته که شامل مواد متراکم سنگ و عمدتا سنگ بستر است. هنگامي که سنگ بستر هوازدگي و فرسايش شيميايي مي‌يابد، به سنگ پوشش (Regolith) تبديل مي‌شود. مواد حاصل از اين فرايند براي تشکيل نيمرخ خاک به مصرف مي‌رسد.

افقهاي C ، B ، E ، A

اين افقها لايه‌هاي مختلفي را از افق O تا افق R نشان مي‌دهند. اين لايه‌هاي مياني در نيمرخ خاک از شن ، سيلت و ماسه و رس تشکيل يافته‌اند و همگي محصولات هوازدگي فيزيکوشيميايي هستند.

افق A

در اين افق هوموس و ذرات رس از اهميت ويژه‌اي برخوردارند. اين مواد بين گياهان و مواد غذايي موجود در خاک ، ارتباط برقرار مي‌کنند. اين افق داراي ماده آلي فراوان و در نتيجه رنگ تيره‌اي است. افق A به تدريج به افق E تبديل مي‌شود که از مواد دانه درشت‌تر تشکيل يافته است. اين امر نمايانگر مقاومت در برابر تجزيه‌ها و هوازدگي سنگ به ميزان کمتر است.

افقE

رس و اکسيدهاي آهن و آلومينيوم توسط آب از افق E نشست کرده و افقهاي زيرين در اثر نفوذ آب حمل مي‌شوند. فرايند جابه‌جايي ذرات ريز دانه و کانيها توسط آب از افق E ، جابه‌جايي eluviation نام دارد. بنابراين دليل نامگذاري اين افق به افق E همين است. هر قدر ميزان بارش در منطقه بيشتر باشد، نرخ جابه‌جايي بيشتر خواهد بود.

افق B

بر خلاف افقهاي A و E ، افق B تجمع (Illuviation) رسها و اکسيدهاي آهن و آلومينيوم است. افق B رنگهايي مايل به قرمز يا زرد به خود مي‌گيرد، چون حاوي مواد آلي و اکسيدهاي مختلفي از عناصر است. بعضي از موادي که در اين خاک حضور دارند، به صورت درجا تشکيل گرديده‌اند. در مناطق بسيار مرطوب ، اين افق در بخشهاي بسيار عميق خاک تشکيل مي‌شود.

سولوم (Solum)

تر کيب افقهاي A و E با موادي که از جابه‌جايي و نيز تجمع بعدي بوجود مي‌آيند، روي‌هم‌رفته Solum ناميده مي‌شوند که در حقيقت خاک واقعي را تشکيل مي‌دهند.

افق C

اين افق سنگ بستر تجزيه و فرسايش يافته است و در اثر عوامل فيزيکوشيميايي و همچنين در اثر دخالت ريشه گياهان تشکيل مي‌شود. اين افق در حقيقت سنگ بستر دست نخورده را از عوامل بيولوژيکي حفظ مي‌کند و به عنوان سنگ پوشش (Regolith) محسوب مي‌شود. اين افق فاقد کانيهاي رسي است و بيشتر از قطعات سنگي تشکيل يافته است. ضخامت لايه‌ها و افقهاي منفرد خاک متغير و به نحوه تشکيل خاک بستگي دارد.

هوازدگي
انواع هوازدگي

هوازدگي را با توجه به نوع تغييراتي که در سنگ صورت مي‌گيرد به انواع مکانيکي و شيميايي تقسيم مي‌کنند.

هوازدگي مکانيکي

در هوازدگي مکانيکي هيچ تغييري در ترکيب شيميايي سنگ صورت نمي‌گيرد بلکه سنگها تحت تاثير يک سري از عوامل فيزيکي به قطعات کوچکتر تقسيم مي‌شوند. بر اثر خرد شدن سنگها سطح جانبي قطعات زيادتر شده و در نتيجه براي اين عوامل عبارتند از : يخبندان ، انبساط حاصل از برداشته شدن بار فوقاني ، انبساط حرارتي و فعاليت موجودات زنده.

هوازدگي شيميايي

در هوازدگي شيميايي ساختمان داخلي کانيها بر اثر افزايش يا کاهش عناصر تغيير مي‌کند. در واقع در اين نوع هوازدگي ترکيب شيميايي سنگها تغيير مي‌کند. در هوازدگي شيميايي آب مهمترين عامل به شمار مي‌رود. ولي لازم به ذکر است که آب خالص غيرفعال بوده و نمي‌تواند هيچ تغييري در سنگها ايجاد کند. افزايش مقدار کمي از مواد محلول مي‌تواند آب را فعال سازد. اکسيژن و دي‌اکسيد کربن محلول در آب باعث ايجاد تغييرات اساسي در سنگها مي‌شوند.

سرعت هوازدگي

سرعت هوازدگي سنگها به عوامل زيادي بستگي دارد از جمله اين عوامل مي‌توان به اندازه ذرات کانيهاي سازنده سنگ و عوامل آب و هواي محيط را نام برد. هر چقدر اندازه کاني کوچکتر باشد سطح موثر آنها زيادتر بوده و در نتيجه سريعتر تحت تاثير عوامل هوازدگي ، تجزيه مي‌شوند. جنس کانيهاي سازنده سنگ اثر بسيار مهمي در هوازدگي دارد به عنوان مثال سنگهاي گرانيتي بسيار مقاوم تر از سنگ مرمر هستند، زيرا مرمر از کلسيت ساخته شده که به آساني حتي در محلول اسيدي ضعيفي نيز حل مي‌شود.
ترتيب هوازدگي کانيهاي سيليکاته مطابق ترتيب تبلور آنهاست. کانيهايي که زودتر از همه تبلور مي‌نمايند يعني در درجه حرارت و فشارهاي زيادتري بوجود مي‌آيند، نسبت به کانيهايي که بعدا متبلور مي‌شوند در سطح زمين پايداري کمتري دارند. زيرا شرايط تشکيل آنها با شرايط سطح زمين بسيار متفاوت است.
عوامل آب و هوايي ، بويژه رطوبت اهميت ويژه‌اي در سرعت هوازدگي سنگها دارد. بهترين محيط براي هوازدگي شيميايي آب و هواي گرم و فراواني رطوبت است. در نواحي قطبي و در عرضهاي جغرافيايي بالا چون برودت هوا ، رطوبت مورد نياز براي هوازدگي را به صورت يخ در مي‌آورد لذا هوازدگي شيميايي در اين نواحي بي‌تاثير است. در نواحي خشک نيز به علت وجود رطوبت کافي هوازدگي شيميايي نقش نداد.

هوازدگي و نهشته‌هاي معدني

هوازدگي در ايجاد بعضي از نهشته‌هاي معدني مهم نقش دارد، زيرا عناصر فلزي پراکنده در سنگ مادر را در يک جا جمع مي‌کند. به چنين نقل و انتقالي غالبا غني شدگي اطلاق مي‌شود. غني شدگي به دو طريق انجام مي‌شود. در روش اول هوازدگي شيميايي به همراه آب نفوذي موادي را که مناسب نيستند از سنگ در حال تجزيه جدا مي‌کنند. لذا اين عناصر مطلوبي که تراکم آنها در افق نزديک سطح زمين کم مي‌باشد به اعماق برده شده و با رسوب مجدد تمرکز آنها افزايش مي‌يابد.

بوکسيت

بوکسيت که کاني اصلي آلومينيوم مي‌باشد يکي از کانسارهايي است که به روش غني شدگي طي فرآيندهاي هوازدگي بوجود آمده است. بوکسيت در آب و هواي گرمسيري باراني همراه با لاتريت تشکيل مي‌شود. وقتي سنگ منشا غني از آلومينيوم در معرض هوازدگي شديد و طولاني قرار بگيرد بيشتر عناصر اصلي آن نظير کلسيم و سديم و سيليس در نتيجه شستشو از محيط خارج مي‌شود و بر ميزان آلومينيوم آن افزاوده مي‌شود. با گذشت زمان خاکي غني از آلومينيوم به نام بوکسيت حاصل مي‌شود که مي‌توان از آن آلومينيوم استخراج کرد.

نهشته‌هاي مس و نقره

بسياري از نهشته‌هاي مس و نقره زماني حاصل شده‌اند که فرآيند هوازدگي عناصري را که در کانسار اوليه با عيار پايين پراکنده بودند در يک جا متمرکز کرده است. معمولا چنين غني شدگي در نهشته‌هاي پيريت‌دار (FeS) و کانيهاي سولفوري معمول انجام مي‌شود. پيريت به دليل اينکه از نظر شيميايي به اسيد سولفوريک تغيير مي‌يابد، مي‌تواند در آبهاي نفوذي فلزات معدني را حل کند.
با انحلال کانيها مورد نظر فلزات به تدريج از خلال توده کانسار اوليه به سمت پايين مهاجرت مي‌کنند تا سرانجام ته نشين شوند. ته نشيني هنگامي اتفاق مي‌افتد که محلولهاي مزبور به منطقه آبدار زيرزميني نزديک مي‌شود. در اين محل تغييرات شيميايي ته نشيني عنصر فلزي مي‌شود.

فرسايش خاک و طرق مبارزه با آن

هدر رفتن مايعي آب از خاک به دو صورت کلي انجام مي‌شود:
• نفوذ نزولي آب در داخل خاک که از طريق آن آب زايد لايه‌هاي سطحي خاک دفع مي‌گردد.
• هرزروي آب که در سطح خارجي خاک روان مي‌گردد.
نفوذ نزولي آب ، سبب شسته شدن عناصر محلول شده و ممکن است قسمت قابل ملاحظه‌اي از مواد غذايي گياه را از دسترس ريشه خارج سازد. هرزروي سطحي آب نه تنها سبب اتلاف آب مي‌شود، بلکه با شستن ذرات خاکي ممکن است باعث فرسايش خاک گردد. خروج مواد غذايي گياهي تنها از طريق کشت نباتات و برداشت محصول صورت نگرفته و شسته شدن و فرسايش خاک نيز در اين مورد نقش عمده‌اي را بازي مي‌کند.
در مواردي که شيب زمين زياد يا قابليت نفوذ خاک کم است، قسمت قابل ملاحظه‌اي از آب باران به صورت هرزروي سطحي هدر مي‌رود. در چنين مواردي نه تنها خاک و در نتيجه گياهان از اين آب محروم مي‌شوند، بلکه مقدار زيادي از ذرات خاک همراه آب هدر رفته، شسته مي‌شوند.

فرسايش تسريعي

فرسايش آبي در واقع يکي از پديده‌هاي معمولي زمين شناسي است که بوسيله آن کوهها بتدريج فرسوده شده و دشتها ، دره‌ها و بستر رودخانه‌ها و دلتاها ، تشکيل مي‌يابند. اين نوع فرسايش که به کندي صورت مي‌گيرد، فرسايش طبيعي ناميده مي‌شود. در صورتي که فرسايش با سرعت خيلي بيشتري انجام شود و حالت تخريبي به خود بگيرد، به آن فرسايش تخريبي گفته مي‌شود.
در پديده فرسايش دو عمل مختلف انجام مي‌شود: يکي جدا شدن ذرات و ديگري حمل و تغيير مکان آنها. عواملي مانند انجماد و ذوب متناوب ، جريان آب و ضربانات قطران باران اثر جدا کنندگي داشته و مواد را جهت شسته شدن آماده مي‌کنند.

عوامل موثر در ميزان فرسايش تسريعي

دو عامل اصلي را مي‌توان مسئول وقوع فرسايش تسريعي دانست: از بين رفتن پوشش گياهي طبيعي خاک و کشت گياهاني که پوشش گياهي کافي فراهم ننموده و قسمتي از خاک را برهنه مي‌گذارند. کشت نباتات کرتي مانند ذرت و سيب زميني ، بخصوص اگر کرتها در جهت شيب زمين باشد، پوشش کافي به خاک نداده، فرسايش و از بين رفتن خاک را تشديد مي‌کنند.

مقدار کل بارندگي و شدت آن

بارندگي زياد در صورتي که ريزش آن آرام باشد، فرسايش زيادي ايجاد نمي‌کند، در صورتي که بارانهاي شديد حتي به مقدار کم سبب فرسايش زياد مي‌شوند. در فصل سرما که زمين منجمد مي‌شود و در فصل رشد گياهان که پوشش گياهي انبوه است، بارندگي اثر فرسايشي کمتري دارد.

شيب زمين

شيب زياد باعث تسريع جريان آب شده و به همان نسبت ميزان فرسايش و هدر رفتن آب افزايش پيدا مي‌کند. طول شيب نيز اهميت دارد، چون هر قدر شيب ادامه بيشتري داشته باشد، بر مقدار سيلاب افزوده خواهد شد.

پوشش گياهي

درختان جنگلي و مرتع موثرترين عوامل محافظ خاک در مقابل فرسايش هستند. نباتات زراعي اثر محافظتي کمتري دارند، ولي اين امر در نباتات مختلف يکسان نيست. نباتاتي مانند جو و گندم پوشش نسبتا کافي براي خاک فراهم مي‌کنند.

ماهيت خاک

از بين خواص فيزيکي خاک موثر در ميزان فرسايش مهمترين آنها قابليت نفوذ خاک و ثبات ساختماني خاک است. قابليت نفوذ خاک به عواملي مانند ثبات ساختماني ، بافت ، نوع رس ، عمق خاک و وجود لايه‌هاي غير قابل نفوذ بستگي دارد. ثبات ساختماني ذرات خاک سبب مي‌شود که علي‌رغم هرزروي سطح آب فرسايش زيادي صورت نگيرد.

نحوه کنترل فرسايش آبي

روشهاي مختلفي براي کاهش يا کنترل فرسايش آبي مي‌توان بکار برد:
• بطور کلي هر اقدامي مانند شخمهاي سطحي و عمقي و اضافه کردن مواد آلي خاک که قدرت جذب آبي خاک را افزايش دهد، هدر رفتن سطحي آب را کاهش مي‌دهد.
• انتخاب نوع نباتات زراعي در کنترل فرسايش اثر زيادي دارد.
• بالا نگه داشتن سطح حاصلخيزي خاک خود يک نوع عمل محافظتي در مقابل فرسايش است، زيرا تحت اين شرايط رشد زياد نباتات ، علاوه بر بهتر نمودن قابليت نفوذ آب خاک ، پوشش گياهي و مواد آلي خاک را بطور قابل ملاحظه افزايش مي‌دهند.
• با دقت در انتخاب روشهاي کشت و زرع و نحوه انجام آنها مي‌توان با فرسايش خاک مبارزه کرد. در صورتي که شيب زمين تا مسافت زيادي ادامه داشته باشد، بهتر است که نباتات کرتي مانند ذرت با نباتات پوششي مثل گندم و جو بطور يک در ميان کشت شوند، تا بدين وسيله از شتاب گرفتن آب جلوگيري شود. اين روش کشت را که اصطلاحا کشت نواري گويند، اثرات کاملا مثبتي در حفاظت خاک داشته است.

فرسايش بادي

تخريب خاک از طريق فرسايش بادي بيشتر در مناطق خشک صورت گرفته و گاهي در مناطق مرطوب هم اتفاق مي‌افتد. اثر تخريبي باد غالبا خيلي جدي بوده و نه تنها ذرات ريز و حاصلخيز خاک را هدر مي‌دهد، بلکه به علت رو بازکردن ريشه گياهان و يا پوشاندن قسمت هوايي گياهان با مواد معلق در هوا ، سبب مرگ آنها مي‌شود. خشک شدن لايه‌هاي سطحي خاک به علت کمي آب ، آنها را در خطر فرسايش باد قرار مي‌دهد.

عوامل موثر در فرسايش بادي

مهمترين عامل درصد رطوبت خاک است، زيرا خاک مرطوب از اين حيث مصون است. عوامل ديگر عبارتند از: سرعت باد ، وضعيت قسمت سطحي خاک ، خصوصيات کلي خاک.
خصويات خاکي مانند ثبات دانه بندي ذرات خاک ، ميزان مواد آلي و درصد ذرات خاک همگي در فرسايش پذيري خاک بوسيله باد موثر هستند.

کنترل فرسايش بادي

با توجه به عوامل موثر در ميزان فرسايش بادي مي‌توان روشهاي مبارزه و کنترل را حدس زد. اين روشها شامل مرطوب نگه داشتن خاک ، زبر و خشن نمودن سطح خاک و داشتن پوشش گياهي است. کشت نوارهاي نباتي و ايجاد بادشکن‌ها عمود بر جهت وزش باد پيشگيريهاي موثري براي فرسايش بادي محسوب مي‌شوند. اکثر روشهاي بکار رفته ضمن اينکه براي مبارزه با اثر باد منظور مي‌شوند، در واقع تا حد زيادي در جهت کنترل درصد خاک نيز عمل مي‌کنند.
در آخر چکيده اي از مقاله فوق را در اختيار مي گذاريم :
خاک‌ها مخلوطي از مواد معدني و آلي مي‌باشند که از تجزيه و تخريب سنگ‌ها در نتيجه هوازدگي بوجود مي‌آيند که البته نوع و ترکيب خاک‌ها در مناطق مختلف بر حسب شرايط ناحيه فرق مي‌کند. مقدار آبي که خاک‌ها مي‌توانند بخود جذب کنند. از نظر کشاورزي و همچنين در کارخانه‌هاي راه‌سازي و ساختماني داراي اهميت بسياري است که البته اين مقدار در درجه اول بستگي به اندازه دانه‌هاي خاک دارد.
هرچه دانه خاک ريزتر باشد، آب بيشتري را به خود جذب مي‌کند که اين خصوصيت براي کارهاي ساختمان‌سازي مناسب نيست. بطور کلي خاک خوب و حد واسط از دانه‌هاي ريز و درشت تشکيل يافته است. تشکيل خاک‌ها به گذشت زمان ، مقاومت سنگ اوليه يا سنگ مادر ، آب و هوا ، فعاليت موجودات زنده و بالاخره توپوگرافي ناحيه‌اي که خاک در آن تشکيل مي‌شود بستگي دارد.

عوامل موثر در تشکيل خاک

?سنگ‌هاي اوليه يا سنگ مادر :
کميت و کيفيت خاک‌هاي حاصل از سنگ‌هاي مختلف اعم از سنگهاي آذرين ، رسوبي و دگرگوني به کاني‌هاي تشکيل دهنده سنگ ، آب و هوا و عوامل ديگر بستگي دارد. خاک حاصل از تخريب کامل سيليکاتهاي داراي آلومينيوم و همچنين سنگهاي فسفاتي از لحاظ صنعتي و کشاورزي ارزش زيادي دارد. در صورتيکه خاک‌هايي که از تخريب سنگ‌هاي داراي کاني‌هاي مقاوم (از قبيل کوارتز و غيره) در اثر تخريب شيميايي پديد آمده‌اند و غالبا شني و ماسه‌اي مي‌باشند فاقد ارزش کشاورزي مي‌باشند.
?ارگانيسم :
تمايز انواع خاک‌ها از نقطه نظر کشاورزي به نوع و مقدار مواد آلي (ازت و کربن) موجود در آن بستگي دارد. نيتروژن موجود در اتمسفر بطور مستقيم قابل استفاده براي گياهان نمي‌باشد. بلکه ترکيبات نيتروژن‌دار لازم براي رشد گياهان بايد به شکل قابل حل در خاک وجود داشته باشد که اين عمل در خاک‌ها بوسيله برخي از گياهان و باکتري‌ها انجام مي‌شود. خاک‌ها معمولا داراي يک نوع مواد آلي کربن‌دار تيره رنگي هستند که هوموس ناميده مي‌شوند و از بقاياي گياهان بوجود مي‌آيد.
?زمان :
قدر مدت عمل تخريب کاني‌ها و سنگ‌ها بيشتر باشد عمل تخريب فيزيکي و شيميايي کاملتر انجام مي‌گيرد. زمان تخريب کامل بسته به نوع سنگ ، ساخت و بافت سنگ‌ها و نيز ترکيب و خاصيت تورق کاني‌ها متفاوت مي‌باشد ولي بطور کلي سنگهاي رسوبي خيلي زودتر تجزيه شده و به خاک تبديل مي‌شوند، در صورتيکه سنگهاي آذرين مدت زمان بيشتري لازم دارند تا تجزيه کامل در آنها صورت گرفته و به خاک تبديل گردند.
?آب و هوا :
فور آب‌هاي نفوذي و عوامل آب و هوا از قبيل حرارت ، رطوبت و غيره در کيفيت خاک‌ها اثر بسزايي دارند. جريان آبهاي جاري بخصوص در زمين‌هاي شيب‌دار موجب شستشوي خاک‌ها مي‌شوند و با تکرار اين عمل مقدار مواد معدني و آلي بتدريج تقليل مي‌يابد. اثر تخريبي اتمسفر همانطور که قبلا بيان گرديد روي برخي از کاني‌ها موثر و عميق مي‌باشد و هر قدر رطوبت همراه با حرارت زيادتر باشد شدت تخريب نيز بيشتر مي‌گردد.
?توپوگرافي محل تشکيل خاک :
اگر محلي که خاک‌ها تشکيل مي‌شوند داراي شيب تند باشد در نتيجه مواد تخريب شده ممکن است بوسيله آبهاي جاري و يا عامل ديگري خيلي زود بسادگي از محل خود بجاي ديگري حمل گردند و يا شستشو بوسيله آبهاي جاري و يا عامل ديگري خيلي زود بسادگي از محل خود بجاي ديگري حمل گردند و يا شستشو بوسيله آبهاي جاري باعث تقليل مواد معدني و آلي خاک‌ها شود در نتيجه اين منطقه خاک‌هاي خوب تشکيل نخواهند شد. ولي برعکس در محل‌هاي صاف و مسطح که مواد تخريب شده بسادگي نمي‌توانند به جاي ديگري حمل شوند فرصت کافي وجود داشته و فعل و انفعالات بصورت کامل انجام مي‌پذيرد.

مواد تشکيل دهنده خاک‌ها

موادي که خاک‌ها را تشکيل مي‌دهند به چهار قسمت تقسيم مي‌شوند :
?مواد سخت :مواد سخت را ترکيبات معدني تشکيل مي‌دهند ولي ممکن است داراي مقداري مواد آلي نيز باشند. البته اين ترکيبات معدني از تخريب سنگ‌هاي اوليه يا سنگ مادر حاصل شده‌اند که گاهي اوقات همراه با مواد تازه کلوئيدي و نمک‌ها مي‌باشند.
?موجودات زنده در خاک‌ها :تغييراتي که در خاک‌ها انجام مي‌پذيرد بوسيله موجودات زنده در خاک انجام مي‌گيرد. قبل از همه ريشه گياهان ، باکتري‌ها ، قارچها ، کرم‌ها و بالاخره حلزون‌ها در اين تغييرات شرکت دارند.
?آب موجود در خاک‌ها :آبي که در خاک وجود دارد حمل مواد حل‌شده را به عهده دارد که البته اين مواد حمل شده براي رشد و نمو گياهان به مصرف مي‌رسد. آب موجود در خاک‌ها از باران و آبهاي نفوذي ، آب جذب شده و بالاخره آبهاي زيرزميني تشکيل شده که در مواقع خشکي از محل خود خارج شده و بمصرف مي‌رسد.
?هواي موجود در خاک :هوا همراه با آب در خوه‌هاي خاک‌ها وجود دارد که البته اين هوا از ضروريات رشد و نمو گياهان و ادامه حيات حيوانات مي‌باشد. مقدار اکسيژني که در اين هوا وجود دارد از دي اکسيد کربن کمتر است و اين بدان علت است که ريشه گياهان براي رشد و نمو اکسيژن مصرف کرده و دي اکسيد کربن پس مي‌دهند.

تقسيم‌بندي خاک‌ها از لحاظ سنگ‌هاي تشکيل دهنده

بر حسب دانه‌هاي تشکيل دهنده خاک و هم‌چنين شرايط ميزالوژي و پتروگرافي زمين خاک‌هاي مختلفي وجود دارد که عبارتند از :
?خاک رسي :ذرات رس (Clay) داراي قطري کوچکتر از 0.002 ميلي‌متر مي‌باشند و در حدود 50% خاک را تشکيل مي‌دهند.
خاک‌هاي رسي چون داراي دانه‌هاي بسيار ريزي هستند به خاک سرد معروفند و در مقابل رشد گياهان مقاومت نشان داده و رشد آنها را محدود مي‌کنند.
?خاک‌هاي سيلتي :
50% اين نوع خاک‌ها را ذرات سليت تشکيل داده است که داراي قطري بين 0.05 تا 0.002 ميلي‌متر مي‌باشند و بر حسب اينکه ناخالصي مثل ماسه ، رس و غيره بهمراه دارند به نام خاک‌هاي سيلتي ماسه‌اي و يا سيلتي رسي معروفند.
?خاک‌هاي ماسه‌اي :
اين خاک‌ها از 75% ماسه تشکيل شده‌اند. قطر دانه‌ها از 0.06 تا 2 ميليمتر است و بر حسب اندازه دانه‌هاي ماسه به خاک‌هاي ماسه‌اي درشت ، متوسط و ريز تقسيم مي‌گردند. مقدار کمي رس خاصيت خاک‌هاي ماسه‌اي را تغيير مي‌دهد و اين نع خاک آب را بيشتر در خود جذب مي‌کند تا خاک‌هاي ماسه‌اي که فاقد رس هستند.
?خاک‌هاي اسکلتي :
خاکهاي اسکلتي به خاکهايي اطلاق مي‌گردد ک در حدود 75% آن را دانه‌هايي بزرگتر از 2 ميلي‌متر از قبيل قلوه سنگ ، ديگ و شن تشکيل مي‌دهند. اين خاک‌ها ، آب را به مقدار زياد از خود عبور مي‌دهند و لذا هميشه خشک مي‌باشند.

نيم‌رخ عمومي خاک‌ها

نيم‌رخ خاک‌ها معمولا از 3 افق A,B,C تشکيل شده است.
افق A : که به نام خاک بالايي ناميده مي‌شود، فوقاتي‌ترين منطقه خاک است و اين همان افقي است که رشد و نمو گياهان در آن نفوذ مي‌کنند. اين افق از مواد خاکي نرم (رس) که غني از مواد آلي و موجودات زنده ميکروسکوپي است تشکيل يافته است که وجود اين مواد آلي باعث رنگ خاکستري تا سياه اين افق مي‌گردد. البته اين زمين غالبا براي کشاورزي مناسب مي‌باشند. اکسيدهاي آهن و همچنين بعضي از مواد محلول ممکن است از اين منطقه به افق B برده شوند و در آنجا رسوب کنند.
افق B : قشر بين افق A و C را يک قشر ديگر تشکيل مي‌دهد که به نام افق B يا خاک مياني ناميده مي‌گردد. در اين افق عمل تخريب و تجزيه به مراتب بيشتر از افق C پيشرفت و اثر کرده است و از کاني‌هاي سنگ مادر فقط آن دسته ديده مي‌شوند. که بسيار مقاومند (مثل کوارتز) ولي ساير کاني‌ها به شدت تجزيه شده‌اند. اين افق معمولا از مواد رسي ، ماسه و شن‌هاي ريز و درشت و گاه مقادير کمي بقاياي نباتي تشکيل شده است. در اين افق علاوه بر مواد رسي ، در آب و هواي مرطوب ، اکسيدهاي آهن و همچنين مواد محلول‌تر که بوسيله آب‌هاي نفوذي از افق A به آنجا آورده شده‌اند ديده مي‌شوند.
افق C : که به آن خاک زيرين نيز گفته مي‌شود، افقي است که مواد سنگي به ميزان خيلي کم تخريب و تجزيه شده‌اند و در نتيجه سنگ‌هاي اوليه زياد تغيير نکرده بلکه بصورت قطعات خرد شده مي‌باشند. زير اين منطقه سنگ‌هاي تخريب نشده يعني سنگ اوليه قرار دارد که هيچگونه تخريب و يا تجزيه‌اي در آن صورت نگرفته است.

فرسايش تسريعي

عوامل موثر در ميزان فرسايش تسريعي

مقدار کل بارندگي و شدت آن

شيب زمين

پوشش گياهي

ماهيت خاک

نحوه کنترل فرسايش آبي

روشهاي مختلفي براي کاهش يا کنترل فرسايش آبي مي‌توان بکار برد:
بطور کلي هر اقدامي مانند شخمهاي سطحي و عمقي و اضافه کردن مواد آلي خاک که قدرت جذب آبي خاک را افزايش دهد، هدر رفتن سطحي آب را کاهش مي‌دهد.
انتخاب نوع نباتات زراعي در کنترل فرسايش اثر زيادي دارد.
بالا نگه داشتن سطح حاصلخيزي خاک خود يک نوع عمل محافظتي در مقابل فرسايش است، زيرا تحت اين شرايط رشد زياد نباتات ، علاوه بر بهتر نمودن قابليت نفوذ آب خاک ، پوشش گياهي و مواد آلي خاک را بطور قابل ملاحظه افزايش مي‌دهند.
با دقت در انتخاب روشهاي کشت و زرع و نحوه انجام آنها مي‌توان با فرسايش خاک مبارزه کرد. در صورتي که شيب زمين تا مسافت زيادي ادامه داشته باشد، بهتر است که نباتات کرتي مانند ذرت با نباتات پوششي مثل گندم و جو بطور يک در ميان کشت شوند، تا بدين وسيله از شتاب گرفتن آب جلوگيري شود. اين روش کشت را که اصطلاحا کشت نواري گويند، اثرات کاملا مثبتي در حفاظت خاک داشته است.

فرسايش بادي

عوامل موثر در فرسايش بادي

کنترل فرسايش بادي