مقدمه
خاک فاکتوری مهم و مؤثر در پیدایش و شکلگیری هر اکوسیستم طبیعی است. خاک را میتوان بهعنوان بخشی از سنگپوش یا رگولیت1 تعریف کرد که قادر است زندگی گیاهی را حفظ نماید. رگولیت بخشی از ماده سنگی غیریکپارچه است که بر روی سنگ بستر قرار گرفته است و سطوح زمین را تشکیل میدهد.
بر اثر فرسایش سنگ مادر، لایهای نازک از خاک تشکیل میشود و به مرور زمان لایههای جدیدتری از خاک روی لایه اولیه قرار میگیرند. با گذشت زمان لایههای زیرین تغییر شکل میدهند و در نهایت پروفیل خاک شکل میگیرد. پروفیل خاک از لایههای افقی معینی تشکیل شده است که از نظر رنگ، بافت، ساختار و مواد آلی با یکدیگر متفاوتاند. تکامل پروفیل خاک وابسته به فرایند فرسایش شیمیایی است که در مجاورت اکسیژن، رطوبت، دیاکسید کربن، موادّ آلی، موجودات خاکزی و بقایای گروهی صورت میگیرد.
عوامل تشکیلدهنده خاک
پنج عامل مهم برای تشکیل خاک، که در ارتباط با یکدیگر هستند، عبارتاند از: ماده والد (سنگ مادر)، ارگانیسمهای خاک، آب و هوا، توپوگرافی و زمان.
تصویر شماره 1
پروفیل خاک از لایههای افقی معینی تشکیل شده است که از نظر
رنگ، بافت، ساختار و مواد آلی با یکدیگر متفاوتاند. تکامل پروفیل خاک
وابسته به فرایند فرسایش شیمیایی است که در مجاورت اکسیژن، رطوبت، دیاکسید
کربن، موادّ آلی، موجودات خاکزی و بقایای گروهی صورت میگیرد
1. سنگ اولیه یا سنگ مادر
کمیت و کیفیت خاکهای حاصل از سنگهای مختلف (سنگهای آذرین، رسوبی و دگرگونی) به کانیهای تشکیلدهنده سنگ و نیز آب و هوا و عوامل دیگری بستگی دارد. خاک حاصل از تخریب کامل سیلیکاتهای دارای آلومینیوم، و همچنین سنگهای فسفاتی، از لحاظ صنعتی و کشاورزی ارزش زیادی دارد، درحالیکه خاکهایی که از تخریب سنگهای محتوی کانیهای مقاوم (از قبیل کوارتز) بر اثر تخریب شیمیایی پدید آمدهاند و غالباً شنی و ماسهای میباشند فاقد ارزش کشاورزی هستند.
2. ارگانیسمها
تفاوت یا تمایز انواع خاکها، از نظر کشاورزی، به نوع و مقدار مواد آلی (ازت و کربن) موجود در هر خاک بستگی دارد، مثلاً نیتروژن موجود در جوّ بهطور مستقیم قابل استفاده برای گیاهان نیست، بلکه این ترکیبات نیتروژندار هستند که برای رشد گیاه، باید به شکل محلول در خاک وجود داشته باشد. این عمل در خاک به وسیله برخی از گیاهان و باکتریها انجام میشود. اکثر خاکها دارای یک نوع ماده آلی کربندار به نام هوموس هستند که از بقایای گیاهان به وجود میآید.
تصویر شماره 2
ارگانیسمهای بسیاری تاکنون شناسایی شدهاند که نقش مهمی در پیدایش و
شکلگیری خاک دارند؛ مثلاً میکروبهای موجود در خاک نقش مهمی در بسیاری از
فرایندهای خاک بازی میکنند و با انجام فرایندهای خاص باقیماندههای گیاهی
را به هوموس تبدیل میکنند
ارگانیسمهای بسیاری تاکنون شناسایی شدهاند که نقش مهمی در پیدایش و شکلگیری خاک دارند؛ مثلاً میکروبهای موجود در خاک نقش مهمی در بسیاری از فرایندهای خاک بازی میکنند و با انجام فرایندهای خاص باقیماندههای گیاهی را به هوموس تبدیل میکنند (هوموس مادهای است با مولکولهای آلی بر اثر فعالیتهای میکروبیولوژیکی بر روی بقایای گیاهان مرده تشکیل میشود). بسیاری از میکروبها دارای ارتباط دوطرفه با گیاهان هستند و میتوانند نیتروژن مورد نیاز آنها را تثبیت نمایند. همچنین برخی از میکروبها مانع رشد ارگانیسمهای بیماریزا در خاک میشوند و در بسیاری از واکنشهای شیمیایی مربوط به خاک ایفای نقش مینمایند.
3. آب و هوا
آب موجود در منافذ خاک و نیز دیگر عوامل آب و هوایی، از قبیل درجه حرارت، رطوبت و فشار، در کیفیت خاک تأثیر بسزایی دارند. جریان یافتن آبها در زمین، بهخصوص در زمینهای شیبدار، موجب شستوشوی خاکها میشود و با تداوم این عمل مقدار مواد معدنی و آلی به تدریج کاهش مییابد. اتمسفر روی برخی از کانیها اثر تخریبی عمیق و مؤثری دارد و هرچه رطوبت و درجه حرارت بیشتر باشد شدت این تخریب بیشتر خواهد بود.
4. توپوگرافی محل تشکیل خاک
اگر محلهای تشکیل خاک دارای شیب تند باشد، خاک تخریب میشود و مواد آن میتوانند به وسیله آبهای جاری سریعاً از محل خود کنده شده و به محل دیگری منتقل شوند. در این صورت مواد معدنی خاک کاهش مییابد و نهایتاً در این مناطق، دیگر خاک برای کشاورزی مناسب نخواهد بود. اما در زمینهای بدون شیب یا افقی که مواد به سادگی به وسیله آبهای جاری تخریب نمیشوند، فرصت کافی برای انجام فعل و انفعالات بهصورت کامل وجود دارد.
تصویر شماره 3
5. زمان
هرقدر مدت زمان تخریب کانیها و سنگها بیشتر باشد عمل تخریب فیزیکی و شیمیایی کاملتر انجام میگیرد. زمان تخریب، بسته به نوع سنگ، ساخت و بافت سنگ و نیز ترکیب و خاصیت تورق کانیها، متفاوت است ولی بهطور کلی سنگهای رسوبی خیلی زودتر تجزیه شده و به خاک تبدیل میشوند، در صورتی که برای تجزیه کامل سنگهای آذرین و تبدیل آنها به خاک مدت زمان بیشتری باید صرف شود.
مواد تشکیلدهنده خاکها
مواد سخت: ترکیبات معدنی بیشترین مواد سخت موجود در خاک را ترکیبات معدنی تشکیل میدهند، ولی ممکن است مقادیری مواد آلی نیز موجود باشند. این ترکیبات از تخریب سنگ مادر حاصل میشوند که گاهی اوقات با مواد تازه کلوئیدی و نمکها همراه میباشند.
تصویر شماره 4
موجودات زنده موجود در خاک: تغییر و دگرگونی در خاکها به وسیله موجودات زنده صورت میگیرد. ریشه گیاهان، باکتریها، قارچها، کرمها و بالاخره حلزونها در این تغییرات شرکت دارند.
آب موجود در خاک: حمل مواد حلشده در خاک را آب بر عهده دارد. این مواد محلول در نهایت به مصرف گیاه میرسند. آب موجود در خاک ناشی از آب باران، آبهای جذبشده توسط خاک و بالاخره آبهای زیرزمینی است که استخراج میشود.
هوای موجود در خاک: هوا نیز مانند آب در منافذ خاک وجود دارد و از ضروریات رشد و نمو گیاهان و ادامه حیات سایر جانداران موجود در خاک است. مقدار اکسیژن موجود در هوای خاک از دیاکسیدکربن موجود در هوای خاک کمتر است. علت این امر مصرف اکسیژن توسط ریشه گیاهان و بازپس دادن دیاکسیدکربن به خاک است.
نیمرخ عمومی خاکها
نیمرخ عمومی خاکها از 6 افق O و A و E و B و C و R تشکیل شده است:
افق O: فوقانیترین لایه در اکثر خاکها افق O است که شامل گیاهان، مواد تجزیه شده و هوموس میباشد و نامگذاری آن به دلیل وجود مواد ارگانیک در این افق است.
افق A: در زیر افق O، افق A قرار دارد که به نام خاک بالایی نامیده میشود. A افقی است که رشد و نمو گیاهان در آن صورت میگیرد. این افق از مواد خاکی نرم (رس) که از خود مواد آلی و موجودات زنده میکروسکوپی غنی است تشکیل شده است. وجود این مواد باعث رنگ خاکستری تا سیاه در این افق میگردد. حاصلخیزی این نوع خاک مربوط به وجود مواد آلی در آن است و برای کشاورزی مناسب است.
هوا نیز مانند آب در منافذ خاک وجود دارد و از ضروریات رشد و
نمو گیاهان و ادامه حیات سایر جانداران موجود در خاک است. مقدار اکسیژن
موجود در هوای خاک از دیاکسیدکربن موجود در هوای خاک کمتر است. علت این
امر مصرف اکسیژن توسط ریشة گیاهان و بازپس دادن دیاکسیدکربن به خاک است
افق E: این افق منطقه تغییر و جابهجایی و شستوشوی مواد محلول و معلقی است که به افقهای زیرین حرکت میکنند.
افق B: قشر بین افق A و افق C افق B یا خاک میانی نامیده شده است. در این افق فرایند تجزیه و تخریب به مراتب بیشتر از افق C است. در افق B از کانیهای سنگ مادر (اولیه) فقط آن دسته از کانیها مشاهده میشوند که بسیار مقاوماند (کوارتز) و سایر کانیها که بهشدت تجزیهپذیرند، در افق بالایی تجزیه شدهاند. این افق معمولاً از مواد رسی، ماسهای و شنهای ریز و درشت و مقادیر کمی بقایای نباتی تشکیل شده است. در این افق همچنین علاوه بر مواد رسی، در آب و هوای مرطوب، اکسیدهای آهن و مواد محلول که به وسیله آبهای نفوذی از افق A به این افق آورده شدهاند دیده میشوند.
افق C: در این افق، که به آن خاک زیرین گفته میشود، مواد سنگی خیلی کم تحت فرایند تجزیه و تخریب قرار میگیرند؛ در نتیجه سنگهای اولیه زیاد تغییر نکرده، بلکه بهصورت قطعات خردشده باقی میمانند. زیر این منطقه سنگهای تخریبنشده، یعنی سنگ اولیه (مادر)، قرار دارد که هیچگونه فرایند تجزیه و تخریبی در آن صورت نگرفته است.
هوموس نقش مهمی در خاک دارد و از جمله با ایجاد تخلخل لازم در خاک تبادل گاز و مایع را در آن تسهیل میکند. از نظر شیمیایی هوموسِ خاک مجرای اصلی وجود کربن، نیتروژن، فسفات و سولفور به خاک است
افق R: این بخش خاک از سنگ بستر غیر هوازده تشکیل شده است.
هوموس: هوموس مادهای است با مولکولهای آلی که بر اثر فعالیتهای میکروبیولوژیکی بر روی بقایای گیاهان مرده تشکیل میشود.
فواید وجود هوموس در خاک
• افزایش توانایی خاک برای نگهداری رطوبت
• کمک به تهنشست مواد حملشده توسط باد و باران
• تأمین کربن و نیتروژن مورد نیاز گیاهان
• بهبود ساختمان خاک برای رشد گیاهان
تصویر شماره 5
هوموس دارای خاصیت کلوئیدی است، بنابراین آب و مواد غذایی را در سطح خود جذب میکند و از این طریق خواص فیزیکی و شیمیایی خاک را تغییر میدهد. بین مواد آلی خاک و فعالیت موجودات خاکزی (بهویژه باکتریها) رابطة مستقیمی وجود دارد. بنابراین مواد آلی در خواص حیاتی خاک نقش مهمی دارند و از فرسایش خاک جلوگیری میکنند
همانطور که میبینیم هوموس نقش مهمی در خاک دارد و از جمله با ایجاد تخلخل لازم در خاک، تبادل گاز و مایع را در آن تسهیل میکند. از نظر شیمیایی هوموسِ خاک مجرای اصلی وجود کربن، نیتروژن، فسفات و سولفور به خاک است. این مواد از اجزای اصلی گیاهان به شمار میآیند و طی فرایند تشکیل هوموس تولید شدهاند. خاک سیستم پویایی است که شامل حالتهای جامد، مایع و گاز است و دائماً تحتتأثیر تغییرات رطوبت، دما، شرایط احیا و پیاچ قرار دارد. بهعنوان مثال کشت انواع محصولات میزان مواد آلی خاک را کاهش میدهد و حتی خاک را به علت رسوب مواد اسیدی در آن از حالت قلیایی خارج و اسیدی میکند، و نهایتاً این تغییرات میتواند در نحوه جذب عناصر حیاتی توسط گیاه مؤثر واقع شود. هوموس در خواص فیزیکی، شیمیایی و حیاتی یعنی بهطور کلی در حاصلخیزی خاک بسیار مؤثر است.
هوموس دارای خاصیت کلوئیدی است، بنابراین آب و مواد غذایی را در سطح خود جذب میکند و از این طریق خواص فیزیکی و شیمیایی خاک را تغییر میدهد. بین مواد آلی خاک و فعالیت موجودات خاکزی (بهویژه باکتریها) رابطه مستقیمی وجود دارد. بنابراین مواد آلی در خواص حیاتی خاک نقش مهمی دارند و از فرسایش خاک جلوگیری میکنند. بسیاری از مواد در طبیعت تجزیه و بازیافت میشوند. این مسئله در مورد موجوداتی که در خاک میمیرند، و نیز مواد فاسدشدنی صدق میکند. این مواد را «مواد زیست فروپاش» مینامند (مانند کودهای کشاورزی و موادی مانند غذاهای فاسدشده و دیگر زبالههای تجزیهپذیر که بهطور طبیعی توسط حشرات و دیگر جانوران موذی تجزیه میشوند). بخش دیگری از زبالهها، مانند مواد فلزی، کائوچو، پلاستیک و سایر موادی که نمیتوانند تجزیه شوند، سالها بهصورت دستنخورده در طبیعت باقی میماند. حتی اگر این مواد قطعه قطعه و خرد هم شوند باز تجزیه نمیشوند و به مرور زمان زمین را آلوده میکنند.
خصوصیات فیزیکی و شیمیایی خاک
خواص فیزیکی خاک مانند بافت، تخلخل، نفوذپذیری، ظرفیت نگهداری آب و دما در تعیین خصوصیات و کاربرد خاک، بهعنوان زیستگاه میکروبها، دارای اهمیت قابل ملاحظهای است. به چند دلیل «بافت خاک» بهعنوان زیستگاه میکروبها حائز اهمیت است:
• مهمترین عامل کنترل ظرفیت نگهداری آب است.
خاک مخلوطی از مواد معدنی و آلی است که از تجزیه و تخریب سنگها در نتیجة فرایند هوازدگی به وجود میآید که البته نوع و ترکیب خاکها در مناطق مختلف برحسب شرایط ناحیه متفاوت است. مقدار آبی که خاک میتواند به خود جذب کند، هم از نظر کشاورزی و هم در پروژههای راهسازی و ساختمانسازی دارای اهمیت بسیار است. مقدار جذب بستگی به اندازة دانههای خاک دارد، یعنی هرچه دانهبندی خاک ریزتر باشد، آب بیشتری را به خود جذب میکند. بهطور کلی خاک با کیفیت خوب یا متوسط از دانههای ریز و درشت تشکیل شده است
• اندازه و نحوه توزیع منافذ موجود در خاک و خصوصیات آنها را مشخص میکند.
• در سرعت واکنشهای شیمیایی خاک تأثیرگذار است.
• رشد ریشه گیاه در خاک را کنترل میکند.
• فرایند تهویه خاک را تسهیل میکند.
همه این عوامل بر نوع، توزیع و فراوانی میکروبهای مختلف در هر پروفیل خاک تأثیر میگذارند. روشن است که با توجه به این عامل، میکروبها در سطح خاک بیشترند و هرچه به اعماق میرویم از مقدار آنها کاسته میشود.
«تخلخل، درصدی از حجم خاک است که با مواد جامد پوشیده نشده است. نفوذپذیری، توانایی خاک برای انتقال آب میباشد».
مهمترین خصوصیات شیمیایی خاک عبارت از پیاچ مواد آلی، اجزای کانیها، شرایط احیا و جذب و دفع یونهاست. خاکها محل انجام واکنشهای شیمیایی آلی و غیرآلی هستند و بیشتر این واکنشها مربوط به خصوصیات شیمیایی خاک است. از مهمترین خصوصیات شیمیایی خاک میتوان به پیاچ آن اشاره نمود. پیاچ هر خاک مرتبط با غلظت یون هیدروژن موجود در آن است. یونهای هیدروژن موجود در خاک توسط آب، فعالیتهای شیمیای ریشه و واکنشهای هوازدگی شیمیایی تشکیل میشوند و در نتیجه غلظت یونهای هیدروژن موجود در خاک بیانگر پیاچ خاک است. هرچه خاک غلظت بیشتری از یون هیدروژن را در خود داشته باشد اسیدیتر و هرچه غلظت کمتری از یون هیدروژن را داشته باشد قلیاییتر است. حداکثر حاصلخیزی خاک در پیاچ بین 27 ـ 6 اتفاق میافتد.
قسمت اعظم خاک را مواد معدنی تشکیل میدهند. این مواد از تجزیه و تخریب سنگ مادر بهوجود میآیند. مواد معدنی از عناصر اولیه معدنی مختلف تشکیل شدهاند. درصد تقریبی این عناصر در پوسته جامد زمین عبارت است از اکسیژن 49/29، سیلسیم 25/7، آلومینیوم 7/5، آهن 4/7، کلسیم 3/39، سدیم 3/63، پتاسیم 2/40، منیزیم 1/93، هیدروژن 0/87، تیتان 0/58، کلر 0/19، کربن 10/0، منگنز 0/10، فسفر 0/10، گوگرد 0/06، باریم 0/04، ازت 0/03، فلوئور 0/03، کروم 0/03، نیکل 0/02، استرانسیم 0/02 و مس 0/01.
علاوه بر اینها عناصر دیگری نیز به مقدار کمتر در پوسته جامد زمین وجود دارند که شامل کبالت، ید، مولیبدن، سرب، نیکل، سرب، وانادیم و سلنیم میشوند. قابل ذکر است که کم بودن آنها دلیل بر بیاهمیت بودن آنها نیست.
در سنگهای آذرین و دگرگونی عناصر معدنی بهصورت کانیهای مختلف از قبیل کوارتز، فلدسپات، پیروکسن و میکا وجود دارند. این کانیها بسته به نوع و چگونگی ساختمان فیزیکی خود تجزیهپذیرند که نتیجه آن پیدایش اکسیدهایی چون Al2O3، SiO2، MgO، Fe3O3، CaO، به ترتیب: اکسیدآلومینیوم، سیلیکوناکساید، اکسید منیزیم، اکسید آهن و اکسید کلسیم میباشد.
خاک تأمینکننده اکثر عناصر غذایی مورد نیاز گیاهان است؛ البته به جز کربن، اکسیژن و هیدروژن که عمدتاً از طریق آب یا هوا تأمین میگردند. بخش اعظم این عناصر در گیاه قابل اندازهگیریاند، البته گیاه برای جذب این عناصر قدرت انتخاب ندارد و بدون در نظر گرفتن مفید یا مضر بودن، آنها را جذب میکند.
املاح سدیم موجب انتشار ذرات رس و هوموس در خاک میشوند که خود به تشکیل لایه یا افق بسیار متراکمی در زیر خاک منجر میگردند و بدین ترتیب قدرت جذب آب توسط گیاه را کاهش میدهند.
عوامل بیماریزای موجود در خاک باید در تماس فیزیکی با انسان باشند و در بدن او جای بگیرند تا سبب عفونت یا بیماری شوند. احتمالاً شایعترین راه ورود عوامل بیماریزای موجود در خاک به بدن انسان از طریق بلع خاکهای آلوده میباشد. اینگونه بلع امری اتفاقی است
خاک مخلوطی از مواد معدنی و آلی است که از تجزیه و تخریب سنگها در نتیجه فرایند هوازدگی به وجود میآید که البته نوع و ترکیب خاکها در مناطق مختلف برحسب شرایط ناحیه متفاوت است. مقدار آبی که خاک میتواند به خوذ جذب کند، هم از نظر کشاورزی و هم در پروژههای راهسازی و ساختمانسازی دارای اهمیت بسیار است. مقدار جذب بستگی به اندازه دانههای خاک دارد، یعنی هرچه دانهبندی خاک ریزتر باشد، آب بیشتری را به خود جذب میکند. بهطور کلی خاک با کیفیت خوب یا متوسط از دانههای ریز و درشت تشکیل شده است.
طبقهبندی عوامل بیماریزا در خاک
عوامل بیماریزای موجود در خاک شامل بسیاری از موجودات بیولوژیک هستند که بیشتر آنها اعضای بسیار متنوعی دارند. هر نوع میکروب بیماریزا که در خاک وجود دارد، به هر دلیل یا دوره زمانی، در طبقهبندی زیر قرار میگیرد. در این طبقهبندی دو عامل ضروری است: حضور در خاک و بیماریزایی در انسان.
چهار عامل بیماریزای موجود در خاک بهصورت زیر تعریف میشوند:
1. همیشگی: ارگانیسمهایی که همیشه در خاک وجود دارند میتوانند تمام چرخه حیات خود را در محیط خاک بگذرانند.
2. تناوبی: ارگانیسمهای بیماریزایی هستند که نیاز دارند تنها بخشی از چرخه زندگی خود را درون محیط خاک بهصورت منظم به پایان برسانند.
3. موقتی: ارگانیسمهای بیماریزایی که ممکن است بهطور طبیعی در خاک وجود داشته باشند، اما محیط خاک برای کامل کردن چرخه زندگی آنها ضروری نیست.
4. اتفاقی: ارگانیسمهای بیماریزای واردشده به خاک از طریق فعالیتهای انسان، فاضلاب، آبهای آلوده، سیستمهای عفونی، شرایط غیربهداشتی زندگی، آبهای سمی، دور ریختن مواد زائد خطرناک و ... . طول مدت حیات این ارگانیسمها بستگی به عوامل فیزیکی و شیمیایی خاک و جریان گنداب دارد و میتواند از ساعتها تا سالها متفاوت باشد.
راههای ایجاد عفونت
عوامل بیماریزای موجود در خاک باید در تماس فیزیکی با انسان باشند و در بدن او جای بگیرند تا سبب عفونت یا بیماری شوند. احتمالاً شایعترین راه ورود عوامل بیماریزای موجود در خاک به بدن انسان از طریق بلع خاکهای آلوده میباشد. اینگونه بلع امری اتفاقی است، اما در برخی از فرهنگها، خوردن خاک نوعی عادت غذایی است؛ یعنی افراد برای رفع گرسنگی و بنا به عادت خاک میخورند (پدیده ژئوفاژی).
در حیوانات اهلی نیز با مصرف خاک آلوده کیستهایی در ماهیچههای آنها ایجاد میشود و زمانی که انسان گوشت کاملاً پختهنشده را مصرف میکند، ممکن است از طریق این عامل بیماریزا آلوده شود. یک مسیر دیگر برای انتقال عوامل بیماریزای موجود در خاک زمانی اتفاق میافتد که عامل آلودهکننده همراه با گرد و غبار به وسیله انسان استنشاق میشود. بهطور کلی، میکروبها و عوامل بیماریزای موجود در خاک که موجب آلوده شدن انسان و سایر موجودات میشوند، عبارتاند از: پروتورزوآ، قارچها، ویروسها و باکتریها.
یکی از عوامل مهم در آلوده شدن خاکها تجمع میلیونها تن زباله، قوطیهای کنسرو، آهن اسقاطی، کاغذ، شیشه، پلاستیک و ... در طبیعت است. چون اغلب این مواد توسط باکتریها تجزیه نمیشوند و اینکه سرعت تجزیة آنها بسیار کم است، آثار آنها در خاک باقی میماند و باعث آلودگی پایدار خاک میشود
تصویر شماره 6
پینوشت
1. Regolith
منبع
اصول زمینشناسی پزشکی، فصل شانزدهم، چاپ اول، 2005
سردبیر: اوله سلینوس (Olle Selinus)
Essentials of Medical Geology
منبع اصلی
Olle Selinus (2005). Essentials of medical Geology, Elsevier publication. (Chap. 16)