Toprak Coğrafyası: Başlangıç Faktörleri (Ders Notu)
oprak oluşumu için ilk faktör yüzeye çıkmış olan veya yüzeydeki ana materyalin fiziksel yönden parçalanmasıdır. Fiziksel yönden parçalanmanın oluşması için de atmosfer ve su küreden kaynaklanan su, karbondioksit ve nitrojene ihtiyaç vardır. Bunlar topraktaki kimyasal olaylardan erime, hidrasyon, hidroliz ve oksidasyon olaylarını hazırlamaktadır. Şu halde, toprak oluşumu için ilk faktör ana materyalin parçalanması ve ufalanmasıdır.
Ayrışma / Bozunma / Çözünme (Weatherıng)
Ayrışma, yerkabuğunu oluşturan kayaçlarda yüzey ve yüzeye yakın kesimlerde yer değiştirmeye uğramadan, mekanik ve kimyasal süreçlerle meydana gelen nitelik değişimleri olarak tanımlanır.
Kayaçlardaki ayrışma, çeşitli fiziksel etkiler altında gelişebileceği gibi mineraller arasındaki bağlayıcının kimyasal süreçlerle bozularak ortadan kalkması sonucu da oluşabilir. Bu nedenle ayrışma kimyasal ve fiziksel süreçler olmak üzere iki kategoride gerçekleşir. Bu iki ayrışma süreci çoğunlukla birlikte etkir veya birbirine ortam hazırlar. Hava bileşiminde yer alan gazlar, su, sıcaklık, canlı ve organik maddeler ayrışma sürecinin başlıca etkenleridir.
Fiziksel ayrışma
Kayaçlardaki fiziksel ayrışma (ufalanma) suyun mekanik etkisi (don), ani sıcaklık değişimleri, basınç serbestlenmesi ve kimyasal çözünmenin mekanik etkisi gibi olaylarla oluşur. Suyun mekanik etkisi donma-çözünme yoluyla gerçekleşir. Kayaç yüzeyinde ilksel olarak bulunan çatlak sistemlerine giren suların donarak hacim genişlemesi yoluyla yarattığı basınçlar kayacın parçalanmasına ve ufalanmasına neden olur. Bu süreç gerilim direnci düşük ve gözenekliliği fazla olan kayaçlar ile donma çözünmenin yaygın olduğu iklim uşaklarında etkilidir. Isı farklılaşmasından kaynaklanan fiziksel ufalanma daha çok günlük ısı farklarının çok yüksek olduğu yörelerde gerçekleşir. Ani sıcaklık artış ve düşüşleri kayaç yüzeyindeki bölümlerde mineraller arasındaki bağlayıcılığı azaltarak ufalanmaya yol açar.
Basınç serbestelenmesi sonucunda gelişen eksfoliasyon yapısı ayrışmanın diğer nedenleridir.
Donmaya bağlı olarak gelişen buz kamasının yarattığı fiziksel ayrışma
Buz kamasının bir kayaç üzerindeki etkisi, kopan kaya parçalarının yamaç dibinde talus (yamaç molozu) oluşturması, yamaç molozlarından tipik bir görünüm.
Basınç serbestlenmesi sonucunda eksfoliasyon yapısının gelişmesi, eksfoliayon yapısı gösteren bir granit kütlesi ve aynı kütleden yakın görünüm.
Hem kimyasal hem de mekanik ayrışma nedeniyle köşeli yüzeylerin kaybolarak soğan yapısının oluşumu
Kimyasal çözünme
Kayaçların kimyasal yollarla ayrışması oksidasyon, karbonasyon, hidroliz, hidratasyon vb. yoluyla gerçekleşir.
Oksidasyon; kayaç bileşiminde yer alan minerallerin oksijenle birleşmesi sonucu meydana gelen kimyasal değişimdir. Çoğunlukla demir mineralleri içeren kayaç yüzeylerinde gerçekleşir ve oluşumunda suyun etkisi büyüktür. Örnek; limonit.
Oksidasyon sonucu oluşan manzara
Karbonasyon; karbondioksitin kayaç mineralleri üzerinde yol açtığı kimyasal değişimdir. Genellikle su içerisinde erimiş hali (karbonik asit) ile kayaç yapısını etkiler. Sudaki oranı sıcaklık ile ters orantılıdır. Karbonatlı çözeltilerin kimyasal yollarla çözünmesinde (karstlaşma) başlıca rolü oynar.
Hidroliz; Su ile parçalanma demektir. (Su kullanılarak bağın kopması) -Büyük moleküllerin su ile parçalanarak küçük moleküllere dönüşmesi. Hidroliz işlemi suyu oluşturan hidrojen ve oksijen elementlerinin birbirinden ayrılması ile sonuçlanan bir işlemdir. gerekir. Hidroliz işleminin gerçekleşmesi zorlu bir aşamadır. Hidroliz işleminin olabilmesi için su ile bir etkileşimde bulunan kimyasalın bir şekilde suyun içine geçmesi Suyun etkisiyle kayaç yapısında reaksiyon ve kimyasal değişmeler meydana gelir. Bu değişime suyun H+ ve OH iyonları ile kayaç bileşimindeki element ve iyonlar arasındaki reaksiyon neden olur. Yeryüzünde en yaygın kimyasal ayrışma sürecidir. Silikatlı kayaçların ayrışmasında başlıca etkendir. Örneğin ortoklazın hidrolizi sonucunda kil minerali olan kaolinit oluşur.
Hidratasyon ise minerallerin yapısına su moleküllerinin katılması ile meydana gelen kimyasal değişimdir ve genellikle mineral hacminde büyümeye yol açar. Örneğin hematit limonite, anhidrit jips’e dönüşür.
Redüksiyon: “İndirgeme Olayı” olarak da tanımlanan redüksiyon, oksidasyonun tersi bir olaydır. Bu nedenle, redüksiyon oksijenin yetersiz olduğu yerlerde meydana gelir. Bu nedenle redüksiyon yerkabuğunun alt kısımlarında yetersiz drenaj koşullarına sahip olan, suyun hava boşluklarını doldurduğu topraklarda yaygındır. Havanın güç olarak nüfuz ettiği sıkı yapılı topraklarda veya havanın yetersiz olduğu ortamlarda indirgeme olayı oluşur. Bitkilerin kullandıkları nitrat (NO3) ve sülfat (SO4) gibi, oksitler indirgenerek element haline dönüştüklerinden, olay, topraklar için zararlı bir reaksiyon olarak kabul edilir . Bu konu Toprak Horizonları konusundaki Gleyleşme sürecinde tekrar ele alınacaktır.
Baz Değişimi ve Çelasyon: Baz değişimi, mineraller arasında kalsiyum (Ca), Magnezyum (Mg), Sodyum (Na) ve Potasyum (K) gibi katyonların alınıp verilmesidir. Bu sürecin hızı, solüsyonun çeşitli katyonlar bakımından zenginliği, asiditesi ve sıcaklığı gibi etkenlere bağlıdır. Toprak suyu ile mineraller arasındaki bu alışveriş sonucunda kaya içindeki minerallerin yapısı tahrip edilince bazı yeni kimyasal maddeler oluşur. Bu sürecin devamı halinde kayayı oluşturan mineraller arasındaki bağ zamanla gevşer ve daha derin kısımlardaki unsurlar da çözülme süreçlerinin etkisine girerler. Kimyasal çözülmede rol oynayan ve önemli bir kimyasal süreç olan çelasyon olayı ise, mineraller arasında metal katyonlarının hidrokarbon moleküllerinin yapısına karışması sürecidir. Gerçekte karmaşık bir organik süreç olan çelasyon birçok yaşam fonksiyonunun gerçekleşmesi için gereklidir. Bitki köklerinin uç kısımlarında hidrojen (H+) iyonları ile yüklü bir alan vardır. Bu sayede mineraller hidrolize uğrayarak metal katyonlarının toprak suyuna karışması ve bitkiler tarafından alınması sağlanır. Böylece bitkiler, çelasyon yolu ile de kayaların kimyasal çözülmeye uğramasına neden olurlar.
Kimyasal süreçlerin ayrışmadaki rolü ve etkinliği, kayaç yapısı ve su durumuna göre değişir. Örneğin karbonatlı kayaçlarda karbonasyon, bazı kil türlerinde hidratasyon, granitlerde ise hemen hemen tüm süreçler etkindir.
Feldspatın çözünme süreçleri kahve makinasındaki sisteme benzer. Her iki süreçte de su katı haldeki maddenin bir kısmını ayrıştırır, geride bozunmuş madde kalır, içinde çözelti halde orijinal madde bulunan sıvı aşağı doğru süzülür.
Ayrışmayı etkileyen faktörler
Ayrışmanın/çözünmenin hızı ve niteliği iklim, rölyef, kaya türüne ve zamana bağlıdır. İklim süreçleri ayrışmanın niteliğini doğrudan etkileyen en önemli unsurdur. Kimyasal çözünme öncelikle suyun varlığı ile ilişkilidir ve herhangi bir bölgedeki suyun varlığı ve kayaç üzerindeki etkileri iklim koşulları altında tayin edilir. İklim ayrıca çözünme üzerinde etkili olan bitki örtüsü yoğunluğu ve türünü de belirleyen etmendir. İklim bu özelliği nedeniyle yerküre üzerinde ayrışma süreçlerinin dağılımını kontrol eden bir faktördür. Rölyefin çözünme üzerindeki etkisi dolaylı yoldan gerçekleşir.
Rölyefin çözünmedeki etkisi öncelikle yükselti yoluyla olur. Yükselti ise klimatik koşulları denetleyen bir öğedir. Rölyefin çözülmeye diğer bir etkisi yamaç türü ve eğim yoluyladır. Eğimi fazla yamaçlarda çözünme süreçleri daha hızlı gerçekleşir. Rölyef unsurlarından olan bakı (herhangi bir alanın güneşlenme konumu) ise klimatik yolla ayrışmayı etkiler. Kayaç türü ise nitelik, mineral kapsamı, porozite, genleşebilirlik, çatlak sistemi ve yoğunluğu, homojenlik vb. gibi özellikleri ile ayrışma/çözünme hızı ve niteliğini belirler.
Ayrışma ürünleri
Döküntü/moloz örtüsü, döküntü konisi, döküntü blokları önemli fiziksel ayrışma ürünleridir. Hem fiziksel hem de kimyasal ayrışmanın etkisiyle oluşan ayrışma ürünü ise topraktır.
Ayrışmanın sonucu meydana gelen toprak oluşumu başlıca iklim, kaya türü, organizma, topoğrafya ve zaman faktörlerine bağlıdır. Oluşumda tüm bu etkenler az veya çok oranda katkı sağlar. Fakat iklim belirleyici rol oynar. Bu nedenle jeomorfoloji ve jeoloji araştırmalarında toprak oluşumu ve jenetik kökeninin anlaşılmasına yönelik incelemeler paleocoğrafik koşulların ortaya konmasında kullanılan verilerden biridir.
Genelleştirilmiş toprak profilinde (soil profile) üstten alta doğru A, B, C olarak adlandırılan üç zon görülür. En üst zon olan A zonu organik malzeme (humus) içeren yıkanma zonuna (zone of leaching) karşılık gelir. Bu yıkanma zonunda eriyebilir maddeler eriyik halde, eriyemeyen maddeler ise mekanik yolla tabana doğru aktarılır. B zonu birikim zonudur (zone of accumulation). Üst kısımda erimiş ve katı halde gelen malzeme bu kesimde çökelir. Toprak profilindeki C zonu ayrışmış ana kayayı temsil eder.
Toprak profili
Jenetik açıdan topraklar zonal, intrazonal ve azonal olmak üzere üç gruba ayrılır. İklime bağlı olarak oluşmuş ve yerküre üzerinde belirli kuşaklar boyunca dağılmış olan topraklara zonal topraklar denir (pedalfer, pedokal). Zonal kuşak içersinde yersel etkenler nedeniyle oluşmuş ve dağılımları sınırlı olan topraklara intrazonal topraklar olarak tanımlanır. Genç karasal yığışımların (alüvyon) oluşturduğu, zonlanma gelişmemiş olan topraklar ise azonal toprakları oluşturur (alüvyon birikintileri, kumlar, morenler).
Nemli iklim bölgelerinde toprağın A zonunda kuvvetli yıkanma egemendir. Bitki örtüsünün yoğunluğu nedeniyle bu üst zon zengin organik kırıntı ve humus içerir. B zonu (birikim zonu) ise alüminyum ve demir bileşikleri bakımından zengindir. Bu nedenle nemli iklim bölgesindeki topraklar pedalfer olarak adlandırılır. Üst zondaki yıkanmanın niteliği nedeniyle soğuk-nemli ve sıcak-nemli iklim bölgesi pedalferleri farklılık sunar. Sıcak iklimde lateritleşme, soğuk iklimde ise podsollaşma egemendir. Podsolik topraklarda üst zonda silis oranı yüksektir. Buna karşın lateritik topraklarda ise düşük değerdedir.
Lateritik topraklar
Kurak iklim koşulları altında gelişmiş toprakların üst zonunda yıkanma az veya minimumdur. Bu nedenle kurak iklim topraklarının tanıtıcı özelliği kalsifikasyon sunmalarıdır. Bu nedenle kurak iklim toprakları pedokal olarak adlandırılır. Bu topraklarda A zonu incedir. Kurak iklim şartlarından nemliye doğru olan iklim koşullarında A zonunun kalınlığı artar ve kalsiyum karbonatın biriktiği seviye derinleşir. Kuraklık derecesi arttıkça da B zonu yüzeye yaklaşır veya tamamen yüzeylenir. Kurak bölgelerde görülen kalker kabuk veya kaliş aslında toprağın B zonunun (kalsifikasyon zonu) yüzeylemiş şeklidir.
İklim ve ana kayaca bağlı olarak oluşan üç değişik toprak profili
Toprak kalınlığının iklime bağlı olarak değişmesi
Toprak kalınlığının topoğrafyaya bağlı olarak değişmesi