خاک و مکانیک خاک

ديد کلي
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 ت

شکيل 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 ۰٫۰۰۲ ميلي‌متر مي‌باشند و در حدود ۵۰% 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 :
۵۰% اين نوع خاک‌ها را ذرات سليت تشکيل داده است که داراي قطري بين ۰٫۰۵ تا ۰٫۰۰۲ 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 ۷۵% ماسه تشکيل شده‌اند. قطر دانه‌ها از ۰٫۰۶ تا ۲ 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 ۷۵% آن را دانه‌هايي بزرگتر از ۲ 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 ۳ 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.
رفتار خاک در برابر زمین
بر اثر اعمال تنش برشي چرخه‌اي به خاک ، که ناشي از امواج رسيده سنگ بستر است، خاک تحريک مي‌شود.
تقسيم بندي خاکها بر اساس پاسخ به حرکات سنگ بستر
حرکتهاي پايدار که با تغيير شکل کشسان و خميرسان باعث ميرايي حرکت لرزه‌اي مي‌شوند، با اين حال هنوز تا حدي مقاومت خود را حفظ مي‌کنند.

خاکهاي ناپايدار که بطور ناگهاني متراکم شده يا بر اثر آبگونگي بطور کامل مقاومتشان را از دست مي‌دهند.
دو ويژگي بارز خاکهايي که تحت تاثير تنش چرخه‌اي قرار مي‌گيرند، يکي «مدول برشي» و ديگري «سنت ميرايي داخلي» است. مدول برشي واسطه بين تنش و تنجش برشي بر اثر لرزشهاي داراي دامنه کوتاه ، مثل بارگذاريهاي ناشي از زمين لرزه را بيان م

ي‌کند.
سنت ميرايي داخلي معرف استهلاک انرژي در طول بارگذاري چرخه‌اي است. مدول برشي و ميرايي مهمترين ويژگيهايي هستند که معمولا در تجزيه) و تحليلها بکار مي‌روند. بخشي از تغيير شکل خاکها در برابر بار ديناميک ، صرف‌نظر از دامنه تنجش ، غير قابل بازگشت بوده و لذا منحنيهاي بارگذاري – باربرداري و تنش – تنجش بر يکديگر منطبق نمي‌شوند.
نشست
نشست و آبگونگي
لرزشهاي ناشي از زمين لرزه مي‌تواند چند پديده مهم را در خاک باعث شود که از اين جمله است:
تراکم خاکهاي دانه‌اي که منجر به نشست سطح زمين مي‌شود و مي‌تواند در محدوده وسيعي اتفاق بيافتد.
آبگونه شدن ماسه‌هاي ريز و ماسه‌هاي لايه‌دار که منجر به از بين رفتن کامل مقاومت خاک شده و باعث نشست و حتي برگشتن سازه‌ها و گسيخته شدن دامنه‌هاي مي‌شود.
کاهش مقاومت در خاکهاي چسبنده نرم که منجر به نشست سازه شد، و مي تواند براي سالها ادامه داشته باشد. اين پديده بر اثر نوعي آبگونگي نيز حاصل مي شود.
نشست حاصل از تراکم
تنجشهاي برشي چرخه‌اي باعث تراکم خاکهاي دانه‌اي مي‌شود که نشست زمين را به همراه دارد. حرکات افقي ناشي از لرزشها تا زماني که چرخه‌ها نسبتا نزديک به هم باشند، حتي اگر تنجشهاي برشي چرخه‌اي نسبتا کوچک باشد، باعث تراکم خاک مي‌شوند. در مقابل ، شتاب قائم فراتر از شتاب جاذبه زمين (۱g) لازم است تا ماسه‌ها را به نحو قابل ملاحظه‌اي متراکم نمايد و اين رقمي به مراتب فراتر از شتاب سطحي حاصل از اغلب زمين لرزه‌هاست.
قابليت تراکم خاک در زمان لرزش زمين به دانه بندي ، چگالي نسبي ، پوکي ، فشار جانبي ، دامنه نوسان تنش برشي يا تنجش چرخه‌اي و بالاخره تعداد چرخه‌هاي اعمال تنش يا طول مدت آن وابسته است. نشست ناشي از تراکم و آبگونگي بسيار به هم مرتبط هستند و مهمترين عامل در وقوع هر يک از آنها قابليت زهکشي خاک در زمان بارگذاري چرخه‌اي است. تراکم در خاکهاي داراي زهکشي خوب و آبگونگي در خاکهاي با زهکشي ضعيف انجام مي‌شوند.
پديده روانگرايي
روانگرايي (يا آبگونگي) چرخه‌اي ، به واکنش خاک در برابر بارهاي ديناميکي يا تحريک ناشي از امواج برشي زودگذر اطلاق مي‌شود که در نتيجه آن مقاومت خاک بطور کامل از بين رفته و خاک حالتي آبگونه به خود مي‌گيرد. آبگونگي چرخه‌اي با روانگونگي ناشي از جريان به سمت بالاي آب زيرزميني در شرايطي اگر آب ماسه نتواند به سرعت از محيط خارج و به اصطلاح زهکشي شود، کاهش حجم باعث افزايش فشار منفذي برابر فشار مواد دوباره شود، تنش موثر بين ذرات خاک صفر مي‌شود و ماسه بطور کامل مقاومت برشي خود را از دست مي‌دهد و در نتيجه حالت آبگونه پيدا مي‌کند.
پديده روانگرايي ممکن است در يک نهشته سطحي يا در يک لايه عمقي اتفاق بيافتد. در صورتي که آبگونگي در عمق اتفاق بيافتد فشارهاي هيدرواستاتيک اضافي ايجاد شده در منطقه آبگونه

شده ، با جريان يافتن آب به سمت بالا ، از بين مي‌رود. يک گراديان هيدروليکي قابل توجه قادر است تا شرايط آبگونگي را در لايه‌هاي فوقاني نيز القا نمايد. نتيجه اين عمل در سطح بصورت «فوران گل» و ايجاد «ماسه سريع» تظاهر مي‌کند. در جاهايي که از سطح ايستايي بالايي برخوردارند، آبگونه شدن سطحي و نشست زمين منجر به خروج آب و جريان آن در سطح زمين مي‌شود.
در مواردي که آبگونگي سطحي نيز صورت نگرفته است، وقوع آبگونگي در اعماق قادر است ق

ابليت باربري لايه‌هاي فوقاني را به مقدار قابل ملاحظه‌اي کاهش دهد. پديده آبگونگي ممکن است بطور بخشي در خاکهاي چسبند نرم نيز ايجاد شود. در اينجا امواج طولي به دليل خاصيت فشاري و استنباطي آنها باعث افزايش فشار آب منفذي در رسهاي اشباع شده مي‌شوند. اين فشارهاي آب منفذي حاصل از لرزش باعث کاهش مقاومت برشي خاک و در نتيجه قدرت باربري آن شده

و به گسيختگي کلي يا بخشي منجر مي‌شود. اين عمل همچنين ممکن است باعث نشست مداوم سازه‌ها شود.
عوامل موثر در افزايش استعداد آبگونه شدن خاک
فرايندهاي رسوبگذاري
سن رسوبات
تاريخ زمين شناسي
عمق سطح استيابي
دانه بندي
عمق مدفون شدن
شيب دامنه
نزديکي آن به يک سطح آزاد
با افزايش سن رسوبات استعداد آبگونه شدن آنها کاهش مي يابد. علت اين امر پيش تنيدگي خاک بر اثر وزن رسوباتي که بعدا از بين رفته‌اند، يا زمين لرزه‌هاي قديمي است. بيشترين استعداد آبگونگي در نواحي ساحلي حاوي آبرفتهاي ريزدانه اشباع شده ، که از تراکم رس کمي برخوردارند، ديده مي‌شود. آبگونگي بستر درياها عمدتا بر اثر عملکرد زمين لرزه‌ها يا امواج ايجاد مي‌شود.

عوامل امکان آبگونگي
دانه بندي :
ماسه‌ها و ماسه‌هاي لايه‌دار مستعدترين رسوبات هستند، مخصوصا اگر از دانه بندي ضعيفي برخوردار باشند. نفوذپذيري اين مصلح نسبتا پايين و زهکشي آن آهسته است.
شرايط آب زيرزميني :

رسوباتي مستعد آبگونگي‌اند که در زير سطح ايستايي قرار گرفته و اشباع شده باشند و نتوانند به طور آزاد زهکشي شوند.
آبگونگي معمولا در خاکهاي برون چسبندگي يکنواخت که ۱۰ درصد اندازه آن بين ۰٫۰۱ تا ۰٫۲۵ ميليمتر و «ضريب يکنواختي» آن بين ۲ و ۱۰ باشد،

ايجاد مي‌شود.
طبقه بندی خاک
مقدمه
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 (۱۹۰۳-۱۸۴۶) 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 ۱۹۲۰ توسط ماربوت (۱۹۳۵-۱۸۶۳) 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.
خاک چيست؟
مواد سطحي طبيعي را که باعث دوام حيات گياهي مي شوند، خاک مي‌گويند. تعداد خاکهاي موجود تقريبا نامحدود است، چرا که اولا داراي خواص ويژه‌اي است که عامل تعيين کننده اي اين خواص بجز شرايط آب و هوايي ، موجودات زنده‌اي که در طول دوره‌هاي خاصي از زمان بر روي زمين فعاليت داشته‌اند و پستي و بلنديهاي نقاط مختلف زمين است. ثانيا تمام اين عوامل به طرق مختلف در نقاط مختلف کره زمين به يکديگر مربوط مي‌شوند، لذا تعداد خاکها نامحدود است.
برخي عموميتهاي با ارزش را مي‌توان در مورد خاکها بکار برد. براي مثال ، مي‌دانيم که ترکيبات شيميايي يک خاک قوام با افزايش عمق تغيير مي‌کند. رخنموني طبيعي يا مصنوعي از خاک چندين منطقه را آشکار مي‌سازد. هر يک از اين مناطق با منطقه بالايي خود تفاوت دارد. هر يک از اين مناطق را يک افق خاک يا بطور ساده تر يک افق مي‌گويند.
انواع خاکها در سيستم طبقه بندي خاکهاي ايالات متحده
آلفي سول (Alfisols) : شرايط آب و هوايي نيمه مرطوب ، مقدار بارش ۱۲۵ – ۱۵ 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 ۳ 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.

فرآيندهای تشکیل انواع خاک
ديد کلي
فرآيندهاي شيميايي و فيزيکي متعددي در تشکيل انواع مختلف خاک نقش دارند. در طي فرآيندهاي شيميايي ، مواد معدني و آلي دچار تجزيه و تغيير مي‌شوند و در ضمن فرآيندهاي فيزيکي ، مواد حاصل جابجا شده و افقهاي مختلف خاک را حاصل مي‌آورند.
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 ، کل

 

سيم ، 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 (۶،۵ تا ۸). 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.
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 هيوميک). 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 اقليمهاي هيدروکليماتيک 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.
خاکهای شور و قليا
خاکهاي شور و قليا مخصوص مناطق نيمه مرطوب يا خشک بوده و زهکشي در آنها نامناسب است. اين خاکها داراي مقدار زيادي املاح محلول هستند که فقط گياهان نمک دوست در اين خاکها قابليت زيست دارند. خاکهاي قليا اغلب در خاکهاي شور به صورت نقاط پراکنده يافت مي‌شوند.
ديد کلي
مناطق خشک به مناطقي گفته مي‌شود که ميزان باران ساليانه آنها معمولا کمتر از ۵۰ سانتيمتر است. به علت عدم شسته شدن طبيعي مواد در اين موارد ، مقدار کاتيونهاي بازي اين خاکها زياد است. در بعضي از افقهاي اين خاکها تجمع کربنات کلسيم () به مقدار زياد صورت گرفته و هر قدر مقدار بارندگي کمتر باشد، اين لايه کربناتي نزديکتر به سطح خاک قرار دارد. PH اين خاکها بازي است. خاک بسياري از مناطق خشک و نيمه خشک سرشار از املاح محلول است که منشا متفاوتي دارد.

در بعضي خاکها ، سنگ مادر خود محتوي املاح است و در برخي ديگر در اثر هوازدگي ، املاح محلول از سنگ مادر آزاد مي‌شود، ولي چون مقدار رطوبت کم است، نمي‌تواند آبشويي يافته و از خاک خارج شود. وزش باد نيز مي‌تواند املاحي را از سطح دريا و اقيانوس انتقال داده و در سواحل به جاي گذارد. اين نوع خاکها اصطلاحا هالومورفيک ناميده مي‌شوند، به سه گروه شور ، شور و قليايي و قليايي تقسيم بندي مي‌شوند.
ساختمان خاکهاي شور و قليا
سطح خاکهاي مناطق شور و قليا ، اغلب ساختمان ورقه‌اي دارد که رگبارهاي فصلي نيز بر تراکم آن مي‌افزايد. در زير اين قشر سطحي ساختمان اغلب تکه‌اي ، منشوري و يا ستوني است. وجود املاح سديم و تا حدي منيزيم تاثير عمده‌اي در ساختمان خاک دارد، زيرا املاح موجب تجمع ذرات رس شده و هرچه مقدار املاح بيشتر باشد، خاک دانه‌هاي حاصل ساختمان سخت‌تري پيدا مي‌کند.
وجود سديم سبب مي‌شود که ذرات سطح خاک به حالت انتشار در آمده، حتي در شيبهاي کمتر از يک درصد نيز فرسايش قابل توجهي صورت گيرد. آبياري خاکهاي شور و قليا همواره با خرابي ساختمان خاک همراه است، مگر اقدامات اصلاحي انجام شود.
کانيهاي رسي خاکهاي شور و قليايي
کانيهاي رسي ، استعداد حاصلخيزي هر خاک را تعيين مي‌کنند. مونتموريلونيت ، ميکا ، کلريت و کوارتز مهمترين کانيهاي مناطق شور و قليا مي‌باشد. چون شرايط اقليمي مناطق خشک براي تغيير و تحول کانيها مساعد نيست، لذا اغلب کانيهاي اين خاکها مشابه کانيهاي سنگ بستر يا سنگ مادر است.
ساختار خاک
خاک توده‌اي از مواد طبيعي با شرايط مناسب براي پرورش گياهان که تحت تاثير عوامل تخريبي (اثر عوامل جوي و موجودات ذره بيني) و عوامل سازنده (تشکيل مواد سمي و مشخص شدن

افقهاي مختلف) بوجود آمده است. خاکهاي مناطق مختلف داراي خصوصيات يکسان نيستند.
اجزا اصلي خاک
۴ 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 ۵۰ درصد بوسيله مواد جامد (۴۵ درصد مواد م

عدني و ۵ درصد مواد آلي) اشغال شده و ۵۰ 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 ۶ 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 ۱۵ 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.