TOPRAK OLUŞUMUNDA AŞINMA, AYRIŞMA VE BİRLEŞME OLAYLARI

Transkript

1 TOPRAK OLUŞUMUNDA AŞINMA, AYRIŞMA VE BİRLEŞME OLAYLARI Toprak Bilgisi Dersi Prof. Dr. Günay Erpul

2 Toprak Oluşumunda Kimyasal Ayrıştırma Etmenleri Ana kayanın kimyasal bileşimini değiştirmek suretiyle ana materyal ve toprağın oluşturulmasına hizmet eden etmenlere kimyasal ayrıştırma etmenleri adı verilmektedir. Belli mineraller kısmen veya tamamen değişerek, yeni mineraller oluşur, Fiziksel ayrışmalarla ufalanmış veya gözenekli hale gelmiş olan materyallere, kimyasal etmenlerin etkisi kolaylaşır, Su, hava ve sıcaklık, kimyasal ayrışmalarda büyük rol oynar, Kurak bölgeler fiziksel aşınma Yağışlı ve sıcak bölgeler kimyasal ayrışma

3 Kimyasal ayrışma Kaya ve minerallerin, kimyasal yapılarında değişimlerin oluşması Yükseltgenme O 2 varlığı Hidroliz H + veya (OH 3 ) + Hidrasyon H 2 O Karbonasyon CO 2 veya H 2 CO 3 Solusyon Ca +2, Mg +2, K +, Na + İndirgenme O 2 yokluğu

4 Yükseltgenme Oksijen çok etkin bir atmosfer elementi olduğu için, diğer elementler ile serbest olarak birleşir (paslanma); ve birleşme sonucu artan O 2, bileşiğin dayanıklılığını azaltır. Yükseltgenmeye en fazla maruz kalan bileşikler demir sülfür, karbonat ve silikat tuzlarıdır. Amfibol ve piroksen grubu demirli silikat silikat mineralleri demirin yükseltgenmesinden kolayca etkilenirler ve çok değişik görünümlü ürünler oluştururlar.

5 Yükseltgenme 3Mg Fe SiO 4 + 2H 2 O H 4 Mg 3 Si 2 O 9 + SiO 2 + 3FeO Olivin Serpantin Ferro-oksit 4FeO + 3H 2 O + O 2 2Fe 2 O 3. 3H 2 O Ferro-oksit Limonit 4FeCO 3 + O 2 2Fe 2 O 3 + 4CO 2 Siderit Ferri-demir-oksit

6 Yükseltgenme ve Hidrasyon

7 Yükseltgenme ve Hidrasyon

8 Bazalt ın Yükseltgenmesi

9 Hidroliz Su çok etkin bir kimyasal ayrıştırıcıdır. Suyun serbest H + iyonları diğer bileşiklerdeki katyonlar ile yeni bir bileşik meydana getirmek üzere yer değiştirme eğilimindedir. Özellikle feldspatların, mikaların ve benzeri silikat minerallerinin ayrışmasında ilk önce meydana gelen kimyasal değişmelerden biridir. H 2 O + H 2 O H 3 O + + OH - H 3 O + hidroksinyum OH - hidroksil Feldspatların kimyasal ayrışması

10 Hidroliz KAlSi 3 O 8 + HOH HAlSi 3 O 8 + KOH Mikroklin Asit silikat

11 Karbonik Asit ve Hidroliz Toprak havasındaki CO 2 ile H 2 O birleşerek oluşturduğu karbonik asit H 2 CO 3, bazlarla doygun killeri etkileyerek, bazların yerine H + ni yerleştirip, bazları toprak çözeltisine geçirmektedir. H 2 O + CO 2 H 2 CO 3 Ca Kil + 2H 2 CO 3 H H Kil Değişebilir Ca Karbonik asit Asidik kil + Ca(HCO 3 ) 2 Kalsiyum bikarbonat

12 Karbonik Asit (Karbonasyon) ve Hidroliz

13 Cleopatra İğnesi (dikili taşı), Mısır Cleopatra İğnesi, Central Park NYC Hidroliz ( iklim Granit (Kurak ( iklim Granit (Nemli

14 Hidrasyon Suyun toprak minerallerine bağlanmasına hidrasyon denilmektedir. Birçok mineral ve özellikle feldspat, amfibol, piroksen ve mika grupları kolaylıkla su molekülü alarak hidrasyona uğrarlar. Hidrasyon sonucu mineraller, yumuşar, parlaklık ve esnekliklerini kayıp ederler ve hacimleri artar. Bunun sonucu olarak, fiziksel ve kimyasal etmenlerin etkisinde kolaylıkla kalırlar. 2Fe 2 O 3 + 3H 2 O 2Fe 2 O 3. 3H 2 O Hematit Limonit 4FeO + 3H 2 O + O 2 2Fe 2 O 3. 3H 2 O Ferro oksit Limonit

15 Hidrasyon Su, kayaların çözünmesine ve ayrışmalarına neden olur.

16 Hidrasyon

17 Hidrasyon ve Fiziksel Aşınma

18 Hidrasyon ve Fiziksel Aşınma

19 Karbonasyon Topraktaki organik maddelerin ayrışması ve köklerin solunumları sonucunda, toprak havasına fazla miktarda CO 2 katılmaktadır. Bu gaz, hidroliz sonucu açığa çıkan metal hidroksitleri etkileyerek onları karbonat veya bikarbonat haline dönüştürmektedir. Hidrasyon sonucu mineraller, yumuşar, parlaklık ve esnekliklerini kayıp ederler ve hacimleri artar. Bunun sonucu olarak, fiziksel ve kimyasal etmenlerin etkisinde kolaylıkla kalırlar. Ca (OH) 2 + 2CO 2 Ca(HCO 3 ) 2 2KOH + CO 2 KCO 3 + H 2 O

20 Karbonasyon ve Hidroliz 2KAlSi 3 O 8 + CO 2 + 2H 2 O H 4 Al 2 Si 2 O 9 + 4SiO 2 + K 2 CO 3 Ortoklaz Kaolinit Ca 3 (PO 4 ) 2 + 2CO 2 + 2H 2 O 2CaHPO 4 + Ca(HCO 3 ) 2 Trikalsyum Fosfat Dikalsyum Fosfat Ca Feldispat 2H Kil 2H Silikat Ca Kil Anortit Asit kil Asit silikat Yarayisli Ca

21 Solusyon Topraktaki kimyasal tepkimeler ile bir takım bileşikler meydana gelirken, toprak çözeltisinde kalsiyum, magnezyum, sodyum, potasyum [Ca +2, Mg +2, Na +, K + = toprak alkali katyonları] ve diğer katyonlar bol miktarda bulunabilir. bu katyonlar genellikle klorür, sülfat, bikarbonat, karbonat ve benzeri anyonlar ile bir denge teşkil etmektedirler [Cl -, SO 4-2, HCO 3-, CO 3-2 ]. ayrıca toprakta, kimyasal ve biyolojik olaylar ile meydana gelen mineral asitler bulunmaktadır [HNO 2, HNO 3, H 2 SO 3, H 2 SO 4 ].

22 Solusyon

23 Solusyon Bu toprak çözeltisinde bulunan bileşikler, minerallerin son ayrışmalarında önemli rol oynamaktadırlar. Kireç taşlarının, karbonik asit içeren sularla çözünmesi, solusyonun en önemli örneklerinden birini oluşturmaktadır. İlk önce karbonik asit oluşur: H 2 O + CO 2 H 2 CO 3 Daha sonra toprak çözeltisinde bulunan karbonik asit, kireç taşını çözer: H 2 CO 3 + CaCO 3 Ca (HCO3) -

24 Solusyon H 2 O + CO 2 H 2 CO 3 H 2 CO 3 + CaCO 3 Ca (HCO3) -

25 Solusyon Kireçtaşı Kalsit CaCO 3 H 2 CO 3 + CaCO 3 Ca (HCO3) -

26 İndirgenme Yükseltgenmenin tersi olan indirgenme oksijenin yetersiz olduğu yerlerde meydana gelir. Bu nedenle indirgenme arz kabuğunun alt kısımlarında, kötü drenaj koşullarına sahip, suyun hava boşluklarını doldurduğu, havanın yeterli olmadığı topraklarda oluşur. Bitkilerin kullanabildikleri NO 3 ve SO 4 gibi anyonlar indirgenerek element haline dönüştüklerinden, zararlı tepkimeler olarak kabul edilmektedirler.

27 İndirgenme Nitrat nitrit Azot gazı NO 3- NO 2- N 2 Çözünmez Çözünür Mn 4+ Mn 2+ Ferri Ferro Fe 3+ Fe 2+ Çözünmez Çözünür Sülfat Sülfit SO 4 2- H 2 S

28 Biyolojik Etmenler Minerallerin ayrışması ve toprak oluşumunun ilk dönemlerinde liken, mantar ve bakteri gibi mikrobik canlılar önemli rol oynamaktadırlar.

29 Biyolojik Etmenler Yüksek bitkiler de altlarında gelişen toprağın özellikleri üzerinde, büyük etkiye sahiptirler.

30 Biyolojik Etmenler Kurtçuklar, böcekler ve solucanlar toprak özelliklerini, daha büyük hayvanlara oranla, daha fazla değişime uğratırlar.