Ayrışma ve Aşınma
Ana kaya, Dünya'nın dış kabuğunu oluşturan katı kayayı ifade eder. Ayrışma, ana kayayı tortu adı verilen daha küçük parçacıklara dönüştüren bir süreçtir. Mekanik ayrışma basınç genleşmesi, don kaması, kök kaması ve tuz genleşmesini içerir. Kimyasal ayrışma karbonik asit ve hidroliz, çözünme ve oksidasyonu içerir.
Erozyon, genellikle su, rüzgar, yerçekimi veya buz tarafından yönlendirilen ve tortuyu (ve toprağı) ayrışma yerinden uzaklaştıran mekanik bir süreçtir. Sıvı su erozyonun ana etkenidir. Yerçekimi ve kütle kaybı süreçleri kayaları ve tortuları yeni yerlere taşır. Yerçekimi ve buz, buzullar şeklinde, büyük kaya parçalarının yanı sıra ince tortuları da hareket ettirir.
Erozyon direnci, ayırt edici jeolojik özelliklerin oluşmasında önemlidir. Bu durum Büyük Kanyon'un kayalıklarında iyi bir şekilde gösterilmiştir. Kayalıklar, daha az dayanıklı malzemelerin aşınıp yok olmasından sonra ayakta kalan kayalardan oluşur. Farklı erozyon direnci seviyelerine sahip kayalar, Bryce Kanyonu Ulusal Parkı ve Utah'taki Goblin Vadisi Eyalet Parkı'nda kukuleta adı verilen benzersiz görünümlü özellikleri de yaratır.
Mekanik Ayrışma
Mekanik ayrışma ana kayayı fiziksel olarak daha küçük parçalara ayırır. Mekanik ayrışmanın olağan etkenleri basınç, sıcaklık, suyun donma/çözülme döngüsü, bitki veya hayvan faaliyetleri ve tuz buharlaşmasıdır.
Pressure Expansion
Dünyanın derinliklerine gömülü ana kaya yüksek basınç ve sıcaklık altındadır. Yükselme ve erozyon ana kayayı yüzeye çıkardığında, sıcaklığı yavaşça düşerken basıncı hemen düşer. Ani basınç düşüşü kayanın hızla genişlemesine ve çatlamasına neden olur; buna basınç genleşmesi denir. Tabakalanma veya eksfoliyasyon, kaya yüzeyinin katmanlar halinde dökülmesidir. Sferoidal ayrışma, yuvarlak özellikler üreten bir eksfoliyasyon türüdür ve kimyasal ayrışma ana kayadaki eklemler boyunca hareket ettiğinde ortaya çıkar.
Don Kaması
Buz kamalama olarak da adlandırılan don kamalama, kayaları parçalamak için genişleyen buzun gücünü kullanır. Su çeşitli çatlaklara, boşluklara ve yarıklara doğru ilerler. Su donarken, her türlü zayıflıktan yararlanarak büyük bir güçle genişler. Buz eridiğinde, sıvı su genişleyen boşluklara doğru ilerler. Tekrarlanan donma ve erime döngüleri sonunda kayaları birbirinden ayırır. Döngüler, gece ve gündüz arasındaki sıcaklık dalgalanmaları donmadan erimeye geçtiğinde günlük olarak meydana gelebilir.
Kök Kamalama
Don kaması gibi, kök kaması da bitki köklerinin çatlaklara girerek büyüdükçe ana kayayı parçalamasıyla meydana gelir. Bazen bu kökler fosilleşebilir. Rizolit, kaya kayıtlarında korunan bu kökler için kullanılan bir terimdir. Solucanlar, termitler ve karıncalar gibi tünel açan organizmalar, kök kamalamaya benzer şekilde ayrışmaya neden olan biyolojik ajanlardır.
Tuz Genişlemesi
Donma kamasına benzer şekilde çalışan tuz genleşmesi, yüksek buharlaşma alanlarında veya denize yakın ortamlarda meydana gelir. Buharlaşma, tuzların çözeltiden çökelmesine ve kayadaki çatlaklara doğru büyüyüp genişlemesine neden olur. Tuzun genleşmesi, bir kayadaki bir dizi delik olan tafoninin nedenlerinden biridir. Tafonisler, çatlaklar ve delikler, artan hava koşullarına karşı hassas hale gelen zayıf noktalardır. Tuzlu su buharlaştığında ortaya çıkan bir başka fenomen de geride hazne kristali adı verilen yumuşak bir tortuda korunmuş kare şeklinde bir iz bırakabilir.
Kimyasal Ayrışma
Kimyasal ayrışma, sıcak ve nemli ortamlarda baskın olan ayrışma sürecidir. Su, oksijen ve diğer reaktifler ana kayanın mineral bileşenlerini kimyasal olarak bozarak suda çözünebilen iyonlara dönüştürdüğünde ve bu iyonlar su ile taşındığında meydana gelir. Daha yüksek sıcaklıklar kimyasal ayrışma oranlarını hızlandırır.
Kimyasal ve mekanik ayrışma, yüzey alanı-hacim oranı adı verilen temel bir kavram aracılığıyla el ele çalışır. Kimyasal ayrışma sadece kaya yüzeylerinde meydana gelir çünkü su ve reaktifler katı kayaya nüfuz edemez. Mekanik ayrışma ana kayaya nüfuz ederek büyük kayaları daha küçük parçalara ayırır ve yeni kaya yüzeyleri oluşturur. Bu da daha fazla yüzey alanını kimyasal ayrışmaya maruz bırakarak etkilerini artırır. Başka bir deyişle, daha yüksek yüzey alanı/hacim oranları daha yüksek genel ayrışma oranları üretir.
Karbonik Asit ve Hidroliz
Karbonik asit (H2CO3), atmosferde en çok bulunan beşinci gaz olan karbondioksit suda çözündüğünde oluşur. Bu durum bulutlarda doğal olarak gerçekleşir, bu yüzden yağışlar normalde hafif asidiktir. Karbonik asit, hidroliz ve çözünme olmak üzere iki kimyasal ayrışma reaksiyonunda önemli bir etkendir.
Hidroliz iki tür reaksiyonla gerçekleşir. Bir reaksiyonda, su molekülleri pozitif yüklü H+1 ve OH-1 iyonlarına iyonize olur ve kristal kafesteki mineral katyonlarının yerini alır. Başka bir hidroliz türünde, karbonik asit molekülleri doğrudan minerallerle, özellikle de silikon ve alüminyum içerenlerle (yani Feldspatlar) reaksiyona girerek kil minerallerinin moleküllerini oluşturur.
Hidroliz, silikat kayayı parçalayan ve kil minerallerini oluşturan ana süreçtir. Aşağıda, silis bakımından zengin feldspat karbonik asitle karşılaştığında suda çözünür kil ve diğer iyonları üretmek için meydana gelen bir hidroliz reaksiyonu gösterilmektedir:
- feldspat + karbonik asit (suda) → kil + metal katyonları (Fe++, Mg++, Ca++, Na+, vb.) + bikarbonat anyonları (HCO3-1) + silika (SiO2)
Kil mineralleri, mikalara benzer plati silikatlar veya filosilikatlardır ve çok ince taneli tortunun ana bileşenleridir. Çözünmüş maddeler daha sonra evaporit ve kireçtaşı gibi kimyasal tortul kayaçların yanı sıra amorf silika veya çört nodüllerine çökelebilir.
Çözülme
Çözünme, ana kayadaki mineralleri çözen ve iyonları çözeltide, genellikle suda bırakan bir hidroliz reaksiyonudur. Tuz ve kalsit gibi bazı evaporitler ve karbonatlar bu reaksiyona daha yatkındır; ancak tüm mineraller çözünebilir. Nötr pH değeri 7 olan asidik olmayan su, çok yavaş gerçekleşse de her türlü minerali çözecektir. Doğal veya insan yapımı yüksek asit seviyesine sahip su, kayaları daha yüksek oranda çözer. Sıvı su, karbonik asit ve serbest H+ iyonlarının varlığı nedeniyle normalde hafif asidiktir. Doğal yağmur suyu yüksek derecede asidik olabilir, pH seviyesi 2'ye kadar düşebilir. Çözünme, liken ve bakteri gibi organizmaların bağlı oldukları kayalara organik asitler salması gibi biyolojik bir ajan tarafından artırılabilir. Yüksek neme (havadaki nem) ve yağışa sahip bölgeler, kayalar ve su arasında daha fazla temas süresi nedeniyle daha fazla çözünme yaşar.
Goldich Çözünme Serisi, kimyasal ayrışma oranlarının Bowen Reaksiyon Serisindeki kristalleşme sıralamaları ile ilişkili olduğunu göstermektedir. Bowen serisinin en üstünde yer alan mineraller yüksek sıcaklık ve basınç altında kristalleşir ve kimyasal olarak en altta yer alan minerallerden daha hızlı ayrışır. 700°C'de kristalleşen felsik bir mineral olan kuvars, kimyasal ayrışmaya karşı çok dayanıklıdır. Olivin ve piroksen (1.250°C) gibi yüksek kristalleşme noktalı mafik mineraller nispeten daha hızlı ve daha eksiksiz bir şekilde ayrışır. Olivin ve piroksen ayrışmanın son ürünleri olarak nadiren bulunur çünkü elementel iyonlara ayrılma eğilimindedirler.
Çözünme, yarattığı özel jeolojik özellikler açısından da dikkate değerdir. Karbonat ana kayanın bol olduğu yerlerde, çözünme ayrışması düdenler veya mağaralarla karakterize edilen karstik bir topografya oluşturabilir.
Kuzey Utah'taki Timpanogos Mağarası Ulusal Anıtı iyi bilinen bir çözünme özelliğidir. Şekilde çözünme ve ardından çökelme sonucu oluşan bir mağara oluşumu gösterilmektedir - kalsitle doymuş yeraltı suyu mağaraya sızmış ve burada buharlaşma çözünmüş minerallerin çökelmesine neden olmuştur.
Oksidasyon
Metalik demirde pasa neden olan kimyasal reaksiyon olan oksidasyon, jeolojik olarak bir mineraldeki demir atomlarının oksijenle bağ kurmasıyla meydana gelir. Demir içeren tüm mineraller oksitlenebilir. Ortaya çıkan demir oksitler, eğer demir mineralleri açısından zenginse bir kayaya nüfuz edebilir. Oksitler ayrıca kayaları ve tortu tanelerini kaplayan bir kaplama oluşturabilir veya kaya boşluklarını ve kırıkları kaplayabilir. Oksitler orijinal ana kayaya göre ayrışmaya daha yatkınsa, kaya kütlesinin içinde boşluklar veya açıkta kalan yüzeylerde oyuklar oluşturabilir.
Yaygın olarak bulunan üç mineral demir-oksidasyon reaksiyonları ile üretilir: kırmızı veya gri hematit, kahverengi götit ("GUR-tit" olarak telaffuz edilir) ve sarı limonit. Bu demir oksitler, sementasyon adı verilen bir süreçte mineral tanelerini kaplayarak tortul kayaçlar halinde birbirine bağlar ve genellikle bu kayaçlara baskın bir renk verir. Colorado Platosu'nun yanı sıra Zion, Arches ve Grand Canyon Ulusal Parklarının kaya katmanlarını renklendirirler. Bu oksitler, demir içeren mineraller açısından zengin bir kayaya nüfuz edebilir veya boşluklarda veya kırıklarda oluşan bir kaplama olabilir. Ana kayadaki mevcut minerallerin yerini alan mineraller ayrışmaya karşı dirençli olduğunda, kayada demir konkresyonları oluşabilir. Ana kayanın yerini daha zayıf oksitler aldığında, bu süreç genellikle kaya kütlesi boyunca boşluklara ve zayıflığa neden olur ve genellikle açıkta kalan kaya yüzeylerinde oyuklar bırakır.
Aşınma
Erozyon, genellikle su, yerçekimi, rüzgar veya buz tarafından yönlendirilen ve tortuyu ayrışma yerinden uzaklaştıran mekanik bir süreçtir. Sıvı su erozyonun ana etkenidir.
Erozyon direnci, ayırt edici jeolojik özelliklerin oluşturulmasında önemlidir. Bu durum Büyük Kanyon'un kayalıklarında iyi bir şekilde gösterilmiştir. Kayalıklar, daha az dayanıklı malzemelerin aşınıp yok olmasından sonra ayakta kalan kayalardan oluşur. Farklı seviyelerde erozyona dayanıklı kayalar da Bryce Kanyonu Ulusal Parkı ve Utah'taki Goblin Vadisi Eyalet Parkı'nda kukuleta adı verilen eşsiz görünümlü özellikleri oluşturur.
Toprak
Toprak, biyosfer ve jeosfer arasındaki geçişte oluşan hava, su, mineraller ve organik maddelerin bir kombinasyonudur. Toprak, ayrışma ana kayayı parçalayıp tortuya dönüştürdüğünde oluşur. Erozyon sedimanı önemli ölçüde ortadan kaldırmazsa, organizmalar sedimanların mineral içeriğine erişebilir. Bu organizmalar mineralleri, suyu ve atmosferik gazları toprağa katkıda bulunan organik maddelere dönüştürür.
Toprak, bitkiler, hayvanlar ve mikroorganizmaların yaşaması için gerekli olan organik bileşenler için önemli bir rezervuardır. Toprağın humus adı verilen organik bileşeni, biyolojik olarak kullanılabilir zengin bir azot kaynağıdır. Azot atmosferdeki en yaygın elementtir, ancak çoğu yaşam formunun kullanamayacağı bir formda bulunur. Sadece toprakta bulunan özel bakteriler, yaşam formları tarafından kullanılabilir, biyolojik olarak kullanılabilir azot bileşiklerinin çoğunu sağlar.
Bu azot bağlayıcı bakteriler atmosferdeki azotu emer ve azot bileşiklerine dönüştürür. Bu bileşikler bitkiler tarafından emilir ve DNA, amino asitler ve enzimlerin yapımında kullanılır. Hayvanlar bitkileri yiyerek biyolojik olarak kullanılabilir azot elde ederler ve bu, yaşam tarafından kullanılan azotun çoğunun kaynağıdır. Bu azot, proteinlerin ve DNA'nın temel bir bileşenidir. Topraklar, içerdikleri humus miktarına bağlı olarak fakirden zengine kadar değişir. Toprak verimliliği su ve besin içeriğine göre belirlenir. Andisol adı verilen yeni oluşmuş volkanik topraklar ile besin ve su tutan kil bakımından zengin topraklar verimli topraklara örnektir.
Toprağın doğası, yani özellikleri, öncelikle beş bileşen tarafından belirlenir: 1) ana materyalin mineralojisi; 2) topografya, 3) ayrışma, 4) iklim ve 5) toprakta yaşayan organizmalar. Örneğin, toprak dik yamaçlarda daha hızlı aşınma eğilimindedir, bu nedenle bu alanlardaki toprak katmanları, birikme eğiliminde olduğu taşkın ovalarına göre daha ince olabilir. Toprağın organik madde miktarı ve kimyası, ne kadar ve hangi çeşit yaşamı sürdürebileceğini etkiler. İki önemli ayrışma etmeni olan sıcaklık ve yağış, iklime bağlıdır. Mantarlar ve bakteriler, azot ve diğer besin maddelerini değiş tokuş etmek için bitki kökleriyle etkileşime girerek organik maddeye ve toprağın yaşamı sürdürme yeteneğine katkıda bulunur.
İyi biçimlendirilmiş topraklarda, toprak horizonları adı verilen farklı katmanların fark edilebilir bir düzenlemesi vardır. Bu toprak horizonları, kesimin kenarındaki katmanları açığa çıkaran yol kesimlerinde görülebilir. Toprak horizonları toprak profilini oluşturur. Her toprak horizonu iklim, topografya ve diğer toprak gelişim faktörlerinin yanı sıra organik madde ve mineral tortu bileşimini yansıtır. Horizonlara isimler ve harfler atanmıştır. Adlandırma şemalarındaki farklılıklar bölgeye, toprak türüne veya araştırma konusuna bağlıdır. Şekilde, yaygın olarak belirlenmiş isim ve harflerin kullanıldığı basitleştirilmiş bir toprak profili gösterilmektedir.
O Ufku: Üst ufuk, yapraklar, dallar ve aktif olarak humusa dönüşen diğer bitki parçaları gibi ağırlıklı olarak organik malzemeden oluşan ince bir tabakadır.
A ufuk çizgisi: Üst toprak olarak adlandırılan bir sonraki katman, mineral tortu ile karıştırılmış humustan oluşur. Yağışlar bu katmandan aşağı doğru süzüldükçe, çözünebilir kimyasalları dışarı atar. Yoğun yağış alan yağışlı iklimlerde bu süzülme, E horizonu olarak adlandırılan ayrı bir katman, süzülme veya elüviasyon bölgesi oluşturur.
B Ufku: Alt toprak olarak da adlandırılan bu katman, üst katmanlardan çıkarılan humus ile karıştırılmış tortudan oluşur. Alt toprak, mineral tortunun kimyasal olarak ayrıştığı yerdir. Organik madde miktarı ve ayrışma derecesi derinlikle birlikte azalır. Regolit olarak adlandırılan üst toprak altı bölgesi, humus ve yüksek derecede ayrışmış tortunun gözenekli bir karışımıdır. Saprolit olarak adlandırılan alt bölgede, az miktarda organik malzeme büyük ölçüde değişime uğramamış ana kaya ile karışır.
C Ufku: Bu alt tabakadır ve mekanik ayrışma bölgesidir. Burada ana kaya parçaları fiziksel olarak kırılmış ancak kimyasal olarak değişime uğramamıştır. Bu tabaka organik malzeme içermez.
R Ufku: Son katman yıpranmamış, ana kaya ve parçalarından oluşur.
Amerika Birleşik Devletleri'nin tarımdan sorumlu kurumu USDA, toprak türlerini tanımlamak için toprak sıralaması adı verilen taksonomik bir sınıflandırma kullanmaktadır. Xoxisoller veya laterit topraklar tropikal bölgelerde bulunan besin açısından fakir topraklardır. Ürün yetiştirmek için pek uygun olmasa da, ksosoller dünyadaki çıkarılabilir alüminyum cevherinin (boksit) çoğuna ev sahipliği yapmaktadır. Ardisol kuru iklimlerde oluşur ve kaliş adı verilen sertleşmiş kalsit katmanları geliştirebilir. Andisoller volkanik kül birikintilerinden kaynaklanır. Alfisoller silikat kil mineralleri içerir. Bu iki toprak düzeni, yüksek mineral besin içeriği nedeniyle tarım için verimlidir. Genel olarak renk, toprak koşullarını anlamada önemli bir faktör olabilir. Siyah topraklar anoksik, kırmızı topraklar oksijen bakımından zengin, yeşil topraklar ise oksijen bakımından fakir (yani indirgenmiş) olma eğilimindedir. Bu durum birçok tortul kayaç için de geçerlidir.
Toprak sadece doğadaki karasal yaşam için değil, aynı zamanda tarım yoluyla insan uygarlığı için de gereklidir. Dikkatsiz veya bilgisiz insan faaliyetleri toprağın yaşamı destekleyen özelliklerine ciddi zarar verebilir. Bunun en iyi örneği, 1930'larda Amerika Birleşik Devletleri'nin orta batısını etkileyen ünlü Dust Bowl felaketidir. Zarar, güney Kansas, Colorado, batı Teksas ve Oklahoma'daki çayırlık alanları tarım arazisine dönüştürmek için yapılan büyük ölçekli girişimler nedeniyle meydana gelmiştir. Bölgenin jeolojisi, ekolojisi ve ikliminin yeterince anlaşılamaması, toprak profilini bozan tarım uygulamalarına yol açmıştır.
Çayır toprakları ve yerli bitkiler nispeten kuru bir iklime iyi adapte olmuştur. Hükümetin teşvikiyle yerleşimciler bölgeye yerleşmek için harekete geçti. Geniş çayırlık alanları uzun, düz sıralar halinde sürdüler ve tahıl ektiler. Sürme işlemi sabit toprak profilini bozmuş ve toprak katmanlarını sabitleyen uzun köklere sahip doğal otları ve bitkileri yok etmiştir. Ektikleri tahıllar daha sığ kök sistemlerine sahipti ve her yıl sürülüyordu, bu da toprağı erozyona eğilimli hale getiriyordu. Sürülen karıklar yokuş aşağı inen düz sıralar halinde hizalanmıştır, bu da erozyonu ve üst toprağın kaybını desteklemiştir.
Yerel iklim, yerli olmayan tahıl ürünlerini desteklemek için yeterli yağış üretmemektedir, bu nedenle çiftçiler kuyular açmış ve yeraltı akiferlerinden aşırı su pompalamıştır. Tahıl ekinleri susuzluk nedeniyle başarısız oldu ve geriye kır rüzgarları tarafından yerden sıyrılan çıplak toprak kaldı. Orta batı çayır toprağının parçacıkları doğu kıyısı boyunca ve Avrupa'ya kadar uzanan bir alanda birikmiştir. Kara tipiler olarak adlandırılan büyük toz fırtınaları hayatı çekilmez hale getirdi ve bir zamanlar umutlu olan ev sahipleri sürüler halinde burayı terk etti. John Steinbeck'in ünlü romanı ve John Ford'un filmi Gazap Üzümleri'nin geçtiği yer de bu dönemde Oklahoma'dır. Asıl soru, bir daha yaşanmaması için toz çanağından ders alıp almadığımızdır.
Önceki Ders: Suyun Benzersiz Özellikleri
Yorumlar
Yorum Gönder