مهندسی عمران دانشگاه آزاد اسلامی واحد بناب

وبلاگی برای علاقمندان به رشته مهندسی عمران

تاریخچه استفاده از خاک
نویسنده : امیر عزیزی فر - ساعت ٦:٠٧ ‎ب.ظ روز ۱۳۸٩/٩/۱
 

بنظر می‌رسد که انسان اولیه تا زمانی که مواد غذایی خود را از طریق شکار بدست می‌آورده، چندان توجهی به خاک نداشته است، ولی بتدریج که کشت جایگزین شکار می‌شده، اهمیت خاک نیز افزایش یافت. این تغییر روش در حدود ۹۰۰۰ سال پیش در کوههای زاگرس و خوزستان و قسمتی از عراق امروزی بین رودخانه‌های دجله و فرات صورت گرفته و در واقع اولین انقلاب کشاورزی در ایران آغاز شده است.
● اجزا اصلی خاک
۴ جز اصلی خاک عبارتند از: مواد معدنی ، مواد آلی ، آب و هوا. این اجزا بطور نزدیکی در ارتباط با یکدیگر هستند. بطوری که جدا کردن آنها مشکل است. حجم نسبی این اجزا که برای رشد گیاه مناسب باشد، بدین صورت است که در آن ۵۰ درصد بوسیله مواد جامد (۴۵ درصد مواد معدنی و ۵ درصد مواد آلی) اشغال شده و ۵۰ درصد بقیه شامل فضای منافذ است که بوسیله آب یا هوا اشغال می‌شوند. البته این نسبت آب و هوا بسیار متغیر بوده و تحت تاثیر شرایط خاک و جو قرار می‌گیرد.
● پروفیل یا نیمرخ خاک
اگر قسمتی از خاک به طرف پایین حفر شود، لایه‌های افقی مشخصی در عمقهای مختلف آن به چشم می‌خورد. این مقطع را پروفیل خاک و لایه‌های مشخص آن را افق گویند. تمام افقهای بالای مواد مادری بطور جمعی Solum نامیده می‌شوند. مشخصات پروفیل خاک برای طبقه بندی و ارزیابی و نقشه برداری خاک بکار می‌رود.
لایه‌های بالایی پروفیل ، دارای مواد آلی بیشتری بوده و به همین علت رنگ آنها تیره است. این لایه‌ها را خاک سطح‌الارضی Top Soil گویند. لایه‌های عمیق‌تر خاک یا خاک تحت‌الارضی SubSoil به علت کمی مواد آلی رنگ روشن‌تری دارند و محل تجمع موادی هستند که از لایه‌های سطح‌الارضی شسته شده‌اند. مهمترین قسمت خاک از نظر رشد گیاهان لایه‌های سطح‌الارضی آن است که بیشتر مواد غذایی و آب قابل جذب گیاهان در این لایه‌ها متمرکز می‌شود و ریشه‌های گیاهان در اینجا یافت می‌شود.
● ساختمان خاک
نحوه قرار گرفتن و چگونگی اجتماع ذرات خاک را ساختمان آن می‌گویند. گرچه در یک پروفیل خاک ممکن است یک نوع ساختمان بیش از سایرین دیده شود، ولی معمولا در افقها یا لایه‌های مختلف ممکن است، چند نوع ساختمان یافت شود. بسیاری از خواص فیزیکی خاک مانند حرکت آب ، تهویه ، انتقال حرارت ، وزن مخصوص ظاهری و فضای منافذ به ساختمان خاک بستگی دارد. در واقع تمام عملیات از قبیل شخم و زهکشی ، دادن کود حیوانی و آهک زدن که برای بهبود وضعیت فیزیکی خاک انجام می‌شود، روی ساختمان خاک اثر گذاشته و تاثیری روی بافت آن ندارد. ساختمانهای موجود از یکی از دو حالت زیر بوجود می‌آید:
تک دانه‌های ذرات خاک که بطور فردی وجود داشته و اجتماع مشخصی از ذرات در آنها صورت نگرفته است.
توده‌های فشرده و بی شکل و نامنظمی از ذرات که هیچ خصوصیات ساختمانی مشخصی ندارند.
● انواع ساختمانهای خاک
برحسب شکل ظاهری ۶ نوع ساختمان را می‌توان در خاک تشخیص داد. این ساختمانها به اسامی بشقابی ، ستونی ، منشوری ، مکعبی ، فندقی ، دانه‌ای و اسفنجی شناخته می‌شوند.
▪ ساختمان بشقابی: توده‌های خاک به صورت لایه‌های نازک افقی روی هم قرار گرفته‌اند. بیشتر در لایه‌های سطحی خاک وجود دارند، ولی گاهی در لایه‌های عمیق هم دیده می‌شوند.
▪ ساختمانهای ستونی و منشوری : توده‌های خاک بطور عمودی روی هم قرار گرفته‌اند، ارتفاع ستونهای حاصل متغیر و قطر آنها گاهی به ۱۵ سانتیمتر می‌رسد. بیشتر در لایه‌های عمیق خاک مناطق خشک و نیمه خشک دیده می‌شود. در صورتی که بالای این ساختمانها گرد باشد، آنها را ستونی و اگرا مسطح باشد، آنها را منشوری گویند.
▪ ساختمانهای مکعبی و فندقی : توده‌های خاک به صورت مکعبهایی با سطوح نامنظم ، ولی ابعاد تقریبا مساوی در آمده‌اند. اگر لبه‌های سطوح بیشتر تیز و مشخص باشد، ساختمان را مکعبی و اگرا این لبه‌ها صاف شده باشد، ساختمان را فندقی گویند. این نوع ساختمان در لایه‌های عمیق خاک دیده می‌شود.
▪ ساختمانهای کروی (دانه‌ای یا اسفنجی) : توده‌های خاک شکل گرد داشته و قطر آنها معمولا از یک سانتیمتر کمتر است. این ساختمانها کاملا متخلخل بوده و اتصال بین ذرات ضعیف است (دانه‌ای) و درصورتی که ساختمان کاملا باز و درجه تخلخل زیاد باشد، ساختمان را اسفنجی گویند. ساختمانهای کروی بیشتر در لایه‌های سطحی خاک یافت می‌شوند و به آسانی تحت تاثیر عملیات زراعی قرار می‌گیرند.
خاک چیست ؟


خاک‌ها مخلوطی از مواد معدنی و آلی می‌باشند که از تجزیه و تخریب سنگ‌ها در نتیجه هوازدگی بوجود می‌آیند که البته نوع و ترکیب خاک‌ها در مناطق مختلف بر حسب شرایط ناحیه فرق می‌کند. مقدار آبی که خاک‌ها می‌توانند بخود جذب کنند. از نظر کشاورزی و همچنین در کارخانه‌های راه‌سازی و ساختمانی دارای اهمیت بسیاری است که البته این مقدار در درجه اول بستگی به اندازه دانه‌های خاک دارد.
هرچه دانه خاک ریزتر باشد، آب بیشتری را به خود جذب می‌کند که این خصوصیت برای کارهای ساختمان‌سازی مناسب نیست. بطور کلی خاک خوب و حد واسط از دانه‌های ریز و درشت تشکیل یافته است. تشکیل خاک‌ها به گذشت زمان ، مقاومت سنگ اولیه یا سنگ مادر ، آب و هوا ، فعالیت موجودات زنده و بالاخره توپوگرافی ناحیه‌ای که خاک در آن تشکیل می‌شود بستگی دارد.

عوامل موثر در تشکیل خاک

• سنگ‌های اولیه یا سنگ مادر :
کمیت و کیفیت خاک‌های حاصل از سنگ‌های مختلف اعم از سنگهای آذرین ، رسوبی و دگرگونی به کانی‌های تشکیل دهنده سنگ ، آب و هوا و عوامل دیگر بستگی دارد. خاک حاصل از تخریب کامل سیلیکاتهای دارای آلومینیوم و همچنین سنگهای فسفاتی از لحاظ صنعتی و کشاورزی ارزش زیادی دارد. در صورتیکه خاک‌هایی که از تخریب سنگ‌های دارای کانی‌های مقاوم (از قبیل کوارتز و غیره) در اثر تخریب شیمیایی پدید آمده‌اند و غالبا شنی و ماسه‌ای می‌باشند فاقد ارزش کشاورزی می‌باشند.
• ارگانیسم :
تمایز انواع خاک‌ها از نقطه نظر کشاورزی به نوع و مقدار مواد آلی (ازت و کربن) موجود در آن بستگی دارد. نیتروژن موجود در اتمسفر بطور مستقیم قابل استفاده برای گیاهان نمی‌باشد. بلکه ترکیبات نیتروژن‌دار لازم برای رشد گیاهان باید به شکل قابل حل در خاک وجود داشته باشد که این عمل در خاک‌ها بوسیله برخی از گیاهان و باکتری‌ها انجام می‌شود. خاک‌ها معمولا دارای یک نوع مواد آلی کربن‌دار تیره رنگی هستند که هوموس نامیده می‌شوند و از بقایای گیاهان بوجود می‌آید.
• زمان :
هر قدر مدت عمل تخریب کانی‌ها و سنگ‌ها بیشتر باشد عمل تخریب فیزیکی و شیمیایی کاملتر انجام می‌گیرد. زمان تخریب کامل بسته به نوع سنگ ، ساخت و بافت سنگ‌ها و نیز ترکیب و خاصیت تورق کانی‌ها متفاوت می‌باشد ولی بطور کلی سنگهای رسوبی خیلی زودتر تجزیه شده و به خاک تبدیل می‌شوند، در صورتیکه سنگهای آذرین مدت زمان بیشتری لازم دارند تا تجزیه کامل در آنها صورت گرفته و به خاک تبدیل گردند.
• آب و هوا :
وفور آب‌های نفوذی و عوامل آب و هوا از قبیل حرارت ، رطوبت و غیره در کیفیت خاک‌ها اثر بسزایی دارند. جریان آبهای جاری بخصوص در زمین‌های شیب‌دار موجب شستشوی خاک‌ها می‌شوند و با تکرار این عمل مقدار مواد معدنی و آلی بتدریج تقلیل می‌یابد. اثر تخریبی اتمسفر همانطور که قبلا بیان گردید روی برخی از کانی‌ها موثر و عمیق می‌باشد و هر قدر رطوبت همراه با حرارت زیادتر باشد شدت تخریب نیز بیشتر می‌گردد.

• توپوگرافی محل تشکیل خاک :
اگر محلی که خاک‌ها تشکیل می‌شوند دارای شیب تند باشد در نتیجه مواد تخریب شده ممکن است بوسیله آبهای جاری و یا عامل دیگری خیلی زود بسادگی از محل خود بجای دیگری حمل گردند و یا شستشو بوسیله آبهای جاری و یا عامل دیگری خیلی زود بسادگی از محل خود بجای دیگری حمل گردند و یا شستشو بوسیله آبهای جاری باعث تقلیل مواد معدنی و آلی خاک‌ها شود در نتیجه این منطقه خاک‌های خوب تشکیل نخواهند شد. ولی برعکس در محل‌های صاف و مسطح که مواد تخریب شده بسادگی نمی‌توانند به جای دیگری حمل شوند فرصت کافی وجود داشته و فعل و انفعالات بصورت کامل انجام می‌پذیرد.

مواد تشکیل دهنده خاک‌ها

موادی که خاک‌ها را تشکیل می‌دهند به چهار قسمت تقسیم می‌شوند :
• مواد سخت : مواد سخت را ترکیبات معدنی تشکیل می‌دهند ولی ممکن است دارای مقداری مواد آلی نیز باشند. البته این ترکیبات معدنی از تخریب سنگ‌های اولیه یا سنگ مادر حاصل شده‌اند که گاهی اوقات همراه با مواد تازه کلوئیدی و نمک‌ها می‌باشند.
• موجودات زنده در خاک‌ها : تغییراتی که در خاک‌ها انجام می‌پذیرد بوسیله موجودات زنده در خاک انجام می‌گیرد. قبل از همه ریشه گیاهان ، باکتری‌ها ، قارچها ، کرم‌ها و بالاخره حلزون‌ها در این تغییرات شرکت دارند.
• آب موجود در خاک‌ها : آبی که در خاک وجود دارد حمل مواد حل‌شده را به عهده دارد که البته این مواد حمل شده برای رشد و نمو گیاهان به مصرف می‌رسد. آب موجود در خاک‌ها از باران و آبهای نفوذی ، آب جذب شده و بالاخره آبهای زیرزمینی تشکیل شده که در مواقع خشکی از محل خود خارج شده و بمصرف می‌رسد.
• هوای موجود در خاک : هوا همراه با آب در خوه‌های خاک‌ها وجود دارد که البته این هوا از ضروریات رشد و نمو گیاهان و ادامه حیات حیوانات می‌باشد. مقدار اکسیژنی که در این هوا وجود دارد از دی اکسید کربن کمتر است و این بدان علت است که ریشه گیاهان برای رشد و نمو اکسیژن مصرف کرده و دی اکسید کربن پس می‌دهند.

تقسیم‌بندی خاک‌ها از لحاظ سنگ‌های تشکیل دهنده

بر حسب دانه‌های تشکیل دهنده خاک و هم‌چنین شرایط میزالوژی و پتروگرافی زمین خاک‌های مختلفی وجود دارد که عبارتند از :
• خاک رسی : ذرات رس (Clay) دارای قطری کوچکتر از 0.002 میلی‌متر می‌باشند و در حدود 50% خاک را تشکیل می‌دهند.
خاک‌های رسی چون دارای دانه‌های بسیار ریزی هستند به خاک سرد معروفند و در مقابل رشد گیاهان مقاومت نشان داده و رشد آنها را محدود می‌کنند.
• خاک‌های سیلتی :
50% این نوع خاک‌ها را ذرات سلیت تشکیل داده است که دارای قطری بین 0.05 تا 0.002 میلی‌متر می‌باشند و بر حسب اینکه ناخالصی مثل ماسه ، رس و غیره بهمراه دارند به نام خاک‌های سیلتی ماسه‌ای و یا سیلتی رسی معروفند.
• خاک‌های ماسه‌ای :
این خاک‌ها از 75% ماسه تشکیل شده‌اند. قطر دانه‌ها از 0.06 تا 2 میلیمتر است و بر حسب اندازه دانه‌های ماسه به خاک‌های ماسه‌ای درشت ، متوسط و ریز تقسیم می‌گردند. مقدار کمی رس خاصیت خاک‌های ماسه‌ای را تغییر می‌دهد و این نع خاک آب را بیشتر در خود جذب می‌کند تا خاک‌های ماسه‌ای که فاقد رس هستند.
• خاک‌های اسکلتی :
خاکهای اسکلتی به خاکهایی اطلاق می‌گردد ک در حدود 75% آن را دانه‌هایی بزرگتر از 2 میلی‌متر از قبیل قلوه سنگ ، دیگ و شن تشکیل می‌دهند. این خاک‌ها ، آب را به مقدار زیاد از خود عبور می‌دهند و لذا همیشه خشک می‌باشند.

طبقه بندی خاک

در نخستین سالهایی که مطالعه خاک در ایالات متحده شروع شده بود. محققین فکر می‌کردند که مواد اولیه و مادر تقریبا تنها عامل تعیین نوع خاک حاصل ، می‌باشد. بنابراین می‌اندیشیدند که از هوازدگی سنگ آهک نوع دیگری از خاک تولید می‌شود. البته این یک واقعیت است که نوع خاک تا حدودی بازتاب موادی است که از آنها تشکیل یافته است. و در برخی موارد حتی از روی نوع خاک پوشاننده سنگها می‌توان نحوه توزیع و گسترش آنها را بر روی نقشه آورد. اما با دستیابی به اطلاعات بیشتر بتدریج مشخص شد که سنگ بستر تنها عامل تعیین کننده نوع خاک نیست.
دانشمندان خاکشناس رومی ، به دنبال کار عظیم دوکیوشف (1903-1846) نشان دادند که اگر شرایط اقلیمی از نقطه‌ای به نقطه دیگر تفاوت کند حتی بر روی یک نوع سنگ بستر نیز چندین نوع خاک تشکیل می‌شود. این طرز تفکر که شرایط آب و هوایی تاثیری عمده در تشکیل خاک دارد. برای اولین بار در دهه 1920 توسط ماربوت (1935-1863) در ایالات متحده مطرح گشت. از آن موقع تا کنون دانشمندان خاکشناس دریافته‌اند عوامل دیگری که در نحوه تشکیل خاک نقش حیاتی دارند، وجود دارد.
برای مثال برجستگی سطح زمین نقش مهمی در نوع خاک دارد. بدین ترتیب که خاک موجود در بالای یک تپه با خاک موجود در شیب، این نیز به نوبه خود با خاک موجود در زمین و پای تپه متفاوت است. مع ذالک سنگ بستر زیر هر سه نوع خاک یکسان است. گذشت زمان نیز عاملی دیگر است، بدین معنی که اگر شرایط آب و هوایی ، سنگ بستر و پستی و بلندی ، در یک محل یکسان باشد، خاکی که به تازگی در آن محل تشکیل شده باشد با خاکی که هزاران سال از تشکیل آن در همان محل گذشته است تفاوت خواهد داشت.

انواع خاکها در سیستم طبقه بندی خاکهای ایالات متحده

• آلفی سول (Alfisols) : شرایط آب و هوایی نیمه مرطوب ، مقدار بارش 125 - 15 سانتیمتر ، غالبا در زیر پوششی جنگلی ، تجمع رس در افق B لایه بالایی فروشسته به رنگ قهوه ای - خاکستری و لایه پایینی به رنگ قرمز - قهوه‌ای ، همراه با تجمعی از سیلیکاتهای آهن و آلومینیوم.
• آریدیسول (Aridisols) : شرایط آب و هوایی خشک با تجمعات آهک یا ژیپس ، لایه‌های نمک ، تجمع یونهای کلسیم ، منیزیم و پتاسیم.
• انتی سول (Entisols) : خاکهای عصر حاضر بدون افقهای قابل تشخیص. بسیاری از دشتهای سیلابی رودخانه‌های جدید ، رسوبات خاکسترهای آتشفشانی ، و ماسه‌های جدید.
• هیستوسول (Histosols) : غنی در مواد آلی ، شامل گیاه خاک و کود تازه ، بقایای گیاهی مجتمع شده در باتلاقها و مردابها.
• اینسپتی سول (Inceptisols) : افق‌ها به سختی قابل تشخیص بوده و نشان دهنده شروع تشکیل خاک و درجه بندی آن هستند.
• مولی سول (Mollisols) : خاک علفزارها. سیاه ، در نزدیکی سطح غنی در مواد آلی. غنی در آهک.
• اکسی سول (Oxisols) : خاکهای شدیدا هوازده ، اغلب با عمق بیش از 3 متر حاصلخیزی ناچیز. غنی در رسهای اکسید آهن و آلومینیوم‌دار.
• اسپودوسول (Spodosls) : ماسه‌ای ، خاکهای فروشسته جنگلهای مناطق سرد سیر . اسیدی. مقادیر متنابهی مواد آلی و یا رس آهن و آلومینیوم دارد.
• آلتی سول (Ultisols) : شدیدا اسیدی ، خاکها خوب هوازده ، شرایط آب و هوایی استوایی و نیمه استوایی. تجمع سیلیکاتهای بازمانده.
• ورتی سول (Vertisols) : خاکهای هوازده بسیار قدیمی ، هنگام خشک بودن دارای ترکهای عمیق و پهن عمودی ، غنی در مواد رسی.

اندازه گیری ویژگیهای خاک
حجم خاک:

با حرف V نمایش می دهند. برای اندازه گیری حجم خاکهای چسبنده، روشهای مختلفی وجود دارد.
روش اول:وارد کردن نمونه در داخل استوانه مدرج حاوی مقداری جیوه که نمونه را وارد آن می کنیم و اختلاف ارتفاع جیوه، حجم نمونه را نشان می دهد.
روش دوم: موم اندود کردن نمونه و قرار دادن در استوانه مدرج حاوی آب، که اختلاف ارتفاع آب در استوانه بیانگر حجم نمونه خاک است (دلیل موم اندود کردن روش دوم این است که آب وارد درز و شکافهای نمونه نشود چون خاصیت مویینگی آب ، موجب نفوذ آن به درون این درزه ها میشود ولی در مورد جیوه چنین نیست)

وزن خاک:

با (W) نمایش می دهند. که می توان جرم خاک را توسط ترازوی دقیقی اندازه گرفت که وزن را می توان طبق رابطه مقابل بدست آورد. ( شتاب گرانش زمین9.81m/s2 =g )
W =m.g

تخلخل:

که با n نمایش م دهند و عبارت است از نسبت حجم فضاهای خالی (Vr) به حجم کل خاک (V) که به درصد بیان میشود.

درصد رطوبت:

که با ω نمایش می دهند و عبارت است از نسبت وزن آب موجود در خاک (Ww) به وزن خشک خاک (Ws)
درصد رطوبت در خاکهایی که مقدار زیادی رسی وارد گاها به 300% نیز می رسد.

چگالی ویژه ذرات جامد خاک:

با Gs نمایش می دهند
دیگر ویژگیهای فیزیکوشیمیایی خاک را با روشها و روابط پیچیده دیگری می توان اندازه گیری کرد که در حد پیشرفته و تخصصی است، از جمله این ویژگیها می توان، مقاومت برش، مقاومت فشاری، و کششی، حدالاستیک و پلاستیک، واگرایی و همگرایی خاک و... نام برد که هر یک نسبت به هدف کار مورد بررسی قرار می گیرد.
- اندازه گیری ویژگیهای خاک در علوم مختلف مثل مکانیک خاک، مهندسی عمران (گرایش پی و سازه)، زمین شناسی وکشاورزی و... کاربرد وسیعی داشته و به علوم مختلف مثل، فیزیک، شیمی و زمین شناسی وابسته است.
- از جمله کاربردهای مکانیک خاک در مطالعات قبل از احداث کلیه سازه های مهندسی، از قبیل سد، تونل، راههای ارتباطی، ساختمانهای مسکونی و ... است. بدین صورت که از ویژگیهای مختلفی که یک خاک نشان می دهد می توان میزان مقاومت آن را اندازه گیری کرده و در نتیجه تمهیدات لازم برای پایداری سازه بر روی خاک را اندیشید.

مکانیک خاک

توجه به بررسی و مطالعه خاک با یک دیدگاه مهندسی و به منظور تحلیل ریاضی خواص آن ، از قرن 18 میلادی آغاز شد و در واقع اولین بار در عین حال مهمترین رابطه ساده در زمینه مکانیک خاک ، در سال 1773 توسط کولمب یک مهندس ارتشی فرانسه ارائه گردید. این رابطه ساده ، که یک رابطه اساسی در بررسی مقاومت یا عدم مقاومت خاک است عبارت است از:
(τ=c+bntan(φ
کارهای بوسینسک در مورد تئوری اجسام الاستیک که در سال 1885 انتشار یافت به ارائه راه حل‌های دقیق در محاسبه تنش‌ها و تغییر شکل‌های درون محیط خاکی منجر گردید و توانست در تحلیل بخش مهمی از مبحث مکانیک خاک ، پاسخگو باشد. دانش مکانیک خاک به صورت مدرن ، در ابتدای قرن حاضر گسترش روز افزونی یافت و مانند سایر علوم مهندسی مورد تجزیه و تحلیل قرار گرفت بطوری که در سال 1925 کارل ترزاگی ، استاد دانشگاه هاروارد ، نتیجه تحقیقات خود را به صورت مقاله‌ای ارائه داد و در سال 1943 کتاب «اصول نظری مکانیک خاک» را تدوین و منتشر کرد.
کارل ترزاگی (1963-1883) را به حق بنیانگذار دانش مکانیک خاک نامیده‌اند. در اینجا شایسته است از سهم محققین روسی نیز یادآور گردد، چه پژوهشگرانی چون سیتوویچ در کشور روسیه به موازات دانشمندان غربی در توسعه دادن مبحث مکانیک خاک کارهای زیادی ارائه دادند. نامبرده نیز در سال 1934 کتاب اصول علم مکانیک خاک را منتشر نمود.

امروزه اهمیت دانش مکانیک خاک مانند علوم دیگر روز به روز رو به فزونی است و این بویژه به این علت است که تجربه‌های گذشته در این زمینه بدون گسترش تئوری‌های مطمئن‌تر و راه حل‌های اقتصادی‌تر تکافوی حل مسائل جدید را در عمل نمی‌نماید. به علاوه ، بسط مسائل مبحث مکانیک خاک همراه با توسعه روش‌ها و دیدگاههای جدید در زمینه مکانیک محیط دانه‌ای ، گسترش و افزایش دقت در تحلیل‌های ریاضی و مدل سازی‌ها را در هر دو زمینه الزامی نموده و نیز به نتیجه رسانده است.

مباحث کلی مکانیک خاک

• طرح تئوریهایی که نشان دهنده رفتار توده خاکی در برابر عوامل بیرونی ، مثل نیروهای مختلف ، باشد.
• کاربرد معلومات تئوری و تجربی در موارد و مسائل اجرایی

خواص فیزیکی ، شیمیایی و کانی شناسی خاکها

• خواص فیزیکی و شیمیایی خاک : شناخت خواص فیزیکی ، شیمیایی و کانی شناسی خاکها در بسیاری از بررسی‌ها و مطالعات و تصمیم گیری‌ها در عملیات خاکی نقش مهمی دارد. خواص فیزیکی و شیمیایی خاکها را باید عمدتا در عوامل زیر جستجو کرده و مربوط به آنها دانست.
• ترکیب کانی شناسی دانه‌ها : از آنجایی که خاکها از تجزیه و هوازدگی سنگهای پوسته زمین پدید آمده است‌، لذا کانی‌های تشکیل دهنده خاکها باید همان کانی‌های تشکیل دهنده سنگ مادر باشد.
• طبیعت سطح ذرات خاک (سطح مخصوص) : سطح خارجی دانه‌های خاک ، یعنی فصل مشترک محیط جامد با محیط مجاور آن که ممکن است، آب یا هوا باشد. محل پدید آمدن بعضی پدیده‌های فیزیکی یا شیمیایی است که این پدیده‌ها برخواص دیگر خاک مثل؛ مقاومت و نفوذپذیری و ... تاثیر می‌گذارد.
• پدیده‌های فیزیکی و شیمیایی در سطح مشترک خاک و آب :ذرات جسم جامد از شبکه‌ای از یون‌های مختلف تشکیل شده است که از اینرو بین سطح خارجی ذره و محیط اطراف آن کنش و واکنش‌هایی پدیدار می‌گردد.
• خاصیت مویینگی : خاصیت بالا رفتن آب در لوله‌های مویین و در حفره‌های بین ذرات خاک را خاصیت مویینگی گویند.
• نیروهای دافعه و جاذبه بین ذرات : نیروهای بین ذره‌ای در خاک به دو گونه‌اند. نیروهای جاذبه مولکولی بین دانه‌ها (وان در والس) و نیروهای دافعه که از نوع نیروی الکتروکینیماتیکی است.

خواص مکانیکی خاکها

• اصطکاک : مقاومت جسم در برابر حرکت به علت وجود اصطکاک بین دو سطح تماس است.
• چسبندگی: مقاومت خاکی به علت چسبندگی دانه‌ها حاصل از مقاومت مولکولی (یعنی نیروی جاذیه الکتروشیمیایی) بین ذرات ریز است.
• گسیختگی توده خاک : گسیختگی توده خاک عبارتست از پایان شرایط مقاومت و آغاز برش در خاک است.
• تحکیم: تحکیم عبارتست از کاهش حجم حفره‌های آب‌دار درون خاک به علت افزایش فشارهای جانبی.

کاربرد مکانیک خاک

خاک از یک طرف به عنوان مصالح مورد توجه مهندسین و طراحان قرار می‌گیرد و از سوی دیگر به عنوان یک محیط طبیعی که در اختیار آدمی قرار گرفته است مورد توجه و استفاده است. جایی که به عنوان مصالح مورد نظر است مانند خاکریزها ، سرای خاکی ، روسازی راه و فرودگاه ، پشت دیوار حایل ، زهکش‌ها ، و به عنوان بخشی از بتن ، ماده اصلی تهیه آجر و سرامیک ، ماده اصلی تهیه چینی و کاشی ، و... حالت انتخابی و اختیاری دارد، و در جایی که به عنوان محیط مورد توجه است.
مانند زیر پی‌ها ، زیر پایه پل‌ها و زیربنای جاده‌ها و محل حفر تونل‌ها و محل قرار دادن لوله‌ها و تاسیسات مکانیکی و الکتریکی (کابل های تلفن و برق و لوله کشی گاز و فاضلاب و محل احداث قناتها و محل حفر چاهها و کانال‌ها و ... همه حالت غیر انتخابی (یعنی اجباری) دارد. به هر حال در تمام موارد ذکر شده ، شناخت خواص فیزیکی و مکانیکی خاک ضرورت غیر قابل اجتناب دارد.

مثلا در یک پروژه راه سازی ، چه نوع خاکی با چه نوع دانه بندی باید انتخاب شود و لایه‌های آن با چه ضخامتی و با چه رطوبتی و تا چه حد باید کوبیده شود تا جایی حاصل بتواند در برابر نیروهای وارد بر آن مقاوم باشد و وجود آبهای سطحی و بارندگی بر دوام آن اثر مخرب نداشته باشد و در برابر یخ‌زدگی و فرسایش و تغییرات جوی نیز پایدار بماند.
در ایجاد یک سد خاکی ، شیب‌ها چه مقدار باشد که هم پایدار باشد و هم اقتصادی ، در صورتی که سد همگن با زهکشی است، لایه‌های زهکشی با چه ابعادی و با چه دانه بندی و چه مقدار نفوذپذیری باید باشد؟ سرعت حرکت آب و .... زه چه مقدار است؟ تورم یا نشست خاک چه مقدار باشد؟ میزان تراکم و درصد رطوبت و ضخامت لایه‌ها برای کمپاکت کردن خاک چه مقدار باید باشد؟ روش‌های حفاظت دامنه‌ها و تاج سر به چه عواملی بستگی دارد؟ و بسیاری پرسش‌های دیگر که مهندس طراح باید برای آنها جواب دقیق داشته باشد. به این ترتیب درمورد هرگونه پروژه ساختمانی و راه سازی و سد سازی مسائل متعددی از فیزیک و مکانیک خاک باید پاسخ داده شود. اهمیت دقت بیشتر و نیاز به تئوریهای دقیق‌تر هنگامی بیشتر می‌شود که حجم کارها و اهمیت پروژه بیشتر باشد.

رابطه مکانیک خاک با سایر علوم

مبحث مکانیک خاک دانشی است که در آن خواص فیزیکی و مکانیکی خاکها ، ارتباط این خواص با عوامل بیرونی ، مقاومت خاک در برابر نیروها ، تغییر شکل خاک در اثر نیروها ، مسایل مربوط به حرکت یا سکون آب در خاک ، چگونگی و مقدار فشرده شدن خاکها و چگونگی و مقدار تنش‌ها و تغییر شکل‌های هر نقطه از محیط خاکی در اثر عملکرد یک نیروی خارجی و ... بحث می‌شود.
در این راستا گاهی نیاز به مطالعه خواص شیمیایی و کانی شناسی دانه‌های خاک است و گاهی نیاز به بررسی پیدایش و منشا خاکها و گاهی نیاز به استفاده از دانش هیدرولیک و دانش‌های دیگر است. از اینرو ارتباط این مبحث با دیگر مباحث علمی چون فیزیک ، شیمی ، زمین شناسی ، کانی شناسی ، هیدرولیک و مکانیک سیالات را نباید از نظر دور داشت.

ساختار خاک

اجزا اصلی خاک
4 جز اصلی خاک عبارتند از: مواد معدنی ، مواد آلی ، آب و هوا. این اجزا بطور نزدیکی در ارتباط با یکدیگر هستند. بطوری که جدا کردن آنها مشکل است. حجم نسبی این اجزا که برای رشد گیاه مناسب باشد، بدین صورت است که در آن 50 درصد بوسیله مواد جامد (45 درصد مواد معدنی و 5 درصد مواد آلی) اشغال شده و 50 درصد بقیه شامل فضای منافذ است که بوسیله آب یا هوا اشغال می‌شوند. البته این نسبت آب و هوا بسیار متغیر بوده و تحت تاثیر شرایط خاک و جو قرار می‌گیرد.
پروفیل یا نیمرخ خاک
اگر قسمتی از خاک به طرف پایین حفر شود، لایه‌های افقی مشخصی در عمقهای مختلف آن به چشم می‌خورد. این مقطع را پروفیل خاک و لایه‌های مشخص آن را افق گویند. تمام افقهای بالای مواد مادری بطور جمعی Solum نامیده می‌شوند. مشخصات پروفیل خاک برای طبقه بندی و ارزیابی و نقشه برداری خاک بکار می‌رود.
لایه‌های بالایی پروفیل ، دارای مواد آلی بیشتری بوده و به همین علت رنگ آنها تیره است. این لایه‌ها را خاک سطح‌الارضی Top Soil گویند. لایه‌های عمیق‌تر خاک یا خاک تحت‌الارضی SubSoil به علت کمی مواد آلی رنگ روشن‌تری دارند و محل تجمع موادی هستند که از لایه‌های سطح‌الارضی شسته شده‌اند. مهمترین قسمت خاک از نظر رشد گیاهان لایه‌های سطح‌الارضی آن است که بیشتر مواد غذایی و آب قابل جذب گیاهان در این لایه‌ها متمرکز می‌شود و ریشه‌های گیاهان در اینجا یافت می‌شود.
ساختمان خاک

نحوه قرار گرفتن و چگونگی اجتماع ذرات خاک را ساختمان آن می‌گویند. گرچه در یک پروفیل خاک ممکن است یک نوع ساختمان بیش از سایرین دیده شود، ولی معمولا در افقها یا لایه‌های مختلف ممکن است، چند نوع ساختمان یافت شود. بسیاری از خواص فیزیکی خاک مانند حرکت آب ، تهویه ، انتقال حرارت ، وزن مخصوص ظاهری و فضای منافذ به ساختمان خاک بستگی دارد. در واقع تمام عملیات از قبیل شخم و زهکشی ، دادن کود حیوانی و آهک زدن که برای بهبود وضعیت فیزیکی خاک انجام می‌شود، روی ساختمان خاک اثر گذاشته و تاثیری روی بافت آن ندارد. ساختمانهای موجود از یکی از دو حالت زیر بوجود می‌آید:
• تک دانه‌های ذرات خاک که بطور فردی وجود داشته و اجتماع مشخصی از ذرات در آنها صورت نگرفته است.
• توده‌های فشرده و بی شکل و نامنظمی از ذرات که هیچ خصوصیات ساختمانی مشخصی ندارند.

انواع ساختمانهای خاک

برحسب شکل ظاهری 6 نوع ساختمان را می‌توان در خاک تشخیص داد. این ساختمانها به اسامی بشقابی ، ستونی ، منشوری ، مکعبی ، فندقی ، دانه‌ای و اسفنجی شناخته می‌شوند.
• ساختمان بشقابی: توده‌های خاک به صورت لایه‌های نازک افقی روی هم قرار گرفته‌اند. بیشتر در لایه‌های سطحی خاک وجود دارند، ولی گاهی در لایه‌های عمیق هم دیده می‌شوند.
• ساختمانهای ستونی و منشوری : توده‌های خاک بطور عمودی روی هم قرار گرفته‌اند، ارتفاع ستونهای حاصل متغیر و قطر آنها گاهی به 15 سانتیمتر می‌رسد. بیشتر در لایه‌های عمیق خاک مناطق خشک و نیمه خشک دیده می‌شود. در صورتی که بالای این ساختمانها گرد باشد، آنها را ستونی و اگرا مسطح باشد، آنها را منشوری گویند.
• ساختمانهای مکعبی و فندقی : توده‌های خاک به صورت مکعبهایی با سطوح نامنظم ، ولی ابعاد تقریبا مساوی در آمده‌اند. اگر لبه‌های سطوح بیشتر تیز و مشخص باشد، ساختمان را مکعبی و اگرا این لبه‌ها صاف شده باشد، ساختمان را فندقی گویند. این نوع ساختمان در لایه‌های عمیق خاک دیده می‌شود.
• ساختمانهای کروی (دانه‌ای یا اسفنجی) : توده‌های خاک شکل گرد داشته و قطر آنها معمولا از یک سانتیمتر کمتر است. این ساختمانها کاملا متخلخل بوده و اتصال بین ذرات ضعیف است (دانه‌ای) و درصورتی که ساختمان کاملا باز و درجه تخلخل زیاد باشد، ساختمان را اسفنجی گویند. ساختمانهای کروی بیشتر در لایه‌های سطحی خاک یافت می‌شوند و به آسانی تحت تاثیر عملیات زراعی قرار می‌گیرند.

آب خاک

آب خاک همراه با مواد محلول در آن ، محلول خاک را تشکیل می‌دهد که از آن ریشه گیاهان ، عناصر غذایی را جذب می‌کنند. مولکولهای آب در داخل منافذ خاک به حالت جذب شده نگهداری شده و شدت جذب به مقدار آب بستگی دارد.

هوای خاک

مقدار و ترکیب جو خاک تا حد زیادی به رابطه بین آب و خاک بستگی دارد. منافذ خالی از آب اشغال می‌شوند. هوا معمولا منافذ درشت را پر کرده و ضمن خشک شدن خاک وارد منافذ متوسط نیز می‌شود. به همین دلیل در خاکهایی که تعداد منافذ ریز زیاد است، شرایط تهویه مناسب نبوده و گیاهان و سایر موجودات خاک از این حیث صدمه می‌بینند.

بیولوژی خاک

خاک با داشتن محیط زیست مناسب و منبع کافی انرژی و مواد غذایی می‌تواند موجودات زنده مختلف را در بطن خود پرورش دهد. انواع مختلف موجودات از موجودات بزرگی مانند کرم خاکی و حشرات گرفته تا تک سلولی‌ها مانند باکتریها در خاک یافت می‌شوند.

شناخت محیط رشد: ساختار خاک

طرز قرار گرفتن ذرات خاک، ساختار خاک را تعیین می کند. شن خالص چون ذرات آن تماماً از هم جدا هستند، فاقد ساختار می باشد، ولی در خاکی که مواد آلی و یا ذرات ریزتر از شن – به نسبت مناسب – وجود داشته باشد، ذرات مجتمع شده و خاک دارای ساختار ویژه میشود، اینگونه تجمع ذرات باعث تهویه بهتر خاک می گردد.
ایجاد خاکی با ساختار خوب به کندی بسیار صورت می گیرد، ولی برعکس، به هم خوردن و خراب شدن ساختار یک خاک ، به علت عدم دقت لازم در حفاظت خاک، ممکن است بسیار سریع رخ دهد. مثلاً خاک رسی سنگین در صورتی که در موقع مرطوب بودن شخم زده می شود، ساختارش به هم می ریزد و پس از خشک شدن، سطح خاک سفت شده، سله می بندد و بصورت کلوخ در می آید.

خصوصیات فیزیکی، شیمیائی و بیولوژیکی

● خصوصیات فیزیکی:
خاک‌ها مرکب از سه فاز یا حالت جامد، مایع و گاز هستند. مطالعه فیزیکی این سه فاز، فیزیک خاک نام دارد و مشتمل بر موارد زیر میباشد:
- دانسیته و تخلخل
- بافت
- ساختمان
- رنگ
- نگهداری و حرکت آب در خاک
هر چند بیشتر این خصوصیات خاک از مواد مادری آن به ارث می رسند ولی بعضی تلاشهای انسانی می توانند برخی از این خصوصیات را تغییر دهند بطوریکه حاصلخیزی خاک تامین شود. ساختمان مدوری که در شکل دیده می شود یک نمونه از خاکی است که نمک های سدیمی زیادی دارد. محصولاتی که در چنین خاکهائی رشد می کنند مشکلات فراوان نفوذپذیری ریشه های گیاهی را خواهند داشت.
● خصوصیات شیمیائی:
مطالعات مربوط به خواص شیمیائی خاک به خصوصیات شیمیائی خاک که بستگی به ترکیب معدنی، مواد آلی و محیط دارد، می پردازد.
همانطور که می دانیم، واکنش‌های شیمیائی هنگامی رخ می دهند که مواد یا ترکیب و یا تجزیه شوند بطوریکه با مواد اولیه از نظر ماهوی تفاوت دارند. واکنش ها در حین انجام یا انرژی از دست می دهند یا انرژی خواه هستند. مواد جدید وقتی بوجود می آیند که پیوندهای بین اتمها یا یونها تشکیل می شود، پیوندهائی شکسته می شوند و یا وقتی اتمها آرایش جدیدی به خود می گیرند. یونها اتمهائی هستند که بواسطه از دست دادن یا گرفتن الکترون ها باردار شده اند، مثبت یا منفی. یونهای با بار مخالف همدیگر را جذب می کنند،در حالیکه یونهای با بار یکسان همدیگر را دفع می کنند. یک مثال ساده ترکیب اکسیژن و هیدروژن و تشکیل آب است.
فهم شیمی خاک در فهم تشکیل خاک و حاصلخیزی نقش مهمی دارد. چگونگی شکسته شدن سنگها و کانی ها و تبدیل آنها به ترکیبات جدید برای درک چگونگی هوا دیدگی و فرسایش خاک ضروری است. نیزچگونگی تبدیل و تشکیل مواد معدنی خاکها منجر به حاصلخیزی بهتر و روشهای برتر آزمایشهای خاک منجر می شود. تصویر، یک مقطع نازک از مواد مادری خاک را زیر یک میکروسکوپ پلاریزان نشان می دهد.
در این تصویر، به ترتیب پیچیده و اندازه کانی ها و ساختمانهای متخلخل توجه کنید . هر کانی دارای قابلیت حلالیت و همچنین مقاومت به هوادیدگی منحصر بفرد می باشد . در کانی های مشابه ، ذرات کوچکتر سریعتر حل می شوند به علت اینکه دارای سطح تماس ( در واحد جرم ) بیشتری هستند و این سطح در معرض فرایند هوا دیدگی می باشند.
● خصوصیات بیولوژیکی:
بیولوژی خاک مطالعه موجودات زنده در خاک است . تعداد زیادی باکتری ، قارچ ، اکتینو مایست ، کرمها ، حشرات ، پستانداران و جوندگان کوچک در خاک زندگی می کنند . بسیاری از این موجودات زنده به تامین حاصلخیزی خاک بواسطه تجزیه باقیمانده های گیاهی و جانوری که منجر به گردش مجدد عناصر غذایی می شود کمک می کنند . تاثیر متقابل بین موجودات مختلف یک موضوع بسیار جالب در علم خاک است . یک مثال از این تاثیر متقابل همیاری باکتری با ریشه گیاهان است که در تصویر نشان داده شده است .اغلب این همیاری به فواید دو طرفه منجر میشود.

فرآیندهای تشکیل انواع خاک
تشکیل خاک خاکستری یا سفید (podsolization یا Spodsolization)

این مورد فرآیندی از شکل گیری خاک است که در آن آهن و آلومینیوم از افقهای A و E شسته شده و در افق B متمرکز می‌شوند. این فرآیند در اقلیمهای مرطوب دیده می‌شود. فصل زمستان ، روند تجزیه مواد آلی در سطح خاک و ریشه گیاهان را که منطقه بقایای مواد آلی است، آهسته می‌کند. بعضی از اکسیدهای آهن و آلومینیوم به همراه رس و کلوئیدهای هوموس ، در افق B جمع می‌شود (منطقه رسوبگذاری) و به این افق بافتی رسی می‌دهند.
آب موجود در خاک ، هیدروکسیدهای سدیم ، کلسیم ، منیزیم و پتاسیم محلول را به وسیله آبهای زیرزمینی از منطقه نشت و شستشو می‌دهد. نتیجه این شستشو ، اسیدی شدن آب است. فرآیند تشکیل خاک با تغییر آب و هوا دگرگون می‌شود و با گرمتر شدن هوا spodosol به AlFisol و uLtisol تبدیل می‌شود.
البته این فرآیندها قبل از پدیده لاتریت زایی (Oxisolation) در مناطق حاره روی می‌دهد. جنگلهای ایالات متحده و کانادا معمولا بطور طبیعی دارای خاک اسپادوسول (خاک خاکستری یا سفید) هستند.

لاتریت زایی (Oxisolation)

این فرآیند زمانی رخ می‌دهد که آهن و آلومینیوم اکسید شده و لایه‌ای از مواد قرمز با بافت گرهی سخت کوچک (گرهک) که لاتریت نامیده می‌شود، در افق B بوجود می‌آید. این فرایند اغلب در مناطق حاره دیده می‌شود. در مناطق گرم و مرطوبی که گرم و خشک شدن بطور متناوب صورت می‌گیرد، این عمل برای اکسیداسیون فلز آهن بسیار مطلوب است.
خاک افق B ، رنگ قرمز تیره اکسیدهای آهن را به خود می‌گیرد. در این افق ، اکسیدهای آهن و آلومینیوم و کانیهای رسی با هم تجمع می‌کنند
( و
).
به دلیل رطوبت ، سدیم ، کلسیم ، منیزیم و پتاسیم در آب زیرزمینی حل و برای ریشه‌های گیاهان غیر قابل دسترس می‌شوند. به دلیل آزاد بودن یون هیدروژن ، خاکهای لاتریتی بسیار اسیدی هستند. جنگلهای استوایی (حاره‌ای) مکزیک و هاوایی خاکهای لاتریتی دارند.

کلسیتی شدن (Caicification)

این فرآیند زمانی رخ می‌دهد که آب درون خاک به شدت تبخیر می‌شود و کسری بودجه سالانه آب بوجود می‌آید. در بیابانهای داغ و اقلیمی استپی ، این فرآیند دیده می‌شود. نزولات آسمانی در این مناطق به قدری کم است که نمی‌تواند هیدروکسیدهای کلسیم ، سدیم ، منیزیم و پتاسیم را بشوید و آن را به افق پایین خاک ببرد.
آب موجود در خاک به دلیل تبخیر از طریق لوله‌های موئینه (Capillary) به سطح خاک کشیده می‌شود. تکرار این محل موجب می‌شود که برآمدگی‌های کوچک کربنات کلسیم در افق B بوجود آید.

نمک زائی (Salinization)

گرمتر شدن اقلیم ، فرآیند کلسیتی شدن را در مناطق بسیار خشک به نمک زائی تبدیل می‌کند و تمام سطح خاک پوشیده از نمک می‌شود. خاکهای کلسیتی شده (Calcified) ، معمولا PH نزدیک به خنثی دارند (6،5 تا 8). به دلیل تامین مواد مغذی (هیدروکسیدها) ، این خاکها اگر آبیاری شوند، محصول زیادی را به بار می‌آورند. در خاکهای سالین یا نمکی فقط گیاهان نمک دوست رشد می‌کنند.

خاک رس

رسها به همراه کلوئیدها ، فعالترین بخش خاک محسوب می شوند و اکثر آنها دارای ساختمان بلوری هستند. قبل از مطالعه کانیها توسط اشعه ایکس تصور می‌شد که کانیهای رسی ذرات کوچک و ریز کانیهای اولیه نظیر ذرات کوارتز ، فلدسپار و میکاها باشند، در حالی که در حال حاضر کانیهای رسی ، ترکیب شناخته شده‌ای دارند که شبیه این کانیها نیست و تنها کانی میکا به آنها شبیه است. کانیهای رسی ، اغلب کانیهای جدید یا حاصل انحلال کانیهای اولیه یا کانیهای ثانویه هستند.

تاثیر آب و هوا بر خاک رس

خاکها در مناطق گرم و شرایط آب و هوایی مرطوب جایی که زهکشی مناسبی ندارد، دارای میزان بالایی از کانیهای اولیه حل شده می‌باشند که به کانیهای رسی تبدیل شده‌اند. خاکهای موجود در مناطق گرم و مرطوب ، میزان بالایی از رس حتی در اعماق 5 تا 20 متری دارند. در حالت زهکشی مناسب ، کانیهای رسی از درون سیستم خاک خارج می‌شوند. بعضی کانیهای رسی در اثر تجزیه و دگرسانی کانیهای اولیه نظیر میکاها تشکیل می‌شوند.

منشا تشکیل دهنده رسها

• رسهای درجا که در حین تشکیل خاک شکل می‌گیرند.
• رسهای تغییر مکان یافته که در اثر فرسایش بیشتر حرکت کرده و مجددا در محل جدید نهشته می‌شوند.
• رسهای تبدیل شده که از رسهای به شدت هوازده و فرسایش یافته تجمع کرده و در رسوبات و خاکها رسوب گذاری می‌کنند.
• رسهای تشکیل شده جدید که در اثر تبلور مجدد رسهای موجود در محلولها ، در خاک در حال تشکیل شکل می‌گیرند.

کانیهای رسی

این کانیها سیلیکاتهای آلومینیوم آبداری هستند که ساختمان ورقه‌ای داشته و مانند میکاها ، از فیلوسیلیکاتها می‌باشند.

ساختمان کانیهای رسی

• لایه‌ای از چهار وجهی‌های (تتراهدرالهای) Si _ O. در این لایه ، هر چهار وجهی با چهار وجهی مجاورش ، سه اتم اکسیژن به اشتراک گذاشته‌اند. واحد پایه است، اما Al می‌تواند حداکثر جانشین نصف اتمهای Si شود.
• لایه‌ای متشکل از Al در موقعیت اکتاهدرال با یونهای و بطوری که در عمل یونهای بین دو لایه از یونهای O/OH قرار می‌گیرند. عناصر Mg ، Fe و سایر یونها ، ممکن است جانشین Al شوند.
o گیبسیت : لایه Al _ O/OH را لایه گیبسیت می‌گویند. چون ساختمان این کانی کلا از چنین لایه‌هایی تشکیل شده است.
o بروسیت : لایه Mg _ O/OH را لایه بروسیت می‌گویند. چون ساختمان این کانی کلا از این لایه‌ها تشکیل شده است.

تقسیم بندی ساختمانی رسها

• گروه کاندیت :
o ساختمان دو لایه ای دارند یعنی لایه تتراهدرال بوسیله یونهای O/OH به لایه اکتاهدرال متصل است.
o در آن جانشینی به جای Al و Si صورت نمی‌گیرد، لذا فرمول ساختمانی آن  است.
o اعضا این گروه کائولینت ، هالوئیزیت (کائولینیت آبدار) ، دیکیت ، ناکریت هستند.
o فاصله بنیادی (فاصله بین یک لایه سیلیس با لایه سیلیس بعدی) 7 آنگستروم است.
• گروه اسمکتیت :
o ساختمان 3 لایه‌ای دارند. بطوری که یک لایه اکتاهدرال مانند ساندویچ بین دو لایه تتراهدرال سیلیس قرار دارد.
o فاصله بنیادی 14 آنگستروم است و با جذب آب تا 21 آنگستروم می‌رسد.
o اعضا این گروه شامل مونتموریلونیت ، ساپونیت ، نانترونیت (وقتی Fe جانشین Al می‌شود) و استونزیت (وقتی Mg جانشین Al شود) می‌باشند.
• اعضای گروه اسمکتیت :
o ورمیکولیت : ساختمانی مشابه اسکمتیت دارد، ولی در آن تمام موقعیتهای اکتاهدرال بوسیله   و اشغال شده و جانشین شده است.
o ایلیت : این کانی نیز ساختمانی مشابه اسکمتیت دارد، اما به علت جانشینی به جای در لایه‌های تتراهدرال ، کمبود بار بوجود می‌آید که بوسیله که در موقعیتهای بین لایه‌ای قرار می‌گیرد، جبران می‌شود. یونهای ، و نیز در آن دیده می‌شوند. فاصله بنیادی 10 آنگستروم است.
o کلریت : ساختمان سه لایه‌ای (مثل ایلیت و اسکمتیت) دارد، ولی لایه‌های بروسیت (Mg _ O/OH) بین آنها قرار دارند. فاصله بنیادی 14 آنگستروم است.

منشا کانیهای رسی در رسوبات یا سنگهای رسوبی

• رسهای موروثی یا وراثتی : این رسها از انواع آواری هستند.
• رسهای تازه تشکیل شده (Neoformation) : این رسها به صورت برجا و در اثر ته‌نشینی مستقیم از محلول یا از مواد سیلیکاته آمورف و یا حاصل جانشینی هستند.
• رسهای تبدیلی (Transformation) : رسهای موروثی از طریق تبادل یونی یا تغییر منظم کاتیونها ، به رسهای تبدیلی ، تبدیل می‌شوند.

فرایندهای تشکیل دهنده انواع رسها

• محیط هوازدگی و تشکیل خاک : اصلی‌ترین محیط تشکیل رسها مخصوصا رسهای موروثی یا وراثتی است.
• محیط رسوبگذاری : رسها از آب حوضه یا آبهای حفره‌ای ته‌نشین می‌شوند (مخصوصا رسهای تازه تشکیل شده).
• دیاژنز و دگرگونی درجه پایین : در طول این فرآیند انواعی از رسها (مخصوصا رسهای تبدیلی) حاصل می‌گردند.

دیاژنز کانیهای رسی

کانیهای رسی در طول دیاژنز اولیه و دیاژنز نهایی و همچنین در طول دگرگونی تغییر یافته و حتی دگرسان می‌شود. اصلی‌ترین فرایند فیزیکی که رسها را تحت تاثیر قرار می‌دهد، فشردگی (Compaction) است که باعث خروج آب و کاهش ضخامت آنها تا 0،1 ضخامت اولیه می‌شود.

تشکیل خاک رس (Gleization)

تشکیل خاک رس ، فرآیند دیگری از شکل گیری خاک است که وقتی ترکیب چسبنده آبی مایل به خاکستری رس و هوموس که Cley نامیده می‌شود، در افق B تجمع می‌یابد، بوجود می‌آید.

نقش اقلیمهای مختلف در تشکیل خاک رس

این فرآیند در اقلیمهای آبی به دلیل اینکه برای استقرار و ثبات به آب نیاز دارد و در اقلیمهای تندرا به علت تقسیم شرایط مطلوب ، صورت می‌گیرد. در اقلیمهای دیگر نیز این فرآیند بوجود می‌آید، برای مثال اگر آب در افق B و C تندرا (Tundra) در یک دوره طولانی تجمع پیدا کند. این حالت زمانی رخ می‌دهد که به دلیل شرایط زمین شناختی برکه‌ها (آبگیرها) یا لایه رس قوی افق B ، به یک بند تبدیل می‌شود و آب به داخل خاک تراوش می‌کند.

اقلیمهای ایده‌آل برای تشکیل خاک رس

نواحی مرطوب ساحلی و باتلاقها ، شرایط مناسبی را برای فرآیند Gleization فراهم می‌سازند. اقلیمهای تندرا نیز به دلیل وجود خاک یخ زده ، برای این فرآیند ایده‌آل است.

نقش حوضچه و یا آبگیر در تشکیل خاک رس

در بهار ، یخ موجود در سطح خاک ذوب می‌شود و در بالای خاک یخ زده یک حوضچه ایجاد می‌کند، همچون یک آب بند عمل می‌کند. حوضچه و یا آبگیر عمل اکسیداسیون را به تاخیر می‌اندازد و خاک رنگ آبی مایل به خاکستری با زهکشی ضعیف فاقد اکسیداسیون را به خود می‌گیرد.
محیط بدون درخت تندرا ، رشد انواع خزه ، بوته جارو ، گلسنگ و گیاهان برگ چرمی را میسر می‌سازد. به دلیل وجود میکروارگانیسم‌ها این گیاهان به هوموس تبدیل می‌شوند و آب اسیدی می‌شود (اسید هومیک). تجزیه مواد آلی کامل نیست و کود گیاهی به عنوان لایه‌ای از خاک آلی ، افق O را می‌پوشاند.

تشکیل خاک وارونه (Invertization)

این فرآیند ، خاک وارونه (Invenrted) را بوجود می‌آورد. عامل بوجود آمدن این فرآیند سطح گسترده رس قابل انبساط نزدیک خاک است. این فرآیند در اقلیمهایی که میزان نزولات آسمانی در آنها زیاد است.اقلیمهای هیدروکلیماتی به همراه یک دوره خشک طولانی ، رخ می‌دهد. نفوذ رطوبت و آب به داخل خاک ، موجب باد کردن رس می‌شود. بعد از یک دوره طولانی تبخیر این رسها خشک و منقبض می‌شوند و ترک می‌خورند. این فعالیتها در افقهای A و O خاک روی می‌دهند و مواد موجود در این افقها ، به داخل شکافهایی که درون افق B قرار دارند، وارد می‌شود.

ورتی سول

تکرار فرآیند مذکور در طی هزاران سال ، به خاک نیمرخی از خاک وارونه می‌بخشد. در این نیمرخ ، به نظر می‌رسد که افق A در زیر افق B قرار گرفته است و لایه آلی تیره خاک از محل خود واقع شده است. خاکی که از این فرآیند بوجود می‌آید، ورتی سول نامیده می‌شود. ورتی سولها معمولا برای کشاورزی مناسبند، ولی مشکل این است که وقتی خیس می‌شوند، چسبناک می‌گردند. تراکتورها به راحتی می‌توانند رس چسبناک را به لجن تبدیل کنند. همین عامل است که کشت و کار در هوای خشک را محدود می‌سازد.

انواع خاک مشکل آفرین

خاکهای منبسط شونده
این خاکها جزو گروه خاکهای رسی بوده و معمولا مخلوطی از کانیهای رسی و غیر رسی اند. مشخصات ژئوتکنیکی این خاکها توسط بخش رسی آنها کنترل می‌شود. این گروه از خاکها دارای مقدار ، قابل توجهی کانی مونتمور یونیت اند که با آبگیری متورم شده و بر اثر از دست دادن آب منقبض می‌شود. تغییر حجم این خاکها بر اثر تغییرات رطوبت یکی از مهمترین مسایل و مشکلاتی است که مهندسان با آن روبرو هستند، به نحوی که شاید بتوان این پدیده را مشکل جهانی به حساب آورد.
بررسیها نشان داده است که خسارتهای ناشی از عملکرد منفی این نوع خاک بیش از هریک از بلایای زمین شناسی دیگر است. به عنوان مثال در ایالات متحده آمریکا ، خاکهای منبسط شونده سالیانه بیش از 2.3 میلیارد دلار خسارت به بار می‌آورند و این دو برابر مقدار خسارتی است که توسط مجموعه چند عامل مخرب دیگر مثل طوفان و سیل و زمین لرزه ایجاد می‌شود. برخی از مهمترین عوامل موثر در تورم پذیری رسها در زیر آمده است.

• رسها اغلب اندازه کلوئیدی (0.001 میلیمتر) دارند. در نتیجه سطح مخصوص ، یعنی میزان سطح پیرامونی ذرات در واحد حجم ، بسیار زیاد است. با توجه به این نکته رسها قادرند آب زیادی را به سطح ذراتشان جذب کنند.
• مقدار کربنات خاک نشانه‌ای از شرایط فیزیکی و شیمیایی محیط خاک است. کربناتها در خاک عمدتا به صورت کلسیت ، اند. کربناتها نقش سیمان را به عهده دارند و با به هم چسباندن ذرات ریز رس ، ذرات و دانه‌های درشت تری را بوجود می‌آورند. در نتیجه این عمل از قابلیت خمیری خاک کاسته شده و در مقابل مقاومت خاک افزایش می‌یابد.
• آب و هوا مهمترین عامل محیطی موثر برخاکهای منبسط شونده است، زیرا این عامل است که عمق سطح ایستابی و منطقه فعال رطوبت خاک را کنترل می‌نماید، مشکل خاکهای منبسط شونده در اقلیمهای مرطوب ، که سطح ایستابی نزدیک زمین است، کمتر دیده می‌شود. در مقابل ، در نواحی خشک سطح ایستابی در اعماق زیاد قرار داشته و در نتیجه تاثیر کمی بر مقدار رطوبت خاک در نواحی سطحی دارد.
• گیاهان ، مخصوصا درختان بزرگی که نزدیک پی سازه‌ها قرار گرفته‌اند، ممکن است به علت جذب آب ، مخصوصا در فصول خشک ، کاهش حجم زیادی را در خاکهای مستعد بوجود آورند. اعمال تنشهای متناوب توسط گیاهان یا تورم ناشی از قرارگیری سازه بر روی یک رس خشک شده ، فرآیندهایی وابسته به زمان اند. اغلب رسها ، نفوذپذیری کمی دارند که بر اثر تورم ، مقدار آن بیش از پیش کاهش می‌یابد.
• توپوگرافی ، مخصوصا وجود دامنه‌های پرشیب ، از موادی است که در زمان طراحی سازه به روی خاکهای منبسط شونده باید مورد توجه قرار گیرد. در خاکهای منبسط شونده واقع در دامنه‌ها ، نوع خاصی از خزش صورت می‌گیرد. به این نحو که در خلال تورم خزش ایجاد شده عمود بر شیب دامنه و در خلال انقباض به موازات نیروی گرانشی است. در نتیجه مولفه برآیند این دو در جهت شیب دامنه قرار می‌گیرد.

خاکهای فرو ریزنده

برخی از خاکها به محض آنکه از آب اشباع می‌شوند حجمشان به سرعت کاهش می‌یابد. این مصالح در طبیعت اغلب به صورت نیمه اشباع یا خشک یافت می‌شوند و مانند خاکهای منبسط شونده ، تا زمانی که رطوبت خاک تغییر نکند، مشکلی برای سازه‌ها ایجاد نمی‌کنند، خاکهای فرو ریزنده اغلب مصالحی در حد ماسه ، لای و رس هستند که در محیطهای خشک در پای دامنه کوهها بر جای گذارده شده‌اند.
این خاک که به صورتی نیمه پایدار ته نشین شده‌اند، بر اثر آبگیری اشباع به صورت ناپایدار در می‌آیند. به نظر می‌رسد که مسافت خاک در حالت نیمه اشباع ، به علت کشش سطحی آب که در محل تماس بین ذرات قرار دارد، پابرجاست. بر اثر آبگیری و اشباع خاک منافذ از آب پرشده و کشش سطحی صفر می‌شود و خاک فرو می‌ریزد.

خاکهای آبگونه شونده

خاکهای مستعد آبگونگی (روانگرایی) ماسه‌های ریزدانه و لایهایی هستند که از تراکم کمی برخوردار بوده و معمولا به حالت اشباع می‌باشند. در صورتی که این خاکها تحت تاثیر بارگذاری لرزشی ، مانند زمین لرزه‌های طبیعی یا زمین لرزه‌های القایی قرار گیرند، خاک به سرعت متراکم می‌شود. متراکم شدن سریع باعث افزایش ناگهانی فشار آب بین ذره‌ای می‌گردد که در نتیجه آن مقاومت برشی به سرعت کاهش می‌یابد، تا حدی که گاه مقاومت برشی به صفر رسیده و خاک مانند مایعات جریان می‌یابد.

رسهای سریع

رسهای سریع یا رسهای حساس معمولا نهشته‌های یخچالی در حد رس هستند که در کشورهای اسکاندیناوی و در امتداد رودخانه سن لوران در شرق کانادا یافت می‌شوند. مکانیسم گسیختگی این خاکها هنوز مورد بحث است. تحقیقات آزمایشگاهی اخیر نشان داده است که پودر سنگ نخی از کوارتز با یک رطوبت ثابت می‌تواند هم به صورت مایع و هم به صورت جامد عمل کند. این ویژگی با سرعت تنجش نمونه کنترل می‌شود. به این ترتیب که در سرعتهای کم تنجش رفتار اجسام جامد را داشته و در سرعتهای زیاد تنجش (ضربه) مانند مایعات عمل می‌کند.

خاک نسوز (گل آتشخوار)

خاک نسوز یک ماده نسوز سیلیسی است که pH اسیدی دارد، رطوبت می‌پذیرد و به‌خوبی به قالب در می‌آید تا در دمای بالا پخته شود و سخت گردد. نقطه‌ ذوب آن بالاتر از 1420 درجه سلسیوس و مرتبه آذرسنجی آن حدود 15 است.
خاک نسوز اساساً از کائولینیت با مقدار متغیری از Fe2O3 TiO2, SiO2, CaOتشکیل می‌شود و به‌طور تقریبی دارای 45 درصد آلومین و 54 درصد سیلیس است و به‌هنگام پختن تا حدود 10 درصد انقباض پیدا می‌کند.
خاک نسوز، بیشتر در بخش‌های زیرین رگه‌‌های زغالی یافت می‌شود و نسوز‌ها در این نوع معادن دارای آهن کمتری است، زیرا به‌علت وجود اسید‌های هومیک آهن آزاد می‌شود و از محیط بیرون می‌رود و ترکیبات قلیایی فلدسپات‌ها نیز به‌صورت محلول در می‌آید و درون خاک نسوز باقی می‌ماند. خاک نسوز بیشتر در رسوبات آب شیرین یافت می‌شود.
ویژگی مهم بسیاری از خاک‌های نسوز قابلیت خمیری شدن یا قابلیت جذب آب و تشکیل توده‌ای خمیری است که بتواند به‌راحتی به‌شکل دلخواه قالب‌گیری شود. خمیر شوندگی خاک در اثر پخته شدن از میان می‌رود و رنگ خاک نسوز از زرد نخودی تا خاکستری تغییر می‌کند.
خاک‌های نسوز پلاستیک و نیمه‌پلاستیک از نظر ویژگی‌هایی نظیر پلاستیسیته، نسوزندگی و استحکام پیوند متغیرند، با افزودن مقدار کافی آب به آنها به‌صورت توده‌ای پلاستیک در آمده و قابل کار کردن می‌شوند، انواع مرغوب آن دارای E.C.P 26 تا 33 است و عموماً مقدار کمی ناخالصی آهن و عناصر قلیایی دارند.

خاکها در کاربردهای مهندسی

قسمت اعظم سطح زمین را رسوبات و مصالح ناپیوسته طبیعی، که به طور کلی به آنها "خاک" می گوییم پوشانده است. خاک، از یک طرف جایی است که سازه خود را به رو یا داخل آن بنا می کنیم و از طرف دیگر، ماده ای است که آن را به عنوان مصالح ساختمانی در کارهای عمرانی به خدمت می گیریم. خاکهای موجود در طبیعت بسیار متنوع اند و هر یک از آنها رفتاری خاص در کاربردهای مهندسی از خود نشان می دهند. این تنوع رفتار و ویژگیهای مهندسی متاثر از عوامل گوناگونی است. به عنوان مثال، نحوه منشا گرفتن و تشکیل شدن یک خاک تاثیر بارزی بر ویژگیهای مهندسی آن بر جای می گذارد. به این ترتیب، بسته به اینکه خاک به طور بر جا درست شده یا انکه آبرفتی، بادی، واریزه ای باشد یا تغییرات ثانوی را تحمل کرده باشد از ویژگیهای مهندسی متفاوتی برخوردار است.
بررسی نقش زمین شناسی خاک در رفتار مهندسی آن به بهترین وجهی با بررسی مستقیم صحرایی خاک انجام می شود. امروزه طبقه بندی های متعددی برای دسته بندی خاکها بر مبنای ویژگیهای مهندیشان وجود دارد که در راس می توان از طبقه بندی یونیفاید (unified) نام برد. طبقه بندیهای رایج خاک، بر خلاف طبقه بندیهای ارائه شده برای سنگ از سادگی بسیاری برخوردارند. به این نحو که با مشاهده مستقیم خاک در صحرا و حداکثر انجام برخی آزمایشهای دستی بسیار ساده می توانیم خاک را طبقه بندی نماییم. پس از آنکه خاک طبقه بندی شد به راحتی می توانیم با مراجعه به جداولی که وجود دارد، ویژگیهای مهندسی آن را در کاربردهای مختلف برآورد کنیم.طبقه بندی خاک با همه مزایایی که دارد کلیه ویژگیهای آن را بیان نمی کند. از این رو، معمولا محتاج توصیف دقیق خاکها از دیدگاه مهندسی هستیم.

رابطه کارآیی خاک و منشا زمین شناسی آن

خاکها را می توان بر مبنای منشا زمین شناسیشان به گروههای شش گانه زیر تقسیم کرد:
1- خاکهای برجا: بر اثر هوازدگی و تجزیه بر جای سنگها ایجاد می شوند.
2- خاکهای واریزه ای: به خاکهایی که بر اثر نیروی گرانی جابجا شده اند اطلاق می شود.
3- رسوبات آبرفتی: کلیه خاکهایی را که توسط عمل آب جاری در خشکیها ایجاد می شوند.
4- رسوبات بادی: همان گونه که از نامشان پیداست توسط باد حمل و برجای گذارده می شوند.
5- رسوبات یخچالی: توسط یخچالها یا آبهای ناشی از ذوب یخچالها ایجاد می شوند.
6- رسوبات ثانوی: بر اثر ایجاد تغییرات به روی خاکهای اولیه ایجاد می شوند.
رابطه منشا زمین شناسی یک خاک و میزان مناسب بودن در پی سازی را به گونه زیر می توان خلاصه کرد به طور کلی خاکهای مناسب برای پی سازه های مهندسی عبارتند از:
الف- خاکهای با تراکم متوسط یا زیاد که از ویژگیهای برخی از رسوبات بستر رودها، رسوبات ساحلی و یخزنهاست.
ب- رسهای غیر فعال "بیش تحکیم یافته که در برخی از دشتهای ساحلی یافت می شوند.
ج- مخلوط رس و رسوبات دانه ای که از مشخصات خاکهای بر جای حاصل از تجزیه سنگها اسیدی مثل گرانیت است.
در مقابل، مصالح خاکی نامناسب وضعیت در مهندسی پی عبارت اند از:
الف- رسوبات واریزه ای که اغل در دامنه ها حالتی ناپیدار دارند.
ب- خاکهای دانه سست و متراکم نشده موجود در دشته ای سیلابی، دلتاها، خلیج های دهانه ای دریاچه ها، باتلاقها.
ج- رسهای فعال حاصل از تجزیه سنگهای مافیک, شیلهای دریایی یا ته نشین شده توسط فعالیتهای آتشفشان
د- کلیه رسوبات آلی

خاک کشاورزی

دانشی که خاک را در ارتباط با کشاورزی مورد بررسی قرار می دهد "پدولوژی" (خاک شناسی) نام دارد. از نظر کشاورزی خاک به مجموعه ای موارد سطح زمین اتلاق می شود که حاوی مواد آلی بوده و گیاهان بتوانند در آن رشد کنند. اطلاعات پدولوژی محدود به چند متر اول رویه زمین است. این اطلاعات معمولا به صورت نقشه های تفصیلی، که گزارشات فصلی آنها را همراهی می کند، وجود دارند. در بررسیهای ژئوتکنیکی اطلاعات ارزشمندی را می توان از این گونه داده ها کسب کرد. استفاده از این اطلاعات مستلزم آگاهی کل از دانش خاکشناسی و روشهای مختلف طبقه بندی خاکهاست.

نیمرخ خاک

کیفیت خاک را از روی سطح زمین نمی‌توان تشخیص داد و به ویژگیهای آن پی برد. بنابراین باید نیمرخ خاک را مطالعه کرد و برای این منظور را باید به بررسی خاک از سطح تا عمیق‌ترین ناحیه گسترش آن یعنی تا محل برخورد با سنگ بستر پرداخت.

پیدان (Pedon)

نیمرخی از خاک که یک ستون شش وجهی از خاک است که سطح آن روی زمین بین یک تا ده متر مربع وسعت دارد. در پیرامون این ستون شش وجهی ، لایه‌های مختلف خاک قابل روئیت است. بنابراین پیدان عبارت است از یک واحد نمونه برداری خاک که برای بررسی خاک بکار می‌رود.

افق خاک

هر لایه‌ای که در یک ستون شش وجهی خاک روئیت شود، افق خاک (Soil horizon) نامیده می شود. افق خاک تقریبا موازی سطح پیدان است و ویژگیهایی دارد که از افقی به افق پایین‌تر متفاوت است.
• اختلافات موجود بین افقهای خاک :
در صحرا و ضمن بررسیهای میدانی ، می‌توان به اختلافات موجود بین افقهای مختلف خاک پی برد. این اختلاف از ویژگیهایی نظیر رنگ ، بافت ، ساختار ، چسبندگی و حضور و عدم حضور مواد غیر آلی نظیر کانیها و نیز مواد آلی حاصل می‌شود.
• ارتباط بین پیدان و افق :
افقهای خاک ، اساس اولیه در طبقه بندی خاکها محسوب می‌شوند و به همین سبب ، انواع بسیار متنوع و گوناگونی از خاک در طبیعت یافت می‌شود. برای دست یافتن به طبقه بندی خاکها باید به بررسی پیدان به عنوان واحد طبقه بندی پرداخت.
• علت تشکیل افقهای مختلف خاک :
افقهای مختلف که لایه‌های خاک را تشکیل می‌دهند، در اثر واکنش بین سنگها و رسوبات با آب که وجود آن به شرایط اقلیمی بستگی دارد و نیز تاثیر ارگانیسمها ایجاد می‌شوند.

انواع افقهای مختلف خاک

افق O

بالاترین بخش نیمرخ در افق خاک O قرار دارد. این نامگذاری ، به سبب وجود مواد آلی (Organic) در این افق است که از گیاهان و نیز بقایای حیوانات بوجود می‌آید و پس از مدتی تشکیل هوموس را می‌دهد.

هوموس

هوموس تنها از یک ماده تشکیل نشده، بلکه مخلوطی از مواد آلی تجزیه شده است. ماده آلی حاصل از این تجزیه معمولا به رنگ تیره است. ارگانیسمهای میکروسکوپی به شدت در این بخش فعالند و نتیجه آنها ایجاد هوموس (Humification) می‌باشد.

تاثیر مواد آلی بر افق O

افق O در حدود 20 تا 30 درصد از ماده آلی تشکیل شده است. همین میزان قابلیت این افق را در نگهداری آب و مواد غذایی افزایش می‌دهد. این ویژگی ماده آلی با حضور کانیهای رسی افزایش بیشتری می‌یابد.

افق R

در تحتانی‌ترین بخش نیمرخ خاک افق R (سنگ _ Rock) قرار گرفته که شامل مواد متراکم سنگ و عمدتا سنگ بستر است. هنگامی که سنگ بستر هوازدگی و فرسایش شیمیایی می‌یابد، به سنگ پوشش (Regolith) تبدیل می‌شود. مواد حاصل از این فرایند برای تشکیل نیمرخ خاک به مصرف می‌رسد.

افقهای C ، B ، E ، A

این افقها لایه‌های مختلفی را از افق O تا افق R نشان می‌دهند. این لایه‌های میانی در نیمرخ خاک از شن ، سیلت و ماسه و رس تشکیل یافته‌اند و همگی محصولات هوازدگی فیزیکوشیمیایی هستند.

افق A

در این افق هوموس و ذرات رس از اهمیت ویژه‌ای برخوردارند. این مواد بین گیاهان و مواد غذایی موجود در خاک ، ارتباط برقرار می‌کنند. این افق دارای ماده آلی فراوان و در نتیجه رنگ تیره‌ای است. افق A به تدریج به افق E تبدیل می‌شود که از مواد دانه درشت‌تر تشکیل یافته است. این امر نمایانگر مقاومت در برابر تجزیه‌ها و هوازدگی سنگ به میزان کمتر است.

افقE

رس و اکسیدهای آهن و آلومینیوم توسط آب از افق E نشست کرده و افقهای زیرین در اثر نفوذ آب حمل می‌شوند. فرایند جابه‌جایی ذرات ریز دانه و کانیها توسط آب از افق E ، جابه‌جایی eluviation نام دارد. بنابراین دلیل نامگذاری این افق به افق E همین است. هر قدر میزان بارش در منطقه بیشتر باشد، نرخ جابه‌جایی بیشتر خواهد بود.

افق B

بر خلاف افقهای A و E ، افق B تجمع (Illuviation) رسها و اکسیدهای آهن و آلومینیوم است. افق B رنگهایی مایل به قرمز یا زرد به خود می‌گیرد، چون حاوی مواد آلی و اکسیدهای مختلفی از عناصر است. بعضی از موادی که در این خاک حضور دارند، به صورت درجا تشکیل گردیده‌اند. در مناطق بسیار مرطوب ، این افق در بخشهای بسیار عمیق خاک تشکیل می‌شود.

سولوم (Solum)

تر کیب افقهای A و E با موادی که از جابه‌جایی و نیز تجمع بعدی بوجود می‌آیند، روی‌هم‌رفته Solum نامیده می‌شوند که در حقیقت خاک واقعی را تشکیل می‌دهند.

افق C

این افق سنگ بستر تجزیه و فرسایش یافته است و در اثر عوامل فیزیکوشیمیایی و همچنین در اثر دخالت ریشه گیاهان تشکیل می‌شود. این افق در حقیقت سنگ بستر دست نخورده را از عوامل بیولوژیکی حفظ می‌کند و به عنوان سنگ پوشش (Regolith) محسوب می‌شود. این افق فاقد کانیهای رسی است و بیشتر از قطعات سنگی تشکیل یافته است. ضخامت لایه‌ها و افقهای منفرد خاک متغیر و به نحوه تشکیل خاک بستگی دارد.

هوازدگی
انواع هوازدگی

هوازدگی را با توجه به نوع تغییراتی که در سنگ صورت می‌گیرد به انواع مکانیکی و شیمیایی تقسیم می‌کنند.

هوازدگی مکانیکی

در هوازدگی مکانیکی هیچ تغییری در ترکیب شیمیایی سنگ صورت نمی‌گیرد بلکه سنگها تحت تاثیر یک سری از عوامل فیزیکی به قطعات کوچکتر تقسیم می‌شوند. بر اثر خرد شدن سنگها سطح جانبی قطعات زیادتر شده و در نتیجه برای این عوامل عبارتند از : یخبندان ، انبساط حاصل از برداشته شدن بار فوقانی ، انبساط حرارتی و فعالیت موجودات زنده.

هوازدگی شیمیایی

در هوازدگی شیمیایی ساختمان داخلی کانیها بر اثر افزایش یا کاهش عناصر تغییر می‌کند. در واقع در این نوع هوازدگی ترکیب شیمیایی سنگها تغییر می‌کند. در هوازدگی شیمیایی آب مهمترین عامل به شمار می‌رود. ولی لازم به ذکر است که آب خالص غیرفعال بوده و نمی‌تواند هیچ تغییری در سنگها ایجاد کند. افزایش مقدار کمی از مواد محلول می‌تواند آب را فعال سازد. اکسیژن و دی‌اکسید کربن محلول در آب باعث ایجاد تغییرات اساسی در سنگها می‌شوند.

سرعت هوازدگی

سرعت هوازدگی سنگها به عوامل زیادی بستگی دارد از جمله این عوامل می‌توان به اندازه ذرات کانیهای سازنده سنگ و عوامل آب و هوای محیط را نام برد. هر چقدر اندازه کانی کوچکتر باشد سطح موثر آنها زیادتر بوده و در نتیجه سریعتر تحت تاثیر عوامل هوازدگی ، تجزیه می‌شوند. جنس کانیهای سازنده سنگ اثر بسیار مهمی در هوازدگی دارد به عنوان مثال سنگهای گرانیتی بسیار مقاوم تر از سنگ مرمر هستند، زیرا مرمر از کلسیت ساخته شده که به آسانی حتی در محلول اسیدی ضعیفی نیز حل می‌شود.
ترتیب هوازدگی کانیهای سیلیکاته مطابق ترتیب تبلور آنهاست. کانیهایی که زودتر از همه تبلور می‌نمایند یعنی در درجه حرارت و فشارهای زیادتری بوجود می‌آیند، نسبت به کانیهایی که بعدا متبلور می‌شوند در سطح زمین پایداری کمتری دارند. زیرا شرایط تشکیل آنها با شرایط سطح زمین بسیار متفاوت است.
عوامل آب و هوایی ، بویژه رطوبت اهمیت ویژه‌ای در سرعت هوازدگی سنگها دارد. بهترین محیط برای هوازدگی شیمیایی آب و هوای گرم و فراوانی رطوبت است. در نواحی قطبی و در عرضهای جغرافیایی بالا چون برودت هوا ، رطوبت مورد نیاز برای هوازدگی را به صورت یخ در می‌آورد لذا هوازدگی شیمیایی در این نواحی بی‌تاثیر است. در نواحی خشک نیز به علت وجود رطوبت کافی هوازدگی شیمیایی نقش نداد.

هوازدگی و نهشته‌های معدنی

هوازدگی در ایجاد بعضی از نهشته‌های معدنی مهم نقش دارد، زیرا عناصر فلزی پراکنده در سنگ مادر را در یک جا جمع می‌کند. به چنین نقل و انتقالی غالبا غنی شدگی اطلاق می‌شود. غنی شدگی به دو طریق انجام می‌شود. در روش اول هوازدگی شیمیایی به همراه آب نفوذی موادی را که مناسب نیستند از سنگ در حال تجزیه جدا می‌کنند. لذا این عناصر مطلوبی که تراکم آنها در افق نزدیک سطح زمین کم می‌باشد به اعماق برده شده و با رسوب مجدد تمرکز آنها افزایش می‌یابد.

بوکسیت

بوکسیت که کانی اصلی آلومینیوم می‌باشد یکی از کانسارهایی است که به روش غنی شدگی طی فرآیندهای هوازدگی بوجود آمده است. بوکسیت در آب و هوای گرمسیری بارانی همراه با لاتریت تشکیل می‌شود. وقتی سنگ منشا غنی از آلومینیوم در معرض هوازدگی شدید و طولانی قرار بگیرد بیشتر عناصر اصلی آن نظیر کلسیم و سدیم و سیلیس در نتیجه شستشو از محیط خارج می‌شود و بر میزان آلومینیوم آن افزاوده می‌شود. با گذشت زمان خاکی غنی از آلومینیوم به نام بوکسیت حاصل می‌شود که می‌توان از آن آلومینیوم استخراج کرد.

نهشته‌های مس و نقره

بسیاری از نهشته‌های مس و نقره زمانی حاصل شده‌اند که فرآیند هوازدگی عناصری را که در کانسار اولیه با عیار پایین پراکنده بودند در یک جا متمرکز کرده است. معمولا چنین غنی شدگی در نهشته‌های پیریت‌دار (FeS) و کانیهای سولفوری معمول انجام می‌شود. پیریت به دلیل اینکه از نظر شیمیایی به اسید سولفوریک تغییر می‌یابد، می‌تواند در آبهای نفوذی فلزات معدنی را حل کند.
با انحلال کانیها مورد نظر فلزات به تدریج از خلال توده کانسار اولیه به سمت پایین مهاجرت می‌کنند تا سرانجام ته نشین شوند. ته نشینی هنگامی اتفاق می‌افتد که محلولهای مزبور به منطقه آبدار زیرزمینی نزدیک می‌شود. در این محل تغییرات شیمیایی ته نشینی عنصر فلزی می‌شود.

فرسایش خاک و طرق مبارزه با آن

هدر رفتن مایعی آب از خاک به دو صورت کلی انجام می‌شود:
• نفوذ نزولی آب در داخل خاک که از طریق آن آب زاید لایه‌های سطحی خاک دفع می‌گردد.
• هرزروی آب که در سطح خارجی خاک روان می‌گردد.
نفوذ نزولی آب ، سبب شسته شدن عناصر محلول شده و ممکن است قسمت قابل ملاحظه‌ای از مواد غذایی گیاه را از دسترس ریشه خارج سازد. هرزروی سطحی آب نه تنها سبب اتلاف آب می‌شود، بلکه با شستن ذرات خاکی ممکن است باعث فرسایش خاک گردد. خروج مواد غذایی گیاهی تنها از طریق کشت نباتات و برداشت محصول صورت نگرفته و شسته شدن و فرسایش خاک نیز در این مورد نقش عمده‌ای را بازی می‌کند.
در مواردی که شیب زمین زیاد یا قابلیت نفوذ خاک کم است، قسمت قابل ملاحظه‌ای از آب باران به صورت هرزروی سطحی هدر می‌رود. در چنین مواردی نه تنها خاک و در نتیجه گیاهان از این آب محروم می‌شوند، بلکه مقدار زیادی از ذرات خاک همراه آب هدر رفته، شسته می‌شوند.

فرسایش تسریعی

فرسایش آبی در واقع یکی از پدیده‌های معمولی زمین شناسی است که بوسیله آن کوهها بتدریج فرسوده شده و دشتها ، دره‌ها و بستر رودخانه‌ها و دلتاها ، تشکیل می‌یابند. این نوع فرسایش که به کندی صورت می‌گیرد، فرسایش طبیعی نامیده می‌شود. در صورتی که فرسایش با سرعت خیلی بیشتری انجام شود و حالت تخریبی به خود بگیرد، به آن فرسایش تخریبی گفته می‌شود.
در پدیده فرسایش دو عمل مختلف انجام می‌شود: یکی جدا شدن ذرات و دیگری حمل و تغییر مکان آنها. عواملی مانند انجماد و ذوب متناوب ، جریان آب و ضربانات قطران باران اثر جدا کنندگی داشته و مواد را جهت شسته شدن آماده می‌کنند.

عوامل موثر در میزان فرسایش تسریعی

دو عامل اصلی را می‌توان مسئول وقوع فرسایش تسریعی دانست: از بین رفتن پوشش گیاهی طبیعی خاک و کشت گیاهانی که پوشش گیاهی کافی فراهم ننموده و قسمتی از خاک را برهنه می‌گذارند. کشت نباتات کرتی مانند ذرت و سیب زمینی ، بخصوص اگر کرتها در جهت شیب زمین باشد، پوشش کافی به خاک نداده، فرسایش و از بین رفتن خاک را تشدید می‌کنند.

مقدار کل بارندگی و شدت آن

بارندگی زیاد در صورتی که ریزش آن آرام باشد، فرسایش زیادی ایجاد نمی‌کند، در صورتی که بارانهای شدید حتی به مقدار کم سبب فرسایش زیاد می‌شوند. در فصل سرما که زمین منجمد می‌شود و در فصل رشد گیاهان که پوشش گیاهی انبوه است، بارندگی اثر فرسایشی کمتری دارد.

شیب زمین

شیب زیاد باعث تسریع جریان آب شده و به همان نسبت میزان فرسایش و هدر رفتن آب افزایش پیدا می‌کند. طول شیب نیز اهمیت دارد، چون هر قدر شیب ادامه بیشتری داشته باشد، بر مقدار سیلاب افزوده خواهد شد.

پوشش گیاهی

درختان جنگلی و مرتع موثرترین عوامل محافظ خاک در مقابل فرسایش هستند. نباتات زراعی اثر محافظتی کمتری دارند، ولی این امر در نباتات مختلف یکسان نیست. نباتاتی مانند جو و گندم پوشش نسبتا کافی برای خاک فراهم می‌کنند.

ماهیت خاک

از بین خواص فیزیکی خاک موثر در میزان فرسایش مهمترین آنها قابلیت نفوذ خاک و ثبات ساختمانی خاک است. قابلیت نفوذ خاک به عواملی مانند ثبات ساختمانی ، بافت ، نوع رس ، عمق خاک و وجود لایه‌های غیر قابل نفوذ بستگی دارد. ثبات ساختمانی ذرات خاک سبب می‌شود که علی‌رغم هرزروی سطح آب فرسایش زیادی صورت نگیرد.

نحوه کنترل فرسایش آبی

روشهای مختلفی برای کاهش یا کنترل فرسایش آبی می‌توان بکار برد:
• بطور کلی هر اقدامی مانند شخمهای سطحی و عمقی و اضافه کردن مواد آلی خاک که قدرت جذب آبی خاک را افزایش دهد، هدر رفتن سطحی آب را کاهش می‌دهد.
• انتخاب نوع نباتات زراعی در کنترل فرسایش اثر زیادی دارد.
• بالا نگه داشتن سطح حاصلخیزی خاک خود یک نوع عمل محافظتی در مقابل فرسایش است، زیرا تحت این شرایط رشد زیاد نباتات ، علاوه بر بهتر نمودن قابلیت نفوذ آب خاک ، پوشش گیاهی و مواد آلی خاک را بطور قابل ملاحظه افزایش می‌دهند.
• با دقت در انتخاب روشهای کشت و زرع و نحوه انجام آنها می‌توان با فرسایش خاک مبارزه کرد. در صورتی که شیب زمین تا مسافت زیادی ادامه داشته باشد، بهتر است که نباتات کرتی مانند ذرت با نباتات پوششی مثل گندم و جو بطور یک در میان کشت شوند، تا بدین وسیله از شتاب گرفتن آب جلوگیری شود. این روش کشت را که اصطلاحا کشت نواری گویند، اثرات کاملا مثبتی در حفاظت خاک داشته است.

فرسایش بادی

تخریب خاک از طریق فرسایش بادی بیشتر در مناطق خشک صورت گرفته و گاهی در مناطق مرطوب هم اتفاق می‌افتد. اثر تخریبی باد غالبا خیلی جدی بوده و نه تنها ذرات ریز و حاصلخیز خاک را هدر می‌دهد، بلکه به علت رو بازکردن ریشه گیاهان و یا پوشاندن قسمت هوایی گیاهان با مواد معلق در هوا ، سبب مرگ آنها می‌شود. خشک شدن لایه‌های سطحی خاک به علت کمی آب ، آنها را در خطر فرسایش باد قرار می‌دهد.

عوامل موثر در فرسایش بادی

مهمترین عامل درصد رطوبت خاک است، زیرا خاک مرطوب از این حیث مصون است. عوامل دیگر عبارتند از: سرعت باد ، وضعیت قسمت سطحی خاک ، خصوصیات کلی خاک.
خصویات خاکی مانند ثبات دانه بندی ذرات خاک ، میزان مواد آلی و درصد ذرات خاک همگی در فرسایش پذیری خاک بوسیله باد موثر هستند.

کنترل فرسایش بادی

با توجه به عوامل موثر در میزان فرسایش بادی می‌توان روشهای مبارزه و کنترل را حدس زد. این روشها شامل مرطوب نگه داشتن خاک ، زبر و خشن نمودن سطح خاک و داشتن پوشش گیاهی است. کشت نوارهای نباتی و ایجاد بادشکن‌ها عمود بر جهت وزش باد پیشگیریهای موثری برای فرسایش بادی محسوب می‌شوند. اکثر روشهای بکار رفته ضمن اینکه برای مبارزه با اثر باد منظور می‌شوند، در واقع تا حد زیادی در جهت کنترل درصد خاک نیز عمل می‌کنند.
در آخر چکیده ای از مقاله فوق را در اختیار می گذاریم :
خاک‌ها مخلوطی از مواد معدنی و آلی می‌باشند که از تجزیه و تخریب سنگ‌ها در نتیجه هوازدگی بوجود می‌آیند که البته نوع و ترکیب خاک‌ها در مناطق مختلف بر حسب شرایط ناحیه فرق می‌کند. مقدار آبی که خاک‌ها می‌توانند بخود جذب کنند. از نظر کشاورزی و همچنین در کارخانه‌های راه‌سازی و ساختمانی دارای اهمیت بسیاری است که البته این مقدار در درجه اول بستگی به اندازه دانه‌های خاک دارد.
هرچه دانه خاک ریزتر باشد، آب بیشتری را به خود جذب می‌کند که این خصوصیت برای کارهای ساختمان‌سازی مناسب نیست. بطور کلی خاک خوب و حد واسط از دانه‌های ریز و درشت تشکیل یافته است. تشکیل خاک‌ها به گذشت زمان ، مقاومت سنگ اولیه یا سنگ مادر ، آب و هوا ، فعالیت موجودات زنده و بالاخره توپوگرافی ناحیه‌ای که خاک در آن تشکیل می‌شود بستگی دارد.

عوامل موثر در تشکیل خاک

▪سنگ‌های اولیه یا سنگ مادر :
کمیت و کیفیت خاک‌های حاصل از سنگ‌های مختلف اعم از سنگهای آذرین ، رسوبی و دگرگونی به کانی‌های تشکیل دهنده سنگ ، آب و هوا و عوامل دیگر بستگی دارد. خاک حاصل از تخریب کامل سیلیکاتهای دارای آلومینیوم و همچنین سنگهای فسفاتی از لحاظ صنعتی و کشاورزی ارزش زیادی دارد. در صورتیکه خاک‌هایی که از تخریب سنگ‌های دارای کانی‌های مقاوم (از قبیل کوارتز و غیره) در اثر تخریب شیمیایی پدید آمده‌اند و غالبا شنی و ماسه‌ای می‌باشند فاقد ارزش کشاورزی می‌باشند.
▪ارگانیسم :
تمایز انواع خاک‌ها از نقطه نظر کشاورزی به نوع و مقدار مواد آلی (ازت و کربن) موجود در آن بستگی دارد. نیتروژن موجود در اتمسفر بطور مستقیم قابل استفاده برای گیاهان نمی‌باشد. بلکه ترکیبات نیتروژن‌دار لازم برای رشد گیاهان باید به شکل قابل حل در خاک وجود داشته باشد که این عمل در خاک‌ها بوسیله برخی از گیاهان و باکتری‌ها انجام می‌شود. خاک‌ها معمولا دارای یک نوع مواد آلی کربن‌دار تیره رنگی هستند که هوموس نامیده می‌شوند و از بقایای گیاهان بوجود می‌آید.
▪زمان :
قدر مدت عمل تخریب کانی‌ها و سنگ‌ها بیشتر باشد عمل تخریب فیزیکی و شیمیایی کاملتر انجام می‌گیرد. زمان تخریب کامل بسته به نوع سنگ ، ساخت و بافت سنگ‌ها و نیز ترکیب و خاصیت تورق کانی‌ها متفاوت می‌باشد ولی بطور کلی سنگهای رسوبی خیلی زودتر تجزیه شده و به خاک تبدیل می‌شوند، در صورتیکه سنگهای آذرین مدت زمان بیشتری لازم دارند تا تجزیه کامل در آنها صورت گرفته و به خاک تبدیل گردند.
▪آب و هوا :
فور آب‌های نفوذی و عوامل آب و هوا از قبیل حرارت ، رطوبت و غیره در کیفیت خاک‌ها اثر بسزایی دارند. جریان آبهای جاری بخصوص در زمین‌های شیب‌دار موجب شستشوی خاک‌ها می‌شوند و با تکرار این عمل مقدار مواد معدنی و آلی بتدریج تقلیل می‌یابد. اثر تخریبی اتمسفر همانطور که قبلا بیان گردید روی برخی از کانی‌ها موثر و عمیق می‌باشد و هر قدر رطوبت همراه با حرارت زیادتر باشد شدت تخریب نیز بیشتر می‌گردد.
▪توپوگرافی محل تشکیل خاک :
اگر محلی که خاک‌ها تشکیل می‌شوند دارای شیب تند باشد در نتیجه مواد تخریب شده ممکن است بوسیله آبهای جاری و یا عامل دیگری خیلی زود بسادگی از محل خود بجای دیگری حمل گردند و یا شستشو بوسیله آبهای جاری و یا عامل دیگری خیلی زود بسادگی از محل خود بجای دیگری حمل گردند و یا شستشو بوسیله آبهای جاری باعث تقلیل مواد معدنی و آلی خاک‌ها شود در نتیجه این منطقه خاک‌های خوب تشکیل نخواهند شد. ولی برعکس در محل‌های صاف و مسطح که مواد تخریب شده بسادگی نمی‌توانند به جای دیگری حمل شوند فرصت کافی وجود داشته و فعل و انفعالات بصورت کامل انجام می‌پذیرد.

مواد تشکیل دهنده خاک‌ها

موادی که خاک‌ها را تشکیل می‌دهند به چهار قسمت تقسیم می‌شوند :
▪مواد سخت :مواد سخت را ترکیبات معدنی تشکیل می‌دهند ولی ممکن است دارای مقداری مواد آلی نیز باشند. البته این ترکیبات معدنی از تخریب سنگ‌های اولیه یا سنگ مادر حاصل شده‌اند که گاهی اوقات همراه با مواد تازه کلوئیدی و نمک‌ها می‌باشند.
▪موجودات زنده در خاک‌ها :تغییراتی که در خاک‌ها انجام می‌پذیرد بوسیله موجودات زنده در خاک انجام می‌گیرد. قبل از همه ریشه گیاهان ، باکتری‌ها ، قارچها ، کرم‌ها و بالاخره حلزون‌ها در این تغییرات شرکت دارند.
▪آب موجود در خاک‌ها :آبی که در خاک وجود دارد حمل مواد حل‌شده را به عهده دارد که البته این مواد حمل شده برای رشد و نمو گیاهان به مصرف می‌رسد. آب موجود در خاک‌ها از باران و آبهای نفوذی ، آب جذب شده و بالاخره آبهای زیرزمینی تشکیل شده که در مواقع خشکی از محل خود خارج شده و بمصرف می‌رسد.
▪هوای موجود در خاک :هوا همراه با آب در خوه‌های خاک‌ها وجود دارد که البته این هوا از ضروریات رشد و نمو گیاهان و ادامه حیات حیوانات می‌باشد. مقدار اکسیژنی که در این هوا وجود دارد از دی اکسید کربن کمتر است و این بدان علت است که ریشه گیاهان برای رشد و نمو اکسیژن مصرف کرده و دی اکسید کربن پس می‌دهند.

تقسیم‌بندی خاک‌ها از لحاظ سنگ‌های تشکیل دهنده

بر حسب دانه‌های تشکیل دهنده خاک و هم‌چنین شرایط میزالوژی و پتروگرافی زمین خاک‌های مختلفی وجود دارد که عبارتند از :
▪خاک رسی :ذرات رس (Clay) دارای قطری کوچکتر از ۰.۰۰۲ میلی‌متر می‌باشند و در حدود ۵۰% خاک را تشکیل می‌دهند.
خاک‌های رسی چون دارای دانه‌های بسیار ریزی هستند به خاک سرد معروفند و در مقابل رشد گیاهان مقاومت نشان داده و رشد آنها را محدود می‌کنند.
▪خاک‌های سیلتی :
۵۰% این نوع خاک‌ها را ذرات سلیت تشکیل داده است که دارای قطری بین ۰.۰۵ تا ۰.۰۰۲ میلی‌متر می‌باشند و بر حسب اینکه ناخالصی مثل ماسه ، رس و غیره بهمراه دارند به نام خاک‌های سیلتی ماسه‌ای و یا سیلتی رسی معروفند.
▪خاک‌های ماسه‌ای :
این خاک‌ها از ۷۵% ماسه تشکیل شده‌اند. قطر دانه‌ها از ۰.۰۶ تا ۲ میلیمتر است و بر حسب اندازه دانه‌های ماسه به خاک‌های ماسه‌ای درشت ، متوسط و ریز تقسیم می‌گردند. مقدار کمی رس خاصیت خاک‌های ماسه‌ای را تغییر می‌دهد و این نع خاک آب را بیشتر در خود جذب می‌کند تا خاک‌های ماسه‌ای که فاقد رس هستند.
▪خاک‌های اسکلتی :
خاکهای اسکلتی به خاکهایی اطلاق می‌گردد ک در حدود ۷۵% آن را دانه‌هایی بزرگتر از ۲ میلی‌متر از قبیل قلوه سنگ ، دیگ و شن تشکیل می‌دهند. این خاک‌ها ، آب را به مقدار زیاد از خود عبور می‌دهند و لذا همیشه خشک می‌باشند.

نیم‌رخ عمومی خاک‌ها

نیم‌رخ خاک‌ها معمولا از ۳ افق A,B,C تشکیل شده است.
افق A : که به نام خاک بالایی نامیده می‌شود، فوقاتی‌ترین منطقه خاک است و این همان افقی است که رشد و نمو گیاهان در آن نفوذ می‌کنند. این افق از مواد خاکی نرم (رس) که غنی از مواد آلی و موجودات زنده میکروسکوپی است تشکیل یافته است که وجود این مواد آلی باعث رنگ خاکستری تا سیاه این افق می‌گردد. البته این زمین غالبا برای کشاورزی مناسب می‌باشند. اکسیدهای آهن و همچنین بعضی از مواد محلول ممکن است از این منطقه به افق B برده شوند و در آنجا رسوب کنند.
افق B : قشر بین افق A و C را یک قشر دیگر تشکیل می‌دهد که به نام افق B یا خاک میانی نامیده می‌گردد. در این افق عمل تخریب و تجزیه به مراتب بیشتر از افق C پیشرفت و اثر کرده است و از کانی‌های سنگ مادر فقط آن دسته دیده می‌شوند. که بسیار مقاومند (مثل کوارتز) ولی سایر کانی‌ها به شدت تجزیه شده‌اند. این افق معمولا از مواد رسی ، ماسه و شن‌های ریز و درشت و گاه مقادیر کمی بقایای نباتی تشکیل شده است. در این افق علاوه بر مواد رسی ، در آب و هوای مرطوب ، اکسیدهای آهن و همچنین مواد محلول‌تر که بوسیله آب‌های نفوذی از افق A به آنجا آورده شده‌اند دیده می‌شوند.
افق C : که به آن خاک زیرین نیز گفته می‌شود، افقی است که مواد سنگی به میزان خیلی کم تخریب و تجزیه شده‌اند و در نتیجه سنگ‌های اولیه زیاد تغییر نکرده بلکه بصورت قطعات خرد شده می‌باشند. زیر این منطقه سنگ‌های تخریب نشده یعنی سنگ اولیه قرار دارد که هیچگونه تخریب و یا تجزیه‌ای در آن صورت نگرفته است.

فرسایش تسریعی

فرسایش آبی در واقع یکی از پدیده‌های معمولی زمین شناسی است که بوسیله آن کوهها بتدریج فرسوده شده و دشتها ، دره‌ها و بستر رودخانه‌ها و دلتاها ، تشکیل می‌یابند. این نوع فرسایش که به کندی صورت می‌گیرد، فرسایش طبیعی نامیده می‌شود. در صورتی که فرسایش با سرعت خیلی بیشتری انجام شود و حالت تخریبی به خود بگیرد، به آن فرسایش تخریبی گفته می‌شود.
در پدیده فرسایش دو عمل مختلف انجام می‌شود: یکی جدا شدن ذرات و دیگری حمل و تغییر مکان آنها. عواملی مانند انجماد و ذوب متناوب ، جریان آب و ضربانات قطران باران اثر جدا کنندگی داشته و مواد را جهت شسته شدن آماده می‌کنند.

عوامل موثر در میزان فرسایش تسریعی

دو عامل اصلی را می‌توان مسئول وقوع فرسایش تسریعی دانست: از بین رفتن پوشش گیاهی طبیعی خاک و کشت گیاهانی که پوشش گیاهی کافی فراهم ننموده و قسمتی از خاک را برهنه می‌گذارند. کشت نباتات کرتی مانند ذرت و سیب زمینی ، بخصوص اگر کرتها در جهت شیب زمین باشد، پوشش کافی به خاک نداده، فرسایش و از بین رفتن خاک را تشدید می‌کنند.

مقدار کل بارندگی و شدت آن

بارندگی زیاد در صورتی که ریزش آن آرام باشد، فرسایش زیادی ایجاد نمی‌کند، در صورتی که بارانهای شدید حتی به مقدار کم سبب فرسایش زیاد می‌شوند. در فصل سرما که زمین منجمد می‌شود و در فصل رشد گیاهان که پوشش گیاهی انبوه است، بارندگی اثر فرسایشی کمتری دارد.

شیب زمین

شیب زیاد باعث تسریع جریان آب شده و به همان نسبت میزان فرسایش و هدر رفتن آب افزایش پیدا می‌کند. طول شیب نیز اهمیت دارد، چون هر قدر شیب ادامه بیشتری داشته باشد، بر مقدار سیلاب افزوده خواهد شد.

پوشش گیاهی

درختان جنگلی و مرتع موثرترین عوامل محافظ خاک در مقابل فرسایش هستند. نباتات زراعی اثر محافظتی کمتری دارند، ولی این امر در نباتات مختلف یکسان نیست. نباتاتی مانند جو و گندم پوشش نسبتا کافی برای خاک فراهم می‌کنند.

ماهیت خاک

از بین خواص فیزیکی خاک موثر در میزان فرسایش مهمترین آنها قابلیت نفوذ خاک و ثبات ساختمانی خاک است. قابلیت نفوذ خاک به عواملی مانند ثبات ساختمانی ، بافت ، نوع رس ، عمق خاک و وجود لایه‌های غیر قابل نفوذ بستگی دارد. ثبات ساختمانی ذرات خاک سبب می‌شود که علی‌رغم هرزروی سطح آب فرسایش زیادی صورت نگیرد.

نحوه کنترل فرسایش آبی

روشهای مختلفی برای کاهش یا کنترل فرسایش آبی می‌توان بکار برد:
بطور کلی هر اقدامی مانند شخمهای سطحی و عمقی و اضافه کردن مواد آلی خاک که قدرت جذب آبی خاک را افزایش دهد، هدر رفتن سطحی آب را کاهش می‌دهد.
انتخاب نوع نباتات زراعی در کنترل فرسایش اثر زیادی دارد.
بالا نگه داشتن سطح حاصلخیزی خاک خود یک نوع عمل محافظتی در مقابل فرسایش است، زیرا تحت این شرایط رشد زیاد نباتات ، علاوه بر بهتر نمودن قابلیت نفوذ آب خاک ، پوشش گیاهی و مواد آلی خاک را بطور قابل ملاحظه افزایش می‌دهند.
با دقت در انتخاب روشهای کشت و زرع و نحوه انجام آنها می‌توان با فرسایش خاک مبارزه کرد. در صورتی که شیب زمین تا مسافت زیادی ادامه داشته باشد، بهتر است که نباتات کرتی مانند ذرت با نباتات پوششی مثل گندم و جو بطور یک در میان کشت شوند، تا بدین وسیله از شتاب گرفتن آب جلوگیری شود. این روش کشت را که اصطلاحا کشت نواری گویند، اثرات کاملا مثبتی در حفاظت خاک داشته است.

فرسایش بادی

تخریب خاک از طریق فرسایش بادی بیشتر در مناطق خشک صورت گرفته و گاهی در مناطق مرطوب هم اتفاق می‌افتد. اثر تخریبی باد غالبا خیلی جدی بوده و نه تنها ذرات ریز و حاصلخیز خاک را هدر می‌دهد، بلکه به علت رو بازکردن ریشه گیاهان و یا پوشاندن قسمت هوایی گیاهان با مواد معلق در هوا ، سبب مرگ آنها می‌شود. خشک شدن لایه‌های سطحی خاک به علت کمی آب ، آنها را در خطر فرسایش باد قرار می‌دهد.

عوامل موثر در فرسایش بادی

مهمترین عامل درصد رطوبت خاک است، زیرا خاک مرطوب از این حیث مصون است. عوامل دیگر عبارتند از: سرعت باد ، وضعیت قسمت سطحی خاک ، خصوصیات کلی خاک.
خصویات خاکی مانند ثبات دانه بندی ذرات خاک ، میزان مواد آلی و درصد ذرات خاک همگی در فرسایش پذیری خاک بوسیله باد موثر هستند.

کنترل فرسایش بادی

با توجه به عوامل موثر در میزان فرسایش بادی می‌توان روشهای مبارزه و کنترل را حدس زد. این روشها شامل مرطوب نگه داشتن خاک ، زبر و خشن نمودن سطح خاک و داشتن پوشش گیاهی است. کشت نوارهای نباتی و ایجاد بادشکن‌ها عمود بر جهت وزش باد پیشگیریهای موثری برای فرسایش بادی محسوب می‌شوند. اکثر روشهای بکار رفته ضمن اینکه برای مبارزه با اثر باد منظور می‌شوند، در واقع تا حد زیادی در جهت کنترل درصد خاک نیز عمل می‌کنند.

منابع :
تعریف خاک و عوامل فرسایش خاکها http://aftab.ir
ساختار خاک http://daneshnameh.roshd.ir
خاک شناسی http://forum.p30world.com
خاک چیست؟ http://forum.parsigold.com
خاک http://daneshnameh.roshd.ir
خاک چیست؟ http://forum.parsiking.com
خاک نسوز (گل آتشخوار) http://forum.p30world.com
تاریخچه استفاده از خاک http://aftab.ir
تاریخچه خاک http://www.kanysazejam.com