Evolution of Gypsum and its Pedofeatures in Soils on Pediment and Flood-Plain, South of Ahar Region, East Azerbaijan, Iran

تکامل و نمودهای خاکساختی گچی در خاکهای پدیمنت و دشت سیلابی در جنوب منطقه اهر

مسلم ثروتی^1*، علی اصغر جعفرزاده²، احمد حیدری³ و فرزین شهبازی⁴

تاریخ دریافت: 04/07/90  تاریخ پذیرش: 13/02/90

^1- دانشجوی دکتری خاکشناسی، دانشکده کشاورزی، دانشگاه تبریز  

^2- استاد گروه خاکشناسی، دانشکده کشاورزی، دانشگاه تبریز  

^3- استادیار، گروه خاکشناسی، پردیس کشاورزی، دانشگاه تهران

^4- دانشیار گروه خاکشناسی،دانشکده کشاورزی، دانشگاه تبریز  

^*مسئول مکاتبه:   E-mail: moslemservati@gmail.com

چکیده

نمود تجمع گچ با تکامل خاک ارتباط داشته و به لحاظ میکرومورفولوژی، روند تکاملی افق­های ­تجمع گچ در سطوح مختلف ژئومورفولوژیک متفاوت است. هدف از انجام این تحقیق بررسی نحوه تشکیل گچ در خاک­های واقع بر سطوح دامنه­ای (پدیمنت) و در مناطقی که آب زیرزمینی کم ­عمق دارند یا سیلاب از اطراف وارد آن­ها می­شود (دشت سیلابی)، در جنوب منطقه اهر می­باشد. به منظور شناسایی نمودهای خاکساختی گچی در هر دو لندفرم نمونه­های دست­نخورده برداشته شد و پس از تهیه مقاطع نازک با میکروسکوپ پلاریزان مورد مطالعه قرار گرفت. نتایج موید تکامل بیشتر خاک در لندفرم پدیمنت نسبت به دشت سیلابی است که وجود پر شدگی­های کامل و پیوسته، اندازه بزرگتر و شکل توسعه یافته­تر کریستال­های گچی و هوادیدگی بیشتر کانی­ها و بقایای گیاهی، فرآیندهای خاکساختی متنوع و طولانی مدت می­توانند از دلایل مهم آن باشد. همچنین گچ موجود در هر دو لندفرم از نوع خاکساختی بوده و در لندفرم پدیمنت بلورها درشت­ و همگی یوهیدرال هستند در حالیکه در لندفرم دشت سیلابی بلورها نسبتا ریز، یوهیدرال وساب­هیدرال هستند.

واژه­های کلیدی: پدیمنت، تکامل خاک، دشت­های سیلابی، میکرومورفولوژی، نمودهای خاکساختی

Evolution of Gypsum and its Pedofeatures in Soils on Pediment and Flood-Plain, South of Ahar Region, East Azerbaijan, Iran

M Servati¹*, AA Jafarzadeh², A Heydari³ and F Shahbazi⁴

Received: 26 September 2011   Accepted: 02 May 2012

^1- Ph.D student, Dept. of Soil Sci.,  Univ. of Tabriz, Iran.

^2- Prof., Dept. of Soil Sci.,  Univ. of Tabriz, Iran.

^3- Assist. Prof., Dept. of Soil Sci., Univ. of Tehran, Iran.

^4- Assoc. Prof., Dept. of Soil Sci.,  Univ. of Tabriz, Iran.

*Corresponding Author  E-mail: moslemservati@gmail.com

Abstract

It has been shown that accumulative form of gypsum is influenced by evolution and from micromorphological point of view, gypsic horizons have different trend of evolution and various geomorphologic surface. The purpose of this research work is to study gypsum formation on two landforms of pediment and flood plain in south of Ahar. Undisturbed samples from soils of both landforms were Processed at thin section preparations for gypsum pedofeature identification with a polarize microscope. The results showed more evidence of soil development on pediment as compared with flood plain. Continuous gypsum infillings, consisting of large gypsum crystals, high degree of weathering of primary minerals and plant residues, and evidences for polygenesis were among important indication for long soil pedological processes. Gypsum in both land forms is pedogenic, with large euhedral crystals in pediment and fine euhedral and subhedral crystals in flood plain.

Keywords: Flood plains, Micromorphology, Pediment, Pedofeature, Soil evolution

مقدمه

با وجود گسترش نسبتا زیاد افق­ها و خاک­های گچی در مناطق خشک و نیمه خشک ایران، اطلاعات موجود در زمینه نحوه تشکیل آنها و شکل­های مختلف تجمع گچ نسبتا محدود بوده است (محمودی و حیدری 1377). اما  جعفرزاده(1375) با مطالعه خاکرخ­های طبیعی از اطراف هریس، تبریز، اصفهان، قزوین و کشور بحرین و مشاهده افق­های جیبسیک، ایدیوجیبسیک[1]، جیبسیک با سالیک، کلسیک، پلاسیک، آرجلیک و گاهی با دو تا از این افق­ها، فصل نوینی در رابطه با فرآیندهای تشکیل Perascendom وPerdescensum همراه با رده­بندی خاک­های گچی باز کرده است. شایان ذکر است گروههای بزرگ ایدیوجیبسیک، سالیجیبسید^[2] و پلاسیجیپسید^[3]علاوه بر گروه­های بزرگ عنوان شده است که بعضی از این گروه­ها به کلید رده­بندی 1994 اضافه گردیده است. با این حال بعضی از آنها هنوز هم می­تواند محور تحقیق باشد. بلورهای گچ در خاک غالبا حالت یوهیدرال داشته ولی در نمودهای متراکم شده بصورت آن­هیدرال در ابعاد سیلت ریز تا شن درشت متغیر است (بالوک و همکاران 1985) که می­توان آنها را بر اساس اندازه، شکل و آرایش تقسیم­بندی نمود. در این تقسیم بندی که توسط جعفرزاده و برنهام (1992) صورت گرفته بلورهای­گچ بر اساس اندازه در سه گروه اسپار ( بلورهای بزرگتر از 20 میکرومتر)، میکرواسپار (20- 5 میکرومتر) و میکریت (کوچکتر از 5 میکرومتر) گزارش شده که هر کدام از این گروه­ها بر اساس شکل و آرایش نیز دارای تقسیماتی هستند. خادمی و مرموت (2003) در مطالعات خاک­های گچی اصفهان به شکل­های منفرد، فیبری، عدسی شکل، دانه­ای و بلورهای درهم گچ توجیه شده در زمینه خاک یا درون کانال­ها اشاره نمودند. محمودی (1365) در مطالعات میکرومورفولوژیکی خاک­های کرج چهار نوع عارضه گچی به نام پوشش­های ­گچی، کریستالاریا، بلورهای تکی­گچ و ذرات درشت و معمولا آن­هیدرال گچ را شناسایی و منشا خاکساختی یا زمین­ساختی آن­ها را مورد بررسی قرار دادند. وی منشا پوشش­ها و کریستالاریا را بدون شک خاکساز می­داند و فرم­تکی احتمالا خاکساز، و دانه­های آن­هیدرال گچ احتمالا به ارث رسیده از مواد­مادری است.

بین شکل تجمعی گچ و تکامل خاک ارتباط وجود داشته و بلورهای ­گچ در مراحل اولیه تکامل به صورت تکی در متن خاک یا چندتایی در خلل و فرج خاک با آرایش ایدیوتوپیک تا زنوتوپیک دیده می­شوند و به مرور و بر اثر تکامل به صورت پوشش و پرشدگی (جیبسان و کریستالاریا) داخل منافذ و آویزه زیر سنگریزه و سنگ­ها در می­آیند. در افق­های متکامل­تر آویزه­ها و یا رشته­­های عمودی حاصل از اتصال طولی بلورهای خیلی درشت گچ، تشکیل دهنده کل زمینه خاک بوده و اجزای دیگر به صورت جزایری بین بلورها باقی می­مانند در این نمودهای­خاکساختی، آرایش بلورهای عدسی شکل گچ بیشتر زنوتوپیک یا هیپوایدیوتوپیک و پرفیروتوپیک است (تومانیان و همکاران 1375).

از طرفی بین شکل­های مختلف تجمع گچ در صحرا و مقاطع نازک با نحوه تشکیل و رفتار آن رابطه وجود دارد که از میان عوامل خاکساز و محیطی موثر در ایجاد یک شکل تجمع گچی می توان به ماده مادری، موقعیت ژئومورفولوژیک یک اقلیم و اثر سطح آب زیرزمینی اشاره کرد (استوپس و ایلاوی1981). بررسی­های میکرومورفولوژیکی انجام گرفته بر روی خاک­های شمال غرب اصفهان نشان می­دهد که افق­های­گچی در ارتباط با سطوح ژئومورفولوژی از توالی تکامل متفاوتی برخوردارند. بدین معنی که در مراحل ­اولیه تکامل بلورهای­گچی به صورت مجزا و یا به صورت خوشه­ای داخل خلل و فرج دیده می­شود. در بخش وسط و پایین مخروط افکنه گچ به صورت پوشش­های داخلی و یا پرشدگی مشاهده شده و در افق­های متکامل­تر بلورهای فیبری گچ به هم متصل شده و بطور عمودی نسبت به سنگریزه­ها و سطح خاک قرار  می­گیرند ( تومانیان و همکاران 2001 ). هاشمی و همکاران (2011) شکل لنزی گچ را از شکل­های غالب خاک­های متکامل گزارش کردند.

نقش مواد مادری و بافت خاک نیز در شکل تجمعی گچ قابل بررسی است. شکل تجمعی گچ در مواد مادری درشت بافت و ریز بافت با یکدیگر متفاوت بوده و در خاک­های سنگریزه­دار تجمع گچ بصورت آویزه بوده و در خاک­های ریز بافت ذرات عدسی شکل گچ که بصورت پودری سفید رنگ در متن خاک نیز مشاهده می­شود (هررو و همکاران 1992). براندا باک و همکاران (2002) نیز تجمعات سفید و کوچک گچ را با میکروسکوپ پلاریزان در نیومکزیکو مورد مطالعه قرار دادند و شکل­های متفاوتی از جمله فرم عدسی­شکل، شش­گوش، منشوری دانه­ای و رشته­ای را در برش­نازک با توجه به تغییرات بافت خاک گزارش کردند. مقیسه و همکاران (1384) با بررسی میکرومورفولوژیک گچ در خاک­های سرشار از گچ منطقه بم، بزرگتر شدن بلورهای­گچی در شکل­های مختلف با افزایش عمق گزارش نمودند. در این بررسی غالبا بلورهای گچ دانه­ای درسطح و در لایه­های سخت زیری بلورهای عدسی­شکل کشیده و خوشه­ای، در اعماق عمدتا کشیده و فیبری و در زیر سنگریزه­ها بصورت آویزه مشاهده شدند. با توجه به اینکه گچ عمدتا در سطوح دامنه­ای مانند پدیمنت و آلویال فن تشکیل می­شود و در لندفرم دشت سیلابی گچ می­تواند در اثر آب زیر زمینی کم عمق و یا نفوذ آب حاوی املاح گچ در خاک تشکیل گردد، بنابراین این دو لندفرم برای مطالعات تکامل و شکل­های تجمعی گچ در خاک انتخاب گردید. در این میان نمودهای خاکساختی آهن و منگنز که نشاندهنده حضور رطوبت و یا آب در خاکرخ بوده و آب نیز در انتقال و تجمع شکلهای مختلف گچ موثر است، مورد مطالعه قرار گرفتند. در این تحقیق تکامل ونحوه تشکیل نمودهای خاکساختی گچی در دو لندفرم پدیمنت و دشت سیلابی مورد مطالعه قرار گرفته است.

مواد و روش­ها

مشخصات اقلیمی

منطقه مورد مطالعه واقع در جنوب منطقه اهر در استان آذربایجان شرقی، از نظر تقسیم­بندی آب و هوایی به روش دومارتن دارای آب و هوای نیمه­خشک و به روش آمبرژه دارای آب و هوای نیمه­خشک سرد می­باشد. معدل حداکثر درجه حرارت 3/16 و معدل حداقل آن 3/5 درجه سلسیوس و میانگین بارش 20 ساله آن 4/294 میلی‎متر می­باشد. بر اساس نقشه رژیم­های رطوبتی و حرارتی کشور (بنایی 1377)، رژیم رطوبتی و حرارتی منطقه مورد مطالعه به ترتیب زریک و مزیک می­باشد که به عنوان نمونه­ای از رژیم آب و هوائی مدیترانه­ای با زمستانهای سرد و تابستانهای خشک است. در این رژیم، رطوبت حاصله در اثر نزولات آسمانی زمانی حاصل می­گردد که به علت پائین بودن درجه حرارت میزان تبخیر و تعرق حداقل بوده و این امر سبب شستشو می­گردد. شکل1 منحنی آمبروتیک منطقه را برای 20 سال اخیر نشان می­دهد که با استفاده از نرم افزار CDBm در سیستم میکرولیز ترسیم شده است (شهبازی 1387).

نمونه­برداری و انجام آزمایشات

تعداد شش مکان مطالعاتی مستقر در دو لندفرم دشت­های سیلابی و پدیمنت به ترتیب با ارتفاعی معادل 1300 و 1550 متر از سطح آزاد دریا انتخاب و پس از حفر خاکرخ، تشریح شدند. از همه افق­ها نمونه­های دست­خورده جهت انجام تجزیه­های فیزیکی، شیمیایی و نمونه­های دست نخورده برای مطالعات میکرومرفولوژیکی جمع­ آوری و به آزمایشگاه منتقل گردید. ویژگی­های مرفولوژیکی کلیه خاکرخ­ها همراه با بعضی از خواص فیزیکی شامل رنگ، ساختمان و بافت به روش هیدرومتری (جی و بادر 1986) در جدول 1 گزارش شده است. همچنین نتایج تجزیه­های شیمیایی نمونه­های خاک شامل pH در گل اشباع، EC در عصاره اشباع و کربنات کلسیم معادل به روش تیتراسیون (بی­نام 1992)، ظرفیت تبادل کاتیونی به روش باور (1952) انجام و در جدول 2 گزارش گردیده است. برای بررسی­های میکرومرفولوژیکی، نمونه­های دست نخورده پس از خشک شدن در هوای آزاد، با مخلوط نسبت 1:1 استون و رزین پلی استر وستاپولH^[4] (500 میلی­لیتر از هر کدام) با 6 قطره کبالت اکتات^[5] و دوازده قطره سیکلوهگزان پراکسید^[6]در دستگاه خلاء تلقیح و در آزمایشگاه سخت گردید. سپس با استفاده از دستگاه برش و پودرهای کاربراندوم^[7] یا کربید سیلیسیم با اندازه­های مختلف، مقاطع نازک با ضخامت حدود 30-­20 میکرون جهت مطالعات میکروسکوپی تهیه گردید. مقاطع نازک با استفاده از میکروسکوپ Olympus و بر اساس اصول و واژگان بالوک و همکاران (1985) و در مواردی استوپس و وپراسکاس (2003) تشریح و تفسیر شدند. نهایتاً نتایج حاصل از مطالعه فابریک خاک و نمودهای خاکساختی موجود در اسلایدهای تهیه شده گزارش گردید.

نتایج و بحث

لندفرم دشت سیلابی یک لندفرم فرسایشی و رسوبی است و قسمتهای پایین دره را معمولا به خود اختصاص می­دهد. این لندفرم به دلیل اینکه هم فرسایش و هم رسوبی بوده خاک­ها دارای تکامل کمتری هستند. لندفرم پدیمنت که مشخصا فرسایشی بوده و در مناطق دامنه­ای مناطق خشک و نیمه خشک مشاهده می­شود و دارای شیب ملایم کمتر از 10 درصد می­باشد. لذا یکی از فرآیندهایی که در این لندفرم دیده می­شود فرآیند انتقال بوده و نشان­دهنده این می­باشد که تکتونیک در آنجا فعال نیست و جبهه کوه برای مدت حداقل چند میلیون سال فرسایش می­­یابد، بدون اینکه توسط تکتونیک جوان شود. بنابراین خاک­های مستقر در این لندفرم با اینکه فرسایش می­یابند ولی به دلیل شیب نسبتا کم و زمان طولانی تشکیل فرآیندهای خاکساختی زیادی را پشت سر گذاشته و متکامل تر از خاک­های مستقر در لندفرم دشت  سیلابی هستند. از طرفی نتایج نشان می­دهد که آرایش و شکل­های میکرومورفولوژیکی خاک­های گچی در ارتباط با ویژگی­های فیزیکی مانند توزیع ذرات، بافت و شکل و اندازه سنگریزه­ها در لایه­های مختلف، نحوه ورود و میزان تجمع گچ به خاک­ها، جایگاه خاک­ها در لندفرم و و میزان تکامل آن­ها، با هم متفاوت می­باشد.

توزیع کریستال­های عدسی شکل گچ  نسبت به یکدیگر در هر دو لندفرم به صورت خوشه­ای یا دسته­­ای می ­باشد. که وضعیت دانه­بندی این خاک­ها طوری است که امکان رشد به این کریستال­ها را فراهم کرده است. این کریستال­ها در لندفرم پدیمنت و در افق­های تحتانی قابل مشاهده بوده و همگی حالت یوهیدرال داشته و سطوح آنها کاملا صاف می­باشد (شکل­2- الف). ولی در لندفرم دشت سیلابی تا حدی کریستال­­های ساب­هیدرال نیز قابل مشاهده است که دلیل آن احتمالا انحلال قسمت­هایی از بلورهای گچ توسط آب در این لندفرم می­باشد (شکل 2- ب). کریستالهای گچ از نوع یوهیدرال می­تواند نشان­دهنده تشکیل در جای گچ وعدم انتقال آن به وسیله آبشویی و یا نوسانات آب زیرزمینی باشد.

پرشدگی­های گچی در افق­های لندفرم پدیمنت به صورت متراکم پیوسته و کامل (شکل 2- پ) قابل مشاهده است. ولی در لندفرم دشت سیلابی پرشدگی ناقص با کریستال­های گچی میکریتی و اسپار (شکل2-ت) مشاهده می­شود و اکثرا زمینه خاک مملو از کریستال­های میکرواسپار و میکریتی است (شکل 2- خ)، که ناشی از تکامل کم این لندفرم نسبت به لندفرم پدیمنت است.

پراکنش ارتباطی بین ذرات درشت به ریز در افق­های سطحی خاک­های هر دو لندفرم عمدتا از نوع انولیک، در لایه­­های سرشار از آهک و گچ از نوع کریستالیتیک و در لایه­­های رسی با گچ و آهک ناچیز از نوع پورفیریک می­باشد.

 به دلیل جوان بودن خاک­ها در لندفرم دشت سیلابی تخریب کانی­ها بر اساس چارت ارائه شده توسط بولاک و همکاران (1985) در کلاس صفر و یک و از نوع موازی و شبکه­ای می­باشد. ولی در لندفرم پدیمنت به دلیل تکامل بیشتر  تخریب کانی­ها در کلاس یک، دو و سه می­باشد. استوپس و وپرکاس (2003) بیان داشتند که هر چه کلاس تغییر شکل و هوادیدگی کانی بالاتر باشد دلیل بر هوادیدگی بیشتر کانی­­ها و تکامل بیشتر خاک می­باشد.

اکسیدهای آهن و منگنز بی­شکل و بلورین در هر دو لندفرم به شکل ندول و هیپوکوتینگ قابل مشاهده بوده که در لندفرم دشت سیلابی در افق­های­ زیرین که ناشی از نفوذ آب اهر چای به این افق­ها و وجود آب زیرزمینی در عمق کم ایجاد شده­­اند (شکل2- ث) ولی در لندفرم پدیمنت در افق­های سطحی و به مقدار کم  قابل مشاهده است که احتمالا در اثر آبیاری اراضی بوجود آمده­­اند (شکل 2- ج).

در لایه­های سطحی لندفرم دشت سیلابی فضولات جانوری و قطعات گیاهی تازه به مقدار زیاد با اندازه­های مختلف قابل مشاهده است که حاکی از هوادیدگی کمتر این خاکرخ­ها می­باشد (شکل2- چ).

لایه­بندی مختلف آهک و رس که ناشی از  پدیده­های خاکساختی متفاوت روی همدیگر است در لندفرم پدیمنت قابل مشاهده است. با توجه به حضور نودل­های لایه­لایه آهک-رس و آهک در افق­های تحت­الارضی این خاکرخ­ها (شکل 2- ر و ز) و پوشش­های آهکی بر روی پوشش­های رسی که در فضاهای خالی آن­ها کریستال­های گچی رشد کرده­اند( شکل 2- ح) می­تواند گواهی بر پلی­ژنتیک بودن خاک­های این لندفرم باشد. بطوریکه ابتدا انتقال فیزیکی رس[8] و بدنبال آن فرآیند آهکی شدن[9] صورت پذیرفته است. در نهایت خاک بوسیله فرآیند گچی شدن[10]­(رسوب گچ از محلول خاک) تحت تاثیر قرار گرفته است. این پدیده­ها توسط بکزدیک و همکاران (1997 ) نیز گزارش شده است.

در لندفرم جوان­تر (دشت سیلابی)  بلورهای بسیار ریز گچ (میکریت) در خاک حول یک نقطه تجمع و در زیر میکروسکوپ به صورت هاله­ای از مواد خاکساز در افق­های زیرین خاکرخ­های دشت سیلابی (خاکرخ­های 1 و3 ) به وفور قابل مشاهده است، که در اثر حرکت سفره آب­زیرزمینی و نفوذ آب در منطقه تشکیل شده است. همچنین بالارفتن غلظت گچ در محلول خاک در اثر تبخیر، موجب ایجاد بلورهای میکریتی شده (شکل 2- خ و د ) که این توسط جعفرزاده و برنهام (1992) نیز گزارش گردیده است.

این خاک­ها در زیر گروه                 Fluventic Haploxerept،    Typic Calcixerepts و Typic Haploxerepts قرار می­گیرند ( جدول 2). حضور گچ نمی­تواند تغییری در رده­بندی این خاک­ها ایجاد  کند.  که به نظر می­رسد که تعریف زیر گروه Gypsic برای این خاک­ها در کلید رده­بندی ضروری به نظر می­رسد. چنین نتیجه­ای توسط افتخاری و محمودی (1380) در مورد فلوونت­های گچی گزارش شده است.

شکل 2- نمودهای خاکساختی مشاهده شده درخاکرخ­های مورد مطالعه

جدول 1-  برخی از ویژگیهای فیزیکی و مورفولوژی و رده بندی خاکرخ­ها

^*شکل ساختمان خاک، m: توده­ای، Sg: تک ­دانه­ای، gr: گرانولی، abk: مکعبی زاویه­دار، sbk: مکعبی بدون زاویه

جدول 2-  ویژگیهای شیمیایی خاکرخ­های منطقه مورد مطالعه

نتیجه­گیری کلی

مطالعات میکرومورفولوژیکی موید این مطلب است که لندفرم­های پدیمنت و دشت سیلابی بدلیل تفاوت در ویژگی­های ذاتی خاک­های تشکیل شده در آن­ها بر میزان تجمع کانی­ گچ در اعماق مختلف خاک­ها، در سیستم تبلور و آرایش میکروسکوپی و ماکروسکوپی کریستال­های گچ در خاک اثر مستقیم می­گذارد. بطوری­که نمودهای خاکساختی گچی یوهیدرال به دلیل اینکه از محلول خاک رسوب می­کند در هر لندفرم قابل مشاهده بوده ولی در لندفرم دشت دامنه­ای به دلیل انحلال قسمتی از بلور توسط آب بصورت سابهدرال نیز قابل مشاهده است. نمودهای خاکساختی گچی میکریتی از نفوذ آب در خاکرخ و بالا آمدن آب زیرزمینی حاصل می­شوند که در خاکهای لندفرم دشت سیلابی قابل مشاهده است. قدیمی­ترین فرآیند که در این خاکرخ­ها مشاهده می­شود انتقال مکانیکی رس بوده که در مقاطع میکروسکوپی شناسایی شد. این خاک­ها نشاندهنده شرایط مرطوبتر قدیمی نسبت به شرایط فعلی در منطقه است. به دنبال انتقال رس آهک­زایی اتفاق افتاده و سپس خاک تحت تاثیر گچ­زایی قرار گرفته است. از طرفی حضور مواد آلی و کانی­هایی با هوادیدگی بیشتر، ندول­های آهکی و کریستال­های گچی درشت­تر و پرشدگی­های کامل و پیوسته دلیلی بر تکامل بیشتر لندفرم پدیمنت نسبت به خاک­های لندفرم دشت سیلابی می­باشد.