خاک به مخلوطی از مواد آلی، کانی‌ها، گازها، مایعات و ریز اندامگان گفته می‌شود، که در کنار یکدیگر امکان زندگی برای موجودات زنده را فراهم ساخته‌اند. همچنین بخش خاکی سیاره‌ی زمین، پدوسفر یا خاک‌کره نامیده می‌شود.
اکثر خاک‌هایی که سطح کره‌ی زمین را پوشانده‌اند، از هوازدگی سنگ‌های مختلف به وجود آمده‌اند. دو نوع هوازدگی وجود دارد: هوازدگی مکانیکی و هوازدگی شیمایی.
فهرست محتوا
هوازدگی مکانیکی
هوازدگی مکانیکی فرآیندی است که در آن، سنگ‌های منشأ به وسیله‌ی نیروهای فیزیکی به قطعات کوچکتر خرد می‌شوند. نیروهای فیزیکی مذکور می‌توانند به علت آب جاری، باد، موج دریا، حرکت یخچالی، یخ‌زدگی و انبساط و انقباض ناشی از تغییرات درجه حرارت باشند.
هوازدگی شیمیایی
هوازدگی شیمایی فرآیند تجزیۀ شیمیایی سنگ‌های منشأ می‌باشد. در هوازدگی مکانیکی، سنگ بدون هرگونه تغییر در ترکیب شیمیایی، به قطعات کوچکتر تقسیم می‌شود. اما در هوازدگی شیمیایی، مصالح منشأ ممکن است کاملاً به یک ترکیب شیمیایی متفاوت تبدیل شوند. به عنوان مثال، هوازدگی فلدسپار می‌تواند کانی‌های رسی را به وجود آورد.
انواع خاک از نظر حمل ذرات
خاکی که به وسیلۀ فرآیند هوازدگی سنگ‌ها به وجود می‌آید، می‌تواند به وسیلۀ فرآیندهای فیزیکی به مناطق دیگر حمل شود. همچنین ممکن است این خاک‌ها در محل تشکیل خود باقی بمانند. خاک‌ها از نظر حمل شدن یا عدم حمل ذرات، به دو دسته تقسیم می‌شوند:
خاک‌های برجا
بعضی خاک‌ها در همان محلی که به وجود می‌آیند، باقی می‌مانند و سنگ‌های منشأ خود را می‌پوشانند. چنین خاک‌هایی به خاک‌های برجا معروف هستند.
خاک‌های برجا در مناطق حارّه‌ای بسیار معمول هستند. طبیعت نشهته‌های خاک‌های برجا عموماً به سنگ منشأ بستگی دارد. هنگامی که سنگ‌های سخت نظیر گرانیت و گنیس تحت هوازدگی قرار می‌گیرند، اکثر مصالح به وجود آمده احتمالاً در محل باقی می‌مانند. این نهشته‌های خاک عموماً در بالا دارای یک لایه‌ی رسی یا لای-رسی هستند که در زیر آن‌ها لایه‌های لای و یا ماسه وجود دارد. سپس لایه‌ی سنگ هوازده و در زیر آن سنگ سالم خواهد بود. عمق بستر سنگی سالم نقطه به نقطه متفاوت است و حتی ممکن است در یک فاصله‌ی چند متری عمق بستر سنگی سالم تغییر کند.
در مقابل سنگ‌های سخت، بعضی سنگ‌های شیمیایی نظیر آهک وجود دارند که از کانی‌های کلسیت (CaCo3) تشکیل شده‌اند. گچ و دولومیت دارای تمرکز زیادی از کانی‌های دولومیت می‌باشند. این سنگ‌ها دارای مصالح محلول زیادی هستند که مقداری از آن‌ها در آب‌های زیرزمینی حل شده و حد فاصل قسمت‌های غیرمحلول سنگ را ترک می‌کنند. در نتیجه خاک‌های برجای به وجود آمده از هوازدگی شیمیایی، دارای انتقال تدریجی از ریزدانه تا بستر سنگی نیستند. خاک‌های برجایی که از هوازدگی سنگ‌هایی نظیر سنگ آهک به وجود می‌آیند، اکثراً دارای رنگ قرمز هستند. اگرچه این نهشته‌ها از نظر نوع یکنواخت هستند، لیکن عمق هوازدگی ممکن است دارای تغییرات زیاد باشد. خاک‌های برجای بلافاصله بالای بستر سنگی ممکن است به طور عادی تحکیم یافته باشند. شالوده‌های سنگین احداث شده بر روی این خاک‌ها، ممکن است تحت نشست‌های تحکیم قابل توجهی قرار گیرند.
خاک‌های نابرجا (خاکرفت)
نهشته‌هایی از خاک که بدین ترتیب ایجاد می‌شوند، خاک‌های حمل شده (خاکرفت، خاک نابرجا) نامیده می‌شوند. خاک‌های نابرجا از نظر نوع عامل فیزیکی حمل کننده به سه دسته تقسیم می‌شوند:
- آبرفت، که حمل آن‌ها توسط آب‌های جاری انجام می‌شود.
- نهشته‌های یخچالی (یخرفت)، که حمل آن‌ها توسط یخچال‌ها صورت می‌گیرد.
- نهشته‌های بادی (بادرفت)، که حمل آن‌ها توسط باد صورت می‌گیرد.
خاک‌های آبرفتی
نهشته‌های آبرفتی، ناشی از حمل و رسوبگذاری جویبارها و رودخانه‌ها می‌باشند. آبرفت‌ها به دو طبقۀ عمده تقسیم می‌شوند: نهشته‌های رودخانه‌ای نامنظم (بریده بریده) و نهشته‌های رودخانه‌ای مئاندری
نهشته‌های آبرفتی رودخانه‌های نامنظم
رودخانه‌های نامنظم (بریده بریده)، رودخانه‌های پرشیب با سرعت جریان زیاد هستند. قدرت فرسایش آن‌ها زیاد است و دارای مقادیر متنابهی بار رسوب می‌باشند. به علت بار کف زیاد، تغییر کمی در سرعت جریان، باعث ته نشینی رسوبات می‌شود. به همین خاطر مسیر رودخانه بسیار نامنظم و بریده بریده شده است. در واقع مسیر متشکل از جویبارهای متعددی خواهد بود که در نقاطی از هم جداشده و در نقاطی به هم می‌پیوندند و به وسیلۀ جزایر ماسه‌ای و شنی از هم جدا می‌شوند.
نهشته‌های حاصل از چنین رودخانه‌هایی، از نظر لایه‌بندی بسیار نامنظم با دامنه‌ی دانه‌بندی وسیع هستند. به عبارتی اندازه‌ی دانه‌ها از لای تا شن متغیر است و ذرات با اندازه‌ی رسی در آن‌ها به ندرت یافت می‌شود. در طبیعت، نهشته‌های آبرفتی حاصل از رودخانه‌های نامنظم، هم در مقیاس وسیع و هم در مقیاس محدود (به صورت موضعی) قابل مشاهده هستند.
نهشته‌های آبرفتی رودخانه‌های مئاندری
کلمه مئاندر دارای ریشۀ یونانی و به معنای پیچ و خم است. رودخانه‌های مئاندری به رودخانه‌های دارای پیچ و خم زیاد اطلاق می‌شود. این رودخانه‌ها ساحل مقعر خود را فرسایش می‌دهند و در ساحل محدب رسوبگذاری می‌نمایند. این رسوبات را نهشته‌های خم رودخانه می‌گویند. رسوبات خم رودخانه از ماسه‌های ریزدانه و ذرات با اندازه‌ی رسی تشکیل می‌شوند. هنگامی که انحنای پیچ رودخانه‌ی مئاندری زیاد شود، دو نقطه‌ی ابتدا و انتهای قوس به هم نزدیک شده و رودخانه به جای مسیر پیچ، به طور مستقیم این دو نقطه را بهم هم وصل می‌کند و پیچ متروک مانده به صورت دریاچه‌ای هلالی شکل باقی می‌ماند.
در فصول سیلابی، سطوح آب بالا آمده و رودخانه زمین‌های اطراف بستر خود را با ضخامت کمی می‌پوشاند. ماسه و ذرات با اندازه‌ی رسی حمل شده توسط رودخانه، با کاهش سرعت آب در این مناطق ته نشین می‌شوند و تولید کنارنهشت می‌کنند. ذرات ریزتر، شامل لای و ذرات به اندازه‌ی رسی به نقاط دورتر از ساحل حمل شده و با کاهش سرعت آب، با سرعت‌های متفاوتی رسوب می‌کنند و نهشته‌های مرداب کناری را تشکیل می‌دهند. چنین رس‌هایی ممکن است دارای خاصیت خمیری بالایی باشند.
یخرفت (نهشته‌های یخچالی)
در دوران پلئیستوسن، یخبندان باعث شد تا مناطق وسیعی از سطح زمین توسط یخچال‌ها پوشیده شود. این یخچال‌ها در طی زمان، پیشروی و پسروی‌هایی داشتند. در طی پیشروی، یخچال‌ها مقادیر متنابهی از رس، لای، ماسه، شن، قلوه‌سنگ و سنگ را با خود حمل می‌کردند. یخرفت یک اصطلاح عمومی است که معمولاً به نهشته‌های به جا مانده از یخچال‌ها اطلاق می‌شود. نهشته‌های لایه‌بندی نشده‌ی به جا مانده از یخچال‌ها وقتی که ذوب می‌شوند، به تیل (till) معروف هستند. خصوصیات فیزیکی تیل از یخچالی تا یخچال دیگر ممکن است متفاوت باشد. سازندهای تشکیل شده از نهشته‌های تیل، یخرفت نامیده می‌شوند.
دامنه اندازه‌ی دانه‌های موجود در تیل و همچنین خاصیت خمیری آن بسیار متغیّر است. همچنین در حین شناسایی تحت‌الارضی، باید انتظار تغییرات زیادی را در عدد نفوذ استاندارد در نقاط و اعماق مختلف داشت.
آب ذوب شده از یخچال‌ها، مقادیر قابل ملاحظه‌ای رس و لای حمل می‌کند. جویبارهای حاصل، راه خود را به سمت حوضچه‌ها پیدا کرده و تشکیل دریاچه می‌دهند. با آرام شدن آب، ابتدا لای‌ها رسوب می‌کنند. در حین زمستان، هنگامی که سطح دریاچه یخ می‌بندد، ذرات معلق به تدریج به کف دریاچه رسوب می‌نمایند. مجدداً در تابستان، برف‌های بالادست دریاچه ذوب می‌شوند. با ورود آب تازه به همراه رسوبات، فرآیند رسوبگذاری تکرار می‌شود.
در نتیجه خاکی که در کف دریاچه رسوب می‌کند، دارای لایه‌های یک‌درمیان از رس و لای خواهد بود. چنین خاکی، رس سالچینه‌ای نامیده می‌شود. این رس‌ها معمولاً تحکیم یافته و حساس می‌باشند. ضریب نفوذپذیری آن‌ها در امتداد قائم چند برابر کوچکتر از ضریب نفوذپذیری در امتداد افقی است. ظرفیت باربری چنین نهشته‌هایی کاملاً کم است و برای ساختمان‌هایی که با شالوده‌ی سطحی بر روی چنین خاکی احداث می‌شوند، انتظار نشست زیادی می‌توان داشت.
بادرفت (نهشته‌های بادی)
باد نیز عامل مهمی برای تشکیل نهشته‌های خاکی می‌باشد. وقتی که سطوح وسیعی از ماسه به صورت باز وجود داشته باشد، باد می‌تواند آن‌ها را با خود حمل کند و در جایی دیگر نهشته کند. رسوبگذاری باد به صورت تپه‌های ماسه‌ای (تلماسه) می‌باشد. با تشکیل تپه‌های ماسه‌ای، ماسه‌های سمت بادگیر به وسیلۀ باد به حرکت درآمده و پس از رسیدن به قلۀ تپه، به سمت دیگر می‌غلتند. این مسئله باعث می‌شود که ماسه‌های سمت بادگیر متراکم و ماسه‌های سمت پشت به باد به صورت شل باشند. مشخصات فیزیکی تپه‌های ماسه‌ای به قرار زیر است:
- دانه‌بندی ماسه‌ی موجود در تپه‌های ماسه‌ای، به نحو تعجب‌انگیزی یکنواخت است.
- با دور شدن از منبع فرسایش مصالح، قطر عمومی ذرات رسوب یافته ریزتر می‌شود.
- تراکم نسبی نهشته‌های ماسه در سمت بادگیر تپه‌های ماسه‌ای می‌تواند تا حدود ۵۰ تا ۶۵ درصد باشد. در سمت پشت به باد این مقدار به صفر تا ۱۵ درصد می‌رسد.
خاک‌های آلی
خاک‌های آلی در مناطق پست که سطح آب زیرزمینی نزدیک یا بالای سطح زمین قرار دارد، به وجود می‌آیند. وجود آب زیرزمینی باعث رشد گیاهان می‌شود که با پوسیده شدن آن‌ها، خاک‌های آلی شکل می‌گیرند. نهشته‌های آلی اغلب در مناطق ساحلی و پوشیده از برف و یخ مشاهده می‌گردند.
مشخصات خاک‌های آلی به صورت زیر است:
- میزان رطوبت طبیعی آن‌ها می‌تواند بین ۲۰۰ تا ۳۰۰ درصد باشد.
- قابلیت فشردگی خاک‌های آلی بسیار بالا است.
- آزمایش‌ها نشان می‌دهد که به علت تحکیم ثانویه، نشست بسیار زیادی می‌تواند در این خاک‌ها به وجود آید.
تورب‌ها
تورب (turf) یا پیت (peat) به انباشته شدن مواد آلی پوسیده شده گفته می‌شود. پیت‌ها معمولاً در مناطق معتدل و مرطوب، مرداب‌ها، باتلاق‌ها و مورلندها ایجاد می‌شوند. تورب‌ها، با توجه به داشتن کربن فراوان، به نوعی مرحله‌ی ابتدایی تشکیل زغال سنگ هستند. امروزه مهمترین استفاده‌ی خاک تورب، در صنعت کشاورزی است.
منابع:
- کتاب اصول مهندسی ژئوتکنیک
- theconstructor.org
- geosolv.ca
- wikipedia.org
