تحول خاک های حاصل از رسوبات آبرفتی رودخانه کارون در یک امتداد عمود بر مسیر رودخانه کارون- قسمت ۳

روش دیتیونایت سیترات بیکربنات هر دو شکل متبلور و غیر متبلور اکسیدهای آهن را استخراج میکند، به هر حال عصارهها ممکن است شامل آهن ترکیب شده با ماده آلی و مقدار محدود سیلیکاتهای آهندار باشد. دیتیونایت، بیکربنات سدیم و سیترات سدیم به ترتیب به عنوان احیاء کننده، بافر کننده سیستم (۹-۷=pH) و مانعی از رسوب مجدد آهن تلقی میشود (وحیدی و همکاران، ۱۳۹۱).
در این روش، نمونه های خاک که قرار است میزان اکسید آهن آن تعیین شود، با بهره گرفتن از دیتیونایت، آهن خاک احیا میشود، آهن احیا شده (فرو) در دمای ۸۵ درجه سانتیگراد و حل شدن در سیترات خارج میشود. این مقدار کل آهن موجود در نمونه است، یا آهن ثانویه ای است که در فاز کانی وجود دارد. در حالت هایی که مقدار آهن زیاد باشد باید افزایش دیتیونایت در چند دفعه بصورت متوالی صورت گیرد، به این آهن استخراج شده Fed گفته میشود. بسیاری از محققین معتقدند که تیمار سیترات بیکربنات- دیتیونایت قادر به استخراج آهن موجود در اکسیدهای آزاد پدوژنیک میباشد اما قادر به استخراج آهن از کانیهای اکسید آهن با درجه تبلور بالا و کانیهای اولیه نیست (اولیایی و همکاران، ۱۳۸۷).
دب و لی[۷۲] ( ۲۰۱۲) مشاهده کردند که Fed با افزایش عمق افزایش پیدا میکند. مقدار آهن قابل استخراج با سیترات دیتیونایت با افزایش عمق در اکثر مزارع افزایش پیدا میکند، زیرا با افزایش عمق از مقدار ماده آلی نیز کاسته میشود و لذا امکان تبلور بیشتر آهن بیشکل را فراهم میسازد. از طرف دیگر مقادیر کم مواد آلی امکان احیاء آهن بلورین کانیها و تشکیل آهن آمورف را کاهش میدهد (راهب و حیدری، ۱۳۹۰). میرابلا[۷۳] و کارسینلی (۱۹۹۳) بیان کردند هماتیت و گئوتایت که از اشکال بلورین آهن هستند، تمایل زیادی به ارتباط با ذرات رس کریستالی دارند که موجب انتقال آنها به افقهای تجمعی میشوند.
بعضی از محققان مشاهده کردند با افزایش سن خاک اکسیدهای متبلور آهن نسبت به اشکال غیر متبلور یا با تبلور ضعیف افزایش مییابد یعنی مقدار آهن قابل استخراج با دیتیونایت زیادتر میشود (وحیدی و همکاران، ۱۳۹۱). دب و لی (۲۰۱۲) نشان دادند که تغییرات استفاده از زمین میتواند در دراز مدت اکسیدهای آهن خاک را تحت تاثیر قرار دهد. همچنین آنها نشان دادند که با افزایش فرسایش و اثرات شخم مقدار آهن کریستالی افزایش پیدا کرد. تغییرات استخراج آهن در طول دو قرن سابقه از زمین نشان داد که خاکهای تحت کشت مقدار Fedزیادی دارند. افزایش مقدار Fed در هر خاک نشان دهنده تکامل بیشتر آن میباشد (فیدلر[۷۴] و سومر، ۲۰۰۴).
۲-۶-۴-۲ استفاده از اکسالات آمونیوم اسیدی
شکلهای غیر متبلور آهن با بهره گرفتن از اگزالات آمونیوم از خاکها استخراج میگردد، این عصارهگیر به طور همزمان، هیدروکسیدها و اکسیهیدروکسیدهای آهن را استخراج میکند. اگزالات آمونیوم به استثنای شکلهای متبلور، هر دو شکل آهن غیر متبلور و پیوند خورده با ماده آلی را حل میکند (وحیدی و همکاران، ۱۳۹۱).
اکسالات آمونیوم، آهن اکسیدی دارای کریستال ضعیف را عصاره گیری میکند. به عبارتی ترکیبات آهن که شکل کریستالی ضعیفی دارند در این روش عصارهگیری میشوند (Feo). اگر این واکنش در محیط تاریک انجام شود از اثر نور بر احیاء آهن کاسته میشود. گئوتایت، هماتیت و لپیدوکروسایت دارای توالی منظم واحد سلولی نمیتوانند بخوبی با این روش استخراج شوند مگر اینکه کاتیون آهن دو ظرفیتی وجود داشته باشد.
نتایج کار بعضی از محققان نشان میدهد که غلظت Feo با افزایش عمق افزایش پیدا میکند در زمینهایی با سابقه کشت طولانی مقدار Feo کاهش پیدا میکند (سیو[۷۵] و همکاران، ۲۰۱۲). بین مقدار ماده آلی و مقدار آهن بیشکل رابطه وجود دارد، مقدار آهن قابل استخراج با اگزالات آمونیوم در افقهای سطحی حاوی مواد آلی بالا، بیشتر از افقهای تحتانی بوده و با افزایش عمق کاهش پیدا میکند که میتواند به دلیل امکان هوادیدگی بیشتر در سطح خاک، تشدید فرایندهای اکسیداسیون و احیاء و وجود ماده آلی بالا اشاره نمود که مانع تبلور آهن بیشکل میشود (راهب و حیدری، ۱۳۹۰).
نسبت آهن اکسالات که با Feo نشان میدهند به آهن دیتیونایت Fed تعیین کننده برخی از خصوصیات مربوط به اکسیدهای آهن موجود در خاک است که از این نسبت برای تعیین بسیاری از خصوصیات خاک مثل جذب فسفر یا پدوژنز خاک استفاده می شود. علاوه بر انحلال، استفاده از تکنیکXRD نیز روش متداولی است. نسبت   با عمق کاهش مییابد و کاهش آن با عمق به کند شدن سرعت آزاد شدن آهن از کانیهای سیلیکاته مربوط می شود (جلالیان و رمضانپور، ۱۳۸۱) .
با افزایش سن خاک اکسیدهای متبلور آهن نسبت به اشکال غیر متبلور یا با تبلور ضعیف افزایش مییابد یعنی مقدار آهن قابل استخراج با دیتیونایت زیادتر می شود، بنابراین نسبت   با افزایش سن خاک کاهش مییابد (وحیدی و همکاران، ۱۳۹۱).
جلالیان و رمضانپور (۱۳۸۱) و هوانگ[۷۶] و همکاران (۲۰۰۸) نشان دادند که میزان نسبت   در خاکهای تکامل یافته (سن بیشتر) کمتراز خاک بدون تکامل (سن کمتر) است.
در کل روش های متعددی برای استخراج اکسید های آهن شناخته شده اند که بهترین آن روش دیتیونایت سیترات بیکربنات(DCB) میباشد. بر این اساس، روش اکسالات آمونیوم روش استخراج اکسید های آهن ضعیف کریستالی و روش دیتیونایت سیترات بیکربنات (DCB) برای استخراج عصاره تمام اکسیدهای آهن آزاد می باشد (آلوگ[۷۷] و همکاران، ۲۰۱۲).
۷-۴-۲ رابطه شکلهای مختلف آهن با ویژگیهای خاک
آهن قابل استخراج با دیتیونات سدیم همبستگی مثبت و معنی داری را با CCE با ظرفیت تبادلی کاتیون یا با میزان کربناتها نشان داده است (وحیدی وهمکاران، ۱۳۸۹). دلوی و برا[۷۸] ( ۲۰۰۱ )، نیز این همبستگی مثبت را نشان دهنده این دانستند CCE، انحلال پذیری و قابل دسترس بودن آهن را تحت تاثیر قرار می دهد و عنوان کردند این رابطه ممکن است به دلیل تشکیل اکسید و رسوب شکل های غیر قابل دسترس آهن در مقایسه با شکلهای قابل دسترس تر آن ها باشد که حاصل افزایش قابلیت دسترسی آن در خاک است. همبستگی مثبت مشاهده شده ممکن است به دلیل اکسید های آهن آزاد اولیه خاک مشاهده شده باشد (نه اکسید های ثانویه)، به عبارت دیگر این همبستگی مثبت ممکن است بین اکسیدهای آهن آزاد و CCEمواد مادری نیز وجود داشته باشد (وحیدی وهمکاران، ۱۳۸۹). ظرفیت تبادل کاتیونی یک معیار از کل بارهای منفی کلوئید است و در خاک ممکن است از طریق مکانهای باردار با قابلیت دسترسی آهن همبستگی داشته باشد (هوکس و وب[۷۹] ،۱۹۶۳ ).
وحیدی و همکاران، (۱۳۸۹) در تحقیقی نشان دادند که شکل متبلور آهن در واحد فیزیوگرافی تپه بیشتر از واحد فیزیوگرافی دشت دامنه ای است که میتواند تکامل بیشتر واحد فیزیوگرافی تپه را نسبت به دشت دامنه ای نشان دهد و بالا بودن میانگین درصد رس و عمق سالوم و مقدار نسبی رس کائولینت بیشتر در واحد فیزیوگرافی تپه نسبت به دشت دامنه ای مؤید این مطلب است. احتمالاً در واحد فیزیوگرافی تپه، خاکها از شرایط پویاتری نسبت به دشت دامنهای برخوردارند که این امر میتواند به دلیل شرایط پایدارتر ژئومرفولوژیک و سرعت بالای هوادیدگی درجا ( با توجه به مقدار رس) باشد. همچنین از لحاظ موقعیت زمین شناسی این واحد فیزیوگرافی در تراس های قدیمی قرار گرفته در حالی که واحد فیزیوگرافی دشت دامنه ای در رسوبات اخیر تشکیل یافته است. نسبت آهن استخراج شده با اگزالات آمونیوم به دیتیونات سدیم در تمام سالومهای خاک کمتر از یک بود و این موضوع، این نظر را که اکسیدهای آهن آزاد در اغلب خاکها در یک مرحله پیشرفته از تبلور هستند را تقویت میکند (ماهانی و همکاران، ۱۹۹۱). با افزایش سن خاک، اکسیدهای آهن متبلور نسبت به شکلهای با تبلورضعیف افزایش می یابد. این روند به وسیله نسبتهای آهن استخراج شده با اگزالات آمونیوم به دیتیونات سدیم که با افزایش سن خاک، کاهش یافته است، منعکس میگردد (ماهانی و فاهی، ۱۹۸۸ ). بر این اساس ماهانی و همکاران، ( ۱۹۹۱ ) نشان دادند که در نسبتهای بالا، خاکها جوانتر و در نسبت های پایین، خاکها مسن تر هستند. از میانگین کم نسبت فعالیت آهن در واحد فیزیوگرافی تپه در مقایسه با دشت دامنهای استنباط میشود که این خاکها میتوانند مسنتر و هوازدگی میتواند پیشرفت نسبتاً خوبی داشته باشد (وحیدی وهمکاران، ۱۳۸۹).
۸-۴-۲ تاثیر شوری، بافت خاک و مواد آلی بر اکسیداسیون و احیاء آهن و منگنز خاک
شوری و سدیمی بودن باعث تأثیر مثبت بر روی تجمع آهن و تشکیل ماتلها دارد. میزان شوری و تأثیر آن بسته به ساختمان، بافت خاک، EC و زهکشی بر روی خاک متفاوت است. شوری می تواند بر روی کریستالی شدن تأثیر بگذارد و تفاوت های مختلفی از غلظت آهن، در حالت عمودی در پروفیل وجود دارد که این ممکن است به دلیل تجمعات پدوژنیک، نوسانات فصلی سطح آب باشد و در درون خاک با زهکشی محدود به طور معمول در طی فرایندهای تر و خشک شدن در قسمت زیرین خاک تجمع می‌یابد. مقدار Fed در منطقه شور کمتر از Fed در منطقه غیر شور است که میتوان نتیجه گرفت آهن و منگنز در این منطقه کمتر به سمت کریستالی شدن پیش رفتهاند و عامل و یا عواملی بر روی این فرم از آهن تأثیر گذار هستند، همچنین آنها نشان دادند که منگنز در خاک عمدتأ در شکل‌های با تبلور کم و در پیوند با ماده آلی وجود دارد (توکاشیکی[۸۰] و همکاران، ۱۹۸۶). ویراکس[۸۱] (۱۹۹۶) بیان کرد توزیع آهن و منگنز و تجمعات آنها در خاکهایی دارای آب زیررمینی بالا با خاکهایی که به طور فصلی اشباع میشوند متفاوت است، به طوری که ترکیبات و تجمعات آهن و منگنز در خاکهای با آب زیرزمینی بالا در امتداد حاشیه مویینگی بوده و در خاکهایی با اشباع فصلی در مجاورت حفرات ریز با تهویه ضعیف قرار دارند. پتانسیل اکسایش منگنز بالاتر از آهن می‌باشد، این امر بر نحوه توزیع این عناصر در نیمرخ خاک مؤثر بوده و میتواند نشان دهنده درجه اکسایش و کاهش خاک باشد.
وی[۸۲] و همکاران (۲۰۰۶) همچنین نشان دادند که در دسترس بودن آهن و منگنز با ماده آلی در ارتباط است. اضافه کردن ماده آلی میتواند آهن و منگنز قابل جذب گیاه را افزایش دهد. تخریب ماده آلی میتواند الکترون را برای کاهش آهن و منگنز عرضه کند که باعث افزایش حلالیت آهن و منگنز و قابل دسترس بودن آهن و منگنز میشود. اشنیتزر[۸۳] و همکاران (۱۹۸۶) نشان دادند مواد آلی خاک همچنین میتوانند با کانیهای رسی که به وسیله اکسیدهای فلزی نظیر اکسیدهای آهن پوشش داده شدهاند کمپلکسهایی را تشکیل دهند. رس ها به ثبات مواد آلی خاک کمک میکنند به همین خاطر اغلب بین مقدار رس و مواد آلی خاک همبستگی مشاهده میشود. وجود ماده آلی بالاتر در افقهای سطحی موجب کاهش Eh و بالعکس وجود مواد آلی کمتر در اعماق خاک سبب افزایش Eh میشود (راهب و حیدری، ۱۳۹۰).
همچنین رقیمی و همکاران (۱۳۸۷) نشان دادند که در طی ماه های مرطوب به دلیل پوشیده شدن خاک از آب فرایند های سولفیدی غالب میگردد، اما در طی ماه های خشک هوازدگی اکسایشی پیریت و هیدرولیز آهن سبب ته نشینی اکسی هیدروکسیدهای آهن در سطح و نزدیک به سطح خاک محیط اسیدی به وجود میآورد.
۹-۴-۲ آهن مغناطیس
پذیرفتاری مغناطیسی[۸۴] درجه ای است که یک ماده، میدان مغناطیسی با شدت معینی را تحت تأثیر قرار می دهد( میولینز[۸۵]،۱۹۷۷). این کمیت به صورت زیر تعریف می گردد κ= M/H دراین معادل M میزان مغناطیس پذیری جسم وH میدان مغناطیسی (هردو بر حسب آمپربرمتر) و κ پذیرفتاری مغناطیسی حجمی است. در این معادله κ بدون واحد است. پذیرفتاری مغناطیسی می تواند بر حسب واحد جرمی نیز بیان گردد که بر این اساس به صورت زیرتعریف می گردد: χmass =κ/ρ در این معادلهρ وزن مخصوص ظاهری جسم برحسب kg/m ۳، χmassپذیرفتاری مغناطیسی جرمی برحسب m/kg می باشد ( میولینز ،۱۹۷۷). اندازه گیری پذیرفتاری مغناطیسی یک روش سریع، غیر مخرب، ساده و نسبتاً ارزان می باشد که دردامنه گسترده ای از مطالعات مربوط به خاک و سنگ کار برد دارد( میولیز، ۱۹۷۷، و اولدفیلدو تامسون [۸۶]،۱۹۸۶). رفتارهای مغناطیسی در اجسام به ۵ دسته تقسیم می شوند که بر حسب میزان پذیرفتاری مغناطیسی و به ترتیب نزولی شامل فرومگنتیسم (مانند آهن خالص)، فری مگنتیسم (مانند مگنتیت و مگهمیت)، کنتد آنتی فرومگنتیسم (مانند هماتیت وگوئتیت ) پارامگنتیسم (مانند لپیدوکروسیت ) و دیامگنتیسم (مانند کوارتز،آهک، گچ و ماده آلی) می باشد (مالینز، ۱۹۷۷). منبع اصلی پذیرفتاری مغناطیسی در غالب خاک ها کانی های فری مگنتیک مانند مگنتیت (Fe3o4 ) و مگهمیت(γFe2O3 ) می باشند. اکسید های آهن خصوصاً گوئتیت، هماتیت، لپیدوکروسیت، مگهمیت و مگنتیت فراوان ترین اکسیدهای فلزی در اکثر خاک ها می باشند. این اکسیدها در خاک های مناطق مختلف آب و هوائی در یک یا چند شکل و به مقادیر مختلف وجود دارند ( تیلور و اسچورتمن[۸۷]، ۱۹۸۹). منبع اصلی پذیرفتاری مغناطیسی در غالب خاک ها کانی های فِرّی – مگنتیت مانند مگنتیت (Fe3o4 )و مگهمیت می باشند. محیط های پدوژنیکی بر پایداری و تبادلات این کانی ها در خاک تأثیر می گذارد ( تیلور و اسچورتمن ،۱۹۸۹). خصوصیات فیزیکی کانی های مغناطیسی تابعی از نوع کانی، شکل بلور، اندازه آن و سایر عوامل می باشد ( میولینز،۱۹۷۷). لو بورگن[۸۸] (۱۹۵۵) اولین محققی بود که افزایش پذیرفتاری مغناطیسی خاک ها را مربوط به تغییر و تبدیل در جای اکسید آهن غیر مغناطیسی مانند هماتیت (Fe2O3 α) ویا گوئتیت (α FeOOH) به فرم فرّی- مگنتیک، مگهمیت ( γFe2O3) می دانست. نامبرده دو مکانیسم را مسئول این کار معرفی کرد: ۱) یک فرایند احیاء کانی هایی نظیر هماتیت در محیط غیر هوازی و در پی آن اکسیداسیون مجدد به ماگهمیت در شرایط هوازی ۲) احیاء هماتیت به مگنتیت در طول احتراق مواد آلی و تبدیل به ماگهمیت در طول مدت سرما و نفوذ هوا به داخل خاک. میولینز(۱۹۷۷)، دی هیدراسیون لپیدوکروسیت (γ FeOOH) در خاک های با زهکشی ضعیف را به دو مکانیسم قبلی اضافه نمود. مقدار افزایش پذیرفتاری مغناطیسی خاک بستگی به میزان فرایند های خاک سازی و همچنین عوامل ناگهانی مانند آتش سوزی دارد ( میولینز،۱۹۷۷). فاین[۸۹] و همکاران(۱۹۹۲) ، گزارش نمودند که تکامل متوالی خاک منجر به پیشگوئی یک الگوی توزیع پذیرفتاری مغناطیسی در نیمرخ خاک می شود. از آن جائی که پذیرفتاری مغناطیسی افق های اِلوویال بیشتر از افق های ایلوویال می باشد، بنابراین میزان افزایش پذیرفتاری مغناطیسی می تواند به عنوان شاخصی از میزان فرایند های خاک سازی مطرح گردد ( سینگرو فاین، ۱۹۸۹، فاین و همکاران، ۱۹۹۲، اوولیای و همکاران، ۲۰۰۶). افزایش پذیرفتاری مغناطیسی خاک ها اساساً به دلیل تشکیل پدوژنیک کانی های فِرّی- مگنتیت می باشدکه به میزان زیادی به عوامل خاک ساز شامل ماده مادری، آب و هوا، پستی و بلندی و پوشش گیاهی بستگی دارد ( فنگ وجانسون[۹۰] ،۱۹۵۵ ).
فرضیه مطرح در مورد افزایش پذیرفتاری مغناطیسی، بیشتر اشاره به تغییر شکل در جای آهن غیر مغناطیسی، به ریز بلورهای مگنتیت و مگهمیت دارد (میولینز،۱۹۷۷). آبشوئی کربنات ها و گچ و همچنین تجمع ماده آلی در سطح خاک و یا سایر تغییرات شدید در توده خاک می تواند میزان پذیرفتاری مغناطیسی در یک افق را نسبت به سایر افق ها تغییر دهد که این امر مربوط به افزایش یا کاهش غلظت ترکیبات مغناطیسی در خاک می باشد .
تغییرات ناشی از انتقال ترکیبات آهن در نیمرخ خاک و یا آزاد سازی اکسیدها از داخل سیلیکات های حاوی آهن به عنوان تغییرات مطلق در نظر گرفته می شوند. فاین و همکاران ( ۱۹۸۹) پیشنهاد کردند که مقدار بیشتر مواد آلی و ریز موجودات هتروتروف در نزدیک سطح خاک می تواند تشکیل کانی های فِرّی مگنتیت را افزایش دهند. خاک های با زهکشی خوب معمولاً دارای پذیرفتاری مغناطیسی بیشتری نسبت به خاک های با زهکشی ضعیف بوده اند. شرایط بی هوازی منجر به عدم تبدیل کانی های پارامگنتیک و کنتد آنتی فرومگنتیک (مانند لپیدوکروسیت و گوئتیت) به کانی های فری مگنتیک (مانند مگنتیت و مگهمیت)می شود( دجونگ[۹۱] و همکاران، ۲۰۰۰، جرملی[۹۲] و همکاران، ۲۰۰۴، اولیائی و همکاران، ۱۳۸۴). بر طبق نظر ماهر (۱۹۸۶) آبگیری لپیدوکروسیت، حرارت شدید هماتیت و چرخه های اکسید و احیاء از عوامل تبدیل فرم های کمتر مغناطیسی اکسید آهن به اشکال بیشتر مغناطیسی آن می باشد. اندازه گیری پذیرفتاری مغناطیسی برای ارزیابی نیم رخ های خاک در مطالعه ردیف زمانی مناسب و مفید می باشد. با بهره گرفتن از این تکنیک تفاوت در مواد مادری و انقطاع موجود در خاک های غیر یکنواخت قابل شناسائی است (سینگروفاین، ۱۹۸۹، فاین و همکاران،۱۹۹۲). اکسید ها و هیدرکسیدهای آهن در دامنه ای از ترکیبات بی شکل تا ترکیبات کاملاً متبلور وجود دارند ( تامسون و بیولک[۹۳]، ۱۹۷۵). در خاک های با شرائط هیدرومورفیک، توسط مکانیسم احیاء میکروبی، Fe(III) نامحلول موجود در کانی فِرّی- مگنتیت، به فرمهای محلول Fe(II) تبدیل می شود (ماهر،۱۹۸۶و۱۹۹۸).
ترکیب مواد مادری و فرایند های خاک سازی، باعث تغییر در پذیرفتاری مغناطیسی خاک ها می شوند. به همین دلیل، برای جلوگیری از هر گونه اشتباه در تفسیر نتایج پذیرفتاری مغناطیسی، باید تاثیر نوع ماده مادری، مواد دیامغناطیس متحرک و فرایند های خاک سازی بر تغییرات پذیرمغناطیسی شناخته شود. کریمی و همکاران (۱۳۹۰) در تحقیقی نشان دادند که گچ وکربنات ها به نسبت سهمی که از خاک اشغال می کنند باعث کاهش پذیرفتاری مغناطیسی می شوند و تاثیر عوامل ایجاد کننده یاتغییر دهنده پذیر فتاری مغناطیسی رامی پوشانند. به سادگی می توان بر اساس مقدار گچ و کربنات ها در خاک و در نظر گرفتن پذیرفتاری مغناطیسی معادل صفر برای گچ و کربنات ها، اثر آنها را حذف کرد. به دلیل ناچیز بودن مقدار مواد آلی و رطوبت هواخشک در مقابل گچ و کربنات ها، نیازی به درنظر گرفتن تاثیر این دو ماده در مناطق خشک نیست. مقایسه پذیرفتاری مغناطیسی خاک ها با مواد مادری متفاوت نشان داد که صرف نظر از مکانیسم هایی که باعث تغییر در پذیرفتاری مغناطیسی می شوند، نوع مواد مادری به شدت بر میزان پذیر فتاری مغناطیسی موثر است. بخش شن تاثیر کاهنده و سیلت و رس اثر افزاینده در مقدار پذیرفتاری مغناطیسی خاک های مورد مطالعه را دارند. البته در مورد خاک مارنی، حذف شن باعث کاهش پذیرفتاری مغناطیسی می شود که این ویژگی به همراه پذیرفتاری مغناطیسی بالای خاک مارنی سبب تمایز آن از سایر خاک ها می شود.
ترابی گل سفیدی و همکاران (۱۳۸۱) در تحقیقی نشان دادند که فاکتورهایی نظیر اقلیم، مواد مادری و زمان در منطقه مورد مطالعه روی پذیرفتاری مغناطیسی تاثیر گذار بوده است. اما بر خلاف نتایج دیگر محققین با افزایش تکامل خاک به طرف پادگانه های میانی و بالایی افزایش در مقدار پذیرفتاری مغناطیسی مشاهده نشده است. بنابراین باید به نتایج بدست آمده از دیگر تحقیقات اضافه نمود که در مواد مادری غنی از اکسید های آهن فرومغناطیس اولیه، روند تغییرات پذیرفتاری مغناطیسی ممکن است طی سالها بر عکس باشد. بعبارت دیگر پذیرفتاری مغناطیسی تا زمانی که اکسید های آهن فرومغناطیس اولیه وجود دارند، با افزایش تکامل و شدت هوادیدگی کاهش و پس از هوادیدگی اکثر این کانیهای اولیه، مجددا در اثر تشکیل فرومغناطیسهای ثانویه افزایش خواهد یافت. درصد کاهش کمتر پذیرفتاری مغناطیس بعد از حذف اکسید های آهن بوسیله سیترات بی کربنات (CBD)، نسبت به دیگر تحقیقات صورت گرفته وجود اکسید های آهن اولیه فرومغناطیس را تایید می نماید که این ترکیبات قابل استخراج بوسیله CBD نیستند.
لوو[۹۴] همکاران (۲۰۰۸) کاهش مقدار پذیرفتاری مغناطیسی در خاکرخ تشکیل شده روی بازالت با توسعه خاکسازی را گزارش دادند که علت آن اثر فرایند های خاک سازی است. این در حالی است که مقدار پذیر فتاری مغناطیسی خاک های حاصل از مواد مادری رسوبی با پذیرفتاری مغناطیسی کم، روند مشخص و افزایش با توسعه خاک سازی نشان می دهند(لو و همکاران، ۲۰۰۸). لو(۲۰۰۰) هوادیدگی کانی های فرومغناطیس اولیه در سنگ های آذرین و تخریب و حذف آنها از سیستم را دلیل مقدار کمتر پذیرفتاری مغناطیسی خاکرخ های حاصل از این سنگها گزارش داد. همچنین مشاهده شد که مقدار پذیرفتاری مغناطیسی خاک ها با افزایش پذیرفتاری مغناطیسی ماده مادری افزایش می یابد که نشان دهنده اهمیت مقدار پذیرفتاری مغناطیسی مواد مادری در ارتباط با مقدار آن در خاک است. مقدار پذیرفتاری مغناطیسی خاک حاصل از سنگ های متامورفیک بیشتر از سنگ است که نشان از تشکیل خاکساز و درجای کانی ها فرومغناطیس طی توسعه خاک دارد. مقدار پذیرفتاری مغناطیسی در سنگ های رسوبی کم و اغلب در خاک به علت تشکیل خاک ساز کانی های فرو مغناطیس بیشتر است (لو،۲۰۰۰) .
طی هوادیدگی ذرات مگنتیت اولیه مقاوم آزاد شده ودر خاک سطحی حضور دارند یا اینکه کانی های آهن تجزیه شده و یون آهن آزاد می شود و پذیرفتاری مغناطیسی خاک حاصل خاکسازی و تشکیل کانی های مگنتیت است. ذرات خاکساز اغلب پارامغناطیس و یا دمین های تک پایدار و ریز هستند در حالیکه تیتانومگنتیت و مگنیت به ارث رسیده دمین های با اندازه های متفاوت هستند (لو،۲۰۰۰). در مقیاس های زمانی طولانی مدت χFD نشان دهنده هوادیدگی ، خاکسازی و حضور ذرات سوپر مغناطیس بیشتر با منشا خاک ساز می باشد (لوو همکاران ، ۲۰۰۸).
اولیائی و همکاران (۱۳۸۸) در تحقیقی نشان دادند که با افزایش عمق، میزان پذیرفتاری مغناطیسی کاهش یافته است به طور کلی تغییرات عمودی پذیرفتاری مغناطیسی در طول نیم رخ خاک به میزان زیادی به تبدیل در جای اکسیدهای غیر مغناطیسی آهن به بلور های بسیار ریز فِرّی- مگنتیت بستگی دارد. محلول شدن Fe+2 و متعاقب آن رسوب مجدد به صورت فرم های مغناطیسی تر از عوامل افزایش پذیرفتار ی مغناطیسی در سطح خاک می باشد ( فاین و همکاران، ۱۹۸۹). بر طبق نظر گرملی و همکاران (۲۰۰۴) افزایش پذیرفتاری مغناطیسی درلایه های سطح خاک به میزان زیادی به تبدیل در جای اکسید های آهن غیر مغناطیسی و اکسی هیدروکسیدهای آهن به ریز بلورهای فری مگنتیک بستگی دارد. افزایش میزان ماده ی آلی در سطح خاک، خصوصاً در مناطق مرطوب تر و خنک تر عاملی در جهت افزایش پذیرفتاری مغناطیسی در سطح خاک بوده است. فعالیت میکرو ارگانیسم ها عاملی در جهت افزایش انحلال اکسیدهای آهن غیر مغناطیسی به اکسیدهای مغناطیسی آن می باشد ( درین[۹۵] و همکاران، ۱۹۸۵). اودس[۹۶] (۱۹۶۳) زهکشی مناسب و مقدار زیاد ماده آلی را جهت افزایش پذیرفتاری مغناطیسی مناسب توصیف نموده است.
فصل سوم :مواد و روش ها
۱-۳ زمان و مکان انجام آزمایش
منطقه مورد مطالعه بخشی از اراضی مجاور شهرستان ملاثانی واقع در ۲۵ کیلومتری شهر اهواز در امتداد شرق رود کارون قرار گرفته ‌است. رژیم رطوبتی منطقه یوستیک و رژیم حرارتی هایپرترمیک می باشد. این مطالعه در مهرماه سال ۱۳۹۲ شروع و تا خرداد ماه سال۱۳۹۳خاتمه یافت.
۲-۳ مطالعات صحرایی و جمع آوری نمونه‏ها
برای انجام مطالعات صحرایی با بهره گرفتن از نقشه های موجود و تصاویر ماهواره ای محل پروفیل ها با توجه به تغییرات عواملی چون مواد مادری، پستی و بلندی، شرایط زهکشی و کاربری اراضی برای ۱۴ پروفیل با فواصل حدود ۱ کیلومتر در مقطع عمود بر مسیر رودخانه تعیین شد. سپس پروفیل‮ها به ابعاد ۲×۵/۱×۱ متر حفاری و نمونه‏های خاک بر اساس ویژگی ها و خصوصیات مورفولوژیکی افق های مختلف شناسایی شده در هر پروفیل جمع‏آوری شدند. این پروفیل‎ها بر اساس روش‏های استاندارد (کارمندان اداره نقشه‏برداری خاک آمریکا ، ۳۹۹۱) تشریح، و افق‎های موجود در آن‌ ها شناسایی شدند. نمونه‏های خاک جمع‏آوری شده از هر افق هوا خشک و اجزاء کوچک‌تر از ۲ میلی‏متر با الک کردن جدا شدند. ‬‬‬‬‬‬شکل ۱-۳ محل حفر پروفیل ها را نشان می دهد.

شکل ۱-۳ موقعیت حفر پروفیل ها
۳-۳ بررسی‏ها آزمایشگاهی
۱-۳-۳ اندازه‏گیری‏های فیزیکوشیمیایی
بافت خاک به روش هیدرومتری( گی بادر [۹۷]۱۹۸۶)، پ هاش خاک در نمونه های گل اشباع و قابلیت هدایت الکتریکی در عصاره گل اشباع( یونایتید استید[۹۸]۱۹۵۴)، کربن آلی به روش اکسیداسیون بدون حرارت دادن (والکلی[۹۹]۱۹۴۷)، کربنات کلسیم معادل به روش خنثی سازی با اسید (نلسون[۱۰۰]۱۹۸۲)، ظرفیت تبادل کاتیونی به روش استات سدیم یک مولار(چاپمن، [۱۰۱] ۱۹۶۵) اندازه گیری شد.

 

برای دانلود متن کامل پایان نامه به سایت zusa.ir مراجعه نمایید.

 

 

۲-۳-۳ آزمایشات مینرالوژیکی

 

حذف عوامل شیمیایی سیمانی و جداسازی اجزاء رس بر اساس روش مهرا و جکسون (۱۹۶۰) و جکسون (۱۹۷۵) انجام گردید. جهت آماده‌سازی نمونه‌های خاک برای کانی شناسی مراحل زیر طی شد:

 

۱-۲-۳-۳ حذف املاح محلول

 

مقدار ۱۰ گرم خاکی را که از الک دو میلی‌متری عبور داده شده در بشری با حجم کافی برای افزودن آب به نسبت ۱۰۰ میلی‌لیتر آب مقطر برای هر گرم نمونه قرار گرفت و نمونه به فواصل ۱۵ الی ۲۰ دقیقه و به مدت دو ساعت به هم زده شد تا ته‌نشین گردد. اگر کانی‌های رس پس از دو ساعت به صورت سوسپانسیون باقی بمانند، مقدار کمی NaCl نیم مولار اضافه شده تا فلوکوله شوند. محلول رویی را سیفون کرده (باید دقت کرد تا خاک خارج نگردد) و این عمل را زمانی که لازم باشد ادامه داده تا گچ و املاح حذف شوند. وجود گچ با استون کنترل شد (کلوت، ۱۹۹۲، کنز و دیکسون ۱۹۸۶، مارک و گاتیرو، ۲۰۰۰).

 

۲-۲-۳-۳ حذف آهک

 

بسته به میزان رس مقدار معینی خاک درون یک بشر ریخته و به آن ۲۵۰ میلی‌لیتر محلول استات سدیم نرمال pH=5 اضافه شد و تا کاهش شدت واکنش یعنی ناپدید شدن حباب‌های گاز دی‏اکسید کربن به هم زده، سپس سطح بشر با شیشه ساعت پوشانیده و در حمام آبی با درجه حرارت ۸۰ درجه سانتی‌گراد به مدت ۱۲ ساعت قرار گرفت. این عمل اینقدر تکرار شد تا pHنمونه بعد از عمل شستشو برابر ۵ شود (کلوت ۱۹۹۲، کنز و دیکسون ۱۹۸۶، مارک و گاتیرو ۲۰۰۶).

 

۳-۲-۳-۳ حذف مواد آلی

 

بعد از حذف آهک دوبار نمونه را با آب مقطر شستشو داده سپس برای حذف مواد آلی برای افق های سطحی ۱۰ میلی لیتر آب اکسیژنه ۳۰ درصد و برای افق های زیرین ۵ میلی لیتر اضافه شد و به مدت ۴ ساعت در حمام بن ماری در دمای ۷۰ درجه گذاشته شد. افزودن آب اکسیژنه تا مشاهده عدم وجود حباب‌های هوا ادامه داده شد. سپس برای از بین بردن آب اکسیژنه اضافی دوبار ابشویی صورت گرفت.

 

۴-۲-۳-۳ حذف اکسیدهای آهن آزاد

 

پس از حذف آهک و مواد آلی نمونه خاک را به یک بشر منتقل نموده و به آن ۴۰ میلی‌لیتر محلول سیترات سدیم ۱ مولار و پنج میلی‌لیتر محلول بی‌کربنات سدیم ۵/۰ مولار اضافه شد. سپس آن را در حمام آبی با درجه حرارت ۸۰ درجه سانتی‌گراد قرار داده، یک گرم دی‌تیونات سدیم اضافه کرده و به مدت یک دقیقه به طور پیوسته و برای ۱۵ دقیقه گاه‏گاهی بهم زده شد. به دلیل تشکیل FeS درجه حر‌ارت نبایستی از ۸۰ درجه سانتی‌گراد بالاتر رود. پس از ۱۵ دقیقه، ۱۰ میلی‌لیتر محلول کلرید سدیم اشباع اضافه کرده و به منظور تسریع در فلوکوله شدن، آن را بهم زده و در حمام آبی گرم قرار گرفت. پس از حذف اکسید آهن نمونه دوبار آبشویی شد (کلوت ۱۹۹۲، کنز و دیکسون ۱۹۸۶، مارک و گاتیرو ۲۰۰۶) .

 

۵-۲-۳-۳ جدا‌سازی بخش رس

 

پس از انجام تیمارهای مقدماتی، نمونه خاک را به یک بشر منتقل کرده و به آن ۵۰ میلی‌لیتر محلول هگزا متا فسفات سدیم (۵۰ گرم در لیتر) اضافه شد و به مدت پنج دقیقه با هم‏ زن مکانیکی بهم زده شد. پس از گذراندن از الک ۲۵۰ میکرون، محتویات آن را به یک سیلندر یک لیتری منتقل کرده، با آب مقطر به حجم ‌رسانیده و به مدت یک دقیقه با هم زن دستی بهم زده و پس از حدود هشت ساعت (مطابق قانون استوکس و با توجه به درجه حرارت) تا عمق ۱۰ سانتی‌متری از سطح سیفون شد. سپس از ۱۰ سانتی متری محلول برداشت شده از سیلندر مقداری به لوله فالکون منتقل شد و به مدت ۱۰ دقیقه در ۱۵۰۰ در دقیقه سانیفیوژ شد. این عمل انقدر صورت گرفت که مقدارکافی رس در ته لوله فالکون جمع شد. سپس به منظور حذف املاح اضافی ۵ بار شستشو صورت گرفت. (کلوت ۱۹۹۲، کنز و دیکسون ۱۹۸۶، مارک و گاتیرو، ۲۰۰۶).

 

۶-۲-۳-۳ اشباع سازی نمونه های رس با منیزیم

 

به منظور اشباع رس با منیزیم به نمونه رس ۳۰ میلی لیتر منیزیم کلرید (MgCl2) 1 مولار اضافه شد، سپس به مدت ۳۰ دقیقه تکان داده شد. پس از این، به مدت ۱۰ دقیقه در ۱۵۰۰ دور در دقیقه سانتی فیوژ شد. این عمل به منظور اشباع سازی ۳ بار تکرار شد. سپس یکبار با آب مقطر شستشو صورت گرفت.
۷-۲-۳-۳ اشباع نمونه‌های رس با پتاسیم
برای اشباع رس با پتاسیم مقداری از رس را درون لوله سانتریفیوژ منتقل نموده و ۳۰ میلی مترکلرید‏ پتاسیم یک مولار به آن اضافه شد. پس از ۳۰ دقیقه شیکر، مخلوط را سانتریفیوژ نموده و محلول رویی دور ریخته شد. این عمل چهار بار تکرار شد تا مرحله اشباع با پتاسیم کامل شد. سپس دو بار نمونه با آب مقطر شستشو شد (مارک و گاتیرو ۲۰۰۶، ویتینگ و آلاردیک، ۱۹۸۶).

 

۸-۲-۳-۳ تیمار نمونه‌های رس اشباع شده با منیزیم و گلیسرول

 

برای اشباع با گلیسرول دو میلی‌لیتر آب مقطر و دو قطره گلیسرول به نمونه اشباع از منیزیم اضافه شده و به شدت بهم زده و از دیسپرس شدن کامل آن اطمینان حاصل شد. بدین ترتیب نمونه‌های رس از گلیسرول اشباع شده و آماده مطالعه شدند (مارک و گاتیرو ۲۰۰۶، ویتینگ و آلاردیک ۱۹۸۶).

 

۹-۲-۳-۳ تهیه اسلاید

 

برای تهیه اسلاید‌ها نمونه روی لام‌های شیشه‌ای طوری پخش شد که به طور یکنواخت تمام سطح لام را بپوشانند و سپس در محفظه برای جلوگیری از افزایش گرد و غبار به آنها به حال خود رها شدند تا در سطح کاملاً افقی خشک شوند. سپس اسلایدهای مربوط به پتاسیم و منیزیم در دستگاه پراش پرتو ایکس (زیمنس مدل D-500) با منبع CuKα قرار گرفت تا در پتانسیل ۳۵ کیلو‌ولت و شدت جریان ۳۰ میلی‌آمپر پرتو‌نگاری گردد. به نمونه‌ای که به کمک یون منیزیم اشباع شده است با قرار دادن در بخار اتیلن گلیکول و الکل، با این ماده قطبی اشباع شد. نمونه‌ای را که به وسیله پتاسیم اشباع شده است در کوره الکتریکی و در دمای ۵۵۰ درجه سانتی‌گراد قرار گرفت. هر یک از اسلاید‌های حاصل یک‌بار دیگر با شرایط یاد شده در دستگاه پراش اشعه ایکس قرار گرفت تا منحنی آن‌ ها مجدداً رسم گردد. به کمک چهار منحنی به دست آمده انواع کانی‌های رس را بر اساس فضای پایه‌ای آن‌ ها که با بهره گرفتن از قانون براگ به دست آمد، شناسایی شدند (مور و رینولدز ۱۹۸۹، ویتینگ و آلاردیک ۱۹۸۶).
قانون براگ : n λ=۲ d sinθ
که در این فرمول:
: nتعداد یا مرتبه پراش
: λ طول موج دستگاه که ثابت بوده و۵۴/۱ آنگسترم می‌باشد.
: d فضای پایه‌ای کانی
θ: نصف زاویه پرتو تابانده شده
۳-۳-۳ اندازه گیری اشکال مختلف آهن
۱-۳-۳-۳ روش دیتیونایت سدیم بی کربنات