خاک و ژئوشیمی

مطالعات خاک و ژئوشیمی به بررسی ترکیب شیمیایی و واکنش‌های خاک‌ها و لایه‌های نزدیک به سطح زمین می‌پردازد، جایی که کانی‌ها، آب، مواد آلی و موجودات زنده با یکدیگر تعامل دارند.

Definition

شاخه‌ای از شیمی محیط زیست که به ترکیب، واکنش‌ها و شیمی سطح خاک‌ها و ژئوسفر نزدیک به سطح می‌پردازد.

Scope

این حوزه شامل شیمی زمین جامد در دماهای پایین است: هوازدگی کانی‌ها و تشکیل خاک، ماهیت و واکنش‌پذیری مواد آلی خاک، اسیدیته و پتانسیل ردوکس خاک، و فرآیندهای جذب سطحی و تبادل یونی در سطوح کانی‌ها و مواد آلی. این حوزه چرخه‌های عنصری، دسترسی به مواد مغذی و رفتار آلاینده‌ها را در محیط‌های خشکی به هم پیوند می‌دهد.

Sub-topics

• هوازدگی کانی‌ها و تشکیل خاک
• شیمی مواد آلی خاک
• اکسایش-کاهش و اسیدیته خاک
• جذب سطحی و تبادل یونی

Core questions

• چگونه سنگ‌ها هوازده می‌شوند تا خاک را تشکیل داده و عناصر را آزاد کنند؟
• چه عواملی اسیدیته و وضعیت ردوکس خاک را کنترل می‌کنند؟
• چگونه سطوح کانی‌ها و مواد آلی یون‌ها و آلاینده‌ها را نگه می‌دارند؟
• مواد آلی خاک چگونه تشکیل، تثبیت و تجزیه می‌شوند؟

Key theories

کمپلکس‌سازی سطحی در فصل مشترک‌های خاک

نگهداری یون‌ها در خاک‌ها با جذب سطحی و کمپلکس‌سازی سطحی در سطوح کانی‌ها و مواد آلی باردار توصیف می‌شود که توسط pH، قدرت یونی و یون‌های رقیب کنترل می‌شود و تحرک مواد مغذی و آلاینده‌ها را تنظیم می‌کند.

هوازدگی و پدوژنز

هوازدگی شیمیایی کانی‌های اولیه باعث تشکیل خاک می‌شود، مواد مغذی را آزاد کرده و رس‌ها و اکسیدهای ثانویه را تشکیل می‌دهد که سطوح آن‌ها بر رفتار شیمیایی خاک غالب است.

Mechanisms

شیمی خاک توسط فصل مشترک‌ها کنترل می‌شود. سطوح با بار متغیر و دائمی بر روی رس‌ها، اکسیدها و هوموس کاتیون‌ها را تبادل کرده و آنیون‌ها و فلزات را پیوند می‌دهند؛ pH و ردوکس گونه‌زایی را تعیین می‌کنند؛ و هوازدگی به طور مداوم فازهای ثانویه واکنش‌پذیر را تأمین می‌کند. این فرآیندها تقسیم عناصر بین محلول و جامد را مشخص می‌کنند.

Clinical relevance

خاک و ژئوشیمی زیربنای حاصلخیزی خاک، نگهداری یا رهاسازی فلزات سنگین و آلاینده‌ها، و استراتژی‌های پاکسازی هستند و گسترش جهانی آلودگی فلزات کمیاب را مستند می‌کنند.

History

شیمی خاک محیط زیست از علوم خاک کلاسیک و ژئوشیمی توسعه یافت، با نظریه کمپلکس‌سازی سطحی و مطالعات طیف‌سنجی سطحی که این رشته را در اواخر قرن بیستم به بلوغ رساندند.

Key figures

• Garrison Sposito
• Donald L. Sparks
• Victor Goldschmidt

Seminal works

• sparks2003
• sposito2008
• nriagu1988

Frequently asked questions

این حوزه چه تفاوتی با علوم خاک کشاورزی دارد؟

این حوزه به طور خاص بر شیمی زیربنایی خاک‌ها و ژئوسفر، از جمله رفتار آلاینده‌ها، تمرکز دارد، نه بر شیوه‌های تولید محصول.