6. ΕΔΑΦΗ ΤΗΣ ΓΗΣ

6.2. Φυσικά χαρακτηριστικά του εδάφους

Με τον όρο έδαφος στην εδαφολογία ονομάζουμε το επιφανειακό στρώμα της χέρσου το οποίο περιέχει οργανικό υλικό και από το οποίο μπορούν να αντλήσουν συστατικά τα φυτά για να ζήσουν. Αν και θεωρούμε ότι έδαφος υπάρχει παντού στην επιφάνεια της γης, εντούτοις υπάρχουν μεγάλες εκτάσεις στις οποίες τα επιφανειακά στρώματα δεν μπορούν να χαρακτηριστούν ως εδάφη. Για παράδειγμα, οι θίνες στις ερήμους, οι επιφανειακές εμφανίσεις μητρικού πετρώματος σε ερήμους και σε ψηλά βουνά καθώς και οι επιφάνειες με πρόσφατα ηφαιστειακά υλικά ή λάβα δίπλα σε ηφαίστεια δεν έχουν έδαφος στην επιφάνειά τους.

Τα χαρακτηριστικά του εδάφους δημιουργούνται μετά από μια μακρά περίοδο δράσης σύνθετων διεργασιών σ’ αυτό. Οι διεργασίες αυτές χωρίζονται σε φυσικές και χημικές. Ως φυσικές διεργασίες θεωρούμε όλες εκείνες που συντελούν στο σπάσιμο των θραυσμάτων του πετρώματος σε ακόμη μικρότερα κομμάτια. Τέτοιες είναι η δράση του ριζικού συστήματος των φυτών, η κρυστάλλωση των αλάτων και ο πάγος. Οι χημικές διεργασίες έχουν να κάνουν με την αποσύνθεση του αρχικού πετρώματος δημιουργώντας νέα ορυκτά. Είναι ακριβώς οι ίδιες διεργασίες που αναφέρονται στο κεφάλαιο της αποσάθρωσης. Η αποσάθρωση συμβαίνει κατά την δημιουργία των εδαφών και συμβάλει στην ανάπτυξη των ιδιοτήτων και χαρακτηριστικών τους.

Το ανόργανο λεπτόκοκκο υλικό του επιφανειακού στρώματος της χέρσου που είναι κατάλληλο για τον σχηματισμό εδάφους ονομάζεται προϋπάρχον υλικό. Αυτό μπορεί να προέρχεται απ’ ευθείας από το μητρικό πέτρωμα που βρίσκεται κάτω από το έδαφος. Με την πάροδο του χρόνου όμως οι διεργασίες της αποσάθρωσης, καταστρέφουν τη συνοχή του μητρικού πετρώματος που βρίσκεται στην επαφή με το έδαφος. Έτσι δημιουργείται ένα ενδιάμεσο χαλαρό στρώμα μεταξύ του εδάφους και του μητρικού πετρώματος που ονομάζεται μανδύας αποσάθρωσης ή ρεγκόλιθος (Σχήμα 4.1.). Ο ρεγκόλιθος είναι ο πιο συνηθισμένος τύπος προϋπάρχοντος υλικού. Παράλληλα οι διεργασίες της απογύμνωσης με την δράση του τρεχούμενου νερού, των παγετώνων, των κυμάτων και του αέρα μπορούν να δημιουργήσουν αποθέσεις προϋπάρχοντος υλικού. Για παράδειγμα, οι θίνες που σχηματίζονται από την μεταφορική δράση του ανέμου είναι ανόργανο υλικό κατάλληλο για την ανάπτυξη εδάφους. Όταν το ανόργανα υλικά σχηματισμού του εδάφους σχηματίζονται από τις διεργασίες της αποσάθρωσης στην θέση που βρίσκεται και το μητρικό υλικό από το οποίο προέρχονται τότε ονομάζονται ελούβια. Αντίθετα αν έχουν μεταφερθεί σε άλλη θέση μακριά από αυτό, με τη βοήθεια κάποιου υγρού μέσου (κυρίως το νερό) τότε ονομάζονται αλλούβια.

Σχήμα 6.1.: Διατομή της επιφάνειας της γης. Διακρίνονται η δασώδης βλάστηση, το έδαφος, ο μανδύας αποσάθρωσης (ρεγκόλιθος) και το υποκείμενο μητρικό πέτρωμα.

Στο έδαφος υπάρχουν συστατικά και από τις τρεις καταστάσεις της ύλης (στερεά, υγρά και αέρια). Περιλαμβάνει επίσης ανόργανη αλλά και οργανική ύλη. Η ανόργανη ύλη προέρχεται από την πληθώρα των πετρωμάτων της επιφάνειας του πλανήτη μας. Η οργανική ύλη από την άλλη, δεν είναι μόνο αποτέλεσμα της ανάπτυξης και αποσύνθεσης των φυτών αλλά και της δράσης των οργανισμών και μικροοργανισμών που ζουν στο έδαφος.

Οι εδαφολόγοι αναφέρονται στον όρο Χούμους (humus) για να περιγράψουν τα οργανικά συστατικά του εδάφους που προέρχονται από τη μερική και βραδεία αποσύνθεση των φυτικών ουσιών. Τα λεπτόκοκκα σωματίδια του χούμους μεταφέρονται προοδευτικά προς τα βαθύτερα στρώματα του εδάφους εξαιτίας της κατείσδυσης του νερού της βροχής που τα παρασύρει. Οι ζώνες συγκέντρωσης των χουμωδών υλικών στο έδαφος έχουν συνήθως σκούρο καφέ ή μαύρο χρώμα.

Παράλληλα υγρά και αέρια συστατικά βρίσκονται μέσα στο έδαφος. Το νερό του εδάφους μπορεί να περιέχει σημαντικές ποσότητες διαλυμένων ουσιών, όπως θρεπτικά άλατα. Τα αέρια που συνήθως συναντούμε στο έδαφος είναι διοξείδιο του άνθρακα, μεθάνιο καθώς και μικρές ποσότητες οξυγόνου.

Από τα παραπάνω είναι φανερό ότι το έδαφος αποτελεί ένα πολύ δυναμικό στρώμα. Οι διεργασίες που συμβαίνουν σε αυτό συνεχώς μεταβάλλονται. Κατ’ επέκταση και τα στερεά, υγρά και αέρια συστατικά του να μεταβάλλονται μέσα από συνεχείς και πολύπλοκες φυσικές και χημικές διεργασίες. Η επιστήμη που ασχολείται με τη μελέτη του εδάφους ονομάζεται εδαφολογία (πεδολογία).

Τα κυριότερα φυσικά χαρακτηριστικά του εδάφους είναι το χρώμα, η υφή, τα κολλοειδή, η οξύτητα και αλκαλικότητα, η δομή, η ορυκτολογική σύσταση και η υγρασία.

Το χρώμα είναι το πρώτο χαρακτηριστικό που παρατηρούμε σε ένα έδαφος ή εδαφική στρώση. Μερικές χρωματικές σχέσεις είναι ιδιαίτερα απλές, όπως π.χ. η παρουσία χούμους σε ένα έδαφος με μαύρο ή σκούρο καστανό χρώμα. Τα κόκκινα ή κίτρινα χρώματα σε εδάφη προσδιορίζουν συνήθως την παρουσία οξειδίων του σιδήρου σ’ αυτά. Σε ξηρά κυρίως κλίματα στην επιφάνεια του εδάφους παρατηρείται μια χαρακτηριστική λευκή στρώση η οποία δηλώνει την παρουσία αλάτων τα οποία εξαιτίας της εξάτμισης βγήκαν στην επιφάνεια.

Σχήμα 6.2.: Κυκλικά διαγράμματα ποσοστών άμμου, ιλύος και αργίλου σε πέντε τύπους εδαφών.

Η υφή ενός πετρώματος αναφέρεται στην κοκκομετρία των υλικών και στις αναλογίες άμμου, ιλύος και αργίλου που συνθέτουν το έδαφος. Έτσι τα εδάφη με βάση την υφή τους χωρίζονται σε αμμώδη, ιλυοεδάφη, ιλυοαργιλώδη και αργιλικά (Σχήμα 6.2.). Στον προσδιορισμό της υφής του εδάφους τα μεγαλύτερα της άμμου κλάσματα (χάλικες, κροκάλες κλπ.) δεν λαμβάνονται υπόψη εξαιτίας της αδυναμίας τους να συμβάλουν στις διεργασίες σχηματισμού του εδάφους. Γι’ αυτό και τα σκελετικά εδάφη αποτελούν μια τελευταία κατηγορία με βάση την υφή, πολύ φτωχών σε παραγωγικότητα εδαφών.

Τα μικρότερα σε κοκκομετρία σωματίδια του εδάφους είναι τα κολλοειδή. Αυτά έχουν μέγεθος μικρότερο από 0,00001 χιλιοστά (Σχήμα 6.3.). Τα κολλοειδή μπορούν να έχουν ανόργανη αλλά και οργανική προέλευση. Έχουν ιδιαίτερη σημασία για τα εδάφη γιατί στην επιφάνειά τους προσκολλούνται ιόντα τα οποία αποτελούν θρεπτικά άλατα απαραίτητα για την ανάπτυξη των φυτών. Χωρίς την ικανότητα συγκράτησης των ιόντων από τα κολλοειδή θα είχαμε απόπλυση των θρεπτικών αλάτων του εδάφους από το νερό.

Σχήμα 6.3.: Κοκκομετρικές διαβαθμίσεις εδαφικών υλικών.

Η οξύτητα - αλκαλικότητα είναι ένα επίσης σημαντικό χαρακτηριστικό του εδάφους. Μετριέται σε μονάδες pH και για τιμές μικρότερες του 7 τα εδάφη είναι όξυνα ενώ για τιμές μεγαλύτερες του 7 είναι αλκαλικά. Εδάφη με υψηλή οξύτητα είναι τυπικά για περιοχές με υγρό και ψυχρό κλίμα. Σε ξηρά κλίματα επικρατούν κυρίως αλκαλικά εδάφη. Η οξύτητα στο έδαφος μπορεί να διορθωθεί με την χρήση CaCO3.

Η δομή του εδάφους αναφέρεται στον τρόπο με τον οποίο οι κόκκοι του εδάφους συνενώνονται μεταξύ τους με την βοήθεια των κολλοειδών. Εδάφη με καλά ανεπτυγμένη κοκκώδη ή χονδρόκοκκη δομή είναι ιδανικά για καλλιέργεια. Αντίθετα εδάφη με μεγάλη περιεκτικότητα σε άργιλο, προσροφούν μεγάλες ποσότητες νερού όταν είναι βρεγμένα, με αποτέλεσμα να είναι βαριά και δύσκολα στην άροση. Αντίθετα όταν ξηραίνονται σκληραίνουν υπερβολικά και δουλεύονται δύσκολα.

Οι εδαφολόγοι αναγνωρίζουν δύο είδη ορυκτών στην ορυκτολογική σύσταση των εδαφών. Τα πρωτογενή ορυκτά τα οποία προέρχονται από το μητρικό πέτρωμα και τα δευτερογενή ορυκτά τα οποίο δημιουργούνται από την χημική αποσάθρωση. Τα δευτερογενή ορυκτά είναι εξαιρετικά σημαντικά για την ανάπτυξη και των παραγωγικότητα των εδαφών. Τα σημαντικότερα δευτερογενή ορυκτά είναι τα ορυκτά της αργίλου τα οποία έχουν την ιδιότητα να συγκρατούν βασικά ιόντα στην επιφάνειά τους με αποτέλεσμα την αύξηση της παραγωγικότητας των εδαφών. Η φύση των ορυκτών της αργίλου στο έδαφος προσδιορίζει την δυναμικότητά του (base status). Εάν τα ορυκτά της αργίλου είναι ικανά να συγκρατήσουν ένα υψηλό ποσοστό των βασικών ιόντων στην επιφάνεια των κόκκων τους τότε έχουμε έδαφος με υψηλή δυναμικότητα και κατ΄ επέκταση πολύ παραγωγικό. Αντίθετα όταν συγκρατούν μικρό ποσοστό ιόντων τότε έχουμε χαμηλής δυναμικότητας έδαφος με μικρή παραγωγική ικανότητα.

Τέλος η υγρασία του εδάφους αποτελεί ένα επίσης σημαντικό χαρακτηριστικό του. Η ικανότητα ενός εδάφους να προσλαμβάνει και να συγκρατεί νερό δίνει την δυνατότητα στα φυτά να αναπτυχθούν περισσότερο, αντλώντας τις απαραίτητες ποσότητες νερού, ακόμα και σε περιόδους μειωμένων βροχοπτώσεων.

Ας δούμε αναλυτικότερα τον κύκλο του νερού στο έδαφος. Όταν βρέχει ένα μέρος του νερού με επιφανειακή ροή απορρέει προς την θάλασσα. Το υπόλοιπο κατεισδύει στο έδαφος και ένα μέρος του είτε με απευθείας εξάτμιση είτε μέσω των φυτών με την διεργασία της διαπνοής επιστρέφει στην ατμόσφαιρα. Αυτή η διεργασία ονομάζεται εξατμισηδιαπνοή. Από το υπόλοιπο που παραμένει στο έδαφος ένα μέρος κατεισδύει προς τα βαθύτερα εμπλουτίζοντας τα υποκείμενα υδροφόρα στρώματα. Το άλλο συγκρατείται με δυνάμεις επιφανειακής τάσης ως υμένας στην επιφάνεια των κόκκων και στα μεταξύ τους διάκενα. Το σύνολο του νερού που συγκρατείται στο έδαφος ονομάζεται αποθηκευτική ικανότητα και μετριέται σε χιλιοστά ύψους βροχής όπως και η βροχοπτώσεις. Όσο πιο λεπτόκοκκο είναι το έδαφος τόσο περισσότερο είναι το νερό που συγκρατεί. Έτσι τα αμμώδη εδάφη συγκρατούν λιγότερο νερό από τα αργιλώδη.

Σχήμα 6.4.: Καμπύλη μεταβολής αποθηκευτικής ικανότητας και παραμένοντος νερού στο έδαφος για διαφόρους τύπους εδαφών.

Όμως το αποθηκευμένο νερό στο έδαφος δεν μπορεί να χρησιμοποιηθεί στο σύνολο του από τα φυτά. Ένα μέρος του παραμένει σ’ αυτό εξαιτίας των δυνάμεων επιφανειακής τάσης. Όσο πιο λεπτόκοκκο το υλικό τόσο μεγαλύτερες οι δυνάμεις και κατ’ επέκταση μεγαλύτερος ο όγκος του παραμένοντος νερού. Με τον όρο διαθέσιμη αποθηκευτική ικανότητα ονομάζουμε το νερό που μπορεί να αποθηκευτεί στο έδαφος και στην συνέχεια να προσροφηθεί από το ριζικό σύστημα των φυτών. Στο σχήμα 6.4 βλέπουμε ότι τη μέγιστη διαθέσιμη αποθηκευτική ικανότητα έχουν τα εύφορα εδάφη η κοκκομετρική σύσταση των οποίων περιλαμβάνει σημαντικά ποσοστά άμμου και ιλύος (Σχήμα 6.2.).