تغییرات گستردهای در درجه کریستالها در خاک نشان از آن دارد که توسعه کریستالهای اکسیدهای آهن شاخصی از شرایط محیطی خاک است. به عبارتی درجه کریستال اکسیدهای آهن میتواند معرف شرایط تشکیل این اکسیدها باشد. تغییر در رنگ اکسیدهای آهن نیز از خصوصیات ترکیبات دیگر اکسیدهای آهن است که برای هر ترکیب این رنگ اختصاصی و مشخص است و در محدوده خیلی کمی تغییر می کند. این تغییرات (رنگ) بسته به درجه کریستاله بودن کانی تغییر می کند. به عنوان مثال هماتیت، رنگ آن از قرمز روشن تا ارغوانی تغییر میکند، از سوی دیگر رسوب این اکسیدها در توده های بزرگ باعث ایجاد رنگ تیره تر می شود، همچنین جانشینی همشکل Al به جای Fe سبب ایجاد رنگ روشن میگردد.

(( اینجا فقط تکه ای از متن درج شده است. برای خرید متن کامل فایل پایان نامه با فرمت ورد می توانید به سایت feko.ir مراجعه نمایید و کلمه کلیدی مورد نظرتان را جستجو نمایید. ))

با افزایش سن خاک اکسیدهای آهن کریستالی افزایش می یابد، شکل کریستالی آهن غیر محلول بوده و فقط از طریق انتقال رسها در عمق پروفیل جا به جا میشود. اما آهن بیشکل که شامل هیدروکسیدها، فرو اکسیدها و ترکیبات آهن – هوموس هستند با محلول خاک قادر به جا به جایی میباشد. مهاجرت رسها در پروفیل نقش مهمی در جا به جا کردن هر دو شکل آمورف و کریستال آهن دارند (دولوی^[۶۰] و موستفی، ۱۹۷۷).
رومیزاده^[۶۱] و همکاران (۱۹۹۶) فرمهای آهن در خاک را آهن قابل حل در آب، جذب سطحی شده، به سادگی قابل تبادل و رسوب به صورت کانیهای ثانویه پیوند یافته با کانیهای اولیه و مواد آلی میدانند. همچنین بیان داشتند که مقدار آهن در خاکهای ریز بافت، بیشتر از خاکهای درشت بافت میباشد.
۱-۳-۴-۲ گئوتایت
گئوتایت فراوانترین اکسیدهای آهن است که منجر به ایجاد رنگ قهوهای – زرد به قهوهای تیره میشود. وجود اکسید آهن حتی در مقدار اندک، تغییراتی را در خاک به وجود میآورد. این کانی میتواند دارای جانشینی Al به جای Fe در ساختارش باشد که این مقدار جایگزینی نسبت به دیگر اکسیدهای آهن در گئوتایت بیشتر است. مقادیر زیاد Al منعکس کننده تغییرات در محیطهای پدوژنیک هستند که گئوتایت از آن به وجود میآید. در واقع میزان جانشینی نشان دهنده شرایط تشکیل گئوتایت است. جانشینی بیشتر Al در خاکهای مناطق حاره و نیمه حاره با درجه هوادیدگی زیاد در گئوتایت بیشتر است. در خاکهای اسیدی و در محیطهای احیایی مثل خاکهای مناطق مردابی (مردابی که مواد آلی در آن مدفون شده) جانشینی کمی از Alبه جای Fe دیده شده است (فیش^[۶۲] و کلارک، ۱۹۸۲).
فاکتورهایی که بر درجه جایگزینی Al در گئوتایت اثرگذار هستند به درستی درک شدهاند، با این وجود میزان Al محلول از فاکتورهای مهم است که می تواند از pH و غلظت Si نیز اثرپذیر باشد، این امر باعث می شود که گئوتایت در محیط های بدون Si دارای مقدار زیادی جانشینی Al باشد.
شرایط آزمایشگاهی نشان می دهد که Al به دلیل بار بیشتر نسبت به هیدروکسیدهای Al که در pH، بالاتر به وجود میآیند، در محلول به شکل حل شده (محلول) باقی میماند و باعث جایگزینی بیشتری می شود (دیدیر^[۶۳] و همکاران، ۱۹۸۳).
گئوتایت از کانیهایی است که به Ehنسبتا زیاد (پتانسیل رداکس مثبت) و غلظت متوسط هیدرونیوم نیاز دارد. این کانی یا از فروپاشی سریع کانیهای آهن و منیزیمدار به وجود میآید و یا بر اثر متراکم شدن مواد ژلاتینی آبدار آمورف در طول زمان تشکیل میشود. با وضعیت شدید اکسایشی (Eh بیشتر از ۱۰۰ میلیولت) و pH متوسط، این کانی به کندی به هماتیت تبدیل میگردد. شواهدی موجود است که ممکن است در بعضی پروفیلهای خاک به گئوتایت تبدیل شود (اسچورتمن^[۶۴] و همکاران، ۱۹۸۵).
۲-۳-۴-۲ هماتیت
نوعی از اکسید آهن که رنگ قرمزی شبیه خون دارد به همین دلیل به این نام معروف است. این ترکیب دارای رنگی به زمینه YR5 یا قرمز به دلیل اینکه رنگدانههای آن قدرت زیادی داشته و میتواند همه رنگهای دیگر را بپوشاند. قرمزی این باعث میشود که خاکهای حاوی این ترکیب رنگ قرمز را به وضوح نشان داده و افزایش درجه کریستالی این ترکیب باعث میشود که این رنگ تا حدودی به ارغوانی تمایل پیدا کند که رنگ ارغوانی بیشتر در رسوبات قدیمی دیده میشود (تورنت^[۶۵] و همکاران، ۱۹۸۳). تورنت (۱۹۸۳) همچنین نشان داد که این کانی در شرایطی تشکیل میشود که Eh بالا و pH متوسط تا زیاد باشد و هیدروکسیلها از گئوتایت آبدار به مقدار زیاد خارج میشوند. از سوی دیگر این کانی ممکن است مستقیما از فروپاشی کانیهای آهن و منیزیوم دار و در شرایط Eh-pH زیاد صورت گیرد. هیوی قرمزتر بعضی از خاکها به افزایش نسبت هماتیت به گئوتایت مربوط میباشد. در خاکهایی که هم گئوتایت و هم هماتیت وجود دارد، هماتیت کریستالهای اغلب بزرگتری دارد بنابراین سطح ویژه کمتری دارند. در هماتیت نیز جانشینی Al به جای Fe رخ میدهد ولی به اندازه گئوتایت نیست.
میزان جانشینی تابع دما است. در دمای کم در هماتیت حداکثر   فضای هشت وجهی به وسیله Al اشغال شده است که معادل نیمی از حداکثر جابه جایی در گئوتایت است. در دماهای بالا جانشینی بیشتری می تواند تا دمای ۶۰۰ درجه سانتیگراد به کمتر از   خواهد رسید (پنا^[۶۶] و تورنت، ۱۹۸۴).
۳-۳-۴-۲ لپیدوکروسایت
از کلمه لپید به معنی مقیاس و کروسوس به معنی زعفران یعنی رنگ زعفرانی است. این ترکیب یک پلی مورف از گئوتایت است که در رنگهای نارنجی در ماتلهای خاکهای احیایی و یا به صورت نواری در بعضی از خاکها دیده می شود. این ترکیب به شکل زیگزاگ همراه پیوندهای هیدروژنی میتواند کریستالهای به مراتب طویلتر از گئوتایت ایجاد کند. در خاکهایی که زهکشی خوبی دارند لپیدوکروسایت وجود ندارند (چیلدز^[۶۷] و ویلسون، ۱۹۸۳).
عموما لپیدوکروسایت خاکها از اکسیداسیون FeCl₂ در شرایط خاص پدید میآید افزایش غلظت کلر می تواند بر درجه کریستالی اثرگذار باشد. اگر لپیدوکروسایت در اثر اکسیداسیون سریع تشکیل شود به عنوان مثال در مجاورت سطوح کانالهای ریشه، در این حالت کریستالهای لپیدوکروسایت درشت نخواهد بود یا توسعه نیافتهاند. جانشینی Al به Fe در لپیدوکروسایت متداول نیست و فقط در یک مورد تاکنون گزارش شده است. این امر ممکن است به وجود مقادیر کم Al در شرایط تشکیل لپیدوکروسایت تشکیل شود که Al وارد ساختار گئوتایت میشود. در شرایط آزمایشگاهی توانستهاند لپیدوکروسایتهایی با جانشینی Al تولید کنند (تیلور^[۶۸]و همکاران، ۱۹۸۰).
۴-۳-۴-۲ مگنتایت(Fe₃O₄) و ماگهمایتFe₂O₃) ץ (
ماگهمایت یک ترکیب است که از لحاظ ساختاری با مگنتایت مشابه است با این تفاوت که شکل کاملا اکسیده مگنتایت است. ماگهمایت بیشتر در نواحی حاره و نیمه حاره وجود دارد که رنگ قهوهای مایل به قرمز دارد. ساختار مکعبی مگنتایت در صورت اکسیداسیون کامل Fe²⁺ به Fe³⁺ به تشکیل ماگهمایت میانجامد (گیلکز^[۶۹] و سادهیپراکارن، ۱۹۷۹).
۵-۳-۴-۲ فری هیدرات
نام عمومی برای بعضی از ترکیبات اکسیدی آهن است که به حالت بیشکل (آمورف) وجود دارند. این ترکیبات عمدتا به حالت کریستالهایی با امتداد کوتاه (short range order) وجود دارند. این ترکیبات در خاکهای جوان و یا خاک های باتلاقی، پادزولی، افق های پلاسیک و سطوح هوادیده توسط گلسنگها دیده میشود. رنگ آن قرمزتر از گئوتایت اما قرمزی ان کمتر از هماتیت است. فریهیدرات از لحاظ ساختمانی در اثر تغییر شکل میتواند هماتیت تشکیل دهد (چوخرو^[۷۰] و همکاران، ۱۹۷۳).
۴-۴-۲ تشکیل و ترکیب اکسیدهای Feدر خاک
گئوتایت فراوانترین اکسید آهن در خاکها و مواد معدنی هوادیده است و به طور متداول اکسید آهن پدوژنیکی در خاکهای مناطق گرم و سرد است. در مناطق گرم با هماتیت همراه است. در مقابل هماتیت ممکن است در شرایطی غیر از آنچه باعث تشکیل میشود، پدید آید. نسبت گئوتایت به هماتیت بیانگر اثرات شدید اقلیم در خاک است. تغییر شرایط اقلیمی همراه با تغییرات پستی و بلندی سبب تغییر نسبت گئوتایت به هماتیت در خاک میگردد. علاوه بر آن فاکتورهای خاکی و محیطی که بر نسبت گئوتایت به هماتیت اثر گذارند، به ظرفیت آهن در منبع اولیه، غلظت آن در محلول و پارامترهایی مثلpH ، Eh، دما ، فعالیت آب در خاک، مواد آلی، Al در محلول خاک و قدرت یونی بستگی دارد.
دمای پایین، فعالیت زیاد آب و مواد آلی زیاد از جمله شرایط مناسب برای تشکیل گئوتایت است و ممکن است دلیل حضور کم هماتیت در خاکهای سرد و مناطق گرم نیز همین امر باشد. جایی که هماتیت در خاک وجود دارد، مثل خاکهای ماسهای قرمز، این ترکیب میتواند از طریق فرایندهای انحلال و رسوب مجدد ناپدید شده و گئوتایت، لپیدوکروسایت و یا فری هیدرات را در حضور هماتیت تشکیل دهد. نسبت هماتیت به گئوتایت با افزایش دمای خاک افزایش مییابد. در جنوب برزیل با افزایش دما ۱۴ به ۲۰ درجه سانتیگراد گزارش کردهاند. همچنین رطوبت خاک بر این نسبت اثرگذار بوده و این امر حتی در تغییر برخی از خصوصیات نسبی در یک ردیف پستی و بلندی با اختلاف ۱۷۶میلیمتر مشاهده شده است. در خاکهای خشک مرتفعتر هماتیت به مقدار بیشتری تشکیل میشود در مقابل خاک های دره رنگ زرد بدون هماتیت را دارند. تشکیل هماتیت در اثر فرایندهای اقلیمی خشک و در اقلیم های خشکتر در آزمایشگاه نیز نشان داده شده است. خاکهایی با رطوبت بیشتر و دمای پایینتر که دارای مواد آلی بیشتری نیز هستند، ماده آلی می تواند بر نسبت تشکیل گئوتایت به هماتیت اثر گذار باشند. وجود گسترش زیاد خاکهای با رنگ زرد در بالای خاک روی خاکهایی با رنگ قرمز در قسمت پایین خاک بیان میکند که در حضور ماده آلی تشکیل گئوتایت نسبت به هماتیت متداول تر است. مشاهدات نشان میدهد که کانالهای ریشه در خاکهای عمقی به وسیله رنگ زردی که بیانگر اثرات ماده آلی بر تشکیل گئوتایت است میباشد. با این وجود تحت اثر شرایطی که مقدار O₂ خاک کم باشد این احتمال میرود که در طی فرایندهای تجزیه میکروبی، هماتیت حل گردد. این فرایند ممکن است به این دلیل باشد که هماتیت دارای جایگزینی کمتری برای Al نسبت به گئوتایت است (گئوتایت پایداری بیشتری دارد). تحول فری هیدرات به هماتیت به علت از دست دادن آب که احتمالا به دلیل جذب توسط ریز دانه های فری هیدرات میباشد (کودنس^[۷۱] و لکرف، ۲۰۰۶).
۵-۴-۲ اثر pHبر اکسیدهای آهن
در محدوده ۶-۴pH= همبستگی منفی بین pH خاک و نسبت گئوتایت به هماتیت در خاک ها ملاحظه شده است. در شرایط کنترل شده آزمایشگاهی در دمای اتاق، فری هیدرات ها به گئوتایت و هماتیت در pH مختلف تبدیل شده است (بیشترین گئوتایت در ۴ pH= و بیشترین هماتیت در ۸-۷ pH=به دست میآید).
هنگامی که pH از ۴ به ۸ افزایش می یابد فعالیت یون Fe(OH)⁺₂ کم میشود، بنابراین سبب کاهش گئوتایت و افزایش هماتیت می شود.
دمای خاک و فعالیت آب در خاک بر تبدیل فری هیدرات به هماتیت اثر مستقیم دارد. pH، مواد آلی و سرعت آزاد شدن Fe نیز بر این فرایند اثر گذار است.
اگر کمپلکسهای Fe به شکل محلول باشند (اقلیم سرد و مرطوب)، آهن نیز به آرامی آزاد شود و امکان تولید فری هیدراتها کم گردد بنابراین هماتیت تشکیل نمیشود، دراین صورت گئوتایت تشکیل خواهد شد. سرعت آزاد شدن Fe از منبع آن اگر افزایش یابد و یا پیوند Fe با ترکیبات آلی بشکند تحت شرایط خشک و گرم انتظار افزایش میزان فری هیدرات را خواهیم داشت. فری هیدراتها میتوانند به عنوان منبعی از هماتیت و یا گئوتایت باشند. بنابراین هماتیت و گئوتایت میتوانند از طریق دو پروسه رقابتی تشکیل گردند.
۶-۴-۲ تعیین اکسید آهن
وجود اکسید آهن در خاک (نوع و مقدار) بیان کننده شرایطی است که در خاک وجود داشته است. به عبارتی ترکیب و نوع اکسید آهن میتواند به ما بگوید که خاک در طول زمان گذشته دارای چه شرایطی بوده است. تعیین اکسید آهن یکی از ویژگیهایی است که برای مطالعات خاک از آن استفاده میکنند. میزان اکسید آهن را به روش انحلال در مواد شیمیایی بررسی می کنند.
اکسید های آهن با دو روش شیمیایی تعیین میشود:
۱-۶-۴-۲ دیتیونایت سیترات بیکربنات (DCB)
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 Fe_d 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 Fe_d 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 Fe_dزیادی دارند. افزایش مقدار Fe_d 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 (Fe_o). 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 Fe_o با افزایش عمق افزایش پیدا میکند در زمینهایی با سابقه کشت طولانی مقدار Fe_o 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 Fe_o نشان میدهند به آهن دیتیونایت Fe_d 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 Fe_d در منطقه شور کمتر از Fe_d 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).