토양 행렬

Soil matrix

토양 행렬은 토양의 고체상이며, 토양을 구성하는 고체 입자로 구성된다. 토양 입자는 크기뿐만 아니라 화학적 구성(미네랄로지)에 의해 분류될 수 있다. 토양의 입자 크기 분포, 그 질감은 토양의 많은 특성, 특히 유압 전도성과 수전위를 결정하지만,[1] 그러한 입자의 광물학은 그러한 특성을 강하게 변형시킬 수 있다. 가장 훌륭한 토양 입자인 점토의 광물학은 특히 중요하다.[2]

자갈, 모래 및 실트

자갈, 모래, 실트는 더 큰 토양 입자로, 그 광물학은 종종 토양의 모재로부터 물려받지만 풍화 생산물(탄산칼슘이나 산화철 등의 콘크리이트)이나 식물과 동물 생물의 잔류물(실리카 식물석 등)을 포함할 수 있다.[3][4] 모래에 석영은 가장 흔한 광물이나 실트분으로 화학적 풍화에, 뜨거운 기후에 의하지 않고는 저항한다;[5] 다른 흔한 미네랄이 장석류, 운모류와 또는 변환된 진흙을 biol 물리 화학의 결합 영향을 받고 용해된 pyroxenes, amphiboles과 olivines, 같은 철고토 광물.ogical [3][6]공정

광물 콜로이드, 토양 밀봉

추가 정보: 점토광물

표면적이 높고 불균형한 음전하 때문에 점토는 토양에서 가장 활발한 광물 성분이다.[7][8] 그것은 콜로이드성 물질이고 대부분 결정성 물질이다.[9] 토양에서 점토는 토양 질감 등급이며 물리적 의미에서 유효 직경 2μm(8×10인치−5) 미만의 광물 입자로 정의된다. 석고, 탄산염, 석영과 같은 많은 토양 광물은 그 물리적 크기에 따라 점토로 분류될 만큼 작지만 화학적으로는 광물학적으로 정의된 점토 광물을 하는 것과 같은 효용을 감당하지 못한다.[10] 화학적으로, 점토 미네랄은 특정한 반응성을 가진 식물성 미네랄의 범위다.[11]

X선 회절 점토가 출현하기 전에는 석영, 장석, 미카, 뿔블렌드 또는 아우구이트의 입자가 매우 작은 것으로 생각되었으나, 현재는 (미카 기반 클라이스를 제외하고) 모재와는 다르며 2차 광물로 분류되는 광물학적 성분의 침전물로 알려져 있다.[12] 형성되는 점토의 종류는 모재의 기능과 용액의 미네랄 성분이다.[13] 점토 광물은 토양이 존재하는 한 계속 형성된다.[14] 미카 기반 클레이는 1차 미카 광물이 작용하고 점토로 분류되는 방식으로 변형된 데서 비롯된다.[15] 대부분의 클라이는 결정체지만, 일부 클라이 또는 점토 광물의 일부는 비정형이다.[16] 흙의 층은 다양한 종류의 점토를 혼합한 것이지만, 한 가지 유형이 우세하다.[17]

전형적으로 점토 광물의 4가지 주요 그룹이 있다: 카올리나이트, 몬모릴로나이트-스모라이트, 일라이트, 클로로나이트.[18] 대부분의 클라이는 결정체이고 대부분은 점토층을 형성하는 이온 결합을 통해 알루미늄과 실리콘의 평면에 의해 3, 4개의 산소 평면으로 이루어져 있다. 산소 원자의 공간 배열이 점토의 구조를 결정한다.[19] 점토 무게의 절반은 산소지만 부피 기준 산소는 90%이다.[20] 점토의 층은 때때로 수소 결합, 나트륨 또는 칼륨 다리를 통해 함께 고정되며, 그 결과 물이 있는 곳에서는 덜 부풀게 될 것이다.[21] 몬모릴로네이트와 같은 성분은 층이 느슨하게 붙어있으며 층 사이에 물이 개입하면 크게 부풀게 된다.[22]

더 넓은 의미에서 클라이는 다음과 같이 분류할 수 있다.

  1. 층결정 알루미노 실리카 클라이스: 몬모릴로나이트, 일라이트, 베르미술라이트, 클로로나이트, 카올리나이트.
  2. 결정체인 탄산염 및 황산염 광물: 석회석(CaCO3), 돌로마이트(CaMg(CO3)),2 석고석(CaSO4·2H2O)
  3. 아모르퍼스 클라이스: 정규 결정체를 형성할 시간이 없었던 실리카(SiO-OH2)와 알루미나(Al(OH))3의 젊은 혼합물.
  4. Sesquioxide clays: 철분, 알루미늄, 티타늄의 산화물이 발생하는 오래되고 침수가 높은 clays.[23]

알루미노실리카 클라이스

알루미노실리카 클라이 또는 알루미노실산염 클라이는 규칙적인 결정체 또는 준결정체 구조가 특징이다.[24] 실리콘과 이온 결합의 산소는 사면 조정(중앙에 있는 실리콘)을 형성하고, 차례로 실리카 시트를 형성한다. 두 장의 실리카는 알루미늄 평면에 의해 결합되며, 알루미늄 평면은 알루미나라고 불리며, 실리카 시트의 위와 아래에 있는 옥시겐과 함께 결합된다.[25] 히드록실 이온(OH−)은 때때로 산소를 대신하기도 한다. 점토 형성 과정 중 알은3+ 실리카 층에서 Si를4+ 대체할 수 있으며 알루미늄 알의 4분의 1은3+ 알루미나 층에서 Zn2+, Mg2+ 또는 Fe로2+ 대체할 수 있다. 고밸런스 양이온을 위해 저밸런스 양이온을 대체하는 것(이형성 치환)은 물을 끌어들여 수용하는 산소 원자[25] 및 양전하 토양 양이온을 점토에 국소 음전하를 주며, 이 중 일부는 식물 성장에 가치가 있다.[26] 이형 치환법은 점토가 형성되는 동안 발생하며 시간에 따라 변하지 않는다.[27][28]

  • 몬모릴로나이트 점토는 2개의 실리콘과 1개의 중앙 알루미늄 평면이 개입된 4개의 산소 평면으로 이루어져 있다. 알루미노 규산염 몬모릴로나이트 점토는 실리콘 대 알루미늄의 비율이 2:1이라고 하는데, 한마디로 2:1 점토 광물이라고 한다.[29] 7개의 비행기는 함께 몬모릴로나이트의 단일 결정체를 형성한다. 이 결정들은 약하게 결합되어 있고 물이 개입하여 점토가 건조한 부피의 10배까지 부풀게 할 수 있다.[30] 침출량이 적은 토양에서 발생하므로 광물학적 기원에 따라 습한 기후에서도 발생할 수 있지만 건조한 지역에서 발견된다.[31] 크리스털이 면과 면으로 접합되지 않아 표면 전체가 노출돼 표면 반응이 가능해 양이온교환능력(CEC)이 높다.[32][33][34]
  • 일라이트(Ilite)는 몬모릴로나이트와 구조상 유사한 2:1의 점토로, 점토 결정체 면 사이에 칼륨 교량이 있으며, 붓는 정도는 칼륨-펠드파(Calbium-feldspar)의 풍화 정도에 따라 달라진다.[35] 칼륨 결합으로 인해 활성 표면적이 감소한다. 일라이트는 1차 광물인 마이카의 변형에서 유래한다. 그것은 종종 몬모릴로나이트와 그것의 주요 광물과 함께 발견된다. 그것은 보통 CEC를 가지고 있다.[36][33][37][38][39]
  • 벌꿀라이트는 일라이트(Ilite)와 비슷한 미카 바탕의 점토이지만 점토의 결정체는 수분 마그네슘에 의해 더 느슨하게 결합되어 부풀어오르지만 몬모릴라이트만큼 많지는 않다.[40] CEC가 매우 높다.[41][42][38][39]
  • 클로로아이트는 헤르미술라이트와 유사하지만, 가끔 수분을 공급받는 마그네슘에 의한 느슨한 결합은, 그 위와 아래의 평면을 단단히 결합하는 수화 마그네슘 시트로 대체된다. 실리콘 2면, 알루미늄 1면, 마그네슘 1면, 2:2 점토 1면이다.[43] 클로로사이트는 붓지 않고 CEC가 낮다.[41][44]
  • 카올리나이트는 산성 토양에서 매우 흔하고, 풍화성이 높은 진흙이며, 몬모릴로나이트보다 더 흔하다.[45] 실리카 한 개와 알루미나 한 개씩의 결정체가 있어 1:1 타입의 점토다. 몬모릴로나이트의 실리카 한 면은 용해되고 하이드록실(hydroxyls)으로 대체되는데, 이것은 진흙의 다음 결정에서 산소에 강한 수소 결합을 생성한다.[46] 그 결과 카올리나이트는 물에 불지 않고 특정 표면적이 낮으며, 거의 이형 치환 현상이 발생하지 않아 CEC가 낮다.[47] 강우량이 많은 곳에서는 산성토양이 원래의 성토에서 알루미나보다 더 많은 실리카를 선택적으로 침출해 카올리나이트를 남긴다.[48] 심지어 더 무거운 풍화작용은 세스키옥사이드의 성질을 낳는다.[49][20][34][37][50][51]

결정체인클레이즈

탄산염과 황산염 점토 광물은 훨씬 더 용해되기 때문에 주로 침출이 활발하지 않은 사막 토양에서 발견된다.[52]

무정형 클라이스

무형의 클라이는 어리고, 테프라와 같은 최근의 화산재 퇴적물에서 흔히 발견된다.[53] 그것들은 알루미나와 실리카의 혼합물로서, 알루미노 실리카의 순서가 정해진 형태를 형성하지 않았다. 음전하의 대부분은 토양 pH에 반응하여 수소 이온(H+)을 얻거나 잃을 수 있는 히드록실 이온에서 발생하는데, 그러한 방식으로 토양 pH를 완충하는 것이었다. 이들은 부착된 히드록실 이온(OH−)이 제공하는 음전하를 가질 수 있는데, 양이온을 유인할 수 있거나, 히드록실 수소를 용액으로 손실하여 음이온을 유인할 수 있는 양의 전하를 나타낼 수 있다. 따라서 산성 토양 용액에 높은 CEC를 표시하거나 기초 토양 용액에 높은 음이온 교환 용량을 표시할 수 있다.[49]

세스키옥사이드 클라이스

실리카 세스퀴옥사이드

Sesquioxide clays are a product of heavy rainfall that has leached most of the silica from alumino-silica clay, leaving the less soluble oxides iron hematite (Fe2O3), iron hydroxide (Fe(OH)3), aluminium hydroxide gibbsite (Al(OH)3), hydrated manganese birnessite (MnO2), as can be observed in most lateritic weathering profiles of tropical soils.[54] 세스키옥사이드 종족을 만드는 데는 수십만년의 침공이 필요하다.[55] Sesqui는 "1과 1/2"의 라틴어로 2개의 철 또는 알루미늄에 산소가 3개 있다. 따라서 그 비율은 1과 1/2이다. 그들은 수분이 많고 무정형 또는 결정체로 작용한다. 끈적거리지도 않고 붓지도 않으며, 높은 토양은 모래처럼 작용하여 빠르게 물을 통과할 수 있다. 그들은 많은 양의 인산염, 즉 분해된 (가습된) 유기 물질이 있는 곳에서 최소한 부분적으로 억제될 수 있는 흡착 과정을 보유할 수 있다.[56] 세스키옥사이드의 CEC는 낮지만, 이러한 가변 충전 미네랄은 양이온뿐만 아니라 음이온도 저장할 수 있다.[57] 그러한 토양은 노란색에서 빨간색까지 다양하다. 그런 씨족은 인을 너무 꽉 붙잡아 식물에 의해 흡수될 수 없는 경향이 있다.[58][59][60]

유기 콜로이드

휴머스는 유기물 분해의 두 가지 최종 단계 중 하나이다. 다른 단계인 이산화탄소는 대기 중에 자유롭게 해방되거나 칼슘과 반응하여 수용성 중탄산칼슘을 형성하는 동안 토양 매트릭스의 유기성분으로 토양에 남아 있다. 휴머스가 천년 동안 머무를 수 있지만,[61] 광물 토양 성분의 더 큰 규모에서, 그것은 일시적이며2, 마침내 CO로 방출된다. 매우 안정적인 리닌(30%)과 복합당(폴리유로니드, 30%), 단백질(30%), 왁스, 지방 등으로 구성돼 미생물에 의한 분해에 내성이 있으며 금속으로 콤플렉스를 형성할 수 있어 하방 이동(팟졸화)이 용이하다.[62] 그러나 죽은 식물 장기(나무, 나무껍질, 잎, 뿌리)에서 주성분이 유래하였지만, 상당량의 휴머스는 토양 유기체(뿌리, 미생물, 동물)가 배설하는 유기 화합물과 죽음에 따라 분해되는 유기 화합물에서 나온다.[63] 그것의 화학적 분석은 60퍼센트의 탄소, 5퍼센트의 질소, 약간의 산소와 나머지 수소, 유황, 인이다. 건조한 무게 기준으로 볼 때, 휴머스의 CEC는 점토보다 몇 배 더 크다.[64][65][66]

휴머스는 특히 생물학적 활동이 감소된 더 깊은 지평선에서의 토양 프로파일에서의 탄소 분리를 통해 대기 탄소 규제에 중요한 역할을 한다.[67] 토양탄소의 스타킹과 파괴는 강력한 기후 영향을 받고 있다.[68] 그들은 보통 유기물의 생산과 광물화의 균형을 통해 균형을 이루지만, 그 균형은 오늘날의 기후 온난화,[69] 특히 영구 동토층에서 파괴되는 것을 선호한다.[70]

카본과 테라 프레타

고온의 극한 환경과 열대 우림의 폭우로 인한 침출물에서는 점토와 유기 콜로이드 등이 크게 파괴된다. 폭우는 알루미노-실리케이트를 토양에서 씻어내고 낮은 CEC의 sesquioxide clays만을 남긴다. 높은 온도와 습도로 인해 박테리아와 곰팡이가 열대 우림 바닥의 어떤 유기 물질도 하룻밤 사이에 사실상 부패할 수 있게 되고 영양소의 상당 부분이 부피화되거나 토양에서 침출되어 유실되어 [71]광물 토양에 직접 얇은 뿌리 매트만 남게 된다.[72] 그러나 흑탄소로도 알려져 있는 곱게 쪼개진 숯 형태의 탄소는 토양 콜로이드보다 훨씬 안정적이며 아열대 토양의 토양 콜로이드의 많은 기능을 수행할 수 있다.[73] 인공적인 기원을 가진 상당한 양의 숯을 함유한 토양을 테라 프레타라고 부른다. Amazonia에서 그것은 과거의 Amerindian 문명에 대한 농업지식을 증명한다.[74] 전열대 지렁이 폰토스코렉스 코어트루루스(Pontoscolex corethrurus)는 오늘날에도 아메린디아 부족이 행하고 있는 슬래쉬 앤 태우거나 이동 재배의 틀에서 숯의 미세한 분열과 그 혼합에 기여했다는 의심을 받아 왔다.[75] 테라 프레타에 대한 연구는 아직 어리지만 유망하다. 숯의 농업 토양에 그 설립"반면에 옥시 솔에 휴경 기간 보통 8~10년간 지속되고 있는 아마존 다크이라면에 6개월이라고 짧은 수 있"[76]물과 양분 보유의 개선을 위한Fallow 기간biochar, 다른 또는carbon-rich게 그을린 부산물에, 이제는 점점 더 사용하는 것은 확장되고 있다.d나는지속 가능한 열대 농업.[77] 바이오차르 또한 농약 및 기타 오염물질의 이동성, 즉 환경 위험이 감소하는 메커니즘의 되돌릴 수 없는 흡수를 허용한다.[78] 그것은 또한 토양에 더 많은 탄소를 격리시켜 소위 온실효과를 완화시키는 수단으로 주장되어 왔다.[79] 그러나 바이오차르 사용은 목재나 다른 열분해 생산물의 가용성과 그에 따른 삼림 벌채에 의해 야기되는 위험에 의해 제한된다.[80]

참고 항목

참조

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참고 문헌 목록