ดิน โดยทั่วไปอาจดูเหมือนเป็นวัสดุที่เป็นเนื้อเป็นก้อนเดียวกัน แต่ในความเป็นจริง ดินประกอบด้วยอนุภาคของแข็งที่มีหลายขนาดและต่างชนิดกัน อนุภาคบางส่วนเป็นสารอนินทรีย์ (เช่น แร่ธาตุ) และบางส่วนเป็นสารอินทรีย์ มีช่องว่างระหว่างอนุภาคที่เรียกว่า รูพรุน ซึ่งรูพรุนเหล่านี้อาจเต็มไปด้วยอากาศหรือน้ำ
แร่ธาตุในดินและการผุกร่อนเกิดขึ้นได้อย่างไร
แร่ในดินก่อตัวจนเป็นก้อนหินและก็จะแตกเป็นชิ้นเล็ก ๆ หรือเปลี่ยนเป็นแร่ธาตุอื่นๆ ได้ เนื่องจาก การผุกร่อน ซึ่งก็คือ กระบวนการทางธรณีวิทยา เช่น น้ำและธารน้ำแข็งที่ไหลลงมาเป็นแม่น้ำลำคลอง การเจริญเติบโตของรากพืช การให้ความร้อนและความเย็นของหิน และหินที่ชนกันอาจทำให้หินแตกเป็นชิ้นเล็กๆ นี่คือ สภาพดินฟ้าอากาศที่ส่งผลต่อการผุกร่อน: มีเพียงขนาดของอนุภาคเท่านั้นที่เปลี่ยนไป อนุภาคที่เล็กกว่านั้นเป็นหินหรือแร่ชนิดเดียวกับอนุภาคขนาดใหญ่ก่อนหน้านั้นมาก่อน
ในทางตรงกันข้าม การผุกร่อนทั้งทางเคมีและชีวภาพจะเปลี่ยนหินหรือแร่ธาตุ เป็นหินประเภทอื่นๆ หรือแม้แต่แร่ธาตุต่างๆ ที่ผ่านปฏิกิริยาเคมีหรือชีวภาพ ซึ่งมักเกิดขึ้นกับน้ำที่มีวัสดุที่ละลายอยู่ อนุภาคอาจมีขนาดเล็กลง แต่ก็ไม่เหมือนหินหรือแร่ธาตุที่พวกมันมาอีกต่อไป
ลองคิดดูว่า: ถ้าคุณนำเศษหินมาแบ่งครึ่ง โดยแต่ละชิ้นยังคงเป็นเศษหินแต่มีขนาดเล็กกว่า หากทุบให้เล็กลงอีกครั้ง แต่ละชิ้นยังคงเป็นเศษหินชนิดเดิม คุณอาจจะสามารถนำมันกลับมารวมกันได้ สิ่งนี้แสดงถึงการผุกร่อนทางกายภาพ
หากใส่เศษหินเข้าไปในปากของคุณแล้วเริ่มเคี้ยว ฟันของคุณก็จะแบ่งเศษหินออกเป็นชิ้นเล็กๆ แต่น้ำลายในปากของคุณก็จะผสมกับเศษหินในขณะที่คุณเคี้ยว ขั้นตอนนี้จะเริ่มต้นกระบวนการย่อยอาหาร และหลังจากนั้นชิ้นส่วนของเศษหินก็จะไม่กลายเป็นเศษหินอีกต่อไป คุณไม่สามารถเอาชิ้นส่วนออกจากปากของคุณแล้วประกอบกลับเป็นเศษหิน ซึ่งแสดงถึงการผุกร่อนทางเคมีซึ่งหินหรือแร่ถูกเปลี่ยนเป็นหินหรือแร่ประเภทอื่น
เช่นเดียวกับน้ำลายของคุณ จุลินทรีย์ที่อาศัยอยู่ในดินสามารถย่อยสลายแร่ธาตุได้ พวกเขาผลิต “สารคล้ายกาว” ที่ทำงานเพื่อเพิ่มแร่ธาตุ และเปลี่ยนองค์ประกอบของดิน นี่คือการเปลี่ยนแปลงทางชีวภาพในองค์ประกอบหิน สิ่งเดียวกันนี้เกิดขึ้นเมื่อตะไคร่น้ำและตะไคร่ปกคลุมหิน และเริ่มย่อยสลายเป็นอนุภาคอื่นๆ
หลายคนใช้น้ำส้มสายชูและเบกกิ้งโซดาทำภูเขาไฟ นี่คือตัวอย่างการผุกร่อนของสารเคมี เบกกิ้งโซดาเป็นแร่ธาตุและน้ำส้มสายชูเป็นกรดอ่อน เมื่อผสมเข้าด้วยกันจะเกิดการเปลี่ยนแปลงทางเคมี น้ำและคาร์บอนไดออกไซด์จะถูกปล่อยออกมา และของแข็งที่เหลือจะไม่ใช่เบกกิ้งโซดาอีกต่อไป
อินทรียวัตถุ
ดินเป็นแหล่งความหลากหลายทางชีวภาพบนบกที่ใหญ่ที่สุดในโลก จุลินทรีย์ในดิน (แบคทีเรีย เชื้อรา และอื่นๆ) ทำงานหลายอย่างเพื่อทำลายพืชและวัสดุจากสัตว์ที่เหลืออยู่ในดิน ไส้เดือน มด และแมลงอื่นๆ ร่วมมือกันในการรีไซเคิลวัสดุที่ตายแล้วให้กลายเป็นอินทรียวัตถุที่มีประโยชน์ หากสิ่งมีชีวิตเหล่านี้ไม่ทำลายซากพืชและสิ่งของอื่น ๆ ขยะก็จะสร้างขึ้น! อินทรียวัตถุนี้เปรียบเสมือนฟองน้ำที่ช่วยกักเก็บน้ำและสารอาหารในดิน
สารที่อุดมด้วยสารอาหารนี้ที่เรียกว่า ฮิวมัส ที่เรียกว่า “สารอินทรีย์” เนื่องจากองค์ประกอบที่พบบ่อยที่สุดในวัสดุที่ตายแล้วคือ คาร์บอน และ “อินทรีย์” โดยธรรมชาติ ผลิตภัณฑ์สำเร็จรูปจากกองปุ๋ยหมักของคุณยังอุดมไปด้วยอินทรียวัตถุ เราต้องการเก็บคาร์บอนในดินไว้ในรูปแบบของอินทรียวัตถุให้ได้มากที่สุด มีหลายสิ่งที่คุณสามารถทำได้ที่บ้านเพื่อช่วยในเรื่องนี้
ขนาดของอนุภาคดิน
นักปฐพีวิทยาได้แยกอนุภาคของแข็งของดินตามขนาดต่างๆ อนุภาคระหว่าง 2 ถึง 0.05 มิลลิเมตรเป็น “ทราย (sands)” อนุภาคระหว่าง 0.05 ถึง 0.002 มิลลิเมตรเป็น “ทรายแป้ง (silts)” และอนุภาคที่มีขนาดเล็กกว่า 0.002 มิลลิเมตร เป็น “ดินเหนียว (clay)”
ส่วนผสมของทราย ทราบแป้ง และดินเหนียวเป็นตัวกำหนดพื้นผิวของดิน นี่เป็นสิ่งสำคัญสำหรับสวนของคุณและสำหรับเกษตรกรที่ผลิตอาหารของเรา ดังนั้น ดินจึงประกอบด้วยแร่ธาตุและของแข็งอินทรีย์ น้ำ และอากาศ พืช สัตว์ และจุลินทรีย์ที่อาศัยอยู่ในดินส่งผลต่อคุณสมบัติของดินที่เราสังเกต โดยเฉพาะปริมาณอินทรียวัตถุและโครงสร้างของดิน
แล้วดินใช้เวลาก่อตัวนานแค่ไหน?
หลายคนเราบอกว่า อาจต้องใช้เวลา 500 ถึงหลายพันปีในการสร้างดินชั้นบนให้ได้หนึ่งนิ้ว เหตุผลก็คือดินมักจะได้มาจากหิน ก้อนหินต้องแตกเป็นชิ้นเล็ก ๆ ก่อน สิ่งนี้เกิดขึ้นจากการผุกร่อนทางกายภาพ เช่น การผุกร่อนของหินในสภาพอากาศที่เย็นกว่า และการผุกร่อนทางเคมีในสภาพอากาศที่อุ่นกว่า เมื่อรอยแตกก่อตัวในหินและพืชจะสามารถหยั่งรากไปตามรอยแตกได้ พืชจะทำลายหินเป็นชิ้นเล็กๆ ต่อไปโดยการทำงานของราก และเริ่มเพิ่มอินทรียวัตถุ การผุกร่อนทางเคมียังคงดำเนินต่อไป โดยเปลี่ยนชิ้นหินให้เป็นทราย ทรายแป้ง และอนุภาคดินเหนียวที่ประกอบเป็นดินของเรา
ตามหลักแล้ว เราคิดว่าดินถูกสร้างขึ้นจากปัจจัย 5 ประการ
- หินชนิดต่างๆ…หรือประเภทของหินหรือวัสดุที่ยังไม่รวมตัวกัน
- พืชพรรณ…การชอนไชของรากและการเติมอินทรียวัตถุเข้าไปในดิน
- ภูมิอากาศ…ซึ่งควบคุมกระบวนการผุกร่อนทางกายภาพและทางเคมี
- ภูมิประเทศ…ซึ่งควบคุมความคงตัวของดินในภูมิประเทศ และสุดท้าย
- เวลา…ตามที่กล่าวไว้ข้างต้น
ดังนั้นจึงอาจใช้เวลานานอย่างไม่น่าเชื่อในการสร้างดินชั้นบน โชคดีที่สองสิ่งที่เราชอบทำให้เรามีดินชั้นบนจำนวนมากในสหรัฐอเมริกา ประการแรกไม่ใช่ทุกรูปแบบดินเกิดจากหินแข็ง ธารน้ำแข็งทางตอนเหนือบดขยี้วัสดุหลักและทำให้เกิดการผุกร่อน ดินจำนวนมากที่ก่อตัวขึ้นหลังจากธารน้ำแข็งถอยห่างออกไปมีอายุเพียง 10,000 ถึง 20,000 ปี แต่มีดินชั้นบนหนา ดินอื่นๆ ก่อตัวขึ้นในจากวัสดุที่ผุกร่อนแล้วและสะสมโดยการเคลื่อนตัวของน้ำหรือลม ทำให้ดินชั้นบนก่อตัวเร็วขึ้นมาก
ประการที่สอง นอกบริเวณที่มีน้ำแข็งปกคลุม เรามีเวลานานมากในการสร้างดิน ตัวอย่างเช่น ในขอทานของฟลอริดา ภูมิประเทศที่มีการผุกร่อนอย่างต่อเนื่องเป็นเวลาเกือบ 1 ล้านปี ดังนั้นในขณะที่ต้องใช้เวลามากในการสร้างดินชั้นบน เราก็มีเวลาสร้างดินตลอดเวลา
References
