Asit sülfatlı toprak - Acid sulfate soil

Asit sülfat topraklar doğal olarak oluşan topraklar, tortular veya organik substratlar (ör. turba ) su ile tıkanmış koşullar altında oluşan. Bu topraklar şunları içerir: demir sülfit mineraller (ağırlıklı olarak mineral olarak pirit ) veya onların oksidasyon Ürün:% s. Su tablasının altındaki bozulmamış bir durumda, asit sülfat topraklar iyi huyludur. Bununla birlikte, topraklar drene edilirse, kazılırsa veya su tablasının düşürülmesiyle havaya maruz kalırsa, sülfitler ile reaksiyona girer. oksijen oluşturmak üzere sülfürik asit.[1]

Bu sülfürik asidin topraktan salınması sırayla salınabilir. Demir, alüminyum, ve diğeri ağır metaller (özellikle arsenik ) toprak içinde. Bu şekilde harekete geçirildikten sonra asit ve metaller çeşitli olumsuz etkiler yaratabilir: bitki örtüsünü öldürmek, içine sızmak ve asitleştirmek yeraltı suyu[2][3] ve yüzey su kütleleri,[4][5] öldürme balık ve diğer suda yaşayan organizmalar ve aşağılayıcı Somut ve çelik başarısızlık noktasına kadar yapılar.[1]

Oluşumu

Gine Bissau'da mangrovların ortasında bir deniz kolu boyunca asit sülfatlı topraklara sahip topraklar

Topraklar ve çökeltiler, son büyük olaydan sonra son 10.000 yıl içinde oluşan asit sülfatlı topraklar olmaya en yatkın Deniz seviyesi yükselmesi. Deniz seviyesi yükselip karayı sular altında bıraktığında, deniz suyundaki sülfat, demir oksitler ve organik madde içeren kara çökeltileri ile karıştı.[1] Bunların altında anaerobik koşullar, litotrofik gibi bakteriler Desulfovibrio desulfuricans Hidrojen sülfit üreterek denizde veya yeraltı suyunda sülfat iyonlarının indirgenmesi yoluyla solunum için oksijen elde edin. Bu da çözünmüş demirli demir ile reaksiyona girerek çok ince taneli ve oldukça reaktif oluşturur framboid gibi demir sülfit kristalleri (pirit ).[1] Bir noktaya kadar, daha yüksek sıcaklıklar bu bakteriler için daha elverişli koşullardır ve demir sülfit oluşumu için daha büyük bir potansiyel yaratır. Tropikal su dolu ortamlar, örneğin mangrov bataklıklar veya haliçler, daha ılıman iklimlerde oluşanlardan daha yüksek seviyelerde pirit içerebilir.[6]

Pirit, havaya maruz kalana kadar stabildir, bu noktada pirit hızla oksitlenir ve sülfürik asit üretir. Asit sülfatlı toprak sızıntı suyunun etkileri uzun bir süre devam edebilir ve / veya mevsimsel olarak zirve yapabilir (ilk yağmurlarla birlikte kuru dönemlerden sonra). Avustralya'nın bazı bölgelerinde, 100 yıl önce süzülen asit sülfat topraklar hala asit salmaktadır.[7]

Kimyasal reaksiyon

Süzüldüğünde, pirit- (FeS2) içeren topraklar (kedi killeri de denir) aşırı derecede asidik hale gelebilir (pH <4) piritin sülfürik aside (H2YANİ4). En basit haliyle, bu Kimyasal reaksiyon Şöyleki:

[6][8]

Ürün Fe (OH)3, demir (III) hidroksit (turuncu), katı, çözünmez bir mineral olarak çökelir; alkalinite bileşen hareketsizken asitlik aktif kalır sülfürik asit. Asitleştirme sürecine yüksek miktarlarda oluşum eşlik eder. alüminyum (Al3+, -den çıkarıldı kil mineralleri bitki örtüsüne zararlı olan asitliğin etkisi altında). Kimyasal reaksiyonun diğer ürünleri şunlardır:

  1. Hidrojen sülfit (H2S), kokulu bir gaz
  2. Kükürt (S), sarı bir katı
  3. Demir (II) sülfür (FeS), siyah / gri / mavi katı
  4. Hematit (Fe2Ö3), kırmızı bir katı
  5. Götit (), kahverengi bir mineral
  6. Schwertmannit kahverengi bir mineral
  7. Demir sülfat bileşikleri (ör. Jarosit )
  8. H-Kil (hidrojen büyük oranda adsorbe edilmiş H içeren kil+ iyonlar, kararlı bir mineral, ancak besin bakımından fakir)

Ütü şurada bulunabilir: iki değerli ve üç değerlikli formlar (Fe2+, demir iyonu ve Fe3+sırasıyla ferrik iyon). Demirli biçim çözünür, halbuki ferrik biçim değildir. Daha fazla oksitlenmiş toprak hale gelir, daha çok demirli biçimler hakim olur. Asit sülfatlı topraklar siyah, kahverengi, mavi-gri, kırmızı, turuncu ve sarı arasında değişen bir dizi renk sergiler. Hidrojen kili, deniz suyunu kabul ederek geliştirilebilir: magnezyum (Mg) ve sodyum (Na) deniz suyundaki adsorbe edilmiş hidrojen ve diğer değiştirilebilir asidik katyonlar, örneğin alüminyum (Al). Ancak bu, hidrojen iyonları ve değiştirilebilir metaller harekete geçirildiğinde ek riskler yaratabilir.

Coğrafi dağılım

Asit sülfatlı topraklar kıyı bölgelerinde yaygındır ve aynı zamanda yerel olarak tatlı su sulak alanları ve tuzlu su bazı tarım alanlarında sülfat açısından zengin yeraltı suyu. Avustralya'da kıyı asit sülfat toprakları tahmini olarak 58.000 km kaplar2Avustralya nüfusunun çoğunun yaşadığı yerin yakınındaki kıyı haliçleri ve taşkın yatakları.[9][10] Asit sülfatlı toprağın bozulması, genellikle kanal, barınma ve marina gelişimleri sırasında tarama, kazı susuzlaştırma faaliyetleri ile ilişkilidir. Kuraklıklar ayrıca asit sülfat toprağa maruz kalmaya ve asitleşmeye neden olabilir.[11]

Rahatsız edilmemiş asit sülfat topraklarına potansiyel asit sülfat toprakları (PASS). Asit sülfat topraklar Sahip olmak rahatsız edildi denir gerçek asit sülfat topraklar (AASS).[12]

Etki

Potansiyel asit sülfatlı toprakların rahatsız edici olması, bitki ve balık yaşamı ve su ekosistemleri. Asitli yıkama sızıntı suyu yeraltı suları ve yüzey suları, aşağıdakiler dahil bir dizi etkiye neden olabilir:[7]

  • Suda ve suda yaşayan canlılara ekolojik zarar kıyıdaş aracılığıyla ekosistemler balık öldürür, arttı balık hastalığı salgınlar, aside toleranslı türlerin egemenliği, demir çökelmesi vb.
  • Etkileri nehir ağzı balıkçılık ve su kültürü projeler (artan hastalık, yumurtlama alanı kaybı, vb.).
  • Yeraltı suyu ve yüzey sularının kirlenmesi arsenik, alüminyum ve diğer metaller.[13][14][15]
  • Toprağın metal kontaminasyonu yoluyla tarımsal üretkenlikte azalma (ağırlıklı olarak alüminyumdan).
  • E zarar vermek altyapı beton ve çelik boruların, köprülerin ve diğer alt yüzey varlıklarının korozyonu yoluyla.

Tarımsal etkiler

Deniz suyu, toprak ıslahı ve yabancı ot kontrolü için asit sülfatlı toprakta demetlenmiş bir polder'e alınır, Gine Bissau

Potansiyel olarak asit sülfat topraklar (kedi killeri olarak da adlandırılır) genellikle işlenmez veya ekilirse ekilir. pirinç Böylece toprak oksidasyonu önleyerek ıslak tutulabilir. Yer altı drenaj bu topraklardan normalde tavsiye edilmez.

Asit sülfatlı topraklar işlendiğinde iklimsel kuru dönemler ve kıtlıklar nedeniyle sürekli ıslak tutulamaz. sulama su, yüzey drenajı yağmurlu dönemlerde asidik ve toksik kimyasalların (kuru dönemlerde oluşan) uzaklaştırılmasına yardımcı olabilir. Uzun vadede yüzey drenajı, asit sülfatlı toprakların geri kazanılmasına yardımcı olabilir.[16] Yerli nüfusu Gine Bissau böylece toprağı geliştirmeyi başardı, ancak onları yıllarca dikkatli bir şekilde yönetip emek harcadı.

Temkinli arazi drenajı ile ilgili bir makalede,[17] yazar, Hindistan'ın Kerala eyaletinin kıyı kıyılarındaki asit sülfatlı topraklarda başarılı bir şekilde yeraltı drenajının uygulanmasını anlatıyor.

Ayrıca Sunderbanlar, Batı Bengal, Hindistan, asit sülfatlı topraklar tarımsal kullanımda alınmıştır.[18]

Güney'de bir çalışma Kalimantan Endonezya, çok nemli bir iklimde, geniş aralıklı bir yer altı drenaj sistemine sahip asit sülfat topraklarının ekim için umut verici sonuçlar verdiğini göstermiştir. yayla pirinci, fıstık ve soya fasulyesi.[19] Yaşlı yerel nüfus, bu bölgeye çoktan yerleşmişti ve nehirden toprağa akan, arka bataklıklara ulaşana kadar elle kazılan kanalizasyonları kullanarak çeşitli ürünler (ağaç meyveleri dahil) üretebiliyorlardı. Mahsul verimi mütevazı idi, ancak insana yakışır bir yaşam için yeterli gelir sağlıyordu.

Geri kazanılan asit sülfatlı topraklarda iyi gelişmiş toprak yapısı; iyi geçirgendirler, ancak kısırdırlar, çünkü süzme meydana geldi.

20. yüzyılın ikinci yarısında dünyanın birçok yerinde, su dolu ve potansiyel olarak asit sülfatlı topraklar, onları daha verimli hale getirmek için agresif bir şekilde drene edilmiştir. tarım. Sonuçlar felaketti.[8] Topraklar verimsiz, topraklar çorak görünüyor ve su çok berrak, silt ve yaşamdan yoksun. Yine de topraklar renkli olabilir.

İnşaat

Temellerde, istinat duvarlarında, parapetlerde ve bacalarda olduğu gibi tuğla işi ısrarla ıslandığında, tuğla ve harçtaki sülfatlar zamanla kristalleşip genişleyebilir ve harç ve kaplamaların parçalanmasına neden olabilir. Bu etkiyi en aza indirgemek için düşük sülfat seviyelerine sahip özel tuğla işleri kullanılmalıdır. Toprak altı katmanlarında bulunan asit sülfatlar, bir binanın temelleri üzerinde aynı etkiye sahiptir. Temelleri kaplamak için bir polietilen kaplama veya sülfata dayanıklı bir kaplama kullanılarak yeterli koruma mevcut olabilir. Portland çimentosu. Zeminin pH seviyesini belirlemek için bir toprak araştırması yapılmalıdır.

Restorasyon ve yönetim

Aşırı yoğun drenaj nedeniyle hasar oluştuktan sonra su tablası yükseltilerek topraklar eski haline getirilebilir. Aşağıdaki tablo bir örnek vermektedir.

Asit sülfatlı topraklarda Malezya palmiye yağı hurmasının drenajı ve verimi (Toh Peng Yin ve Poon Yew Chin'den, 1982)
Ha başına ton taze meyve verimi:

Yıl606162636465666768697071
Yol ver17141512824814191819

Drenaj derinliği ve yoğunluğu 1962'de artırıldı. Olumsuz etkilere karşı koymak için su tablası 1966'da yeniden yükseltildi.

Avustralya'daki Murray-Darling Havzası'ndaki "milenyum kuraklığında" asit sülfatlı toprakların açığa çıkması meydana geldi. Daha fazla asitlenmeyi önlemek için, bir setin inşası ve Albert Gölü'nün maruz kalmasını ve asitleşmesini önlemek için suyun pompalanması dahil olmak üzere büyük ölçekli mühendislik müdahaleleri gerçekleştirildi.[20] Aşağı Göllerdeki asitlendirme yönetimi de havadan kireçtaşı dozajı kullanılarak gerçekleştirildi.[5][21]

Ayrıca bakınız

Referanslar

  1. ^ a b c d Asit Sülfat Topraklarının Tanımlanması ve Araştırılması (2006), Çevre Bakanlığı, Batı Avustralya. Alınan portal Arşivlendi 2009-11-12'de Wayback Makinesi
  2. ^ Mosley LM, Palmer D, Leyden E, Fitzpatrick R ve Shand P (2014). Şiddetli bir kuraklıktan sonra Aşağı Murray Nehri'ndeki toprak, yeraltı suyu, drenaj ve nehir suyundaki asitlik ve metal jeokimyasındaki değişiklikler. Toplam Çevre Bilimi 485–486: 281–291.
  3. ^ Mosley, LM; Palmer, D; Leyden, E; Fitzpatrick, R; Shand, P (2014). "Kuraklık sırasında nehir seviyesinin düşmesi nedeniyle taşkın yataklarının asitlenmesi". Kirletici Hidroloji Dergisi. 161: 10–23. Bibcode:2014JCHyd. 161 ... 10 milyon. doi:10.1016 / j.jconhyd.2014.03.003. PMID  24732706.
  4. ^ Mosley, LM; Zammit, B; Jolley, A; Barnett, L (2014). "Kuraklık nedeniyle göl suyunun asitlenmesi". Hidroloji Dergisi. 511: 484–493. Bibcode:2014JHyd..511..484M. doi:10.1016 / j.jhydrol.2014.02.001.
  5. ^ a b Mosley, LM; Zammit, B; Arabası, A; Barnett, L; Fitzpatrick, R (2014). "Oksitlenmiş asit sülfat topraklarının yeniden ıslatılmasının ardından yüzey suyu asitleşmesinin izlenmesi ve değerlendirilmesi". Çevresel İzleme ve Değerlendirme. 186 (1): 1–18. doi:10.1007 / s10661-013-3350-9. PMID  23900634. S2CID  46559400.
  6. ^ a b Acid Sulfate Soil Technical Manual 1.2 (2003), CSIRO Land & Water, Avustralya. Alınan CSIRO Arşivlendi 2007-06-27 de Wayback Makinesi
  7. ^ a b Sammut, J & Lines-Kelley, R. (2000) Acid Sulfate Soils 2. baskı, Çevre Avustralya, ISBN  0-7347-1208-1
  8. ^ a b D. Dent, 1986. Asit sülfat toprakları: araştırma ve geliştirme için bir temel. Publ. 39, ILRI, Wageningen, Hollanda. ISBN  90-70260-98-0. Şuradan ücretsiz indirin: "Arşivlenmiş kopya". Arşivlenen orijinal 2007-05-21 tarihinde. Alındı 2009-06-01.CS1 Maint: başlık olarak arşivlenmiş kopya (bağlantı)
  9. ^ Fitzpatrick R.W., Davies P.G., Thomas B.P., Merry R. H., Fotheringham D.G ve Hicks W. S. (2002). Güney Avustralya kıyı asit sülfat topraklarının özellikleri ve dağılımı ve çevresel tehlikeleri. 5. Uluslararası Asit Sülfat Toprakları Konferansı, Tweed Heads, NSW
  10. ^ Fitzpatrick, R., Marvanek, S., Powell, B., Grealish, G., and Gilkes, R. (2010). Avustralya Asit Sülfat Toprakları Atlası: son gelişmeler ve gelecekteki öncelikler. "19. Dünya Toprak Bilimi Kongresi Bildirileri: Değişen bir dünya için toprak çözümleri. Brisbane, Avustralya, 1-6 Ağustos 2010" (R. Gilkes ve N. Prakongkep, editörler), s. 24-27. DVD'de yayınlandı; ISBN  978-0-646-53783-2; http://www.iuss.org Arşivlendi 2007-04-05 de Wayback Makinesi; Sempozyum WG 3.1 Asit sülfatlı toprak materyallerinde işlemler.
  11. ^ Mosley, L.M .; Zammit, B .; Jolley, A.M .; Barnett, L. (2014). "Kuraklık nedeniyle göl suyunun asitlenmesi". Hidroloji Dergisi. 511: 484–493. Bibcode:2014JHyd..511..484M. doi:10.1016 / j.jhydrol.2014.02.001.
  12. ^ Fitzpatrick, R.W., Shand, P., Merry, R.H., 2009. Asit sülfat toprakları, in: Jennings, J.T. (Ed.), Riverland ve Murraylands Doğa Tarihi. Güney Avustralya Kraliyet Cemiyeti (Inc.), Adelaide, Güney Avustralya, s. 65-111.
  13. ^ Mosley, L., Fleming, N., 2010. Taşkın Sulanan Tarımdan Aşağı Murray Nehri'ne Dönen Kirletici Yükler. Su Havası Toprak Kirliliği. 211, 475-487.
  14. ^ Mosley, L .; Zammit, B .; Leyden, E .; Heneker, T .; Hipsey, M .; Skinner, D .; Aldridge, K. (2012). "Aşırı Düşük Akışların Aşağı Murray Nehri ve Göllerindeki (Güney Avustralya) Su Kalitesi Üzerindeki Etkisi". Su Kaynakları Yönetimi. 26 (13): 3923–3946. doi:10.1007 / s11269-012-0113-2. S2CID  154772804.
  15. ^ Mosley, L.M. (2015). "Kuraklık tatlı su sistemlerinin su kalitesi üzerindeki etkileri; gözden geçirme ve entegrasyon". Yer Bilimi Yorumları. 140: 203–214. Bibcode:2015ESRv..140..203M. doi:10.1016 / j.earscirev.2014.11.010.
  16. ^ Pirinç Toplayıcıları Islah Projesi, Gine Bissau. İçinde: 1980 Yıllık Raporu, s. 26–32, Uluslararası Arazi Islahı ve İyileştirme Enstitüsü (ILRI), Wageningen, Hollanda. Web sayfasından indirin "Raporlar, makaleler, makaleler, vaka çalışmaları". Arşivlendi 2009-11-07 tarihinde orjinalinden. Alındı 2009-11-19. , nr altında. 12 veya doğrudan PDF olarak: "Arşivlenmiş kopya" (PDF). Arşivlendi (PDF) 2011-07-25 tarihinde orjinalinden. Alındı 2009-11-02.CS1 Maint: başlık olarak arşivlenmiş kopya (bağlantı)
  17. ^ Tarımsal Arazi Drenajı: Dikkat ve kısıtlama yoluyla daha geniş bir uygulama. İçinde: 1991 Yıllık Raporu, s.21–35, Uluslararası Arazi Islahı ve İyileştirme Enstitüsü (ILRI), Wageningen, Hollanda. Web sayfasından indirin: "Raporlar, makaleler, makaleler, vaka çalışmaları". Arşivlendi 2009-11-07 tarihinde orjinalinden. Alındı 2009-11-19. , nr altında. 3 veya doğrudan PDF olarak: "Arşivlenmiş kopya" (PDF). Arşivlendi (PDF) 2007-09-27 tarihinde orjinalinden. Alındı 2007-06-15.CS1 Maint: başlık olarak arşivlenmiş kopya (bağlantı)
  18. ^ H.S. Sen ve R.J. Oosterbaan, 1993. Hindistan Sunderbans'ta Su Yönetimi ve Kontrolü Araştırması. İçinde: 1992 Yıllık Raporu, s. 8-26. Uluslararası Arazi Islahı ve İyileştirme Enstitüsü (ILRI), Wageningen, Hollanda. Web sayfasından indirin: "Raporlar, makaleler, makaleler, vaka çalışmaları". Arşivlendi 2009-11-07 tarihinde orjinalinden. Alındı 2009-11-19. , nr altında. 2 veya doğrudan PDF olarak: "Arşivlenmiş kopya" (PDF). Arşivlendi (PDF) 2011-07-25 tarihinde orjinalinden. Alındı 2009-11-02.CS1 Maint: başlık olarak arşivlenmiş kopya (bağlantı)
  19. ^ Pulau Petak'ta su yönetimi konularının gözden geçirilmesi (Bandjermasin kasabası yakınında, Kalimantan, Endonezya). Görev Raporu 39, Nemli Tropiklerde Asit Sülfat (Sülfat) Toprakları Araştırma Projesi. Uluslararası Arazi Islahı ve İyileştirme Enstitüsü (ILRI), Wageningen, Hollanda. Web sayfasından indirin: "Arazi drenajı ve toprak tuzluluğu hakkında danışmanlık ve görev raporları". Arşivlendi 2010-02-07 tarihinde orjinalinden. Alındı 2009-11-19. , nr altında. 7 veya doğrudan PDF olarak: "Arşivlenmiş kopya" (PDF). Arşivlendi (PDF) 2008-11-19'da orjinalinden. Alındı 2007-12-04.CS1 Maint: başlık olarak arşivlenmiş kopya (bağlantı)
  20. ^ Hipsey, M; Somon, U; Mosley, LM (2014). "Göl asitlenme riskini değerlendirmek için üç boyutlu bir hidro-jeokimyasal model". Çevresel Modelleme ve Yazılım. 61: 433–457. doi:10.1016 / j.envsoft.2014.02.007.
  21. ^ Mosley, LM; Shand, P; Öz, P; Fitzpatrick, R (2014). "Sülfürik (pH <4) asit sülfatlı toprakların yeniden ıslanmasının neden olduğu göl asitleşmesinin yönetimi sırasında jeokimya". Uygulamalı Jeokimya. 41: 49–56. Bibcode:2014ApGC ... 41 ... 49M. doi:10.1016 / j.apgeochem.2013.11.010.

daha fazla okuma

  • Sammut, J .; White, I .; Melville, M.D. (1996). "Doğu Avustralya'da bir nehir ağzı kolunun asit sülfatlı toprakların drenajı nedeniyle asitlenmesi". Deniz ve Tatlı Su Araştırmaları. 47 (5): 669–684. doi:10.1071 / mf9960669.
  • Sammut, J .; Melville, M.D .; Callinan, R.B .; Fraser, G. (1995). "Nehir ağzı asitleşmesi: drenajlı asit sülfat topraklarının sucul biyotası üzerindeki etkiler". Avustralya Coğrafi Çalışmaları. 33: 89–100. doi:10.1111 / j.1467-8470.1995.tb00687.x.
  • Wilson, B.P; White, I .; Melville, M.D. (1999). "Taşkın yatağı hidrolojisi, asit tahliyesi ve süzülmüş asit sülfatlı toprakla ilişkili su kalitesindeki değişiklik". Deniz ve Tatlı Su Araştırmaları. 50 (2): 149–157. doi:10.1071 / mf98034.
  • Wilson, B.P. (2005). "Hidrosol ve Organosol Toprak Düzenlerinin asit sülfat topraklarında yüzey asitliğini ve derin sülfidik horizonu daha iyi kapsaması için sınıflandırma sorunları". Avustralya Toprak Araştırmaları Dergisi. 43 (5): 629–638. doi:10.1071 / sr04136.
  • Wilson, B.P. (2005). "Asit sülfatlı topraklarda piritik tabakaların yükselmeleri: Doğu Avustralya'daki Holosen sırasında deniz seviyeleri hakkında neye işaret ediyorlar?" Catena. 62: 45–56. doi:10.1016 / j.catena.2005.02.002.

Dış bağlantılar