wykład dla studentów ochrony środowiska i rok · wzorów zmiany kształtów form, traktowanych...

Gleboznawstwo i geomorfologia

Wykład dla studentów ochrony środowiska I rok

„...nie ma życia bez gleby, ani gleby bez życia”

Stanisław Miklaszewski (1907)

ZAGADNIENIA ORGANIZACYJNE

Spotkania co tydzień w zakresie 90 minut,

Liczba wykładów – 15,

Ostatnie spotkanie – test zaliczeniowy; wg nowych przepisów wykłady Z (zaliczenie na ocenę), zaliczane są przed rozpoczęciem sesji egzaminacyjnej (ostatni wykład). Brak zaliczenia w tym terminie oznacza powtarzanie przedmiotu (brak jest możliwości zaliczenia w terminie poprawkowym).

Istnieje możliwość zwolnienia z testu dla najlepszych osób, tj. z oceną 5 z ćwiczeń.

2

ZAGADNIENIA ORGANIZACYJNE LITERATURA

Geomorfologia, Piotr Migoń, Wydawnictwo Naukowe PWN, Warszawa 2006

Gleboznawstwo, Saturnin Zawadzki, Państwowe Wydawnictwo Rolnicze i Leśne, Warszawa 1999

Wybrane metody badań gleboznawczych, J. Gliński, Z. Stępniewska, R. Turski, R. Bennicelli, A. Wolińska, A. Szafranek, P. Charytoniuk, EkoKul, Lublin 2002.

3

WPROWADZENIE

Celem wykładu jest przybliżenie studentom czym jest powierzchniowa warstwa skorupy ziemskiej, a w szczególności:

• formami rzeźby terenu (geomorfologia)

• strukturą i właściwościami tej części skorupy Ziemi czyli gleb (gleboznawstwo)

4

WPROWADZENIE

Zrozumienie budowy, powstawania, przemian i funkcjonowania powierzchni Ziemi pozwoli lepiej zrozumieć zagrożenia na jakie jest narażona oraz potrzebę jej ochrony.

Stąd też będą wynikać zalecenia dotyczące odbudowy zniszczonych (zdegradowanych lub zdewastowanych) gleb za pomocą technik rekultywacji i remediacji (może będzie wykład za rok).

5

Jak wiele mamy gleby?

6


7


8


9


Zaledwie 3% powierzchni Ziemi stanowią gleby, które wykorzystuje człowiek do swej egzystencji wliczając produkcję żywności.

Z tego powodu ochrona tego, nieodnawialnego źródła naturalnych zasobów (podobnie jak woda i powietrze) jest ważnym zagadnieniem.

10

WYKŁAD 1: PODSTAWOWE POJĘCIA Gleboznawstwo i geomorfologia

11

Geomorfologia to termin z języka greckiego:

geo - „Ziemia”, morfo - „forma”, logos -„rozmowa,

rozprawa”.

Jest nauką o formach rzeźby i formowaniu powierzchni

Ziemi, jej ukształtowaniu. Wchodzi w skład Nauk o Ziemi

(Geosciences) badających poszczególne elementy

środowiska geograficznego.

ZADANIA I PRZEDMIOT GEOMORFOLOGII

12

Przedmiotem i zadaniem badań geomorfologicznych jest

rzeźba powierzchni Ziemi. W obecnej rzeźbie są widoczne

formy stare, utworzone w dawnych, przeważnie

odmiennych warunkach środowiskowych, oraz formy

młode utworzone w dzisiejszych warunkach klimatycznych.

Z analizy form najmłodszych, rozpatrywanych na tle

dzisiejszych warunków geologicznych, orograficznych,

klimatycznych, hydrograficznych, roślinnych i

gospodarczych można wnosić o dalszych tendencjach

rozwoju rzeźby.

13

Do form rzeźby powierzchni Ziemi zaliczamy układy hierarchiczne o rosnącej złożoności.

Do dużych zaliczamy np. kontynenty i łańcuchy górskie, mniejsze to np. doliny rzeczne, a najmniejsze (mikroformy) to np. kociołki wietrzeniowe.

Duże formy zbudowane są z zespołów form mniejszych i na ogół rozwijają się dłużej.

Zagadnienia dotyczące poszczególnych form zostaną dokładnej opisane na kolejnych wykładach.

14

Badanie rzeźby polega na:

• opisywaniu form powierzchni Ziemi (m o r f o g r a f i a),

• np. dolina, wyżyna, dolina

• ustalaniu cech geometrycznych (m o r f o m e t r i a),

• długość, wysokość, nachylenie

• określaniu pochodzenia (m o r f o g e n e z a),

• oznaczaniu wieku form (m o r f o c h r o n o l o g i a).

Badane są zarówno formy pojedyncze i na tej podstawie są

wyróżniane genetyczne typy form, jak również zespoły form, co

umożliwia wydzielanie genetycznych typów rzeźby.

Badanie form, a zwłaszcza badanie ich powstania i mechanizmu rozwoju,

przeprowadza się zawsze na tle i w powiązaniu z innymi elementami środowiska

geograficznego, zmieniającymi się w ciągu tego rozwoju. 15

Geomorfologia jako dział geografii, czasem geologii,

usamodzielniła się dopiero przed ok. 200 laty. Jej bujny rozwój w

ciągu ostatnich 100 lat doprowadził, podobnie jak w innych

naukach, do wyodrębniania się działów, gałęzi i kierunków.

Uwzględniając zadania i metody badawcze, rozróżnia się:

geomorfologię historyczną

geomorfologię dynamiczną

PODZIAŁ GEOMORFOLOGII

16

Zadaniem geomorfologii historycznej są badania

zmierzające do poznania rozwoju geomorfologicznego

określonego obszaru oraz dalszych jego tendencji

rozwojowych na tle budowy geologicznej i w powiązaniu z

pozostałymi elementami środowiska geograficznego,

zmieniającymi się w ciągu tego rozwoju.

Stosuje się tu metodę dedukcyjną; na podstawie analizy

form o określonym wyglądzie, rozmiarach, pochodzeniu i

wieku są odtwarzane czynniki i procesy rzeźbotwórcze oraz

etapy rozwoju rzeźby.

17

Zadaniem geomorfologii dynamicznej jest poznawanie

genezy i mechanizmu rozwoju form na podstawie badania

dzisiejszych sił i procesów rzeźbotwórczych, którymi rządzą

prawa fizyczne.

Stosuje się tu metodę indukcyjną; badania polegają na:

1) bezpośredniej obserwacji przebiegu i pomiarach natężenia

procesów morfogenetycznych (rzeźbotwórczych) w terenie,

2) kontroli zdarzeń i wykonywaniu doświadczeń w

laboratoriach,

3) kameralnych pomiarach procesów opartych na

powtarzanych naziemnych i lotniczych zdjęciach

fotogrametrycznych oraz na porównywaniu ze sobą map z

różnych okresów. 18

Ze względu na cel i zakres rozróżnia się:

geomorfologię ogólną

geomorfologię regionalną

Geomorfologia ogólna zmierza przez badania

poszczególnych form i typów rzeźby w skali całej Ziemi do

poznania praw rozwoju różnych form i typów rzeźby.

Geomorfologia regionalna zmierza przez badanie

wszystkich form na określonym obszarze do poznania

charakteru, pochodzenia i rozwoju rzeźby tego obszaru.

19

Obok metod geomorfologicznych stosuje się zapożyczone,

pomocnicze metody:

geodezyjne,

fotograficzne i fotogrametryczne,

geologiczno-geofizyczne,

petrograficzno-sedymentologiczne,

gleboznawcze,

botaniczne i paleobotaniczne,

zoologiczne i paleontologiczne,

hydrologiczne,

hydrodynamiczne i metody historyczne (T. Gerlach i in.

1978). 20

Geodezja dostarcza geomorfologom wiadomości o wielkości i

kształcie Ziemi oraz danych o ukształtowaniu w postaci map

topograficznych.

Znajomość budowy geologicznej pozwala geomorfologowi na:

określenie roli składu i ułożenia skał w rozwoju rzeźby,

śledzenie powiązań między rzeźbą a budową geologiczną,

oznaczenie pochodzenia i wieku form.

Wspólną z geologią dziedziną zainteresowań jest skorupa ziemska

oraz czynniki i procesy na niej zachodzące. Znajomość tych

czynników służy geologom do wyjaśnienia genezy osadów, natomiast

geomorfologom do wyjaśnienia genezy form.

21

Geofizyka informuje o budowie Ziemi oraz o siłach i procesach

endogenicznych, stwarzających zasadnicze nierówności powierzchni

Ziemi, a także i ukształtowaniu kopalnych powierzchni.

Hydrologia daje geomorfologom znajomość praw krążenia wód

morskich oraz praw rządzących ruchem wód powierzchniowych,

podpokrywowych i podziemnych, warunkujących przebieg i rozmiary

erozji, transportu i akumulacji.

Hydrografia zaś informuje o obiegu wód i reżimach rzek, w dużym

stopniu uzależnionych od ukształtowania dorzecza.

Klimatologia dostarcza bardzo ważnych wiadomości o elementach

klimatu, decydujących o charakterze, przebiegu i natężeniu głównych

procesów rzeźbotwórczych.

22

Glacjologia dostarcza wiadomości o ruchu lodowców i prawach

tym ruchem rządzących, natomiast geomorfologia udowadnia wielki

wpływ ukształtowania podłoża na charakter i przebieg glacjacji i

deglacjacji.

Pedologia (gleboznawstwo) informuje o rozmieszczeniu,

miąższości, składzie oraz o właściwościach fizycznych i chemicznych

gleb, warunkujących ich różne podatności na procesy

morfogenetyczne. Gleby kopalne umożliwiają datowanie form, na

których się zachowały.

23

Powiązania geomorfologii z zoologią i paleontologią także

przynoszą ciekawe wyniki. Okazuje się, że zwierzęta nie tylko

stwarzają różnego rodzaju mikroformy, ale także przyspieszają

skuteczność procesów morfogenetycznych. Podobnie jak kopalne

szczątki roślinne, również kopalne szczątki zwierzęce pomagają

określić wiek form, są także cennymi wskaźnikami

paleośrodowiskowymi.

W naukach ekonomicznych i antropogeografii rola geomorfologii

jest niestety mało doceniana. Tymczasem znajomość ukształtowania

terenu i kształtujących go procesów jest konieczna zarówno przy

analizowaniu, jak i planowaniu osadnictwa, komunikacji, rolnictwa,

przemysłu, zakładów energetycznych, turystyki itp. – i odwrotnie

społeczeństwo jest jednym z czynników modelujących, a raczej

przeobrażających powierzchnię Ziemi. 24

W ostatnich dziesięcioleciach wystąpiły tendencje do rozróżniania

geomorfologii strukturalnej i geomorfologii klimatycznej oraz

wprowadzenia i lansowania tzw. geomorfologii ilościowej,

teoretycznej, stosowanej, a także w zależności od dziedziny

zainteresowania: geomorfologii peryglacjalnej, glacjalnej, literalnej

i antropogenicznej. Wymienione „geomorfologie" są kierunkami

badań i nie mogą pretendować do samodzielności lub odrębności.

KIERUNKI W GEOMORFOLOGII

25

Istnieją dwa przeciwstawne kierunki w geomorfologii

dotyczące czynników kształtujących procesy tworzenia

form.

1. Geomorfologia strukturalna (tradycyjna) – zakłada

dominujący wpływ budowy geologicznej na przebieg

procesów rzeźbotwórczych i charakter powstających

form.

2. Geomorfologia klimatyczna, uważana jest za bardziej

nowoczesną, traktuje ona uwarunkowania zewnętrzne

(klimat) jako główny czynnik rzeźbotwórczy,

pomniejszając rolę czynnika geologicznego. 26

Powiązanie rzeźby i procesów rzeźbotwórczych z warunkami

klimatycznymi doprowadziło do twierdzenia, że istnieje tyle cyklów

rozwojowych, ile dziedzin klimatycznych. Na podstawie klasyfikacji

klimatycznej, głównie W. Kóppena (1900), wyróżniono:

1 - cykl w klimacie umiarkowanym wilgotnym (W.M. Davis 1899),

2 - cykl w klimacie suchym (W.M. Davis 1899),

3 - cykl w klimacie zimnym (W.M. Davis 1899),

4 - cykl w klimacie peryglacjalnym (C. Troll 1944),

5 - cykl w klimacie półsuchym (C. Cotton 1947),

6 - cykl w klimacie sawannowym (C. Cotton 1947),

7 - cykl w klimacie gorącym wilgotnym (C. Cotton 1947).

27

Mimo istniejących podziałów przyjmuje się, że istnieje

jedna geomorfologia, badająca formy i formowanie

powierzchni Ziemi w nawiązaniu do budowy geologicznej

oraz warunków klimatycznych, które panowały w czasie

całego rozwoju geomorfologicznego danego obszaru aż po

czasy dzisiejsze. Do określenia roli obecnego i dawnych

klimatów w rozwoju rzeźby jakiegoś obszaru jest konieczne

datowanie form według chronologii geologicznej oraz

znajomość warunków paleoklimatycznych.

28

Geomorfologia ilościowa przedstawia za pomocą

analizy statystycznej elementy rzeźby oraz czynniki i

procesy rzeźbotwórcze w kategoriach liczbowych

(ilościowych, quantitavie geomorphology) (A. Strahler

1954).

Geomorfologia teoretyczna przedstawia przy użyciu

wzorów zmiany kształtów form, traktowanych jak bryły

geometryczne, zgodnie z prawami fizyki (A. Scheidegger).

Geomorfologia stosowana (applied geomorphology)

zmierza do oceny przydatności różnych form terenu dla

różnych działów gospodarki (prace inżynieryjne,

planowanie regionalne itp.).

CDN… 29

PODSTAWOWE POJĘCIA Gleboznawstwo i geomorfologia

30

PODSTAWOWE POJĘCIA GLEBOZNAWCZE

31

Gleboznawstwo (pedologia) - dział nauk przyrodniczych, który zajmuje się badaniem gleb

Celem jest poznanie:

1) procesów powstawania i przekształcania gleb,

2) budowy gleb,

3) składu mineralnego,

4) właściwości fizycznych, chemicznych i biologicznych gleb,

5) przydatności rolniczej i żyzności gleb,

6) przestrzennego rozmieszczenie jednostek systematycznych,

7) funkcji gleb w ekosystemach.

Gleboznawstwo (pedologia) jest nauką interdyscyplinarną -

wykorzystuje wyniki badań geologii, mineralogii, petrografii,

geochemii, mikrobiologii, ekologii, itp.

Podejścia go zagadnień glebowych:

• gleboznawstwo terenowe (idiograficzne) – opis, klasyfikacja gleb

i ich części składowych,

• gleboznawstwo analityczne (nometyczne) – prawa dotyczące

zjawisk glebowych, badania procesów fizycznych chemicznych i

biologicznych.

32

GLEBA (PEDOSFERA) – przedmiot gleboznawstwa jest naturalny twór przyrody, stanowiący wierzchnią warstwę litosfery, który wytworzył się w ze zwietrzeliny skalnej pod wpływem oddziaływania czynników biotycznych i abiotycznych działających w czasie.

Miejsce pedosfery wśród pozostałych geosfer (wg. Hanes’a, 1997) 33

Najważniejsze cechy gleby:

jest tworem dynamicznym, tzn. zmiennym w czasie (ciągłe przemiany chemiczne, mineralizacja, humifikacja, przemieszczanie substancji, podział i obumieranie mikroorganizmów),

jest układem wielofazowym (faza stała – tworzywo mineralne i substancja organiczna, faza ciekła – woda glebowa i faza gazowa – powietrze glebowe),

jest zdolna do zaspokajania potrzeb pokarmowych i wodnych roślin, a pośrednio zwierząt,

jest integralnym elementem wszystkich ekosystemów lądowych i niektórych wodnych

34

Pojęcia odnoszące się do wierzchniej warstwy litosfery

(nie będące synonimami gleby)

35

grunt, najszersze znaczenie, całość lub część posiadanej powierzchni, np. grunty rolne, grunty zajęte pod nieruchomości. W naukach technicznych - pojęcie gruntoznawstwo, odnosi się do poznania cech podłoża, na którym ma być postawiony budynek, ze szczególnym uwzględnieniem poziomu wód gruntowych, uziarnienia, głębokości przemarzania itp.

ziemia – w ogrodnictwie to specjalnie przygotowane podłoże dla określonej uprawy, np. ziemia do kwiatów, również pojęcie tradycyjne, w znaczeniu tj. przywiązanie do ziemi.

podłoże – w ogrodnictwie - warstwa, w której rozwijają się podziemne części roślin, w gleboznawstwie pojęcie węższe, dotyczy warstwy podścielającej w glebach niecałkowitych (miąższość gleby powstałej na materiale skalnym jednorodnego pochodzenia jest mniejsza niż 150 cm).

rola – warstwa gleby zajmowana pod uprawę.

podglebie – warstwa gleby pod warstwą orną.

Proces glebotwórczy – całokształt zjawisk fizycznych,

chemicznych i biochemicznych, zachodzących w powierzchniowej

warstwie skorupy ziemskiej, w wyniku których ze zwietrzeliny

skalnej w określonych warunkach rzeźby terenu i klimatu kształtuje

się profil glebowy.

Proces tworzenia się gleby wg Hanes’a, 1997

36

Czynniki glebotwórcze – zespół elementów środowiska

geograficznego, których układ ukierunkowuje proces kształtowania

się gleb.

• skała macierzysta,

• klimat,

• biosfera,

• ukształtowanie powierzchni (relief, rzeźba terenu),

• hydrosfera,

• czas

37

Profil glebowy – pionowy przekrój przez wszystkie poziomy

genetyczne gleby (od powierzchni do skały macierzystej).

Uzewnętrznia cechy gleby wytworzone w czasie procesu

glebotwórczego, zachodzącego pod wpływem działania czynników

glebotwórczych.

38

Pedon – najmniejsza jednorodna pod względem genetycznym

objętość gleby pozwalająca na zbadanie i zdefiniowanie wszystkich

typowych jej elementów składowych, poziomów genetycznych i

właściwości w danym momencie. W praktyce jest to graniastosłup o

wysokości równej miąższości gleby i powierzchni górnej

wielobocznej równej od 1 do kilku metrów kwadratowych).

39

Morfologia gleby – dział gleboznawstwa, który opisuje cechy

zewnętrzne profilu glebowego.

Poziom genetyczny – warstwa

mineralna lub organiczno-mineralna,

znajdująca się w obrębie profilu

glebowego, w przybliżeniu równoległa

do powierzchni gleby, odróżniająca się

od sąsiednich poziomów stosunkowo

jednorodną barwą, strukturą, składem

chemicznym, zawartością materii

organicznej i innymi cechami

ukształtowanymi głównie na drodze

działania procesu glebotwórczego.

40

Miąższość gleby – jedna z cech morfologicznych, jest to sumaryczna

grubość wszystkich poziomów czy warstw objętych procesami

glebotwórczymi.

FUNKCJE GLEBY wg ISO(International Organization for

Standarization „Soil Quality” ISO/TC190)

41

1. Kontrola obiegu pierwiastków i energii w ekosystemach (obieg węgla, azotu, siarki), wpływ na globalne zmiany klimatyczne (mineralizacja substancji organicznej, powstawanie CO, CO2).

2. Nośnik konstrukcji inżynierskich i budynków - podłoże dla zakładów przemysłowych, osiedli mieszkaniowych

(dzienny ubytek powierzchni ziemi zajętej przez industrializację i urbanizację w Polsce 10 ha, w Austrii 20 ha, w Niemczech 120 ha).

3. Nośnik produkcji rolnej – gleba jako miejsce produkcji biomasy, a wiec transformacji energii słonecznej w chemiczną energię fitomasy. Stwarza zabezpieczenie warunków życia roślin, zwierząt i człowieka.

Powstają produkty żywnościowe, pasza dla zwierząt hodowlanych, odnawialne źródła energii, tekstylia, drewno, lekarstwa z ziół.

4. Gromadzenie i ochrona zapasów wody - gleba filtruje, buforuje i przekształca szkodliwe substancje chemiczne zawarte w wodzie opadowej, wpływając na jakość wody pitnej i jakość produkowanej żywności.

5. Rezerwuar genetyczny - siedlisko wielkiej ilości organizmów oraz niezmierzone zasoby genów (glebowe DNA)

powodują duże zainteresowanie biotechnologii i inżynierii genetycznej. W glebie żyje ok. 400 razy więcej gatunków organizmów niż na jej powierzchni.

6. Ochrona części archiwów historii przyrody i archiwum archeologiczne (znaleziska paleontologiczne i archeologiczne).

42



Funkcja produkcyjna, retencyjna, filtrująca, sanitarna, nośnika konstrukcji 43



Filtracja wody

Produkcja rolna i leśna

Podłoże pod zabudowę

Źródło surowców mineralnych

FUNKCJE LITOFSERY

44

Rezerwuar genetyczny

Dziedzictwo kulturowe

GENEZA GLEBY

45

I. Wietrzenie skał i minerałów pod wpływem czynników zewnętrznych (atmosfera, woda, organizmy żywe)

a) Wietrzenie fizyczne (mechaniczne) – rozpad skał pod wpływem zmian temperatury wywołanych nasłonecznieniem, mrozem (różne współczynniki rozszerzalności cieplnej minerałów budujących skały). Ma znaczenie na obszarach o dużych rocznych i dobowych wahaniach temperatur (góry, pustynie, stepy).

Czynniki sprzyjające wietrzeniu:

- wilgotność – zamarzanie wody w szczelinach skał,

- obecność roślin – mechaniczne działanie korzeni.

b) Wietrzenie chemiczne i biochemiczne - rozpad skał i minerałów pod wpływem wody (szczególnie z rozpuszczonym CO2, kwasami humusowymi).

GENEZA GLEBY – wietrzenie skał i minerałów

46

Procesy wietrzenia chemicznego i biochemicznego

1. Hydroliza

rozpuszczanie minerałów, głównie krzemianów i glinokrzemianów w wodzie

K2Al2Si6O16 + 3H2O → 2KOH + H2Al2Si2O8 ۰H2O + 4SiO2

ortoklaz kaolinit krzemionka

2. Hydratacja (uwadnianie)

najczęściej łącznie z hydrolizą, pod działaniem bezwodnika kwasu węglowego i tlenu

FeCO3 + H2O → Fe(OH)2 + CO2

3. Utlenianie (oksydacja) np. przejście magnetytu w hematyt.

4. Odtlenianie (redukcja) – zachodzi przy braku tlenu w obecności

substancji organicznej i bakterii redukujących, np. odtlenianie

połączeń żelazowych prowadzi do zmiany barwy skał z

czerwonobrązowej w białożółtą.

5. Karbonatyzacja (uwęglowienie) – powstają węglany i

dwuwęglany.

CaCO3 + H2CO3 → Ca(HCO3)2 +H2O + CO2

6. Desilikacja (odkrzemionkowanie) – ubytek krzemionki z

krzemianów i glinokrzemianów

47


II. Zasiedlenie zwietrzeliny skalnej przez mikroorganizmy.

Zwietrzały materiał staje się bazą dla rozwoju mikroorganizmów, które powodują biologiczny obieg materii, obejmujący:

- powstawanie,

- migrację,

- gromadzenie w powierzchniowej warstwie zwietrzeliny skalnej substancji organicznych i połączeń organiczno-mineralnych.

Powstaje nowa jakość – żyzność gleby.

III. Różnicowanie się poziomów genetycznych w profilu glebowym.

Przemieszczanie niektórych substancji mineralnych i organicznych w pionie wraz z wodą opadową powoduje różnicowanie się cech gleby na różnych głębokościach.

48


Dziękuję za uwagę

49

wykład dla studentów ochrony środowiska i rok · wzorów zmiany kształtów form, traktowanych...

Documents