4. अपक्षय - मृदा निर्माण कारक और प्रक्रियाएं - मृदा के घटक (WEATHERING - SOIL FORMATION FACTORS AND PROCESSES - COMPONENTS OF SOILS)

अपक्षय

चट्टानों और खनिजों के विघटन और अपघटन की एक प्रक्रिया जो भौतिक कारकों और रासायनिक प्रक्रियाओं द्वारा लाई जाती है, जिससे रेगोलिथ (Regolith - पृथ्वी की सतह पर या ठोस चट्टानों के ऊपर अपक्षय चट्टान के असंगठित अवशेष / unconsolidated residues of the weathering rock) का निर्माण होता है।

(या / OR)

वह प्रक्रिया जिसके द्वारा पृथ्वी की पर्पटी या स्थलमंडल (earth’s crust or lithosphere) जलमंडल और जीवमंडल की सहायता से वायुमंडल की गतिविधियों द्वारा टूटकर / विघटित होकर जाता है।

(या / OR)

ठोस चट्टानों के मातृ सामग्री या रेगोलिथ में परिवर्तन / रूपांतरण की प्रक्रिया।

मूल सामग्री

यह रेगोलिथ (regolith) या न्यून से न्यून इसका ऊपरी भाग है। इसे असंगठित और न्यूनोबेश रासायनिक रूप से अपक्षयित खनिज सामग्री के रूप में परिभाषित किया जा सकता है जिससे मृदा विकसित होती है (soil are developed) होती है।

अपक्षय की दो मूलभूत प्रक्रियाएं

1. भौतिक / यांत्रिक - "टूटना" आम बोलचाल
2. रासायनिक - अपक्षय

इसके अलावा, एक अन्य प्रक्रिया: जैविक और ये सभी प्रक्रियाएं साथ-साथ कार्य करती हैं। अपक्षय प्रक्रियाओं में भाग लेने वाले कारकों के आधार पर, इसे तीन प्रकारों में वर्गीकृत किया गया है।

अपक्षय के विभिन्न एजेंट (Different Agents of Weathering)

अपक्षय के विभिन्न एजेंट

1. भौतिक / यांत्रिक - "टूटना" आम बोलचाल (Physical / Mechanical - disintegration)

1. चट्टान की भौतिक स्थिति
2. तापमान में परिवर्तन / रूपांतरण
3. पानी की क्रिया (Action of $H_2O$)
   • खंड और परिवहन
   • जमने की क्रिया
   • वैकल्पिक गीलापन और सूखना
   • हिमनदों की क्रिया
4. हवा की क्रिया (Action of wind)
5. वायुमंडलीय विद्युत घटनाएं (Atmospheric electrical phenomenon)

2. रासायनिक - अपघटन (Chemical - decomposition)

1. जलयोजन
2. हाइड्रोलिसिस
3. घोल
4. कार्बोनेशन
5. ऑक्सीकरण
6. न्यूनी / न्यूनीकरण

3. जैविक - "टूटना" आम बोलचाल + अपक्षय (Biological - disintegration + decomposition)

1. मनुष्य और जानवर
2. उच्च पौधे और उनकी जड़ें
3. सूक्ष्म जीव

चट्टानों का अपक्षय

अपक्षय एजेंट (Weathering Agents)

भौतिक अपक्षय

चट्टानें विघटित हो जाती हैं और बिना कोई नया पदार्थ पैदा किए तुलनात्मक रूप से छोटे टुकड़ों में टूटकर / विघटित होकर जाती हैं।

1. चट्टानों की भौतिक स्थिति

चट्टानों की पारगम्यता सबसे महत्वपूर्ण एकल कारक है। मोटे बनावट वाले (coarse textured - छिद्रपूर्ण / porous) बलुआ पत्थर एक महीन बनावट वाले (fine textured - लगभग ठोस / almost solid) बेसाल्ट की तुलना में अधिक आसानी से अपक्षय करते हैं। असंगठित ज्वालामुखी राख बजरी जैसे असंगठित मोटे निक्षेपितवों की तुलना में तेजी से अपक्षय करती है।

2. तापमान की क्रिया (Action of Temperature)

तापमान में विविधताएं चट्टानों के "टूटना" आम बोलचाल पर बहुत प्रभाव डालती हैं।

• दिन के समय, चट्टानें सूर्य द्वारा गर्म हो जाती हैं और फैलती हैं। रात में, तापमान गिरता है और चट्टानें ठंडी होकर सिकुड़ जाती हैं।
• यह वैकल्पिक विस्तार और संकुचन चट्टान की सतह को कमजोर करता है और इसे तोड़ देता है क्योंकि चट्टानें आसानी से गर्मी का संचालन नहीं करती हैं।
• चट्टान के भीतर खनिजों के विस्तार और संकुचन की दर भी भिन्न होती है:
  • क्वार्ट्ज का घनाकार विस्तार फेल्डस्पार से दोगुना है।
  • हल्के रंग की चट्टानों की तुलना में गहरे रंग की चट्टानें तापमान में तेजी से परिवर्तिताव के अधीन हैं।
• चट्टान की सतह में खनिजों का अंतर विस्तार गर्म सतह और ठंडे बिना विस्तारित भागों के बीच तनाव उत्पन्न करता है जिसके परिणामस्वरूप चट्टानों का विखंडन होता है।
• यह प्रक्रिया सतह की परत को मूल द्रव्यमान से छीलने का कारण बनती है और चट्टान अंततः विघटित हो जाती है। इस प्रक्रिया को एक्सफोलिएशन (Exfoliation - छीलना) कहा जाता है।

3. पानी की क्रिया (Action of Water)

पानी एक विघटित करने वाले, परिवहन और जमा करने वाले एजेंट के रूप में कार्य करता है।

i) विखंडन और परिवहन: जब बारिश होती है तो पानी चट्टान की सतह पर धड़कता है और समुद्र की ओर बहने लगता है।

• चलते पानी में काटने और ले जाने का बहुत बड़ा बल होता है।
• यह गलियों और खड्डों का निर्माण करता है और इसके साथ विभिन्न आकृतिों की निलंबित मिट्टी (suspended soil material) को ले जाता है।
• पानी की परिवहन शक्ति भिन्न होती है। यह अनुमान लगाया गया है कि धारा की परिवहन शक्ति इसके वेग की छठी शक्ति के रूप में भिन्न होती है यानी पानी की गति जितनी अधिक होगी, परिवहन शक्ति और वहन क्षमता उतनी ही अधिक होगी।

नदी के मुहाने की तुलना में नदी के स्रोत के पास "टूटना" आम बोलचाल अधिक होता है।

ii) जमने की क्रिया (Action of freezing): भौतिक अपक्षय उत्पन्न करने में पाले गर्मी से कहीं अधिक प्रभावी है।

• ठंडे क्षेत्रों में, दरारों और दरारों में पानी बर्फ में जम जाता है और आयतन दसवें हिस्से तक बढ़ जाता है।
• चूंकि जमना ऊपर से शुरू होता है, इसलिए इसके ऊपर की ओर विस्तार की कोई संभावना नहीं है। इसलिए, आयतन में वृद्धि से भारी बाहरी दबाव पैदा होता है जो चट्टानों को तोड़ देता है।

iii) वैकल्पिक गीलापन और सूखना (Alternate wetting and Drying): कुछ प्राकृतिक पदार्थ गीले होने पर आयतन में काफी बढ़ जाते हैं और सूखने पर सिकुड़ जाते हैं। (उदा.) स्मेक्टाइट, मोंटमोरिलोनाइट।

• शुष्क गर्मी / शुष्क मौसम के दौरान - ये मिट्टी काफी सिकुड़ जाती है जिससे गहरी दरारें या चौड़ी दरारें बन जाती हैं।
• बाद में गीले होने पर, यह सूज जाता है।
• मिट्टी से समृद्ध चट्टानों के इस वैकल्पिक सूजन और सिकुड़न / गीलापन या सूखने से वे ढीले हो जाते हैं और अंततः टूटकर / विघटित होकर जाते हैं।

iv) हिमनदों की क्रिया (Action of glaciers):

• ठंडे क्षेत्रों में, जब बर्फ गिरती है, तो यह जमा हो जाती है और एक बर्फ की चादर में परिवर्तित जाती है।
• ये बड़े ग्लेशियर तापमान और/या ढाल में परिवर्तिताव के कारण आगे बढ़ने लगते हैं।
• आगे बढ़ने पर, ये उस चट्टान पर भारी दबाव डालते हैं जिस पर वे गुजरते हैं और ढीले पदार्थों को ले जाते हैं।
• ये सामग्रियां गर्म क्षेत्रों में पहुंचने पर जमा हो जाती हैं, जहां बर्फ पिघलने के साथ इसकी गति रुक जाती है।

4. हवा की क्रिया (Action of wind)

• हवा का एक क्षरणकारी और परिवहन प्रभाव होता है। अक्सर जब हवा महीन सामग्री जैसे महीन अपक्षय, अपक्षय या मिट्टी के कणों से लदी होती है, तो इसका गंभीर अपघर्षक प्रभाव होता है और अपक्षय से लदी हवाएं चट्टानों को खुजली करती हैं और अंततः इसके बल के तहत टूटकर / विघटित होकर जाती हैं।
• धूल भरी आंधी एक जगह से दूसरी जगह टन सामग्री ले जा सकती है। मिट्टी के खिसकने से हवा के कटाव की गंभीर समस्या पैदा होती है और खेती वाली भूमि ख़राब हो सकती है (जैसे - राजस्थान के रेगिस्तान / Rajasthan deserts)।

5. वायुमंडलीय विद्युत घटनाएं (Atmospheric electrical phenomenon)

यह बारिश के मौसम के दौरान टूटने का एक महत्वपूर्ण कारक है और बिजली चट्टानों को तोड़ देती है और या दरारों को चौड़ा कर देती है।

रासायनिक अपक्षय

विभिन्न रासायनिक प्रक्रियाओं द्वारा चट्टानों और खनिजों का अपक्षय रासायनिक अपक्षय कहलाता है। मिट्टी निर्माण (soil formation) के लिए यह सबसे महत्वपूर्ण प्रक्रिया है।
रासायनिक अपक्षय मुख्य रूप से चट्टानों और खनिजों की सतह पर कुछ खनिजों के गायब होने और माध्यमिक उत्पादों (secondary products - नई सामग्री) के निर्माण के साथ होता है। इसे रासायनिक परिवर्तन / रूपांतरण कहा जाता है।

फेल्डस्पार + पानी $\rightarrow$ मिट्टी के खनिज (clay mineral) + अपक्षय धनायन और ऋणायन

रासायनिक अपक्षय अधिक प्रभावी हो जाता है क्योंकि चट्टान का सतह क्षेत्र बढ़ जाता है। चूंकि रासायनिक प्रतिक्रियाएं काफी हद तक चट्टानों की सतह पर होती हैं, इसलिए टुकड़े जितने छोटे होंगे, प्रतिक्रिया के लिए उपलब्ध प्रति इकाई आयतन सतह क्षेत्र उतना ही अधिक होगा।
रासायनिक अपक्षय की प्रभावशीलता चट्टानों की खनिज संरचना (mineral composition) से निकटता से संबंधित है। (उदा.) क्वार्ट्ज ओलिविन या पाइरोक्सिन की तुलना में रासायनिक हमले के प्रति बहुत धीमी प्रतिक्रिया करता है।

औसत खनिज संरचना (%) - Average mineralogical composition (%)

रासायनिक अपक्षय

अपक्षय की रासायनिक प्रक्रियाएं

1. जलयोजन

किसी विशेष पदार्थ या खनिज (mineral) के साथ पानी के अणुओं का रासायनिक संयोजन जिससे संरचना में परिवर्तन / रूपांतरण होता है। चट्टानों में मिट्टी बनाने वाले खनिजों (Soil forming minerals) में कोई पानी नहीं होता है और नम परिस्थितियों के संपर्क में आने पर वे जलयोजन से गुजरते हैं। जलयोजन पर खनिजों की सूजन और आयतन में वृद्धि होती है। खनिज अपनी चमक खो देते हैं और नरम हो जाते हैं। यह प्रकृति की सबसे आम प्रक्रियाओं में से एक है और माध्यमिक खनिजों (secondary minerals), जैसे एल्यूमीनियम ऑक्साइड और लौह ऑक्साइड खनिज और जिप्सम के साथ काम करता है।

उदाहरण:

• $2Fe_2O_3 + 3HOH \rightarrow 2Fe_2O_3. 3H_2O$
  (हेमेटाइट / Haematite - लाल) $\rightarrow$ (लिमोनाइट / Limonite - पीला)
• $Al_2O_3 + 3HOH \rightarrow Al_2O_3. 3H_2O$
  (बॉक्साइट / Bauxite) $\rightarrow$ (हाइड्रेटेड एल्युमीनियम ऑक्साइड / Hyd. aluminium Oxide)
• $CaSO_4 + 2H_2O \rightarrow CaSO_4. 2H_2O$
  (एनहाइड्राइट / Anhydrite) $\rightarrow$ (जिप्सम / Gypsum)
• $3 + 2H_2O \rightarrow 3MgO.2SiO_2.2H_2O + SiO_2 + 3H_2O$
  (ओलिविन / Olivine) $\rightarrow$ (सर्पेन्टाइन / Serpentine)

2. हाइड्रोलिसिस

रासायनिक अपक्षय में सबसे महत्वपूर्ण प्रक्रिया। यह $H_2O$ के $H^+$ और $OH^-$ आयनों में वियोजन के कारण होता है जो खनिजों के साथ रासायनिक रूप से जुड़ते हैं और परिवर्तन / रूपांतरण लाते हैं, जैसे विनिमय, क्रिस्टलीय संरचना का मृदा संरचना और नए यौगिकों का निर्माण। पानी सिलिकेट खनिजों (silicate minerals) पर एक कमजोर एसिड (weak acid) के रूप में कार्य करता है।

• $KAlSi_3O_8 + H_2O \rightarrow HAlSi_3O_8 + KOH$
  (ऑर्थोक्लेस / Orthoclase) $\rightarrow$ (एसिड सिल्ट क्ले / Acid silt clay)
• $HAlSi_3O_8 + 8 HOH \rightarrow Al_2O_3. 3H_2O + 6 H_2SiO_3$
  (पुनर्संयोजन / recombination) $\rightarrow$ (हाइड्रेटेड एल्युमिनियम ऑक्साइड / Hyd. Alum.oxide) + (सिलिसिक एसिड / Silicic acid)

यह प्रतिक्रिया (reaction) दो कारणों से महत्वपूर्ण है:

1. मिट्टी, आधार (bases) और सिलिसिक एसिड (silicic acid) - इन प्रतिक्रियाओं में बनने वाले पदार्थ - पौधों के लिए उपलब्ध हैं।
2. पानी जिसमें अक्सर $CO_2$ होता है (वायुमंडल से अवशोषित), सीधे खनिजों के साथ प्रतिक्रिया करके अघुलनशील मिट्टी के खनिज, सकारात्मक रूप से आवेश धातु आयन (positively charged metal ions - $Ca^{++}, Mg^{++}, Na^+, K^+$) और नकारात्मक रूप से आवेश आयन (negatively charged ions - $OH^-, HCO_3^-$) और कुछ अपक्षय सिलिका का उत्पादन करता है - ये सभी आयन पौधों के विकास / पौधा वृद्धि के लिए उपलब्ध कराए जाते हैं।

3. घोल

चट्टानों में मौजूद कुछ पदार्थ पानी में सीधे अपक्षय होते हैं। पानी की निरंतर क्रिया से अपक्षय पदार्थ निकल जाते हैं और चट्टान अब ठोस नहीं रह जाती है और छेद, खांचे या खुरदरी सतह बनाती है और अंततः टुकड़ों में गिर जाती है या विघटित हो जाती है। जब पानी कार्बनिक और अकार्बनिक एसिड के "टूटना" आम बोलचाल से अम्लीकृत (acidified) हो जाता है तो क्रिया काफी बढ़ जाती है। (उदा.) हैलाइट्स, NaCl

$NaCl + H_2O \rightarrow Na^+, Cl^-, H_2O$ (पानी के साथ घुले हुए आयन / dissolved ions with water)

4. कार्बोनेशन

कार्बन डाइऑक्साइड जब पानी में घुल जाता है तो यह कार्बोनिक एसिड (carbonic acid) बनाता है।
$2H_2O + CO_2 \rightarrow H_2CO_3$

यह कार्बोनिक एसिड कई चट्टानों और खनिजों पर हमला करता है और उन्हें घोल में लाता है। कार्बोनेटेड पानी का कुछ चट्टानों, विशेष रूप से चूना पत्थर पर नक़्क़ाशी प्रभाव होता है। अपक्षय के कणों को एक साथ बांधने वाले सीमेंट को हटाने से उनका "टूटना" आम बोलचाल होता है।

$CaCO_3 + H_2CO_3 \rightarrow Ca (HCO_3)_2$
(कैल्साइट / Calcite - थोड़ा अपक्षय / slightly soluble) $\rightarrow$ (कैल्शियम बाईकार्बोनेट / Ca bi carbonate - आसानी से अपक्षय / readily soluble)

5. ऑक्सीकरण

खनिजों में ऑक्सीजन के जुड़ने और संयोजन की प्रक्रिया। अवशोषण आमतौर पर मिट्टी के पानी में घुले $O_2$ (dissolved in soil water) और वायुमंडल में मौजूद $O_2$ से होता है। नमी की उपस्थिति में ऑक्सीकरण अधिक सक्रिय होता है और इसके परिणामस्वरूप हाइड्रेटेड ऑक्साइड बनते हैं। (उदा.) Fe और Mg वाले खनिज।

• $4FeO$ (फेरस ऑक्साइड / Ferrous oxide) + $O_2 \rightarrow 2Fe_2O_3$ (फेरिक ऑक्साइड / Ferric oxide)
• $4Fe_3O_4$ (मैग्नेटाइट / Magnetite) + $O_2 \rightarrow 6Fe_2O_3$ (हेमेटाइट / Haematite)
• $2Fe_2O_3$ (हेमेटाइट / Haematite) + $3H_2O \rightarrow 2Fe_2O_3. 3H_2O$ (लिमोनाइट / Limonite)

6. न्यूनी / न्यूनीकरण

ऑक्सीजन को हटाने की प्रक्रिया और यह ऑक्सीकरण के विपरीत है और मिट्टी के रंग (soil colour) को ग्रे, नीले या हरे रंग में बदलने में समान रूप से महत्वपूर्ण है क्योंकि फेरिक आयरन फेरस आयरन यौगिकों में परिवर्तित हो जाता है। अतिरिक्त पानी या जलभराव की स्थिति (excess water or water logged condition - न्यून या कोई ऑक्सीजन नहीं / less or no oxygen) के तहत, न्यूनी होती है।

• $2Fe_2O_3$ (हेमेटाइट / Haematite) - $O_2 \rightarrow 4FeO$ (फेरस ऑक्साइड / Ferrous oxide - न्यून रूप / reduced form)

निष्कर्ष में, रासायनिक अपक्षय के दौरान आग्नेय और कायांतरित चट्टानों को प्राथमिक खनिजों के विनाश और माध्यमिक खनिजों के उत्पादन को शामिल करने वाला माना जा सकता है।
तलछटी चट्टानों में, जो प्राथमिक और द्वितीयक खनिजों से बनी होती हैं, अपक्षय शुरू में किसी भी अपेक्षाकृत कमजोर बंधन कारकों (relatively weak bonding agents - FeO) को नष्ट करने का कार्य करता है और कण मुक्त हो जाते हैं और व्यक्तिगत रूप से अपक्षय के अधीन हो सकते हैं।

रासायनिक अपक्षय की प्रक्रिया

जैविक अपक्षय

भौतिक और रासायनिक अपक्षय के विपरीत, जैविक या जीवित एजेंट चट्टानों और खनिजों के अपक्षय और "टूटना" आम बोलचाल दोनों के लिए जिम्मेदार हैं। जैविक जीवन मुख्य रूप से प्रचलित पर्यावरण द्वारा नियंत्रित होता है।

1. मनुष्य और पशु (Man and Animals)

• चट्टानों के "टूटना" आम बोलचाल में मनुष्य की क्रिया सर्वविदित है क्योंकि वह बांध, चैनल बनाने और सड़कों और इमारतों का निर्माण करने के लिए चट्टानों को काटता है। ये सभी गतिविधियां रासायनिक कारकों के हमले के लिए चट्टानों के सतह क्षेत्र को बढ़ाने में परिणत होती हैं और चट्टान अपक्षय की प्रक्रिया को तेज करती हैं।
• बड़ी संख्या में जानवर, पक्षी, कीड़े और कीड़े, अपनी गतिविधियों से उनमें छेद करते हैं और इस प्रकार अपक्षय के लिए सहायता करते हैं।
• उष्णकटिबंधीय और उप-उष्णकटिबंधीय क्षेत्रों में, चींटियाँ और दीमक गैलरी और मार्ग बनाते हैं और सामग्री को निचली सतह से ऊपरी सतह तक ले जाते हैं और एसिड का उत्सर्जन (excrete acids) करते हैं। कई घुले हुए पदार्थों के साथ ऑक्सीजन और पानी, दरारों, छेदों और दीर्घाओं के माध्यम से चट्टान के हर हिस्से तक पहुंचते हैं, और इस प्रकार तेजी से "टूटना" आम बोलचाल लाते हैं।
• खरगोश, जमीन में बिल खोदकर, नरम चट्टानों को नष्ट कर देते हैं। छछूंदर, चींटियां और मृत जानवरों के शरीर, ऐसे पदार्थ प्रदान करते हैं जो खनिजों के साथ प्रतिक्रिया करते हैं और क्षय प्रक्रिया में सहायता करते हैं।
• केंचुए मिट्टी को आहार नाल के माध्यम से गुजारते हैं और इस प्रकार मिट्टी की सामग्री में भौतिक और रासायनिक परिवर्तन / रूपांतरण लाते हैं।

2. उच्च पौधे और जड़ें

• पेड़ों और अन्य पौधों की जड़ें चट्टानों के जोड़ों और दरारों में प्रवेश करती हैं। जैसे-जैसे वे बढ़ते हैं, वे एक महत्वपूर्ण विघटनकारी शक्ति लगाते हैं और कठोर चट्टान अलग हो सकती है। (उदा.) दीवारों / चट्टानों पर उगने वाला पीपल का पेड़।
• घास की जड़ें स्पंज जैसा द्रव्यमान बनाती हैं, कटाव को रोकती हैं और नमी का संरक्षण करती हैं और इस प्रकार आगे की कार्रवाई के लिए नमी और हवा को चट्टान में प्रवेश करने देती हैं।
• कुछ जड़ें मिट्टी में गहराई तक (deep into the soil) प्रवेश करती हैं और किसी प्रकार का जल निकासी चैनल खोल सकती हैं। चूना पत्थर और संगमरमर की दरारों में चलने वाली जड़ें एसिड पैदा (produces acids) करती हैं। इन एसिड्स का कार्बोनेट पर विलायक क्रिया होता है।
• मृत जड़ें और पौधों के अवशेष विघटित होते हैं और कार्बन डाइऑक्साइड उत्पन्न करते हैं जो अपक्षय में बहुत महत्वपूर्ण है।

3. सूक्ष्म जीव (Micro- organisms)

• खनिज अपघटन (mineral decomposition) और मिट्टी के निर्माण के शुरुआती चरणों में, पौधों और जानवरों के निचले रूप जैसे, काई, बैक्टीरिया और कवक और एक्टिनोमाइसेट्स एक महत्वपूर्ण भूमिका निभाते हैं।
• वे चट्टान से पोषक तत्व और हवा से N (अपक्षय) निकालते हैं और पानी की थोड़ी मात्रा के साथ रहते हैं। समय के साथ, इन सूक्ष्म जीवों के समूह के तहत मृदा विकसित होती है (soil develops) होती है।
• ये जीव पौधों और जानवरों के अवशेषों के क्षय के साथ निकटता से जुड़े होते हैं और इस प्रकार अगली पीढ़ी के पौधों के उपयोग के लिए पोषक तत्वों को मुक्त करते हैं और $CO_2$ और कार्बनिक यौगिक भी उत्पन्न करते हैं जो खनिज अपक्षय में सहायता करते हैं।

जैविक अपक्षय