Pedogenic evaluation and chemical weathering rates of soils developed along an altitudinal transect

Abstract

Yükseklik iklimi etkileyen önemli bir faktör olup, toprak oluşum ve ayrışma oranları üzerinde önemli bir rol oynamaktadır. Türkiye, farklı yüksekliklere sahip bir ülkedir. İklim türünden bağımsız olarak, dağlık bölgelerdeki, özellikle de farklı yükseklikteki dağlık bölgelerdeki iklimsel özellikler, ortamlarına göre geniş ölçüde değişiklik gösterirler. Bu nedenle, yüksekliğin toprak oluşum ve ayrışma oranlarına etkilerini belirlemek için farklı yüksekliklerde dört farklı temsili toprak profil incelenmiştir. Çalışma alanında yükseklikler 1139 m ile 1809 m arasında olup, dört profilden yükseklik boyunca morfolojik, kimyasal, fiziksel, jeokimyasal ve mineralojik analizler için her horizondan toprak örnekleri alınmıştır. Toprak kimyasal alterasyon indeksi (CIA), Kimyasal Ayrışma İndeksi (CIW), Parker Ayrışma İndeksi (WIP), Plajiyoklas Alterasyon İndeksi (PIA), Mineralojik Alterasyon İndeksi (MIA), Kütle dengesi, A- CN-K diyagramları, bazı kökensel oranlar ve mineralojik özellikler farklı yükselmelere bağlı olarak iklimdeki pedojenik süreçleri karşılaştırmak için kullanılmıştır.Ardışık iklim özellikleri, toprak taksonomik sınıflarını önemli ölçüde etkilemiştir. Daha fazla gelişmiş topraklar, daha yüksek su mevcudiyeti ile 1139 m'lik daha alçak yükseltilerde oluşturulmuş Typic Rhodoxeralfs (PI) topraklar, 1267 m irtifada Lithic Haploxeralfs (PII) olarak, 1633 m irtifada Typic Calcixerepts (PIII) olarak sınıflandırılan 1633 m irtifada, olarak sınıflandırılmıştır. 1809 m yükseklikte daha az gelişmiş topraklar oluşurken Typic Xerorthents (PIV) olarak sınıflandırılmıştır (USDA, 2014). Elde edilen sonuçlara göre, yükseklik arttıkça toprak pH'sı, toprak elektriki iletkenliği (EC), katyon değişim kapasitesi ve değiştirilebilir katyonlar azalmıştır. Düşük yüksekliklerde melanizasyon, brunifikasyon ve argilluviasyon olayları hakim iken B horizonunun kalınlığı artmış, ayrışma oranları arttıkça kil miktarı ve Fed oranı da artmıştır. Mineral horizonlarının hacim ağırlığı ve CaCO3 içerikleri düşük irtifalarda azalmıştır. Elde edilen sonuçlara göre, irtifanın azalmasıyla CIA, CIW, PIA ve MIA indeksleri ile birlikte kimyasal ayrışma oranının arttığı görülmüştür. Tersi durumda ise irtifanın artması ile WIP artmıştır. Öte yandan, incelenen tüm toprak profillerinin değerleri için düşük negatif Eu/Eu* oranının, artan ayrışma yoğunluğu ile ilişkili olduğu bulunmuştur. Bu bağlamda, irtifalara bağlı olarak spider diyagramları arasında anlamlı bir fark bulunmuştur. A-CN-K diyagramı, yaklaşımın düşük irtifalarında A apeksini diğer toprak yüksekliklerinden daha fazla sergilmiş, bu ayrışmış toprakların bileşiminin, topraktaki ve yağışa ek olarak suyun mevcudiyetinin ve akısının miktarından daha kolay etkilendiğini ve iklim farklılıklarının yükseklik farkından kaynaklandığını düşündürmektedir. Kütle dengesinin sonuçlarına göre, PI'in pozitif değerleri (daha düşük irtifalarda) ise, katyonların zenginleşmesi için su ile yukardan aşağıya elemanların taşınmasından kaynaklanmıştır. Toprak profillerindeki kil minerallerinin farkı, irtifa farklılaşmasının mineralojik farklılaşmayı etkilediğini göstermektedir. Sonuç olarak, bölgedeki yükselti artığına bağlı olarak iklim faktörlerinin değişkenliği toprak oluşumuna özesinde etkili olmuştur ve profiller arasındaki yükselti artığına bağlı olarak yağıştaki artış yoğun ayrışma oranlarına ve yoğun yıkanmaya neden olmuştur.Bu çalışma, toprak özelliklerinin ve işlemlerinin, her ikisinin de yıkanma rejimini ve ayrışma oranlarını belirleyen yükseklik ve iklim koşullarıyla güçlü bir şekilde ilişkili olduğunu göstermiştir. Bu durum, iklimdeki değişimlerin farklı toprak türlerinde kayda değer değişiklikler ürettiğini göstermektedir.

Elevation is an important factor affecting the climate and plays an important role in controlling rates of weathering and soil formation. Turkey is a country characterized different elevations, regardless of the type of climate, climatic features in mountainous areas, especially high mountainous regions, vary widely according to their environment. For this purpose, four representative profiles were dug at different elevations. The transect of four soils formed in elevation from 1139 to 1809 m, and soil samples were taken from each horizon for morphological, chemical, physical, geochemical and mineralogical analyzes. The index of soil Chemical Alteration Index (CIA), Chemical Weathering Index (CIW), Parker Weathering Index (WIP), Plagioclase Alteration Index (PIA), The Mineralogical Index of Alteration (MIA), Mass balance, A-CN-K diagrams, some genetic ratios and mineralogical characteristics are used to compare the pedogenic processes for the climate depending on different elevations. Climosequene attributes significantly affected Soil Taxonomic Classes. More developed soils were formed at lower elevations of 1139 m with higher water availability, where the soils were classified as Typic Rhodoxeralfs (PI), at an elevation of 1267 m classified as Lithic Haploxeralfs (PII), at an elevation of 1633 m classified as Typic Calcixerepts (PIII), while less developed soils classified as Typic Xerorthents (PIV) were formed at higher elevation of 1809 m. Soil classification was done carried out according to Soil Taxonomy (USDA, 2014).According to the results not needed, soil pH, soil EC, cation exchange capacity and exchangeable cations decreased with increasing elevation. At low altitudes, the operations of melanization, brunification and argilluviation prevail, increased the thickness of the horizon B, the amount of clay and Fed ratio increased with increasing the weathering degree while the CaCO3 ratio and the bulk density decreased at the same altitudes. Our results show that the rate of chemical weathering of CIA, CIW, PIA and MIA indicators decrease with the increase in elevation. In contrast, WIP value increased at higher altitudes. On the other hand, the low negative Eu/Eu* ratio for the values of all the soil profiles studied was found to be related to the intensity of the increased weathering. In this context, the significant differentiation was found between the spider diagrams depending on the altitudes. The A-CN-K diagram exhibited, in low altitudes of approach the A apex more than the other soil elevations, suggesting that composition of weathered soils more easily influenced by quantity the availability and flux of water through the soil and in addition to the precipitation, resulting of the climate differences by the difference in altitudes. According to the results of the mass balance that positive values of PI (at the lower altitudes), was due to elements transfer from the high elevation to the low elevation of the water inflow for cations enrichment. The difference of clay minerals in the soil profiles showed that altitude differentiation affect mineralogical differentiation. As a result, the variability of climatic factors depending on the elevation in the region have been effective enough to the effect on soil-forming, and the increase in precipitation due to the elevation between the profiles has caused intense weathering and intensive leaching, the resulting from availability and flux of water through the soil is the primary factor in weathering intensity and it has a decisive role in the transformation of clay minerals sufficient to differentiate the profiles. This study indicated that soil properties and processes were strongly related to elevation and climatic conditions, both of which determine the leaching regime and weathering rates. This suggests that shifts in climate produces appreciable changes in different types of soils.