7मृदा, धीरे-धीरे बनने वाला संसाधन

आर्द्र उष्णकटिबंध में किसी पहाड़ी को काटकर बनाई गई सड़क लाल मिट्टी की एक दीवार दिखाती है, जो किसी व्यक्ति की ऊँचाई से कई गुना ऊँची है। उसके तले पर चट्टान अब भी पहचानी जा सकती है: पीली-सी, धारीदार, पर इतनी नरम कि उँगलियों के बीच भुरभुरा जाती है, फिर भी उस चट्टान के कण और पट्टियाँ दिखाती है जो वह कभी थी। ऊपर की ओर वह चितकबरी मृत्तिका में बदल जाती है, फिर एक कठोर लाल परत में, फिर एक पतली मृदा में जहाँ जड़ें हैं। पूरी दीवार कभी ठोस चट्टान थी: यह स्वयं चट्टान ही है, जिसे जल और वायु ने उसी स्थान पर धीरे-धीरे बदल दिया। मृदा, जिस पर स्थल के सारे पौधे और लगभग सभी लोगों का भोजन उगता है, ऐसे ही एक स्तंभ का शीर्ष है। यह अध्याय समझाता है कि चट्टान मृदा कैसे बनती है, कौन-सा रसायन यह काम करता है, जलवायु इसकी गति कैसे तय करती है, और इतनी धीरे बनने वाली मृदा इतनी जल्दी क्यों खो सकती है।

पहले से ज्ञात

अपक्षय चट्टानों को उनके स्थान पर ही तोड़ता है; अपरदन टुकड़ों को दूर ले जाता है; निक्षेपण उन्हें कहीं और जमा कर देता है (पुस्तक 1, कक्षा 5)। चट्टानें खनिजों से बनी होती हैं, जैसे किसी ग्रेनाइट में क्वार्ट्ज़, फ़ेल्डस्पार और अभ्रक (पुस्तक 1, कक्षा 6)। मृदा खनिज कणों, ह्यूमस, जल, वायु और जीवों की एक जीवित परत है; अपघटक मृत पदार्थ को ह्यूमस में बदलते हैं; किसी मृदा का वर्णन उसकी परतों, या संस्तरों, से किया जाता है (जीव विज्ञान की पुस्तकें)। ऑक्सीकरण में कोई पदार्थ इलेक्ट्रॉन खोता है, प्रायः ऑक्सीजन से संयोग करके (रसायन विज्ञान की पुस्तकें)।

7.1 चट्टान से मृदा तक

भौतिक अपक्षय — दरारों में पाले का जमना, गरम होना और ठंडा होना, जड़ें — चट्टान को उसके खनिज बदले बिना टुकड़ों में तोड़ता है। रासायनिक अपक्षय स्वयं खनिजों को बदल देता है। दोनों मिलकर, लंबे समय में, ठोस चट्टान के ऊपरी भाग को एक ढीले आवरण में बदल देते हैं, जो नीचे की ओर मोटा होता जाता है क्योंकि अपक्षय नीचे की चट्टान को खाता जाता है।

परिभाषा 7.1 (जनक चट्टान; सैप्रोलाइट)

किसी मृदा की जनक चट्टान वह चट्टान है जिससे उसका खनिज भाग बना। सैप्रोलाइट अपक्षय द्वारा अपने स्थान पर ही अपघटित चट्टान है: नरम और मिट्टी जैसी होते हुए भी वह जनक चट्टान के कण और संरचना दिखाती है। अपक्षय-प्रोफ़ाइल ताज़ी चट्टान से, सैप्रोलाइट से होते हुए, शीर्ष की मृदा तक का पूरा स्तंभ है।

सैप्रोलाइट मोटी हो सकती है। संयुक्त राज्य अमेरिका के पूर्व में, ऐपलेशियन पर्वतों के पूर्वी किनारे के अनुदिश लहरदार पहाड़ियों के नीचे, यह कहीं-कहीं लगभग $46\,\mathrm{m}$ (150 फ़ुट) तक पहुँचती है, यद्यपि इसकी मोटाई एक स्थान से दूसरे स्थान पर बहुत बदलती है; मृदा उसका केवल ऊपरी भाग है।

7.2 रासायनिक अपक्षय

परिभाषा 7.2 (रासायनिक अपक्षय)

रासायनिक अपक्षय जल के साथ और उसके द्वारा ले जाई जाने वाली गैसों, कार्बन डाइऑक्साइड और ऑक्सीजन, के साथ अभिक्रियाओं द्वारा किसी चट्टान के खनिजों का रूपांतरण है: कुछ खनिज घुल जाते हैं, कुछ नए खनिजों में बदल जाते हैं, जो पृथ्वी की सतह पर स्थायी होते हैं।

वर्षा का जल हवा से थोड़ी कार्बन डाइऑक्साइड घोलता है, और मृदा से रिसते हुए उससे कहीं अधिक, जहाँ जड़ें और अपघटक इसे श्वसन में छोड़ते हैं। घुली हुई गैस का एक भाग कार्बोनिक अम्ल बनाता है, जो हाइड्रोजन आयन मुक्त करता है:

$\ce{CO2 + H2O -> H+ + HCO3-}$

ये हाइड्रोजन आयन खनिजों पर आक्रमण करते हैं।

परिभाषा 7.3 (जल-अपघटन)

जल-अपघटन जल और उसके हाइड्रोजन आयनों द्वारा किसी सिलिकेट खनिज का रासायनिक अपक्षय है: हाइड्रोजन आयन खनिज के धातु आयनों का स्थान ले लेते हैं, जो विलयन में चले जाते हैं, और खनिज का बाक़ी भाग एक मृत्तिका खनिज में पुनर्गठित हो जाता है।

प्रतिज्ञप्ति 7.4 (फ़ेल्डस्पार का जल-अपघटन)

पोटैशियम फ़ेल्डस्पार ऑर्थोक्लेज़, $\ce{KAlSi3O8}$, जल-अपघटन द्वारा मृत्तिका खनिज केओलिनाइट, $\ce{Al2Si2O5(OH)4}$, में बदल जाता है; पोटैशियम आयन और घुली हुई सिलिका, $\ce{H4SiO4}$, जल द्वारा बहा ले जाए जाते हैं:

$\ce{2 KAlSi3O8 + 2 H+ + 9 H2O -> Al2Si2O5(OH)4 + 2 K+ + 4 H4SiO4}$

प्रतिज्ञप्ति 7.5 (कैल्साइट का विलयन)

कैल्साइट, $\ce{CaCO3}$, यानी चूना पत्थर का खनिज, कार्बन डाइऑक्साइड वाले जल में पूरी तरह घुल जाता है; कुछ भी ठोस नहीं बचता:

$\ce{CaCO3 + CO2 + H2O -> Ca^2+ + 2 HCO3-}$

लोहे पर तीसरे ढंग से आक्रमण होता है। किसी चट्टान के गहरे रंग के खनिजों में, जैसे किसी ग्रेनाइट का काला अभ्रक, लोहा अपचयित रूप $\ce{Fe^2+}$ में होता है। जल द्वारा लाई गई ऑक्सीजन इसका ऑक्सीकरण करती है, और लोहा(III) अविलेय ऑक्साइडों के रूप में पीछे रह जाता है: पीला-भूरा गोएथाइट, $\ce{FeO(OH)}$, और लाल हेमेटाइट, $\ce{Fe2O3}$। गोएथाइट के लिए:

$\ce{4 Fe^2+ + O2 + 6 H2O -> 4 FeO(OH) + 8 H+}$

ये ऑक्साइड अपक्षयित चट्टानों और मृदाओं को पीला, भूरा और लाल रंग देते हैं।

सभी खनिज एक ही गति से अपक्षयित नहीं होते। अपक्षयित होते ग्रेनाइट में काला अभ्रक ज़ंग खाता है और फ़ेल्डस्पार मृत्तिका बन जाते हैं, पर क्वार्ट्ज़ के कण, जो लगभग अविलेय हैं, अपरिवर्तित निकल आते हैं: अंत में वे रेत बन जाते हैं।

उदाहरण 7.6 (ग्रेनाइट का अपक्षय)

एक किलोग्राम ऑर्थोक्लेज़ में $1000/278.33 \approx 3.59\,\mathrm{mol}$ $\ce{KAlSi3O8}$ होता है। समीकरण के अनुसार ऑर्थोक्लेज़ के दो मोल केओलिनाइट का एक मोल देते हैं: $3.59/2 \approx 1.80\,\mathrm{mol}$, यानी $1.80 \times 258.16 \approx 464\,\mathrm{g}$ मृत्तिका। पोटैशियम, जो ऑर्थोक्लेज़ के द्रव्यमान का $14.05~\%$ है, यानी $140.5\,\mathrm{g}$, और $2 \times 3.59 = 7.19\,\mathrm{mol}$ सिलिका विलयन में चले जाते हैं। क्वार्ट्ज़, फ़ेल्डस्पार और अभ्रक वाले ग्रेनाइट से अपक्षय रेत (क्वार्ट्ज़), मृत्तिका (फ़ेल्डस्पार और अभ्रक से) और लोहे के ऑक्साइड छोड़ता है, और पोटैशियम, सोडियम, कैल्शियम और सिलिका को नदियों में भेज देता है।

7.3 मृत्तिका और ह्यूमस

परिभाषा 7.7 (मृत्तिका खनिज)

मृत्तिका खनिज परमाणुओं की एक-दूसरे पर रखी पतली परतों से बना सिलिकेट है, जो अपक्षय से बनता है और रेत के कणों से कहीं छोटी पपड़ियों के रूप में मिलता है। केओलिनाइट उनमें से एक है।

मृत्तिका की पपड़ियों की सतहों पर ऋणात्मक विद्युत आवेश होते हैं। वे धन आयनों — पोटैशियम $\ce{K+}$, कैल्शियम $\ce{Ca^2+}$, मैग्नीशियम $\ce{Mg^2+}$, अमोनियम $\ce{NH4+}$ — को थामे रखती हैं, जिन्हें अन्यथा वर्षा बहा ले जाती। ह्यूमस भी यही करता है। आपस में बँधकर मृत्तिका और ह्यूमस मृत्तिका–ह्यूमस संकुल बनाते हैं, जो मृदा का खनिज पोषक तत्त्वों का भंडार है: एक जड़ हाइड्रोजन आयन छोड़ती है और बदले में पपड़ियों पर टिका पोटैशियम या कैल्शियम ले लेती है।

7.4 मृदा और जलवायु

रासायनिक अपक्षय को जल चाहिए, और अधिकांश अभिक्रियाओं की तरह यह गरमी में अधिक तेज़ चलता है। जहाँ जलवायु गरम और आर्द्र दोनों है, वहाँ चट्टान सबसे गहराई तक और सबसे अधिक अपघटित होती है: फ़ेल्डस्पार पूरी तरह मृत्तिका बन जाते हैं, यहाँ तक कि सिलिका का भी अधिकांश भाग बह जाता है, और जो बचता है वह सबसे कम विलेय तत्त्वों, लोहे और ऐलुमिनियम, से समृद्ध होता है।

परिभाषा 7.8 (लैटेराइट)

लैटेराइट गरम, आर्द्र जलवायु का गहराई तक अपक्षयित पदार्थ है, लाल या भूरा, जो मुख्यतः लोहे और ऐलुमिनियम के ऑक्साइडों और केओलिनाइट से बना होता है, और जिससे लगभग सब कुछ विलेय हटाया जा चुका है।

ठंडी जलवायु में, जो वर्ष के अधिकांश भाग जमी रहती है, और शुष्क जलवायु में, जहाँ जल दुर्लभ है, रासायनिक अपक्षय धीमा होता है: मृदाएँ पतली होती हैं और चट्टान ठीक नीचे होती है। ध्रुवों और भूमध्य रेखा के बीच अपक्षय की गहराई आर्द्र उष्णकटिबंधीय वनों के नीचे सबसे अधिक और मरुस्थलों तथा ध्रुवीय क्षेत्रों में सबसे कम होती है।

7.5 बनने में धीमी, खोने में तेज़

मृदा कितनी तेज़ी से बनती है? मृदा-उत्पादन, यानी वह दर जिससे अपक्षय प्रोफ़ाइल के आधार पर चट्टान को मृदा में बदलता है, संसार भर के अनेक स्थलों पर मापा गया है, और वह दर भी जिससे सतह से मृदा का अपरदन होता है। इन मापनों का एक संकलन नीचे दी गई प्रतिनिधि (माध्यिका) दरें देता है, हर एक प्रति वर्ष मृदा की मोटाई के रूप में व्यक्त।

प्राकृतिक वनस्पति के नीचे मृदा का अपरदन लगभग उतनी ही तेज़ी से होता है जितनी तेज़ी से वह बनती है, लगभग $0.02\,\mathrm{mm}$ प्रति वर्ष: लगभग छह शताब्दियों में एक सेंटीमीटर। पारंपरिक जुताई में, जो फ़सलों के बीच ज़मीन को नंगा छोड़ देती है, अपरदन की माध्यिका दर $1.5\,\mathrm{mm}$ प्रति वर्ष है, मृदा-उत्पादन की दर का नब्बे गुना। संरक्षण खेती में, जो मृदा को कम छेड़ती है और उसे ढका रखती है, माध्यिका घटकर $0.08\,\mathrm{mm}$ प्रति वर्ष रह जाती है, जो उत्पादन की दर के कहीं अधिक निकट है।

विधि 7.9 (बनने की दर की अपरदन की दर से तुलना)

1. दोनों दरों को एक ही इकाई (मिलीमीटर प्रति वर्ष) में व्यक्त कीजिए।
2. शुद्ध हानि अपरदन की दर $E$ में से उत्पादन की दर $P$ घटाने पर मिलती है।
3. मोटाई $S$ की मृदा $T = S/(E - P)$ वर्षों में खो जाती है; यदि $E \le P$, तो मृदा नहीं खो रही है।
4. शून्य से मोटाई $S$ बनाने में $S/P$ वर्ष लगते हैं।

इन दरों के साथ एक मीटर मृदा को बनने में लगभग $1000/0.017 \approx 59\,000$ वर्ष लगते हैं, और पारंपरिक जुताई में यह लगभग $1000/(1.537 - 0.017) \approx 660$ वर्षों में खो सकती है। मानवीय समय-पैमानों पर मृदा एक ऐसा संसाधन है जिसका नवीकरण नहीं होता।

7.6 अभ्यास

अभ्यास 7.1 ★

रासायनिक अपक्षय और जल-अपघटन की परिभाषा दीजिए।

हल

हल — अभ्यास 7.1.

रासायनिक अपक्षय जल और उसके द्वारा ले जाई जाने वाली गैसों (कार्बन डाइऑक्साइड, ऑक्सीजन) के साथ अभिक्रियाओं द्वारा किसी चट्टान के खनिजों का रूपांतरण है: कुछ खनिज घुल जाते हैं, कुछ सतह पर स्थायी नए खनिज बन जाते हैं। जल-अपघटन जल और उसके हाइड्रोजन आयनों द्वारा किसी सिलिकेट का रासायनिक अपक्षय है: धातु आयन विलयन में चले जाते हैं और खनिज का बाक़ी भाग एक मृत्तिका खनिज में पुनर्गठित हो जाता है।

अभ्यास 7.2 ★

सैप्रोलाइट क्या है? आप सैप्रोलाइट को नदी द्वारा लाई गई रेत में बनी मृदा से कैसे अलग पहचान सकते हैं?

हल

हल — अभ्यास 7.2.

सैप्रोलाइट अपने स्थान पर ही अपघटित चट्टान है: नरम और मिट्टी जैसी होते हुए भी वह अपनी जनक चट्टान के कण, पट्टियाँ और संरचना बनाए रखती है और नीचे की ओर, बिना किसी विराम के, ताज़ी चट्टान में बदल जाती है। नदी की रेत में बनी मृदा कहीं और से लाए गए पदार्थ पर टिकी होती है: उसके कण गोल और छँटे हुए होते हैं, और उसमें अपने नीचे की चट्टान की कोई संरचना नहीं दिखती।

अभ्यास 7.3 ★

किसी ग्रेनाइट के अपक्षय के उत्पादों के नाम बताइए: उसके तीन मुख्य खनिजों में से हर एक क्या बन जाता है?

हल

हल — अभ्यास 7.3.

फ़ेल्डस्पार मृत्तिका (केओलिनाइट) बन जाते हैं और पोटैशियम, सोडियम या कैल्शियम तथा सिलिका को जल में मुक्त करते हैं; काला अभ्रक मृत्तिका और लोहे के ऑक्साइड बन जाता है; क्वार्ट्ज़ अपरिवर्तित, रेत के रूप में, बचा रहता है।

अभ्यास 7.4 ★

अपक्षयित चट्टानें और उष्णकटिबंधीय मृदाएँ इतनी बार लाल, पीली या भूरी क्यों होती हैं?

हल

हल — अभ्यास 7.4.

गहरे रंग के खनिजों का लोहा, $\ce{Fe^2+}$, जल द्वारा लाई गई ऑक्सीजन से अविलेय लोहा(III) ऑक्साइडों में ऑक्सीकृत हो जाता है: पीला-भूरा गोएथाइट और लाल हेमेटाइट, जो कणों पर परत चढ़ाकर पूरे पदार्थ को रंग देते हैं।

अभ्यास 7.5 ★

दंड आरेख की सहायता से मृदा-उत्पादन की माध्यिका दर और पारंपरिक जुताई में अपरदन की माध्यिका दर बताइए। दूसरी दर पहली से कितने गुना बड़ी है?

हल

हल — अभ्यास 7.5.

$0.017\,\mathrm{mm}$ प्रति वर्ष और $1.537\,\mathrm{mm}$ प्रति वर्ष: $1.537/0.017 \approx 90$ गुना बड़ी।

अभ्यास 7.6 ★★

जाँचिए कि कैल्साइट के विलयन का समीकरण हर तत्त्व के लिए और आवेश के लिए संतुलित है।

हल

हल — अभ्यास 7.6.

कैल्शियम: 1 और 1। कार्बन: $1 + 1 = 2$ और 2। ऑक्सीजन: $3 + 2 + 1 = 6$ और $2 \times 3 = 6$। हाइड्रोजन: 2 और 2। आवेश: 0, और $+2 - 2 = 0$।

अभ्यास 7.7 ★★

चूना पत्थर पूरी तरह घुल जाता है, ग्रेनाइट रेत और मृत्तिका छोड़ता है। अध्याय की दो अभिक्रियाओं की सहायता से यह अंतर समझाइए।

हल

हल — अभ्यास 7.7.

कैल्साइट के विलयन से केवल घुले हुए आयन, $\ce{Ca^2+}$ और $\ce{HCO3-}$, बनते हैं: सब कुछ बह जाता है और शुद्ध चूना पत्थर कोई ठोस अवशेष नहीं छोड़ता। फ़ेल्डस्पार के जल-अपघटन से एक ठोस, केओलिनाइट, बनता है, जो बना रहता है; और ग्रेनाइट का क्वार्ट्ज़ लगभग अभिक्रिया ही नहीं करता। इसलिए ग्रेनाइट मृत्तिका और रेत छोड़ता है।

अभ्यास 7.8 ★★

समझाइए कि मृत्तिका–ह्यूमस संकुल उस मृदा में पोटैशियम को कैसे बनाए रखता है जिसमें से वर्षा बहकर निकलती है, और जड़ उसे कैसे लेती है।

हल

हल — अभ्यास 7.8.

मृत्तिका की पपड़ियों और ह्यूमस पर ऋणात्मक आवेश होते हैं जो धनात्मक पोटैशियम आयनों $\ce{K+}$ को अपनी सतहों पर थामे रखते हैं, ताकि बहकर निकलता वर्षा-जल उन्हें बहा न ले जाए। एक जड़ हाइड्रोजन आयन छोड़ती है, जो पपड़ियों पर पोटैशियम का स्थान ले लेते हैं; मृदा-जल में मुक्त हुआ पोटैशियम जड़ द्वारा ग्रहण कर लिया जाता है।

अभ्यास 7.9 ★★

लैटेराइट गरम, आर्द्र जलवायु में बनते हैं, ठंडी या शुष्क जलवायु में नहीं: इसके दो कारण बताइए।

हल

हल — अभ्यास 7.9.

रासायनिक अपक्षय को जल चाहिए, जो आर्द्र जलवायु में प्रचुर और शुष्क जलवायु में दुर्लभ होता है (और ठंडी जलवायु में जमा हुआ); और उसकी अभिक्रियाएँ गरमी में अधिक तेज़ चलती हैं। केवल ऊष्मा और प्रचुर जल के साथ, लंबे समय तक, ही अभिक्रियाएँ इतनी आगे जाती हैं कि लगभग सब कुछ विलेय हट जाए और लोहे तथा ऐलुमिनियम के ऑक्साइड बच जाएँ।

अभ्यास 7.10 ★★

मृदा-उत्पादन की माध्यिका दर $0.017\,\mathrm{mm}$ प्रति वर्ष है। $1\,\mathrm{cm}$, $30\,\mathrm{cm}$ और $1\,\mathrm{m}$ मृदा बनने में कितना समय लगता है?

हल

हल — अभ्यास 7.10.

$1\,\mathrm{cm}$ के लिए $10/0.017 \approx 590$ वर्ष; $30\,\mathrm{cm}$ के लिए $300/0.017 \approx 17\,600$ वर्ष; $1\,\mathrm{m}$ के लिए $1000/0.017 \approx 59\,000$ वर्ष।

अभ्यास 7.11 ★★

अपरदन की दरें प्रायः प्रति हेक्टेयर प्रति वर्ष मृदा के द्रव्यमान के रूप में दी जाती हैं। $1200\,\mathrm{kg}/\mathrm{m}^{3}$ के मृदा-घनत्व के साथ, प्रति वर्ष $1.5\,\mathrm{mm}$ की हानि एक हेक्टेयर ($10\,000\,\mathrm{m}^{2}$) पर कितना द्रव्यमान दर्शाती है?

हल

हल — अभ्यास 7.11.

आयतन: $10\,000 \times 0.0015 = 15\,\mathrm{m}^{3}$; द्रव्यमान: $15 \times 1200 = 18\,000\,\mathrm{kg}$, प्रति हेक्टेयर प्रति वर्ष $18$ टन।

अभ्यास 7.12 ★★★

किसी शीतोष्ण क्षेत्र की पहाड़ियों के नीचे $46\,\mathrm{m}$ मोटी सैप्रोलाइट बनी है। यदि अपक्षय चट्टान में $0.017\,\mathrm{mm}$ प्रति वर्ष की दर से आगे बढ़ा हो, तो इसमें कितना समय लगा होगा? उत्तर ऐसे भूदृश्य की आयु के बारे में क्या संकेत देता है?

हल

हल — अभ्यास 7.12.

$46\,000/0.017 \approx 2.7$ मिलियन वर्ष। इतनी मोटी सैप्रोलाइट के लिए ऐसा भूदृश्य चाहिए जो कई मिलियन वर्षों तक स्थिर रहा हो, और जिसका अपक्षयित आवरण उतारा न गया हो।

अभ्यास 7.13 ★★★

अध्याय में दिया गया $\ce{Fe^2+}$ के गोएथाइट में ऑक्सीकरण का समीकरण लिखिए और उसकी जाँच कीजिए। फिर ऑक्सीजन और जल द्वारा $\ce{Fe^2+}$ के हेमेटाइट, $\ce{Fe2O3}$, में ऑक्सीकरण का समीकरण, $\ce{H+}$ मुक्त करते हुए, लिखिए और संतुलित कीजिए।

हल

हल — अभ्यास 7.13.

गोएथाइट: $\ce{4 Fe^2+ + O2 + 6 H2O -> 4 FeO(OH) + 8 H+}$: लोहा 4 और 4, ऑक्सीजन $2 + 6 = 8$ और $4 \times 2 = 8$, हाइड्रोजन 12 और $4 + 8 = 12$, आवेश $+8$ और $+8$। हेमेटाइट: $\ce{4 Fe^2+ + O2 + 4 H2O -> 2 Fe2O3 + 8 H+}$: लोहा 4 और 4, ऑक्सीजन $2 + 4 = 6$ और 6, हाइड्रोजन 8 और 8, आवेश $+8$ और $+8$।

अभ्यास 7.14 ★★★

संरक्षण खेती में अपरदन की माध्यिका दर $0.082\,\mathrm{mm}$ प्रति वर्ष है। $0.017\,\mathrm{mm}$ प्रति वर्ष के मृदा-उत्पादन के साथ $30\,\mathrm{cm}$ मृदा खोने में कितना समय लगता है? पारंपरिक जुताई से तुलना कीजिए।

हल

हल — अभ्यास 7.14.

शुद्ध हानि $0.082 - 0.017 = 0.065\,\mathrm{mm}$ प्रति वर्ष; $300/0.065 \approx 4600$ वर्ष। पारंपरिक जुताई में $300/1.52 \approx 200$ वर्ष: बीस गुना से भी अधिक कम।

अभ्यास 7.15 ★★★

एक ग्रेनाइट में द्रव्यमान के अनुसार $30\,\%$ ऑर्थोक्लेज़ है। जब इस ग्रेनाइट के एक टन का सारा ऑर्थोक्लेज़ अपक्षयित हो चुका हो, तो कितना केओलिनाइट बनता है, और कितना पोटैशियम मुक्त होता है?

हल

हल — अभ्यास 7.15.

एक टन में $300\,\mathrm{kg}$ ऑर्थोक्लेज़ है। हर किलोग्राम $464\,\mathrm{g}$ केओलिनाइट देता है: $300 \times 0.464 \approx 139\,\mathrm{kg}$। पोटैशियम: $300 \times 0.1405 \approx 42\,\mathrm{kg}$।

7.7 समस्या: एक मृदा का जीवनकाल

समस्या 7.1

सप्ताहांत समस्या — चट्टान से खेत तक और वापस नदी तक

भाग I — एक प्रोफ़ाइल।

1. चित्र के तले के पास पैमाना 4 फ़ुट तक पहुँचता है। यह कितनी गहराई है, मीटर में?
2. शीर्ष की गहरी परत लगभग आधा फ़ुट तक पहुँचती है। वह कितनी मोटी है, सेंटीमीटर में?
3. इस शीर्ष परत को उसका गहरा रंग कौन देता है?
4. नीचे मृदा लालिमा लिए भूरी है। कौन-से खनिज उसे यह रंग देते हैं, और वे कैसे बने?
5. क्या फ़ोटो में जनक चट्टान दिखाई देती है? चित्र के तले के नीचे आप क्या मिलने की अपेक्षा करेंगे?

भाग II — अपक्षयित होते ग्रेनाइट का रसायन।

6. ऑर्थोक्लेज़ के जल-अपघटन का समीकरण लिखिए।
7. $1\,\mathrm{kg}$ में ऑर्थोक्लेज़ के कितने मोल हैं ($278.33\,\mathrm{g}/\mathrm{mol}$)?
8. वे कितना केओलिनाइट ($258.16\,\mathrm{g}/\mathrm{mol}$) देते हैं?
9. जल में क्या निकल जाता है, और वह कहाँ जाता है?
10. ग्रेनाइट के क्वार्ट्ज़ का क्या होता है?

भाग III — बनना बनाम अपरदन।

11. मृदा $0.017\,\mathrm{mm}$ प्रति वर्ष की दर से बनती है। भाग I का प्रोफ़ाइल बनने में कितना समय लगता है?
12. पारंपरिक जुताई में मृदा का अपरदन $1.537\,\mathrm{mm}$ प्रति वर्ष होता है। हर वर्ष शुद्ध हानि कितनी है?
13. भाग I का प्रोफ़ाइल कितने समय तक टिकेगा?
14. प्रश्न 11 और 13 के दोनों समयों की तुलना कीजिए।
15. प्राकृतिक वनस्पति के नीचे अपरदन $0.013\,\mathrm{mm}$ प्रति वर्ष है। क्या मृदा खो रही है?

भाग IV — मृदा का जीवनकाल।

16. समय $T$ को, जो मोटाई $S$ की मृदा खोने में लगता है, $S$, अपरदन की दर $E$ और उत्पादन की दर $P$ के फलन के रूप में लिखिए।
17. $T$ परिकलित कीजिए, पारंपरिक जुताई में $S = 30\,\mathrm{cm}$ के लिए।
18. $T$ परिकलित कीजिए, संरक्षण खेती में $S = 30\,\mathrm{cm}$ के लिए ($0.082\,\mathrm{mm}$ प्रति वर्ष)।
19. मृदा को ऐसा संसाधन क्यों कहा जा सकता है जिसका मानवीय समय-पैमानों पर नवीकरण नहीं होता?
20. पारंपरिक जुताई में एक मीटर मृदा खोने में कितना समय लगता है?

हल

हल — समस्या 7.1.

1. $4 \times 0.3048 \approx 1.22\,\mathrm{m}$।

2. $0.5 \times 30.48 \approx 15\,\mathrm{cm}$।

3. ह्यूमस, वह गहरे रंग का कार्बनिक पदार्थ जिसे अपघटक मृत पौधों से बनाते हैं।

4. लोहे के ऑक्साइड, गोएथाइट और हेमेटाइट, जो जनक पदार्थ के खनिजों के लोहा(II) के ऑक्सीकरण से बने।

5. नहीं। नीचे प्रोफ़ाइल अपक्षयित चट्टान, यानी सैप्रोलाइट (या कोई अन्य अपक्षयित पदार्थ), में और फिर ताज़ी जनक चट्टान में बदल जाएगा।

6. $\ce{2 KAlSi3O8 + 2 H+ + 9 H2O -> Al2Si2O5(OH)4 + 2 K+ + 4 H4SiO4}$।

7. $1000/278.33 \approx 3.59\,\mathrm{mol}$।

8. $3.59/2 \approx 1.80\,\mathrm{mol}$ केओलिनाइट, $1.80 \times 258.16 \approx 464\,\mathrm{g}$।

9. पोटैशियम आयन और घुली हुई सिलिका: जल उन्हें नदियों तक ले जाता है, और नदियाँ समुद्र तक।

10. वह लगभग अभिक्रिया नहीं करता: क्वार्ट्ज़ के कण रेत के रूप में बचे रहते हैं।

11. $1219/0.017 \approx 72\,000$ वर्ष।

12. $1.537 - 0.017 = 1.52\,\mathrm{mm}$ प्रति वर्ष।

13. $1219/1.52 \approx 800$ वर्ष।

14. $72\,000/800 = 90$: प्रोफ़ाइल जितनी तेज़ी से बना उससे नब्बे गुना तेज़ी से खो जाता है।

15. नहीं: $0.013 < 0.017$, अपरदन उत्पादन से थोड़ा धीमा है और मृदा टिकी रहती है।

16. $T = S/(E - P)$।

17. $300/1.52 \approx 200$ वर्ष।

18. $300/(0.082 - 0.017) = 300/0.065 \approx 4600$ वर्ष।

19. कुछ शताब्दियों में खोई मृदा को फिर से बनने में दसियों हज़ार वर्ष लगते हैं: मानव जीवन और समाजों के पैमाने पर जो खो गया उसकी पूर्ति नहीं होती।

20. $1000/1.52 \approx 660$ वर्ष: पारंपरिक जुताई में एक मीटर मृदा लगभग 660 वर्षों में, यानी कुछ शताब्दियों में, खो जाती है।