Jord danner et økosystem med komplekse næringsnett mellom bakterier, sopp, planter og planterøtter, og dyr. Jord inneholder mye organisk karbon. Jordas evne til å holde på vann, bufferkapasitet, samt næringsinnhold nødvendig for plantevekst (makronæringsstoffer og mikronæringsstoffer) (edafiske faktorer) varierer med forskjellige jordtyper. Leire har meget liten partikkelstørre og stor evne til å binde kationer og vann. Kvikkleire er leire avsatt på sjøbunn og deretter løftet opp etter landheving etter siste istid. Salter stabiliserer kvikkleire, men hvis saltet vaskes ut renner leira som en velling og gir kvikkleireskred. Sandjord holder lite på vann og har liten evne til å binde kationer.
Jordtyper
Jord kan deles inn etter geologisk dannelsesmåte i:
Morenejord - isbreers bearbeiding av fjellgrunnen.
Sedimentærjord - løsmaterialer avsatt i vann.
Forvitringsjord - frost og vanns påvirkning av fjellgrunnen.
Organisk jord - torv, moldjord, humus, skjellsandavleiringer.
Oversvømt anaerob jord: Jord som er oversvømt av vann fra flom større deler av året
Bergarter og jord
Bergartene som er utgangsmateriale for jorda kan deles i eruptiver (krystalliserte smeltemasser), sedimenter (løsmaterialer avsatt i vann) og omdannede (metamorfe) bergarter (omdannet under stort trykk). De eruptive kan videre inndeles i dagbergarter, gangbergarter og dypbergarter. Mineralkornenes størrelse vil påvirkes av om bergartene er eruptive, sedimentære eller metamorfe. Størknende (eruptive) bergarter som avkjøles sakte får større krystaller enn de som avkjøles raskt. Inneholder bergarten mye kisel kalles de sure. Lite kisel og mye kalsium og magnesium gir basiske bergarter. Skjer avkjølingen å jordoverflaten fås en dagbergart med små krystaller (f.eks. rombeporfyr). Skjer avkjølingen i sprekker fås en gangbergart, og dypt nede en dypbergart.
Dypbergarten har store krystaller f.eks. granitt (sur), syenitt (middels sur), gabbro (basisk). Mye silisium gir sure bergarter (granitt, gneis, syenitter, kvartsitt, sparagmitt). Lite silisium og mye kalsium og magnesium gir basiske bergarter f.eks. kalkspatholdige skifre og kalkstein, leirskifer, leirglimmerskifer (fylitt, gabbro, dioritt).
Gneis er en sur bergart
Konglomerat, Kolsås
Konglometerater fra morener eller elvegrus er sammenkittet sand, grus og småstein. Konglomerat er en sedimentær bergart.
Sedimenter er sammenbundet grus, sand og organisk materiale (f.eks. konglomerat, sandstein, leirskifer, kalkstein, kull). Jorda har tre faser: fast fase, væskefase og gassfase. Porene mellom mineralpartiklene og humusstoffene som er fylt med luft eller vann er stedet for jordorganismene lever (edafon). Jorda har stort spesifikt overflateareal som kan være fra 20-1000 m2 g-1 jord.
Erosjon lager sedimenter. Sedimenter kan bli omdannet til sedimentære bergarter. Leire blir til leirstein, sand til sandstein og kalkslam til kalkstein. En forsteining under stort press og trykk presser ut vann fra sedimentene. Sandstein kan omdannes til kvartsitt.Romrikssandstein med feltspat er rødfarget fra oksidert jern, og ca. 400 millioner år gammel. Leirskifer kan bli omdannet til fyllitt og glimmerskifer
Jordstruktur
Jordstrukturen bestemmes av partikkelstørrelse og humusinnhold. Jord som kultiveres og overutnyttes er utsatt for jorderosjon. Jorda inneholder blokker, steiner, grus, sand, silt og leire med forskjellig partikkelstørrelse (Wentworths skala) Leire er uorganiske kolloider (jern-aluminiumsilikater, leirpartikler 1-100 nanometer (nm)) og humuskolloider med negativ elektrisk ladning. Kationer bindes til kolloidene og kan tas opp av plantene ved ionebytting. Jo større ladning kationene har desto sterkere bindes de til kolloidene og for kationer med samme ladning bindes de med minst hydratiseringsvann hardest. Jord kan også inneholde organiske kolloider i form av humus og humusstoffer.
I rekken nedenfor bindes kationene lengst til venstre i rekken hardest:
H+ (protoner) > Al3+ (treverdig aluminium) > Ca2+ (kalsium) > Mg2+ (magnesium) >NH4+ (ammonium) >Cs+ (cesium) > K+ (kalium) > Na+ (natrium)
Det er også bindingsmuligheter for anioner, men adskillig færre enn for kationer. I rekken fosfat (PO43- ), sulfat (SO42- ), nitrat (NO3- ), klorid (Cl- ) bindes fosfat sterkest. Få bindingsseter for nitrat gjør et nitrat fra gjødsel lett vaskes ut i vann og vassdrag og gir eutrofiering.
pH i jord
Det er en rekke buffersystemer i jorda avhengig av pH. Ved pH lavere enn 4 er det aluminium og jernbuffersystemer. I området pH 4-5 er det silikat og utbytningsreaksjonbuffere. Ved pH større enn 6 er det et karbonat-buffersystem. De fleste jordtyper i fuktige strøk er svakt sure til nøytrale. I jord varierer pH fra 3 til 9. Saltjord kan ha pH 7.3 - 8.5, mens en myrjord kan ha pH 3. Myr er markert sur. pH måles i en vandig løsning av siktet jord i forholdet jord:vann 1:2.5 eller 1:1. pH i jord er vanskelig å tolke. F.eks. vil hydratisert aluminium innvirke på jordas pH.
Strøfall fra barskog og lyng gir surt og tungt nedbrytbart strøfall sammenlignet med strøfall fra varmekjær løvskog med edelløvtrær.
Forsuring har følgende årsaker: 1) Fjerning av basekationer ved utvasking og ionebytting. Heri inngår sur nedbør og naturlige forsuringsprosesser. 2) Utskillelse av organiske syrer fra planterøtter og mikroorganismer. 3) Utvasking av surt strøfall. 4) Dissosiasjon av karbonsyre som akkumuleres i jorden som et produkt av respirasjon og fermentering. 5) Nitrifikasjon og opptak av ammonium (NH4+) i bytte med protoner (H+). I tillegg kommer forsuring fra svovelsyre og salpetersyre som kommer med nedbør som resultat av oksidasjon av henholdsvis svoveldioksid (SO2) og nitrogenoksider (NOx) i atmosfæren.
Avhengig av utgangsmateriale og grad av metning av kolloider med kationer er jorden buffret innen visse pH områder. Kalkjord buffres primært av systemet kalsiumkarbonat / kalsium hydrogenkarbonat, CaCO3/Ca(HCO3)2 og er derfor svakt basisk. pH i jorda varierer med årstidene og lokalt nedover i jorda. pH påvirker strukturen i jorda og prosesser som forvitring, humifisering og ionebytting. I sterkt sur jord kan Al3+ frigjøres og virke som gift for planterøttene, samt kalsium, magnesium, kalium, fosfor og molybden utvaskes. I alkalisk jord blir jern, mangan, fosfor og visse sporelementer bundet så hardt i uløselige komplekser at plantene vanskelig får tak i dem. pH i jorden påvirker næringstilgangen til plantene. I sur jord dominerer sopp, og det er lite bakterier. Nedbrytningen via nitrifikasjon går derved sakte, og det skjer en akkumulering av ammonium. Omdannelse av organisk nitrogen til ammonium kalles ammonifisering. Sopp er mer resistent mot sure betingelser og dominerer på sur jord. Nitrifikasjon gir også forsuring. Under pH 3 og over pH 9 forårsakes som regel stor skade på planterøttene.
De mest næringsrike jordtypene er i rekkefølgen:1) kalkspat. 2) leirskifer, fylitter. 3) gabbro, dioritt. 4) granitt, gneis (syenitt, glimmerskifer). 5) kvartsitt, sparagmitt (eks. Rondane).
Det organiske materiale blir omdannet på forskjellige måter avhengig av hvilken vegetasjon det kommer fra og omsetningsforholdene i jorda. Planterester fra løvskog samt god tilgang på luft, næringsrikt vann og varme gir rask nedbrytning. Når det er stort innhold av organisk materiale blir jorda kalt mold. Meitemark blander den organiske jorda og mineraljorda. Under mer ugunstige forhold (mye nedbør, lav temperatur, sure betingelser, liten oksygentilgang) blir det organiske materiale omdannet til råhumus. Den danner en avgrenset matte over mineraljorda sammenvevd av sopphyfer. Døde planterester vil gradvis gå over til humus, som er dødt organisk materiale. Etter grad av nedbrytning og innhold av mineraljord fås torv, råhumus eller mold. Jord inneholder en stor mengde bakterier og arkebakterier som deltar sammen med sopp i nedbrytning av organisk materiale. I skogsjord er det bundet store mengder CO2 i form av organisk karbon i levende og dødt materiale,
Jorda blir kontinuerlig påvirket av varme, frost, vind og vann. Jorda blir påvirket og også skapt av vegetasjonen som vokser på den og av organismene som lever i den. Den kontinuerlige påvirkningen på overflaten fører til differensiering i bestemte lag fra jordens overflate ned til det opprinnelige upåvirkete materiale som kan karakteriseres i jordprofiler som f.eks. podsolprofil, brunjordprofil og sumpjordprofil. På fuktig jord kan planter drepes ved at blågrønnbakterier skiller ut polysakkarider som hemmer avrenning av vann, noe som gir oppvekstmuligheter for sulfatreduserende bakterier (Desulfovibrio desulfuricans). Sulfatreduserende bakterier lager et svart lag med svovelutfellinger like under jordoverflaten sammen med illeluktende hydrogensulfid (H2S).
Kationbytterkapasiteten (CEC) er et mål på antall negative ladninger på jordpartiklene som kan tiltrekke seg utbyttbare kationer. CEC i leirjord er fra 40-50 milliekvivalenter (mekv) per 100 g og fra 160-250 mekv per 100 g organisk jord. 1 milliekvivalent (mekv) er mengden stoff som vil reagere med eller erstatte 1 mg H. CEC påvirkes av leir- og humusinnholdet.
Jordprolfiler
Podsolisering med podsolprofil skjer i temperert barskog i kaldt klima med mye nedbør. Øverst i podsolprofilet er det et tykt humuslag hvor det vaskes ut organiske syrer. Protoner (H+) fra syrene erstatter kalsium (Ca2+), magnesium ( Mg2+) ,kalium ( K+) og andre kationer som blir vasket ut. I anrikningslaget skjer det utfelling av humuskolloider, jernoksid ( Fe2O3) og aluminiumoksid (Al2O3). Spodosolprofilet (podsol) kan være av typen jern-humuspodsol, jernpodsol, humuspodsol, eller jernpanne. Jordtypen får endelsen -sol, fra det latinske solum = jord. Se podsolprofil, brunjordsprofil og sumpjordprofil.
Laterittisering skjer i tropiske strøk med varmt klima og mye nedbør. Jorden inneholder lite organisk materiale og omtrent hele næringskapitalen befinner seg i vegetasjonen. Jorden er rødfarget og inneholder oksider av jern og aluminium.
Kalsifisering skjer på grassletter med lite nedbør med veksling i varmt og kaldt klima hvor det er kalsiumrik humus som feller ut kalsiumkarbonat (CaCO3) i et steinhardt lag. Gleizering skjer på en vannmettet tundra i kaldt og fuktig klima. Øverst ligger en vannmettet torv. Lenger ned i profilet kan det finnes en blågrå leire med utfelling av jernoksid (FeO). Saltbitterjord er en grå, alkalisk jord i tørre strøk med stor fordampning som øverst i Gudbrandsdalen.
Leirjordsprofil skyldes høyt innhold av finleire. Blåleire er lite forvitret. Særlig hestehov trives på leire. Ved tråkk blir leirjorda tett og kompakt og gir bla. tunrapp gode vekstbetingelser.
Mojord har mye partikler mellom 0.06 og 0.002 mm, en mellomting mellom finsand og grovleire. Eksempler er mjela på Romeriket, kvabb i Østerdalen (fra sparagmitt) og Hallingdal (kvitkvabb), koppjord i Solør etter oversvømmelse og avsetning av finpartikler, kleimjord i Solør etter oversvømmelse av Glomma om våren. Andre typer jord er skredjord, forvitringsjord, morenejord, flyvesand og organisk jord (myr), og grusjord. Frostsprengning kan gi skredjord.
Noen andre jordprofiler/jordtyper:
Aridisol - (l. aridus=tørr) Jord i tørre strøk. Entisol - Nyavsatt jord uten profildannelse. Histosol- (gr. histos=vev) Organisk jord, myr. Inceptisol - (l. inceptum=begynnelse) Ung uforvitret jord. Mollisol - (l. mollis=myk) Moldjord med høy basmetning, brunjord. Oxisol= latisol - Jord med oksidert lag, lav CEC, bestående av kaolinit, jernoksider og kvarts. Spodosol - (gr. spodos=treaske) Sterkt utvasket, podsol. Ultisol - (l. ultimus=sist) Sterkt utvasketeks. lateritt. Vertisol - (l. verto=snu) Mye montmorillonit, dype sprekker, tropisk.
Planter og jord
Plantene utøver hovedkontrollen i økosystemet fordi det er via plantene karbon og næringsstoffer kommer inn i økosystemet. Plantene er spesialisert til en rekke forskjellige terrestriske systemer. Artene med størst surhetstoleranse som gran, furu, røsslyng etc produserer et tungt nedbrytbart strø på grunn av lavt nitrogeninnhold og høyt innhold av løselige fenoler. På slik jord blir det et tykt råhumuslag med liten nitrifikasjon. Syreproduksjonen som følger av ammoniumopptak (NH4+) kommer i de øverste 10 - 20 cm i jordprofilet. Dette gir podsoldannelse. Vi kan si at en granskog naturlig vil gi en forsuring. En utvikling fra "rik" til "fattig" vegetasjon gir et naturlig syrestress. Det er en nær sammenheng mellom syrestress og næringsmangel. Det er kjent at aluminium kan påvirke opptaket av magnesium hos gran. Under "Svartedauen" hvor dyrkingen av jorda stoppet opp og skogen rykket frem på nytt var det en naturlig forsuringsprosess. Dette må ikke blandes sammen med de effektene vi får av "sur nedbør".
Avhengig av innholdet av kvarts (SiO2) kan jorda deles inn i: 1)> 66 % sur jord. 2) 52-66 % middels. 3) 45-52 % basisk. 4) < 45 % ultrabasisk
På sur dyrket mark vokser småsyre og linbendel. I en kraftig utviklet podsol kan det etter hvert bli problemer med naturlig foryngelse. Nye individer klarer ikke å få røttene ned til utfellingslag og undergrunn hvor det er god næringstilgang. For å bøte på dette drives skogplanting. Dette påvirker den naturlige utviklingen av skogsøkosystemet. Et skogsøkosystem utviser større eller mindre grad av stabilitet og elastisitet. Undersøkelse av dette økosystemet har to formål. Forklare hva som skjer og stille en prognose for utviklingen av økosystemet som påvirkes ved menneskelig aktivitet. Begreper som "klimakssamfunn" og "naturlige plantesamfunn" uttrykker at økosystemet er klimaavhengig, men vi vet lite om de tidsavhengige prosesser.
Redokspotensialet i jord: Vi kan bruke følgende inndeling av jord avhengig av redokspotensialet: 1) Oksidert jord +400 til +600 mV. 2) Moderat redusert jord -300 til + 100 mV. 3) Redusert jord -300 til +100 mV. Grensen for å få dannet lystgass er + 200 mV. Ved -200 mV reduseres lystgass (N2O) videre til nitrogengass (N2). Jfr. anaerob jord.
Dyr og jord
Mikrofauna omfatter protozooer, rotiferer, og nematoder. Mesofauna er midd, spretthaler (collemboler) størrelse 100 μm-2 mm. Makrofauna 2 mm - 20 mm e.g. jordmaur, midd. Megafauna >20 mm e.g. tusenbein og meitemark.
Bergarter som forvitrer og blir til jord
Granitt er en eruptiv dypbergart bestående av kvarts, alkalifeltspat og glimmer. Som gangbergart blir den til kvartsporfyrer. Feltspat deles inn i alkalifeltspat (eks. ortoklas) og kalsium-natrium-feltspat (plagioklas). Større mengder feltspat finnes i pegmatittganger. Dypbergarten syenitt består av kalsium-natrium (Ca-Na)-feltspat, med innslag av plagioklas, glimmer, hornblende og pyroksan. Gangbergarter og dagbergartene i denne gruppen kalles feltspatporfyrer f.eks. rombeporfyr. Dypberarten dioritt består av plagioklas med hornblende, pyroksen og glimmer. Dypbergarten gabbro er mørk og tung og består av plagioklas og pyroksen. Pyroksen kan erstattes av hornblende. Som gangbergart blir den diabas og som dagbergart basalt. Sedimentære bergarter blir til konglomerater, sandstein, leirskifer. Organiske sedimenter blir til kalkstein, kull eller flint. Kalkstein består av kalkspat (CaCO3) pluss leire og kvarts. Metamorfe bergarter kalles krystallinske skifere. Leirskifer kan ved metamorfose gå over til fylitt (leirglimmerskifer). Kvartssandstein omdannes til kvartsitt eller kvartsskifer hvis den inneholder glimmer. Kalkstein og dolomitt kan gå over til marmor. Gneis er en krystallinsk bergart med forskjellig opprinnelse. Den kan dannes ved metamorfose av kvartsitt og granitt.
Fjellet forvitrer ved mekanisk erosjon. Vann i sprekker som fryser til is kan gi et trykk på 10.000 kgcm-2. Planterøtter virker også med fysisk kraft. Kvarts og muskovit forvitrer meget seint. Feltspat og biotitt forvitrer seint; og augitt, hornblende, olivin og kalsitt forvitrer lett. Kjemisk forvitring skyldes sur nedbør, organiske syrer fra lav og planter og generelt andre sure nedbrytningsprodukter. Karbondioksid (CO2) fra respirasjonen hos jordlevende organismer og planterøtter kan øke forvitringen.
De vanligste mineralene i jorda er:
Kvarts (SiO2). Ortoklas (KAlSi3O8). Na-plagioklas (NaAlSi3O8). Ca-plagioklas (CaAl2Si2O8). Muskovitt (lys glimmer) (KAl3Si3O10(OH)2). Biotitt (mørk glimmer (KAl(Mg,Fe)3Si3O10(OH)2). Hornblende (Ca2Al2Mg2Fe3Si6O22(OH)2). Augitt (Ca2(Al,Fe)4(Mg,Fe)4Si6O24). Kalsitt (CaCO3). Dolomitt (CaMg(CO3)2). Gips (CaSO4 2H2O). Apatitt (Ca5(PO4)3 (Cl,F)). Gibbsitt (Al(OH)3). Kaolinitt (Al2Si2O5 (OH)4). Hematitt (Fe2O3). Potlandit (Ca(OH)2). Brucitt (Mg(OH)2). Hydroksyapatitt (Ca5(PO4)3OH).
Litteratur:
Wikipedia