مفاهیم کلیدی: خاک، آب، رطوبت، رنگ
مشاهده علمي ۱۶۴
مقدمه:
آیا تا به حال برایتان اتفاق افتاده است که در جایی به ظاهر خشک قدم بگذارید اما در همان لحظه متوجه شوید که پای‌تان در گِل فرو رفته است؟ راه رفتن و قدم گذاشتن در گِل یک تجربه‌ی بسیار کثیف است! چگونه قبل از قدم گذاشتن به جایی می‌توان تشخیص داد خاک آن خشک است یا مرطوب؟ در این فعالیت علمی شما بررسی خواهید کرد که آیا می‌توان بر اساس رنگ خاک میزان رطوبت آن را تشخیص داد
پیش‌زمینه:
میزان آب موجود در یک نمونه خاک رطوبت نام دارد. رطوبت بسیار مهم است و مقدار آن برای رشد موجودات باید مقداری تعادلی باشد (نه خیلی خشک و نه خیلی خیس). به طور خاص، میزان رطوبت خاک باید مطابق با نیازهای گیاهان، حیوانات و سایر موجودات زنده‌ی یک زیستگاه باشد. برخی از ارگانیسم‌ها مانند سرخس‌ها و سمندرها به رطوبت فراوانی نیاز دارند. موجوداتی دیگر مانند کاکتوس و برخی از مارها سازگار با زیستگاه‌های کویری هستند و به میزان بسیار کمی آب نیاز دارند. اغلب خاک با رطوبت متعادل برای گیاهان و حیوانات خاکی کوچک مناسب است.
شرایط رطوبتی ساختار خاک را از جنبه‌های متفاوت تحت تأثیر قرار می‌دهد. خاکی که بیش از اندازه مرطوب باشد به خوبی خشک نمی‌شود و دچار فرسایش می‌شود. خاکی که بسیار خشک باشد نیز سخت و فشرده می‌شود. علاوه بر این‌ها انواع مختلف خاک عکس‌العمل متفاوتی در مقابل رطوبت از خود نشان می‌دهند. خاک شنی آب را به سرعت از دست می‌دهد اما خاک رس آب را نگه می‌دارد و خیس می‌ماند.
مواد و وسایل مورد نیاز:
یک فنجان خاک خشک (خاک را با اجازه‌ی بزرگتر خود از حیاط خانه یا محلی در فضای باز مانند پارک بردارید. اگر خاک مرطوب است آن را با توجه به توضیحات قسمت آماده‌سازی خشک کنید.)
هفت لیوان یا فنجان شفاف مشابه
میز کار
قاشق برای اندازه‌گیری
آب
یک ورق کاغذ تمیز
آماده‌سازی:
اگر خاکی که جمع کرده‌اید به طور کامل خشک نیست، باید رطوبت آن را از بین ببرید. با کمک یک بزرگتر خاک را داخل یک ظرف پیرکس کوچک بریزید و آن را روی سینی فر قرار دهید. حال سینی فر همراه با ظرف پیرکس را به مدت دو تا سه ساعت در حرارت کم (دویست فارنهایت) در فر قرار دهید. با این کار رطوبت خاک تبخیر می‌شود. پس از خشک شدن خاک، با دقت سینی را از فر بیرون بیاورید و آن را در جایی قرار دهید تا خاک به طور کامل خنک شود.
دو قاشق غذاخوری خاک داخل هر کدام از هفت لیوان یا استکان مشابه بریزید.
روش کار:
لیوان‌ها را در یک خط کنار هم روی میز کار خود بچینید.
به لیوان اول از سمت چپ هیچ آبی اضافه نکنید. در لیوان بعدی (در سمت راستِ لیوان اول) نصف قاشق چای خوری آب بریزید. به لیوان بعدی یک قاشق چای خوری آب اضافه کنید و در لیوان بعد از آن یک و نیم قاشق چای خوری آب بریزید. به همین ترتیب به هر لیوان نصف قاشق چای خوری بیشتر از لیوان قبل آب اضافه کنید. بنابراین باید در لیوان آخر از سمت راست سه قاشق چای خوری آب بریزید. با افزایش مقدار آب داخل لیوان‌ها ظاهر خاک چه تغییری می‌کند؟
حال خاک داخل لیوان‌ها را با آبی که در هر کدام ریخته‌اید مخلوط کنید. ظاهر خاک با مخلوط شدن با آب هر لیوان چه تغییری می‌کند؟
تمام لیوان‌ها را روی یک کاغذ سفید قرار دهید. (قرار دادن آنها روی یک زمینه‌ی سفید می‌تواند در مقایسه‌ی رنگ خاک داخل هر لیوان به شما کمک کند. از بالا مستقیم به خاک داخل هر لیوان نگاه کنید. کدام خاک از همه روشن‌تر است؟ کدام خاک از بقیه تیره‌تر است؟ آیا ارتباطی میان میزان آب اضافه شده و روشن یا تیره بودن خاک مشاهده می‌کنید؟
حال یک قاشق غذاخوری از خاک هر لیوان را بردارید و آن را روی ناحیه‌ای تمیز از کاغذ قرار دهید. (این کار را از لیوان کاملاً خشک شروع کنید و یکی یکی به سمت لیوان آخر که مرطوب‌تر از همه است پیش بروید.) خاک هر لیوان را با انگشتان خود لمس کنید. ویژگی‌های هر خاک چیست؟
به نظر شما می‌توان با این مشاهدات میزان رطوبت نمونه‌های خاک را تعیین کرد؟
آزمایش‌های تکمیلی:
شما می‌توانید نتایج به دست آمده از این فعالیت را با گرفتن عکس از خاک‌های مرطوب تمام لیوان‌ها و چاپ آنها به صورت سیاه و سفید کمّی کنید. پس از چاپ عکس‌ها آنها را با یک نوار سیاه و سفید (که مقادیر مختلف رنگ‌های سیاه و سفید را به صورت درصد روی خود دارد) مقایسه کنید. با کمّی کردن نتایج خود، رنگ نمونه‌های خاک را با هم مقایسه کنید. کدام نمونه‌ها تیره‌تر و کدام روشن‌تر هستند؟
در این فعالیت علمی شما تنها یک نوع خاک را بررسی کردید. سعی کنید خاک‌های مختلف از مناطق متفاوت (حتماً با گرفتن اجازه برای برداشتن خاک) را جمع‌آوری کنید و بدون خشک کردن آنها، این نمونه‌های جدید را با هم و با خاک‌های موجود در لیوان‌های مربوط به آزمایش اصلی مقایسه کنید. آیا می‌توانید با کمک نمونه‌های خاک مربوط به آزمایش اصلی میزان رطوبت موجود در خاک‌های دیگر را حدس بزنید؟
سعی کنید میزان رطوبت خاک یک منطقه را در روزهای مختلف اندازه بگیرید. آیا رطوبت خاک تحت تأثیر شرایط آب و هوایی مانند آفتاب، باد، ابر و باران تغییر می‌کند؟ تفاوت رطوبت در این روزها چقدر است؟
مشاهده و نتیجه‌گیری:
آیا با افزایش رطوبت نمونه‌های خاک، رنگ آنها تیره‌تر می‌شود؟
رنگ خاک بسته به نوع خاص خاک ممکن است متفاوت باشد. اما به طور کلی با اضافه شدن آب به خاک خشک رنگ آن تیره‌تر می‌شود. رنگ خاک خشک بستگی به ذرات تشکیل دهنده‌ی آن (به خصوص مواد معدنی و پروتئینی (مواد آلی)) دارد. با اضافه شدن آب به خاک، ذرات آب جای اکسیژنی که به طور طبیعی داخل خاک وجود دارد را می‌گیرند و خاک تیره‌تر می‌شود. این بدان معناست که خاک مرطوب اکسیژن کمتری در مقایسه با خاک خشک دارد.
با اضافه شدن مقدار کافی آب به خاک، خاک اشباع می‌شود و آب لایه‌ای روی خاک تشکیل می‌دهد. ممکن است این اتفاق را در آزمایش هنگام اضافه کردن آب به لیوان‌های سمت راستی مشاهده کرده باشید. همانطور که قبلاً اشاره کردیم، موجودات مختلف به خاک‌های با میزان رطوبت متفاوت نیازمندند. اگر خاک بیش از اندازه خشک باشد، گیاهان و حیوانات و میکروارگانیسم‌هایی که به آب نیاز دارند زنده نمی‌مانند و خاک نیز سخت و فشرده می‌شود. در مقابل اگر خاک بیش از حد مرطوب باشد، اکسیژن کافی در آن وجود نخواهد داشت که این هم می‌تواند برای موجودات زنده‌ی داخل خاک خطرآفرین باشد.
منبع:
Soil Science
منابع مفيد:
چگونه يک قطعه شني بي نقص بسازيم
بررسي تنوع زيستي در محيط زندگي انسان
محيط زندگي جانوران مختلف
خاک
رطوبت نسبي
زيستگاه‌هاي جهان
عمر ميکروب‌ها
ميکرواُرگانيسم‌هاي سرمادوست
ميکروب -ويکيپديا
رطوبت-ويکيپديا
مقايسه ي زمين و مريخ