1. Mark och jordars uppkomst Jeanette Blom 2011
INLEDNING Människan har i alla tider varit beroende av jorden. Den ger oss föda, byggmaterial, textilier och bränsle. Vi odlar skog till bränsle och träråvaror. Av träråvarorna framställer vi byggmaterial till hus, möbler och inredning. Vi odlar grödor till föda åt oss själva och till boskap som bland annat ger oss kött, mjölkprodukter och material för framställning av textilier som vi sedan tillverkar kläder och inredning av. Vi odlar grödor för framställning av textila material t ex, jute, hampa och lin. Många grödor kan också användas vid infärgning av textilier och för framställning av mediciner. Förmultnade växtdelar långt ner i marken har omvandlats till olja som vi under en lång period har utvunnit och renat till drivmedel till våra fordon och maskiner av alla slag och till bränsle för att värma upp våra hus. Av olja tillverkas också plaster, beläggning till vägar och mycket, mycket mer. Av vittrade jordarter, som t ex lera, har vi tillverkat tegel och bruksföremål som porslin och glas. Kort sagt allt vi använder i vårt liv kommer ursprungligen från marken vi går på. Utan jorden kan vi inte odla, utan växter har vi ingen jord. Ett ständigt kretslopp är förutsättningen för vårt liv. Vad är jord? Förr i världen var en god jord likställt med rikedom. En god jord gav ett gott liv och en dålig jord innebar fattigdom. Man levde av jorden men förstod inte bakgrunden till vad som orsakade en god eller dålig jord mer än att en fet jord gav god skörd. Med fet jord menade man en jord som hade hög humushalt. Under antiken ända fram till mitten av 1800-talet var det humusläran som var den bärande teorin om orsaken till markens bördighet. Under 1700-talet utvecklades metoder för att kemiskt analysera markens och växternas innehåll av olika grundämnen. Det visade sig då att vissa av dessa ämnen hade starkt tillväxtbefrämjande egenskaper och var nödvändiga för att en växt skulle utvecklas normalt. Man kallade dessa ämnen för växtnäringsämnen. De allra flesta av dessa ämnen finns upplagrade i olika bergarters mineraler och därför kallade man den nya teorin för mineralämnesläran. I mitten av 1800-talet utvecklades denna teori vidare. Idag vet vi att den jord vi odlar i består av olika beståndsdelar och att det är sammansättningen av dessa som avgör hur bördig jorden är. Jorden består av fast material, vätska och luft. Det fasta materialet delas in i två olika materialtyper, oorganiskt och organiskt material. Det oorganiska materialet består av berg och söndervittrade bergarter och mineraler. Det organiska materialet består av förmultnade växt- och djurdelar. Kort kan man säga att jorden bildas från två olika håll, uppifrån och nedifrån. Den organiska bildas uppifrån och den oorganiska nedifrån. 2
DEN OORGANISKA JORDEN BERG, VITTRADE BERGARTER OCH JORDARTER BERGARTER Berg upplevs som det mest fasta och stabila vi har på jorden, men berg är föränderligt och ingår i en bergartscykel. Magman inne i jorden är en smälta av olika bergarter. Denna massa utsätts för tryckoch temperaturförändring som kan bidra till att den stelnar och formar nya magmatiska bergarter. Ibland kan ett våldsamt tryck tvinga magman uppåt genom ett vulkanutbrott och komma upp på jordytan där den stelnar och bildar en ny bergart. Berg som utsätts för påfrestningar av olika slag, t ex temperaturväxlingar, vind, vatten och kemiska processer vittrar sakta sönder. Söndervittrat bergsmaterial förs med vinden och vattnet bort för att slutligen avlagras på botten av sjöar och hav. Där lagras det tillsammans med förmultnade växter och djur, benrester, koraller, snäckor och annat material. Dessa tillsammans bildar sediment. Ju mer sediment som avlagras desto högre tryck bildas och så småningom pressas lagren samman till nytt hårt berg, en sedimentär bergart. Till den här typen av bergart hör kalksten, sandsten och lerskiffer. Dessa bergarter består av ett finkornigt material som inte har smälts samman vilket gör att de är lättvittrade. När sedimentära bergarter i sin tur utsätts för mer tryck och temperaturförändringar förändras mineralerna och sluter sig samman på nya sätt, det bildas metamorfa bergarter som marmor och kvartsit. Marmor består av sammanpressad kalksten och kvartsit av hoptryckt sandsten. Dessa kan brytas ner och bilda nytt sedimentärt berg. Om bergarterna utsätts för tillräckligt hög temperatur kan de smälta ner igen till magma för att börja om sin förvandling mellan olika bergmaterial på jorden. Några vanliga bergarter Bergart ex Typ Innehåller mineralerna: Granit Magmatisk Kvarts, fältspat, glimmer Diabas Magmatisk Pyroxen, plagioklas Sandsten Sedimentär Kvarts, fältspat Lerskiffer Sedimentär Lerpartiklar av olika material Kritkalksten Sedimentär Kalkspat, spår av andra material, fossil Amfibolit Metamorf Plagioklas, hornblände Gnejs Metamorf Omvandlad granit, förskiffrad Kvartsit Metamorf Omvandlad kvartssandsten Mineraler (fasta oorganiska ämnen i naturen, rena eller i kemisk sammansättning) Det vanligaste grundämnet i jordskorpan är syre som ingår med 46 %. Kisel kommer på andra plats med 28 %. Huvudmassan av jordskorpans mineral består därför av olika oxider med kisel, så kallade silikater. (Oxid = kemisk förening där syre ingår). Silikaterna kan ha olika inslag av främst Al, Fe, Mg, Ca, K och Na. I mindre mängd förekommer även andra typer av mineral, som Fe- och Al oxider, karbonater, fosfater, sulfater och sulfider samt rena ämnen, t ex svavel, kol, koppar, guld etc. Markens mineral delas in i primära och sekundära mineral. 3
Primära mineral härstammar från de bergarter som genom den fysikaliska berggrundsvittringen övergått till lösa avlagringar. De flesta primära mineral har kristalliserat ur magma under högt tryck och vid hög temperatur. I markmiljön är dessa kemiskt instabila och löses långsamt upp när de kommer i kontakt med markvattnet. Denna process kalls för kemisk vittring. Sekundära markmineral är sådana mineral som bildas i marken genom kemisk vittring av de primära mineralen. De hör främst hemma i lerfraktionen och har därför stor specifik yta (m²/g). Dessutom är flera av dem elektriskt laddade, vilket gör att lösta joner adsorberas till deras ytor, där de utgör ett för växtligheten mer eller mindre lättåtkomligt förråd av katjoner (positivt laddade joner) och anjoner (negativt laddade joner). Fysikalisk vittring Fysikalisk eller mekanisk vittring innebär att bergarter och mineraler genom påfrestningar omvandlas till lösa avlagringar, s k jordarter Faktorer som påverkar den fysikaliska vittringen Temperaturväxlingar Den starka växlingen mellan dag och nattemperatur i varma och torra klimat leder till att bergarter sprängs på grund av mineralens olika utvidgningskoefficienter. Ju fler mineral som ingår i bergarten och ju grovkornigare den är, desto effektivare är processen. Denna typ av vittring är mycket vanlig i öknar, där avsaknaden av vegetation bidrar till att temperaturvariationerna i marken kan bli mycket stora. Frost Glaciärer Vegetation Rinnande vatten, vind och vågor Vatten i sprickor och håligheter fryser till is och utövar därigenom en kraftig sprängverkan. Frostsprängningen förekommer främst i kalla klimatzoner och i alpina områden med alternerande frost och tö. Glaciärer mejslar ner berggrunden och transporterar det krossade materialet som avsätts som morän. Rötter som vuxit in i sprickor i stenar och block kan ge upphov till mycket kraftiga sprängningseffekter. Rinnande vatten, vind och vågor bearbetar berggrunden. Effekten förstärks av transporterat material som allteftersom mals sönder mer eller mindre. Kemisk vittring Kemisk vittring innebär att de lösa avlagringarnas (jordarternas) mineral undergår kemiska förändringar och på sikt löses upp i joner och kiselsyra. Vissa av dessa mineral är relativt svårlösliga i marken och faller ut igen som sekundära mineral, medan andra är lättlösliga och bidrar till marklösningens innehåll av lösta salter. Den kemiska vittringens hastighet beror dels på själva mineralpartiklarnas beskaffenhet, dels av olika faktorer i deras omgivning. 4
Faktorer som kontrollerar den kemiska vittringen Partiklarnas inre mineralsammansättning Mineralpartiklarnas specifika yta Temperaturen Vattenhalten i marken Hög halt av järn och baskatjoner (katjoner av kalcium, magnesium, kalium) i glittret, liksom låg frekvens av syredelning mellan kiselatomer gynnar vittringen. Vittringen är en ytreaktion; en finkorning mineraljord har fler kvadratmeter partikelyta per gram material och vittrar därför snabbare än en grovkorning. Hastigheten hos vittringen, liksom hos alla kemiska processer, växer snabbt med ökad temperatur. Vittringen förutsätter att mineralytorna har vattenkontakt, eftersom den är en reaktion mellan partikelyta och marklösning. Hög vattenhalt innebär dessutom som regel att vattenrörelserna i marken är livligare, så att lösta vittringsprodukter transporteras bort från det vittrade mineralets yta vilket påskyndar vittringen. JORDARTER Osorterade jordarter - moräner Vårt land är helt format av inlandsisen som i omgångar har täckt landet. Den senaste isen drog sig tillbaka för ca 11000 år sedan. Isen har rört sig, gnagt och gnidit mot berg så att man än idag kan se spåren på berghällar. Isen har dragit fram som en enorm kvarn över landet, sprängt sönder berg, malt ner det till grus, lossat stora stenblock och dragit dem med sig i sina rörelser. Allt detta lösa, osorterade stenmaterial kallar vi för morän. Det land som isen lämnade efter sig var ett moräntäckt tundraland. Moräner är Sveriges vanligaste jordarter och de domineras av grus, sand och mo. En morän kan vara mer eller mindre grusig, sandig, moig, mjälig eller lerig. Den kan också innehålla sten och block. Moränjordar vilar direkt på urberget. Där det är berg i dagen är det ett tunt moräntäcke Sorterade jordarter Beroende på om isens smältvatten sedan fick tag på moränen och drog den med sig eller inte har den sorterats olika fint. De höga delar av landet som ligger ovanför den nivå vi kallar högsta kustlinjen (HK = den nivå vattnet nådde när det var som högst) är opåverkad av vattnets sortering. Där det bildades sjöar, älvdalar och havsstränder har vattnet hela tiden gungat fram och lämnat ränder med sorterat stenmaterial efter sig. De största stenarna avlagrades först, grus och sand färdades ytterligare en bit och de partiklar som höll sig i rörelse längst var de minsta, mjäla och ler. De sjönk inte till botten förrän vattnet i princip stod stilla. Därför finner vi främst lera på våra sjö- och havsbottnar, medan älvdalskanter och forna strandkanter bär ränder av svallgrus och sand i olika storlekar. Is och vatten har sorterat stenmaterial i olika storlekar och bildat våra jordarter grus, sand, mo, mjäla och ler. 5
Schematisk bild av av en dalgång under HK som visar jordarter med underliggande kvartära bildningar (Efter Ekström 1953). Kornstorlekar (fraktioner) Block Sten Grus Sand Mo Mjäla Ler >200 mm 20 200 mm 2 20 mm 0,2 2 mm 0,02 0,2 mm 0,002 0,02 mm < 0,002 mm Grus Partiklar i storleken 2 20 mm kallas för grus. Andelen fingrus, 2 6 mm, i en sandjord bör inte överstiga 5 6 %. Grus är användbart som dräneringsmaterial i jorden samt som täckningsmaterial kring perenna krydd- eller lökväxter som kräver en snabb vattenavrinning eller har låg tolerans mot ogräs. Sand Sand från 0,2 till 2 mm är en mycket viktig ingrediens som kännetecknar lätta och varma jordar. Mo Mo, 0,2 0,02 mm, delas in i finmo och grovmo. En jord som huvudsakligen består av grovmo har bättre förutsättningar att klara torkan än en jord som har sand som huvudingrediens. En jord som karaktäriseras av finmo vållar ofta bekymmer eftersom den lätt blir gyttjig vid regn och bildar en skorpa vid torka. Mjäla Mjäla, 0,02 0,002 mm, kallas även för silt och har så fin konsistens att den påminner om vetemjöl när man känner på den. En jord som innehåller mycket mjäla är svårbearbetad och bildar lätt en hård skorpa vid torka. Både finmo- och mjälajordar är dessutom känsliga för uppfrysning, d v s jordnivån höjs vid upptining, med katastrofala konsekvenser för växterna vars rötter dras upp av frosten och bryts av. 6
Ler Jordens minsta partiklar med en diameter under 0,002 mm kallas för ler. Andelen ler varierar från någon procent i sandjord till över 40 % i styv lerjord. Kolloider När ler under ständigt pågående kemiska processer vittrat sönder bildas lerkolloider med en partikelstorlek under 0,0001 mm. Eftersom samma förvittringsprocesser påverkar jordens organiska ämnen finns även så kallade humuskolloider i jorden. Kolloidernas främsta egenskaper är att hålla kvar näringen och vid behov leverera den till växterna. Ju mer kolloider som finns i jorden desto mer näring innehåller den. Det är huvudsakligen från dessa kolloider som växternas rötter hämtar den näring som plantan behöver för sin utveckling. Kolloiderna kan utan vidare liknas vid ett matförråd. Jordarterna säger bara något om strukturen på jorden och sällan hittar vi helt rena jordarter, utan de förekommer i skikt och blandningar. En jord beskrivs genom att man nämner den jordart som jorden består mest av sist och de andra jordarterna blir beskrivande. T ex moig lättlera en lätt lerjord med inslag av mo o s v. Markens struktur Markens struktur betecknar det sätt på vilket markens primärpartiklar är inbördes lagrade och förenade med varandra. Man skiljer mellan enkelkornsstruktur och aggregatstruktur. Enkelkornsstruktur Här utgörs jorden av primärpartiklar som inte i någon hög grad är förbundna med varandra. En ren sand har partiklar som är förhållandevis ganska stora och kohesionen dem emellan är svag. Aggregatstruktur En jord som är rik på kolloider bildar aggregat. De fina partiklarna förbinds med varandra genom kohesion och bildar tillsammans klumpar som kallas aggregat. Ju finkornigare desto större kohesionsgrad. Kolloiderna har elektriskt laddade joner, an- och katjoner, runt sig vilka påverkar aggregatbildningen. 7
DEN ORGANISKA MARKDELEN HUMUS OCH JORDMÅNER Marken består inte endast av mineraler utan innehåller även organiska ämnen. Dessa ämnen är döda och mer eller mindre förmultnade djur- och växtdelar. Vi kallar de organiska ämnena i olika förmultningsstadier för förna och humus. Förna Det översta markskiktet kallas för förna och består av dött organsikt avfall av växter och djur som ännu ej förmultnat, t ex fallande löv och vissna växter. Förnan benämns efter ursprung t ex skogsförna, gräsförna, fallförna och rotförna. Humus När förnan förmultnar, vilket sker genom att maskar och mikroorganismer lever av den och på så sätt bryter ner den, bildas humus. Den kan vara mer eller mindre uppblandat med förna. Nedbrytningsprocessen till humus kallas för humifiering. Humusen benämns också den efter ursprung, alltså var den bildats. De vanligaste humusformerna är, mull, mår, torv, ävja och gyttja. Mull Mår Torv Ävja Gyttja Den odlade jordens humusform kallas för mull. Där har jordbearbetning och markdjur, främst daggmaskar, blandat in humusämnena i mineraljordens övre del och färgat den brun. Mullen förekommer som fria partiklar och i olika föreningar med jordens mineraldel. Mäktigheten (tjockleken eller djupet) är vanligen 20 30 cm i Sverige vilket motsvarar det djup plogen når. Barrskogen humusskikt kallas för mår eller råhumus, ett svagare nedbrutet humusmaterial som ligger ovanpå mineraljorden och är alltså inte uppblandat med den. Mäktigheten varierar från 1 15 cm. Torv liknar mår och bildas i skogar som växer på mark med ständigt högt grundvatten, så kallade sumpsjöar, där nedbrytningsprocesserna delvis förlöper i anaerob (syrefri) miljö, syre. Mäktigheten varierar mellan 15 100 cm. Organiskt material som sedimenterat på botten av vattensamlingar. Ävja som brutits ner och bäddats in i sediment. 8
JORDMÅNER Jorden är ett resultat av vad som växer i den och vilken vegetation som längst har påverkat den, hur den har blandats med den mineraliska jorden. Vi kallar detta resultat för jordmån. Faktorer som påverkar bildningen av jordmån är: klimatet, vegetation, organismer (markdjur, mikroorganismer), människan, modermaterialet (berggrunden), topografin och tiden. De två vanligaste naturliga jordmånerna i Sverige är podsol och inceptisol (brunjord). Den mark vi odlar kallas för kulturjordmån eller åkermark. Podsol Podsol kallar vid den jordmån som är barrskogens markskikt ovan berggrunden, Den domineras av sura mineraler, har grövre struktur och är ofta karg och stenig. I podsolen finns inget matjordslager. Karaktäristiskt för podsolens horisont (se bild till höger) är tydliga gränser mellan mår, blekjord och rostjord. Blekjord Urlakad jord med blek färg och med mycket rötter som smugit sig ner från de mer näringsrika skikten. Rostjord Där humusen bildas i markskiktet kommer det samtidigt att bildas humusämnen och syror som med regnvattnets hjälp sipprar ner i de underliggande jordlagren. Det resulterar i att olika metalljoner kommer i lösning och fälls ut längre ner i jordens lager, t ex järnjoner vilket ger jorden en rödare färg. Inceptisol eller brunjord Denna jordmån kallas även för brunjord p g a sin färg. Färgen kommer av mullen. Jordmånen bildas av lövskog med buskar, örter och gräs. Här trivs mikroorganismer och maskar, jorden är mull- och näringsrik och har ett neutralt ph. Brunjord grundar sig ofta på ett lättvittrat bergsmaterial som genom att hela tiden vittra sönder förser jorden med ny näring från mineralen. Det är denna jordmån vi delvis har omvandlat till en jord att odla i. Kulturjordmån eller åkerjord (brunjord) I den jord vi odlar bildas ett skikt av matjord, det viktigaste lagret i kulturjordmånen. Ur detta lager tar åkerväxterna upp större delen av sin näring. I matjorden lever huvuddelen av mikroorganismerna och här förlöper mineraliseringsprocesserna. 9
Matjord Organismerna i jorden arbetar febrilt med att transportera humusämnen nedåt och mineralämnen uppåt i jordlagren och därmed suddas gränserna mellan jordlagren ut. I en brukad brunjord, åkermark, har gränserna helt suddats ut i det brukade lagret. Detta brukade lager är helt homogent och kallas för matjord. Alv Under plogsulan, den gräns där harvar och plogar inte kunnat röra om matjorden finns alven, ett orört lager jord, till viss del urlakat, som består mest av mineraljord. KÄLLOR Eliasson, Karin (2006) Känsla för jord Stockholm: Hjalmarsson & Högberg Bokförlag Eriksson, Jan m fl (2005) Wiklanders marklära Lund: Studentlitteratur Plöninge, Philip (2003) Den goda jorden [2 uppl 2006]Stockholm: Prisma 10