5.1 Vertiszolok: főbb jellemzők, képződési folyamatok és elterjedés

A vertiszolok legjellemzőbb sajátossága a mélyfekete szín és a szezonális erős repedezés száradáskor és duzzadás a vízzel való elapadáskor (IUSS Working Group WRB, 2014). A vertiszolok akkor alakulnak ki, ha több folyamat/tényező kombinációja játszódik le – elegendő eső, amely az elsődleges kőzetalkotó ásványok időjárásához vezet, de anélkül, hogy azok kimosódnának a profilon kívülre; az időjárás új agyagásványok kristályosodásához vezet; akadályozott vízelvezetés, ami akadályozza az időjárási termékek kimosódását; és magas hőmérséklet, ami felgyorsítja az időjárási folyamatot (Schaetzl és Anderson, 2009). E tényezők kombinációja bázikus kationok (Ca2+, Mg2+) jelenlétében szmektit agyagok kialakulásához vezet. A vertiszolokat magas agyagtartalom jellemzi, amelyet főként a szmektit-filloszilikát ásványok csoportja képvisel. A fő agyagásvány általában a montmorillonit (Schaetzl és Anderson, 2009). A vertiszolok különböző alapanyagokon alakulnak ki, többek között vulkáni kőzeteken, metamorf üledékes kőzeteken, valamint bázikus kationokban gazdag kőzetek időjárásából származó alluviális és kolluviális anyagokon (Driese et al., 2003; Schaetzl és Anderson, 2009; Pal et al., 2012). Az agyagásványok közötti rétegekben lévő nagy mennyiségű víz adszorpciójára való képességük miatt a szmektitek jelentősen megváltoztathatják térfogatukat. A vertiszolok általában alacsony és lapos domborzati formákban fordulnak elő, például síkságokon, völgyekben, hegyláncok előterében, egykori tófenékeken, folyók alsó teraszain stb. ahol gyakran a víz felhalmozódásának és stagnálásának kedvező feltételek állnak fenn. Száraz időszakokban széles repedések jelennek meg a felszínen, és mélyen behatolnak a szolumba. Ezek földcsuszamlások, aeoláris beáramlás, heves esőzések stb. következtében talajanyaggal töltődnek fel. A talajprofil mélyebb rétegeiben, ahol ez a folyamat nem fejeződik ki, a keletkező nyírófeszültségek következtében slickenside-ok jelennek meg (Schaetzl és Anderson, 2009). A slickensides általában 25 és 125 cm közötti mélységben jelenik meg, és leginkább a rendkívül száraz és rendkívül nedves időszakok közötti szezonális váltakozás során kialakuló talajokban fejeződik ki. A pedoturbációs és a zsugorodási/duzzadási folyamatok kölcsönhatásának eredményeként a felszínen a mély- és magaslatok (gilgai) sajátos mikroreliefje jelenik meg.

A vas (Fe) és a mangán (Mn) a talaj legredoxérzékenyebb elemei közé tartozik (Cornell és Schwertmann, 2003), és a vertzolokban való viselkedésüket a vertzolok keletkezésére és működésére vonatkozó különböző modellek felállításában fontos tényezőnek tekintik (Nordt és Driese, 2009). A Vertisolok előfordulása az akadályozott vízelvezetésű síkságokon meghatározza a talajban a nedves évszakok alatt kialakuló redukáló körülmények kialakulását. A talaj reduktívvá válásához szükséges legfontosabb feltételek a következők: a talajnak vízzel telítettnek kell lennie; bomlásra alkalmas szerves szöveteket kell tartalmaznia; a mikrobapopulációnak jelen kell lennie ahhoz, hogy a szerves anyagokat lélegeztető közegként használja; és a víznek stagnálnia kell vagy nagyon lassan kell mozognia (Vepraskas és Faulkner, 2001). A légző mikrobapopuláció alapvető fontosságú a redukált talajok kialakulásához. A legújabb tanulmányok szerint a baktériumok sok talajban széles körben elterjedtek és bőségesek, és alkalmazkodtak a különböző éghajlati viszonyokhoz (Bazylinski, 1996; Konhauser, 1998; Fredrickson et al., 1998; Zachara et al., 2002). Az oxidációs-redukciós viszonyok szezonális változásai Fe-Mn konkréciók és gócok, gley-foltok stb. kialakulásához vezetnek, amelyeket a vas-oxihidroxidok reduktív folyamatai kísérnek (van Breemen, 1988). Az oxidatív és redukáló körülmények periodikus váltakozása a talajban a Fe mobilitásának növekedését idézi elő a bomló szerves anyagból a Fe3+-ra történő elektronátvitel eredményeként. Amikor a magas Fe2+ koncentrációjú redukált talajok oxidálódnak, gyakran vegyes értékű Fe-oxidok képződnek (Brennan és Lindsay, 1998). A vas ciklikus redukciójához/oxidációjához kapcsolódó másik folyamat egy nyitott rendszerben az úgynevezett ferrolízis (Brinkman, 1970; van Breemen, 1988). A ferrolízisfolyamatot a homokosabb, erősen savas felszíni talajhorizontok kialakulásának magyarázatául hozzák fel, amelyek a talajok agyagosabb és kevésbé savas horizontjai fölött helyezkednek el. Ilyen talajok a szezonális felszíni vízzel elöntött alföldeken alakultak ki. Bizonyított, hogy bizonyos körülmények között a vertiszolokban is lejátszódhat a ferrolízis (Barbiero et al., 2010), amelynek eredményeként amorf szilícium-dioxid és CaCO3-konkrétumok képződnek. A legújabb vizsgálatok azonban azt mutatják, hogy a ferrolízis mint folyamat a szezonális vízborításnak kitett talajokban túlértékelt (Van Ranst et al., 2011). Ehelyett az agyag áthelyeződésének folyamatait (Montagne et al., 2008) vagy geogén folyamatokat (Barbiero et al., 2010) javasolnak a megfigyelt ellentétes talajjellemzők magyarázatára.

A Vertisolok többsége fiatal talajnak tekinthető, amely a negyedidőszakban alakult ki, mivel alapanyaguk gyakran negyedkori alluviális üledékek (Singh et al., 1998; Pal et al., 2006). A különböző kormeghatározási technikákat (pl. a pedogén és nem pedogén karbonátokból származó 14C izotópos kormeghatározását) alkalmazó legújabb tanulmányok azt mutatják, hogy egy vertiszol 500 éven belül kialakulhat, és a trópusi, szubtrópusi és szárazabb területekről származó vertiszolok többsége holocén korú (Kovda et al., 2006; Pal et al., 2012). Gyakoriak azonban a pliocénben kialakult ősi, paleo Vertisolok is (Nordt et al., 2004; Achyuthan et al., 2010).

A Vertisolok különböző éghajlaton alakulnak ki – gyakran megtalálhatók a trópusi és szubtrópusi, nagy csapadékmennyiségű területeken, valamint a szubszáraz területeken (Pal et al., 2012; IUSS Working Group WRB, 2014). Az arid és szemiarid területeken kialakult vertiszolokra jellemző a karbonátos horizont jelenléte, amely elsődleges és/vagy másodlagos karbonátokat tartalmaz diffúz tömegek, konkréciók és kristályok formájában (Kovda et al., 2006; Nordt és Driese, 2009; Pal et al., 2012). Kimutatták (Nordt és Driese, 2010a), hogy ha az évi átlagos csapadékmennyiség (MAP) <900 mm, a CaO nagy része CaCO3 formájában van jelen, míg MAP >900 mm esetén a kalcium cserélhető kationok (Ca2+) formájában van jelen, és a vertiszolok mészmentesülnek. A pedogén karbonátok kicsapódása mind a pH, mind a talaj és a talajoldat relatív Na2+-tartalmának növekedéséhez vezet. Ezek a nátrium-kationok viszont a szmektitrészecskék diszperzióját okozzák, amelyek a mélység mentén mozoghatnak. Ez az oka annak, hogy a karbonátok jelenléte ellenére a vertiszolokban az agyagrészecskék illuváltak (Pal et al., 2012).

A vertiszolokat és a vertikális tulajdonságokkal rendelkező talajokat számos országban azonosítják és írják le, de a vertiszolok legnagyobb aránya világszerte Indiában (25%), Ausztráliában (22%), az Egyesült Államokban (6%), Afrikában (5%) és Kínában (4%) koncentrálódik (Soil Survey Staff, 2003). A vertiszolok világméretű eloszlását az 5.1.1. ábra mutatja (FAO, 2001). Európában a vertiszolok a mediterrán és balkáni országokra (Olaszország, Ciprus, Bulgária, Magyarország, Románia, Spanyolország) jellemzőek (Tóth et al., 2008).

5.1.1. ábra. A vertzolok területi eloszlása világszerte (FAO, 2001). Előadásjegyzet a világ főbb talajairól). http://www.fao.org/docrep/003/y1899e/y1899e00.htm#toc.

Bulgáriában a vertiszolok széles körben elterjedtek a közép- és dél-bulgáriai alföldeken és a völgysíkságokon (Koinov et al., 1998; Shishkov és Kolev, 2014). Más régiókhoz hasonlóan a vertiszolok helyi neve a talaj színére utal – “Smolnitza” (“kátrányfekete”). Bulgária azon európai országok közé tartozik, ahol a vertiszolok domináns talajtípusként fordulnak elő (Tóth et al., 2008). A vertiszolok elterjedése Bulgáriában az egykori pliocén fennsíkokhoz és a régi negyedkori teraszokhoz kapcsolódik (Koinov et al., 1998). A késő miocén során a pliocén tavak kiszáradtak, és a mocsári viszonyok váltak uralkodóvá (Koinov et al., 1998; Shishkov és Kolev, 2014). Ez kedvezett a gley-talajok kialakulásának, amelyek tovább alakultak vertiszolokká (Ninov, 2002). Később a Vertisolok nem temetkeztek be paleotalajokká, hanem a negyedidőszak során a felszínen maradtak. A Bulgária különböző területein található Vertisolok kora bizonytalan (Shishkov és Kolev, 2014). Általában elfogadott, hogy a talaj korát a kőzetképző alapanyag kora határozza meg. Bulgáriában a vertiszoloknak több fajtáját ismerik el – karbonátos, tipikus, kilúgozott és degradált (Shishkov és Kolev, 2014). A legelterjedtebb a kilúgozott fajta.