5.1 Vertisols: main characteristics, formation processes, and distribution

Vertisols の最大の特徴は，深い黒色と乾燥時の激しい割れと浸水時の膨潤が季節的に見られること（IUSS Working Group WRB, 2014）である． バーティソルは，十分な降雨によって初生岩石形成鉱物が風化されるがプロファイル外に流出しない，風化によって新しい粘土鉱物が結晶化する，排水が妨げられ風化生成物の溶出が妨げられる，高温によって風化プロセスが促進される，などのプロセス・要因が重なったときに発生する（Schaetzl and Anderson，2009）。 これらの要因が重なると、塩基性陽イオン（Ca2+、Mg2+）の存在下でスメクタイト粘土が形成されることになる。 バーティソルは、主にスメクタイト系フィロケイ酸塩鉱物のグループに代表される粘土を多く含むことが特徴である。 主な粘土鉱物は、一般的にモンモリロナイトである（Schaetzl and Anderson, 2009）。 バーティソルは、火成岩、変成堆積岩、沖積土や沖積層土など、塩基性陽イオンに富む岩石の風化作用によってさまざまな母岩に形成される（Driese et al.2003; Schaetzl and Anderson, 2009; Pal et al.2012 ）。 スメクタイトは粘土鉱物の層間に大量の水を吸着する性質があるため、その体積を大きく変化させることができる。 バーティソルは、低地、谷、山脈の前面、かつての湖底、河川段丘下部など、低くて平坦な地形によく見られ、水の蓄積と滞留に適した条件がよく存在する。 乾燥した時期には、地表に大きな亀裂が生じ、土壌の奥深くまで入り込んでいる。 地滑り、風雨、豪雨などにより、土壌物質で満たされる。 土壌の深部では、このプロセスが表れないため、せん断応力の結果、スライケンシドが発生する（Schaetzl and Anderson, 2009）。 スリックケンサイドは通常、深さ25～125cmに現れ、極端な乾燥期と極端な湿潤期の季節的な入れ替わりの中で発達する土壌で最もよく表れる。 鉄（Fe）とマンガン（Mn）は土壌中で最も酸化還元に敏感な元素であり（Cornell and Schwertmann, 2003）、Vertisolsにおけるそれらの挙動は、Vertisolsの発生と機能に関する様々なモデルを確立するための主要な要因と考えられている（Nordt and Driese, 2009）。 排水が妨げられた低地では、雨季に土壌が還元的な状態になるため、バーティソルの発生が決定的になる。 土壌が還元状態になるために必要な主な条件は、土壌が飽和状態にあること、分解可能な有機組織を含むこと、有機物を呼吸可能な媒体として利用する微生物集団が存在すること、水が停滞しているか非常にゆっくりと流れていることである（Vepraskas and Faulkner、2001年）。 呼吸する微生物集団は、還元土壌の形成にとって基本的なものである。 最近の研究では、細菌は多くの土壌に広く豊富に存在し、異なる気候で機能するように適応していることが示唆されている (Bazylinski, 1996; Konhauser, 1998; Fredrickson et al., 1998; Zachara et al., 2002)。 酸化還元条件の季節的な変化は、鉄オキシ水酸化物の還元過程を伴う鉄-マンガンコンクレチオンやノジュール、グレイスポットなどの形成につながる（van Breemen, 1988）。 土壌の酸化的条件と還元的条件が周期的に入れ替わることで、分解した有機物からFe3+に電子が移動し、鉄の移動度が上昇することが示唆されている。 Fe2+濃度の高い還元土壌が酸化されると、しばしば混合原子価のFe酸化物が形成される（Brennan and Lindsay, 1998）。 開放系での鉄の還元/酸化のサイクルに関連するもう一つのプロセスは、いわゆるフェロリシス（Brinkman, 1970; van Breemen, 1988）である。 フェロリシスプロセスは、より砂質で強酸性の土壌表層が形成され、それがより粘土質でそれほど酸性でない土壌の表層に重なることを説明するために提唱されている。 このような土壌は、季節的に表層水が湛水する低地で発達した土壌である。 ある条件下では、バーティソルで鉄分解が起こり、その結果、非晶質シリカと CaCO3 コンクリションが形成されることが証明されている (Barbiero et al., 2010)。 しかし、最近の研究では、季節的な湛水にさらされた土壌におけるプロセスとしての鉄分解は過大評価されていることが示されている（Van Ranst et al.）

Vertisolsの多くは、第四紀の沖積土を母材としているため、第四紀に形成された若い土壌と考えられている（Singh et al. 近年の様々な年代測定法（ペドジェニックおよび非ペドジェニック炭酸塩からの14C同位体比測定法）を用いた研究から、バーティソルは500年以内に形成され、熱帯・亜熱帯・より乾燥した地域のバーティソルの多くは完新世であることが分かっている（Kovda et al.） しかし，鮮新世に形成された古代のバーティゾルも頻繁に見られる（Nordt et al. 乾燥・半乾燥地域で発達するバーティソルは，拡散塊，コンクリーション，結晶の形で一次炭酸塩および/または二次炭酸塩を含む炭酸塩ホライズンの存在によって特徴づけられる（Kovda et al.2006; Nordt and Driese, 2009; Pal et al.2012）． 年平均降水量（MAP）が<900 mmの場合、CaOの大部分はCaCO3の形で、MAP >900mmの場合、カルシウムは交換性陽イオン（Ca2+）の形で、ヴェルティスオルは脱石灰することが実証されている（Nordt and Driese, 2010a）。 ペドジェニックカーボネートの沈殿は、土壌と土壌溶液中のpHとNa2+の相対的な含有量の両方を増加させることになる。 このナトリウム陽イオンは、スメクタイト粒子の分散を引き起こし、深度方向に移動することができる。 炭酸塩が存在するにもかかわらず、バーティソルの粘土粒子がイルミネートされているのはこのためである（Pal et al.、2012）。

バーティソルとバーティク特性を持つ土壌は多くの国で確認され記載されているが、世界のバーティソルの最大シェアはインド（25%）、オーストラリア（22%）、米国（6%）、アフリカ（5%）、中国（4%）に集中している（土壌調査員、2003）。 世界のバーティソルの分布を図 5.1.1 に示す（FAO, 2001）。 ヨーロッパでは、地中海とバルカン半島の国々（イタリア、キプロス、ブルガリア、ハンガリー、ルーマニア、スペイン）にバーティソルが特徴的である（Tóth et al.、2008）

図 5.1.1. 世界のVertisolsの空間的分布（FAO, 2001）. 世界の主要な土壌に関するレクチャーノート)。 http://www.fao.org/docrep/003/y1899e/y1899e00.htm#toc.

ブルガリアでは、ブルガリア中南部の低地と谷間の平野にVertisolsが広く分布している（Koinovら、1998；ShishkovとKolev、2014）。 他の地域と同様に，Vertisolsの現地名称は，土壌の色を示す “Smolnitza”（”タールブラック”）に由来している。 ブルガリアは、Vertisolsが優勢な土壌タイプとして見られるヨーロッパ諸国の一つである（Tóth et al.） ブルガリアにおけるバーティゾルの分布は、鮮新世の台地と第四紀の段丘に関連している (Koinov et al., 1998)。 後期中新世には鮮新世湖沼が干上がり，湿地帯の状態が支配的になった（Koinov et al.） このため、グライ土壌の発達が促され、さらにバーティソルに変化した（Ninov, 2002）。 その後、バーティソルは埋没して古地盤となることなく、第四紀に地表に残った。 ブルガリアの各地域で発見されたヴェルティソルの年代は不明である（Shishkov and Kolev, 2014）。 通常、土壌の年代は岩石形成母岩の年代によって決定されると考えられている。 ブルガリアでは、炭酸質、典型的な、浸出、劣化した、いくつかの種類のヴェルティソルが認められている（Shishkov and Kolev, 2014）。 最も広く分布しているのは、浸出型である

。