Toprak Nasıl Oluşur?

Toprak oluşumuna etki eden beş temel etmen vardır: İklim, canlılar, ana materyal, yeryüzü şekilleri ve zaman.¹ Bu faktörlerden sadece biri ya da birkaçı etkili olunca toprak oluşumunu tamamlayamaz. Toprağın oluşumu gerçekleşmez.² Çünkü bu türlü oluşan materyal bitkilerin yaşamını destekleyemez. Örneğin çöldeki kumullar toprak görevi görmemektedir. Aynı şekilde Ay’da veya Mars’ta topraktan söz edilemez.

Toprak oluş faktörleri,  aktif ve pasif olmak üzere iki grup olarak tanımlanmıştır.³ Pasif faktörler sadece kitlenin kaynağı olarak hizmet gören maddeler ve kitle üzerine etkili olan koşulları simgelerler. Bunlar ana materyal, topoğrafya ve arazinin yaşıdır (zaman).  Aktif faktörler ise toprak oluşumu için gerekli koşulları ve enerjiyi sağlayan unsurlardır. Organizmalar (biyosfer), iklim ve kısmen hidrosfer bu sınıfa giren toprak oluş faktörlerini simgeler. Bu bağlamda topraklar iklim ve organizmaların belirli topoğrafik koşullar altında ve belirli bir süreç içerisinde ana madde üzerine etkisi sonucu oluşmaktadır.⁴

İklim toprağın oluşumunda rol oynayan en önemli faktörlerden ilkidir. Küresel ölçekte ana toprak tipleri ile ana iklim türleri (Köppen-Geiger İklim Sınıflandırması) arasında belirgin bir uyum vardır.⁵

İklim bağlamında toprak oluşumuna etki eden en önemli iki faktör sıcaklık ve yağıştır. Her iki faktör de ana kayanın ayrışmasında etkin rol oynar. Topraktaki ısınma ve soğuma döngüleri, nemlilik ve kuraklık toprağı oluşturan fiziksel, kimyasal ve biyolojik ayrışmaya önemli ölçüde etki eder.⁶ Gündüz sıcaklığın artmasıyla genleşmeye, soğumasıyla ise büzülmesine neden olur. Kayanın dış yüzü ile iç yüzü arasında önemli sıcaklık farkı olur. Gündüz daha sıcak olan dış yüzey, akşam daha soğuk olur. Bu farklılık kayanın dışı ve içi arasında farklı genleşme ve büzülmeye yol açarak kayada çatlaklar oluşturur. Tıpkı soğuk bir cam bardağına sıcak su dökülmesinde olduğu gibi. Bunun yanında kayaçların yapılarında bulunan farklı mineralleri farklı genleşme ve büzülme göstermesi de çatlamaya neden olmaktadır. Bu çatlamalar kayanın parçalanmasına ve giderek küçülmesine neden olur. Gündüz ve gece sıcaklıkları çok farklı olan yerlerde bu süreç çok daha hızlı olur.  Örneğin gece ve gündüz sıcaklık farkı yüksek olan kara iklimlerinde bu süreç sıcaklık farkının az olduğu deniz iklimi etkisinde olan yerlerden daha fazladır. Enlem, rakım ve bakı farklılıkları sıcaklık üzerinde etkili olduğundan farklı konumlarda toprak oluşum hızı farklılaşmaktadır. Günlük sıcaklık farkının yüksek olduğu alanlarda ana kayanın ayrışma hızı da yüksek olur. Ancak unutulmamalıdır ki toprak oluşumu sadece kayaçların parçalanması, ufalanması şeklinde fiziksel bir süreç değil aksine, kimyasal ve biyolojik işlemlerin içinde olduğu bir süreçtir. Sıcaklık nem ile birlikte kimyasal ve biyolojik olayları etkilemektedir. 

Yağışlar, suyun kaynağı olarak toprağın oluşumunda ana unsur suyun kaynağı olarak toprak oluşumu üzerinde etkilidir. Su fiziksel, kimyasal ve biyolojik olarak toprak oluşumunda rol alır. Fiziksel etkilere buzulların, akarsuların aşındırıcı ve materyali taşıma, depolaması örnek gösterilebilir. Su mineralleri moleküllerine bağlanarak, onları ayrıştırarak, oksitlenme yaparak, pH’ını değiştirerek ya da kimyasal süreçte katalizör olarak rol oynar, yarak çok farklı şekilde kimyasal olarak yollarla toprak oluşumunu sağlar.nda rol oynar. Biyolojik etkiler ise doğrudan suyun varlığına bağlıdır. Bu nedenle nemli iklimler ile kurak iklimlerde toprak oluşumundaki fiziksel, kimyasal ve biyolojik süreçler tamamen farklıdır.

Topraktaki nem oranı, bir alana yağışlarla gelen su ve sıcaklıkla buharlaşan su miktarı arasındaki dengeye yani su bütçesindeki eşitliliğe dayanır. Yağışlarla gelen su toplam buharlaşmadan (evapotransprasyon) fazla olduğunda topraktaki nem oranı yüksek olur. Tam tersi durumda yağışlarla gelen su miktarı, buharlaşan su miktarından az olursa topraktaki nem oranı düşük olur. Sıcaklık gibi nem de kimyasal ayrışma (çözünme; solusyon, hidratlanma; hidrasyon, hidroliz) olaylarının itici gücüdür. Yıkanma, birikme gibi olaylarla toprak pH derecesi üzerinde ve organik madde ayrışmasında etkilidir.⁷

Mikroskobik canlılardan (bakteriler gibi ), insana kadar tüm canlılar doğrudan ya da dolaylı olarak toprak oluşumuna etki eder. Toprak oluşumunda canlı organizmaların rolünü dört ana grup altında inceleyebiliriz: bitkiler, hayvanlar, mikroorganizmalar ve insan.

Bitkiler, toprak oluşumundaki etkileri bakımından en önemli ve en çok öne çıkan canlılardır. Bitkiler, kökleri ile ana kayanın ufalanması ve ayrışmasında rol oynarlar. Öte yandan toprağın organik maddesinde en büyük pay bitkilerindir. Toprak organik kısmının ana bileşeni humus bitki, mikro ve makrofloranın birlikte yer aldığı süreçler ile meydana gelir.⁸ Bitkiler kökleri aracılığı ile toprak oluşumuna etki ederler, farklı kök tiplerine sahip bitkilerin farklı etkileri vardır. Örneğin çayır bitkilerinin derin ve sık kökleri toprağı sıkıca tutarken, kolayca ayrıştıkları için toprağın organik maddesini de zenginleştirirler. Derin ve kalın kök sisteminin olduğu ağaçlık alanlarda kökler, toprağın çok daha derinlerine inerek suyun ve havanın bu katmanlara kadar taşınmasını sağlayarak fiziksel ve kimyasal süreçlerin etki alanını artırır. Ayrıca köklerden salgılanan kimyasallarda etkili ayrıştırıcı materyallerdir. Sonuç olarak, bitkiler kökleri aracılığıyla ana kayanın hem fiziksel, hem de salgıladıkları kimyasallar ve topraktan kaldırdıkları makro ve mikro bitki besin elementleri sonunda yeni minerallerin açığa çıkışı ile sonuçlanan kimyasal ayrışmaylasını sağlayarak, toprak organik maddesini oluştururarak ve  toprak oluşumuna, ve gelişmesine neden olan en önemli toprak oluş faktörüdür.  

Hayvanlar, özellikle toprağın karıştırılması ve gübrelenmesi yoluyla organik madde oluşumuna etki ederler. Tavşan, tarla faresi, köstebek, solucan gibi toprakla iç içe yaşayan hayvanlar üst toprağı derinlere taşırken, derinlerdeki toprağı ise yukarı doğru taşırlar. Böylece üst katmandaki zengin organik maddeli toprak yerin derinliklerine kadar ulaşır. Solucanlar humus oluşumunu, toprak taneciklerinin agregatlaşmasını (toprak tanelerinin bir araya gelerek oluşturduğu en küçük toprak kümesi), toprağın havalanmasını ve toprak suyunun hareketini etkilerler. Yine meralarda otlayan hayvanlar gibi toprağın üzerinde yaşayan evcil hayvanlar, üzerinde gezindikleri toprağı gübreleyerek toprağın organik madde açısından zenginleşmesine katkıda bulunurlar.

Mikroorganizmalar, kökler ve toprak arasındaki kimyasal değişime ve organik maddenin ayrışmasına etki ederler. Yapılan birçok araştırma 1 gr toprakta milyonlarca bakterinin, 1 km kadar uzunlukta mantar misellerinin binlerce protozoa ve alg hücrelerinin bulunduğunu göstermiştir. Ayrıca her toprağın karakteristik bir mikrobiyel popülasyonu içerdiğini kesin olarak ortaya koymaktadır. Mikroorganizmaların toprak oluşumunndaki en önemli rollerinden birisi toprağa düşen bitki ve hayvan dokularının ayrışma ve parçalanmalarını sağlamaktır. Organik maddelerin ayrışması ve bunun sonucunda organik kolloidlerin ortaya çıkması, yeni humus bileşiklerinin oluşması toprak oluşumunda önemli olayların başında gelir. Organik maddelerin ayrışması ile bitkilere gerekli olan besin maddeleri açığa çıkar. Böylece organik maddenin döngüsü tamamlanır.⁹

İnsanlar, toprak oluşumunda önemli bir rol oynamaktadır. Toprakları kullanmaya başladıktan bu yana insanlar, toprak oluşumunun yönünü değiştirerek yeni toprak oluş koşulları oluşturmuştur. Örneğin; drenaj kanalları tesisiyle toprak suyunu etkileyerek toprağın fiziksel ve kimyasal özellikleri değiştirilmektedir. Doğal bitki örtüsünü tarım yapmak amacıyla yok edip, topraktaki organik madde devinimi değiştirilmekte, erozyon hızlandırılmaktadır. Diğer taraftan yanlış toprak kullanımı ile tuzsuz toprakları tuzlu şekle dönüştürerek veya tuzlu topraklar yıkanarak iyileştirilmektedir.¹⁰

İnsanın toprağın oluşumuna yaptığı en büyük etki tarım yoluyladır. Tarıma açılan topraklar sürülme faaliyetleri ile iyice alt üst olur. Bunun dışında insanlar mera ve orman oluşturmak için de toprağı pek çok yönden değişikliğe uğratır.¹¹

Topoğrafya, genel olarak bir arazi yüzeyinde görünen tüm yüzey şekillerini kapsar: Dağlar, tepeler, yamaçlar, düzlükler vb.¹² Topoğrafyayı oluşturan yüzey şekillerinin eğimi, yüksekliği ve güneşe göre konumu (bakıda ya da duldada kalma) toprak oluşumuna doğrudan etki eder.¹³

Topoğrafya, toprak oluşumunun drenaj, erozyon, bitki örtüsü ve toprak sıcaklığı üzerine olan etkilerini değiştirebilmektedir. Topoğrafyanın toprak oluşumuna katkısı önemli derecede yüzey eğiminin drenaja, suyun arazi yüzeyinden akışına ve erozyona olan etkilerinden ileri gelmektedir. İkinci derecede etkisi ise güneş ve rüzgârlara karşı olan yönlerdeki farklılıklarından dolayıdır.¹⁴

Yüzey şeklinin eğimi, bulunduğu alanın mikro iklimini belirler. Örneğin eğimi yüksek yerlerde oluşan topraklar su ile taşınarak eğimin düşük olduğu yerlerde birikir ve toprağın mineralojik ve kimyasal yapısını değiştirir. Kuzey yarım kürede güneş ışınları güney yamaçlara dik açılarla düşerken, kuzey yamaçlara daha eğik açılarla düşer. Bu nedenle kuzey yamaçlarda toprak ve hava sıcaklığı daha düşük, günlük sıcaklık farkı daha az ve toprak neminin buharlaşma oranı güney yamaçlara göre daha düşüktür. Günlük sıcaklık farkının az olmasına bağlı olarak donma ve çözülme olayları güney yamaçlara göre daha seyrek ve düşük şiddette yaşandığı için kuzey yamaçlarda toprak oluşumu daha yavaştır, bununla birlikte toprak nemi yüksek olduğu için nemlilik toprağın alt katmanlarına kadar ilerler. Bu alanlarda toprak daha kalındır.

Herhangi bir yerde mikro iklim şartlarına göre toprakların oluşabilmesi için suyun serbest hareketi büyük önem taşır. Örneğin eğimli sahalardaki toprak drenajı düz alanlara oranla daha iyidir. Ancak belli bir eğim derecesini aştıktan sonra bu kez suyun drenajı hızlı olur ve su toprağa sızmadan yüzeyden akıp gider. Böyle durumlarda yüzeysel akış büyük oranda toprak maddesini beraberinde götürdüğü için erozyon artar.¹⁵

Ana materyal, ana kaya olarak tanımlanan volkanik, tortul (birikim) ve metamorfik (yüksek sıcaklık ve basınç altında başkalaşıma uğramış) kayaçların fiziksel ve kimyasal etkenlerle ayrışması ya da akarsu, buzul, rüzgâr gibi etkenlerle taşınan malzemenin birikmesiyle oluşur.¹⁶

Toprak yapan ana materyaller, genel olarak ana kaya üzerinde oluşmuş ana materyaller; “yerinde oluşmuş ana materyal”, ayrışma sonrası doğal kuvvetlerle taşınıp farklı bir alanda biriken ana materyaller; “taşınmış ana materyal” ve organik ana materyaller olmak üzere üç grupta sınıflandırılmaktadır.

Ana materyalin toprak oluşumuna etkisinde ana kayayı oluşturan kayaç tipinin büyük etkisi vardır. Kayacın taneli veya ince yapılı oluşu, mineralojik bileşimi, tabakalı yapıya sahip olup olmadığı, ayrışma hızı ve toprağın mineralojik bileşimini etkiler. Her şeyden önce ana kayanın kimyasal ve mineralojik yapısı onun ayrışma ve parçalanmasına etki eder. Örneğin kuvars en dayanıklı minerallerden biridir. Kuvarsça zengin olan bir ana kayanın ayrışması uzun sürede gerçekleşir. Kalsiyum karbonatça (CaCO₃) zengin olan kayaçlar ise kolaylıkla ayrışırlar. Ayrışma hızının düşük olduğu bölgelerde toprak özellikleri çoğunlukla ana kayanın damgasını taşır.¹⁷

Ana materyalin ayrışması ile birçok mineral ve element açığa çıkar, bunlar yağışlarla erir/ayrışır ve bitkilerin besin maddelerinin kaynağını oluşturur.

Zaman diğer tüm faktörlerin toprak oluşumunda etkileşime girmesi için bir bileşendir. Başka bir anlatımla zaman diğer oluşum faktörlerinin toprak ana materyalleri üzerinde etkili olabildiği sürenin boyutlarını göstermektedir. Daha doğrusu zaman faktörü toprak oluş işlemlerinin aktif bulunduğu sürenin uzunluğunu açıklamaktadır. Bu nedenle toprak oluşumuna etki eden diğer tüm faktörler sabit kabul edildiğinde zaman süresi uzadıkça toprak olgunluğunun da ilerlediği kabul edilir. Toprakların olgunluğu ve toprak yaşı genellikle toprak horizonları arasındaki farklılık ile ölçülür. Pratikte toprak horizon sayısının ve kalınlıklarının artmasıyla toprağın daha fazla olgunlaştığı kabul edilir.^18_19