“Catena” thể hiện cảnh quan địa hình vừa phải một cách tốt nhất, thể hiện ý
21
chức năng rất quan trọng cung cấp năng lượng tiềm năng và động năng cho hệ
thống đất thông qua tác động của nó dẫn tới sự di chuyển của dòng chảy. Nó có tác
động quan trọng đối với việc phân phối lại vật chất và năng lượng trong hệ thống
cảnh quan đất.
Nghiên cứu đất theo sườn dốc là một trong những cách đơn giản ngắn gọn
nhất để thấy rõ các mối quan hệ không gian giữa đất và địa hình (Sommer và
Schlichting 1997). “Catena” là một lát cắt của đất từđỉnh xuống chân của đồi vuông góc (hoặc gần như thế) với các đường đồng mức. Tên của nó xuất phát từ tiếng Latin “catena”, chuỗi. Đất trong “catena” thường được xem là các liên kết trong chuỗi, tưởng tượng hai đầu của chuỗi được tổ chức vững chắc, như vậy mà phần còn lại của nó treo lở lửng ở giữa. “Catena” bao gồm thông tin vềđất, địa tầng học trên bề mặt đất và thủy văn và hình dạng sườn đồi. Áp dụng các khái niệm “catena”
liên quan đến việc đưa tất cả các bộ phận lại với nhau tạo thành một hệ thống hàm
sốđịa mạo – thổnhưỡng.
Mô hình của Simonson (1959) và Jenny (1941) cung cấp khái niệm quan trọng cho sự hiểu biết về sự hình thành đất. Tuy nhiên không phải mô hình thiết lập ranh giới chức năng cho sự hình thành đất liên tục trong các đơn vị cảnh quan thiên nhiên. “Catena” là khái niệm cơ bản giải thích phẫu diện đất trên sườn dốc. “Catena” (chuỗi đất) là một chuỗi đất dọc theo sườn dốc từđỉnh đến chân sườn.
Milne (1936) đưa ra thuật ngữ “catena” để mô tả sự lặp lại liên tục của đất xảy ra từđỉnh sườn dốc đến thung lũng kềdưới. Ban đầu xác định một “catena” như
chuỗi của đất giữa những đỉnh đồi và những bề mặt bằng ở gần đầm lầy. Phẫu diện
đất thay đổi theo trình tự này phù hợp với điều kiện thoát nước và lịch sửđịa mạo.
Khái niệm “catena” ban đầu của Milne đã không loại trừ “catena” ở nơi mà đất đã phát triển trên những vật liệu đá gốc khác nhau, thạch học không đồng nhất dọc theo “catena”. Năm 1942, Bushnell đã mở rộng và đồng thời hạn chế việc áp dụng thuật ngữ này bao gồm tất cả các dạng địa hình có thể khác nhau, vị trí bóc mòn và thủy văn, nhưng dựa trên vật liệu mẹ nhất định. Về bản chất, Bushnell muốn một “catena” chỉ khác nhau liên quan tới sự thoát nước, ngày nay chúng ta gọi là chuỗi
22
sự thay đổi màu đất do thay đổi điều kiện ẩm ướt (Hall 1983). Mặt khác, Đất dọc
theo “catena”, có sự khác biệt hình thái vì sự thay đổi điều kiện thoát nước và thay
đổi liên tục của trầm tích theo các “catena”. Ruhe (1960) nhấn mạnh rằng người ta không thể hiểu sự tiến hóa của một chuỗi đất mà không cần kết hợp kiến thức về
lịch sử địa mạo của mỗi cảnh quan, và không đồng ý với khái niệm rằng “catena”
nên được giới hạn trong một loại vật liệu mẹ. Tuy nhiên trong luận văn, tác giả sẽ
không hạn chế “catena” từ một loại vật liệu mẹđồng nhất.
Có thể dự báo sự biến đổi của đất theo “catena”. Tuy nhiên để nâng cao khả
năng dự báo này, “catena” được xem xét trong sơ đồđường cong độ dốc của nó như
là sự quan sát từ trên cao. Sơ đồ đường cong độ dốc phần lớn điều khiển hướng dòng nước và vận chuyển bùn cát trên sườn dốc. “Catena” trên các đỉnh sườn dốc hoặc ở sườn bên hoàn toàn khác nhau, như ở trên đỉnh sườn dốc thì nước và trầm
tích được khuếch tán, chân sườn dốc thì nước và trầm tích dồn lại/tích tụ, và ở bên
sườn dốc là phần trung gian vận chuyển vật liệu.
Milne đã phân biệt hai loại “catena”. Loại thứ nhất xảy ra trên sườn dốc đã phát triển trong một loại đá gốc duy nhất. Mặc dù có sự đồng nhất trong đá mẹ,
Milne đã quan sát thấy sựthay đổi liên tục của đất theo đường cong độ dốc. Milne
cho rằng sự liên tiếp của đất tới các sự thay đổi dưới bề mặt đất trong kênh thoát (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
nước, phương vận chuyển của trầm tích và sự dời đi của vật liệu hay ở dưới các bề
mặt đất (hình 1.7a). Trong 2 ví dụ của Milne sườn dốc bao gồm nhiều hơn một loại
đá gốc (hình 1.7b). Sự quan sát liên tục của đất diễn ra trên sườn dốc. Sự biến động
trong hệ thống thoát nước và phương vận chuyển cũng tạo ra “catena” này, nhưng
sự khác nhau của địa tầng trong đá mẹ tăng lên gây ra sự phức tạp của phẫu diện
đất. Trong ví dụ này, trầm tích bề mặt hình thành một lớp phủ lên trên cảnh quan mà nó không trùng khớp với vỉa đá/địa tầng của đá bên dưới. Khái niệm “catena” bao gồm cảđịa tầng bề mặt và cấu trúc địa chất bên trong sườn dốc hay thạch học.
Hơn nữa, khái niệm “catena” bao gồm cả mô hình cảnh quan đất và mô hình
hay hệ thống địa mạo. Milne đã công nhận rằng sự sắp xếp góp phần tuần tự liên tục các loại đất khác nhau xuống sườn dốc. Quá trình xói mòn và tích tụđược thúc đẩy
23
tinh tế của các bộ phận khác nhau trong vật liệu mẹ của đất (Kleiss, 1970). Sự đòi
hỏi cả về vật liệu mẹvà địa hình là nhân tố trong mô hình hình thành đất của Jenny
(1941). Giống như quá trình xói mòn và tích tụ, sự tiến hóa của cảnh quan ảnh
hưởng đến phẫu diện đất trên cảnh quan. Sự thay đổi liên tục trong hình thái đất thông qua cảnh quan được kết hợp bởi quá trình tiến hóa của cảnh quan trên sườn dốc cả về thời gian và không gian. Trong mô hình của Jenny, sự tiến hóa cảnh quan có nghĩa là vật liệu mẹ và địa hình không phụ thuộc sự thay đổi, nhưng hơn thế là sự phụ thuộc vào biến số có thểđồng biến theo thời gian [34].
Hình 1.7: Hai biểu đồ về catena của Milne (1936a, b) cho thấy ý tưởng về mối quan hệ cảnh quan [31] Đất 1 Đất 4 Đá cát kết phân lớp xiên Đá bùn kết aminate Đá cát kết aminate
24
* Nguyên nhân của sự biến đổi của đất trong “catena”
Sự thay đổi đặc tính của đất được quan sát thấy trong một chuỗi chủ yếu là
do địa hình và ảnh hưởng của nó đối với sự di chuyển của trầm tích và nước. Đặc
biệt, sự khác biệt về thủy văn trong một sườn dốc dẫn đến dự đoán về sự biến đổi
màu đất. Trong trường hợp mực nước ngầm sâu và điều kiện oxy hóa (vị trí đỉnh và
vai dốc), màu sắc đất dưới bề mặt đất có màu đỏ hoặc nâu từ sắt (oxy hóa). Ngược
lại, ở các nơi mà mực nước ngầm nông (chân sườn dốc) đất có màu xám. Các loại
đất ngập nước thường màu hơi xanh xám hoặc thậm chí màu xám trung hoà về màu
sắc. Trong một phần của phẫu diện đất gương nước ngầm dao động tạo ra những vết
lốm đốm.
Vì vậy, sự khác biệt trong hệ thống thoát nước có vai trò thay đổi màu sắc
dần dần thường thấy trong “catena”.
Các loại đất khác nhau dọc theo “catena” vì hai lý do chính:
(1) Độ dốc ảnh hưởng đến thông lượng dòng nước và vật chất (thông thường
nhưng không phải luôn luôn theo hướng nghiêng xuống). (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
(2) Các ảnh hưởng của nước ngầm.
Thông lượng có hai loại chính: Thông lượng mảnh vụn (trầm tích và hữu cơ)
và thông lượng độẩm (Malo et al 1974).
Trong “catena” kín, ví dụ, một vùng trũng đáy bằng hoặc lòng chảo, tất cả
trầm tích và nước từcác sườn đổ xuống, các mảnh vỡ bị cuốn từ các sườn núi phía
trên tích tụ ở đây (Walker and Ruhe 1968). Trong các hệ thống thoát nước hở, các mảnh vụn có thểđược di chuyển khỏi các sườn đồi bởi hệ thống sông suối. Sự chảy thành dòng của các mảnh vụn là rất quan trọng trên nhiều sườn dốc với các tính chất
đất phản ánh mạnh mẽ đối với các hệ thống tích tụ của sườn dốc hơn so với hệ
thống thổ nhưỡng (Kleiss 1970). Sommer và Schlichting (1997) đã xem xét tầm quan trọng của dòng chảy làm thay đổi đất trong “catena” và phát triển một sơ đồ lý
tưởng hóa để đại diện cho tất cả các dạng có thể có của dòng chảy. Sơ đồ của họ
(hình 1.8) bao gồm các dòng chảy gây ra bởi dòng chảy tràn trên mặt, dòng chảy
bên dưới bề mặt, xâm nhập theo chiều dọc/thấm, tăng mao mạch và dòng chảy trở
25
Trong đó:
Hình 1.8: Lý tưởng hoá các sơ đồ hiển thị khác nhau, trực tiếp và gián tiếp có liên quan đến mối liên kết giữa các loại đất trong “catena”. Dòng dẫn nước tập
trung. Theo Sommer và Schlichting (1997) [31].
Dòng trầm tích mảnh vụn liên quan đến các thành phần xói mòn và tích tụ. Khi vận chuyển chủ yếu do quá trình trọng lực được gọi là lở tích (colluvi) (Goswami - 1996). Khi dòng chảy tràn trên mặt và sự xói mòn do sông là những quá trình chính, được gọi là quá trình rửa tràn sườn dốc. Trên đỉnh sườn, nước có xu
hướng thấm hoặc chảy đi từ từ. Bởi vì chúng là những sườn dốc đứng của cảnh quan,trên các khu vực sườn và vai dốc có thế năng lớn nhất cho dòng chảy mặt,và
do đó thường bị xói mòn nhiều nhất, bằng chứng là phẫu diện đất mỏng nhất và là
khu vực có khả năng cho các mỏm đá trồi lên trên các sườn đá lộ (Gregorich và Anderson 1985) (Hình 1.9).
Hình 1.9: Khái niệm mô hình minh họa các loại đất khác nhau cùng một “catena” điển hình. After King et al.(1983) [31].
1. Dòng chảy tràn trên mặt 4. Mao dẫn tăng
2. Bên dưới dòng chảy mặt 5. Dòng chảy trở về
3. Sự rò rỉ hay quá trình thấm thẳng đứng
Đất nông
Sườn lồi
Sườn thấp lõm
Đất dưới sâu và đất bị rửa trôi
26
Tuy nhiên, gradient độ dốc không phải là yếu tố duy nhất có thể làm nổi bật
sự xói mòn trên một vị trí cụ thể. Mức độ che phủ và phân loại, kết cấu trầm tích, (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
khảnăng xâm nhập đất và hoạt động của sinh vật (đặc biệt là động vật đào hang) tất
cảđều ảnh hưởng tới sự xói mòn đất (Yair và Shachak 1982). Bởi vì trầm tích mịn
hơn dễ bị xói mòn, nguyên liệu thô thường được bỏ lại phía sau trên các vị trí ở vai
dốc và sườn phía sau (Walker và Ruhe 1968). Càng thấp xuống phía dưới mặt
nghiêng dốc, các mảnh vật liệu vụn di chuyển chậm lại và lắng đọng, tích tụ chiếm
ưu thế.Tích lũy xảy ra trên chân sườn dốc (xem hình 1.9).
Trong quá trình vận chuyển, vật liệu trong “dòng chảy” cùng đồi dốc có xu
hướng trở nên ít được sắp xếp. Nói chung, vật liệu mịn được di chuyển xa hơn dọc
theo độ dốc trong khi trầm tích thô được bỏ lại phía sau (1970 Kleiss, Malo et al
1974). Xu hướng này được thể hiện tốt nhất trong lưu vực khép kín (Walker và
Ruhe 1968), bởi vì trong lưu vực hở các lớp trầm tích mịn trên chân sườn có thể được di chuyển bởi dòng suối và trầm tích có thểđược thêm vào bởi hệ thống sông ngòi.
Lượng mưa thường được phân bố đều dọc theo sườn núi. Trên sườn dốc,
lượng nước đi vào so với lượng nước đi ra phụ thuộc vào một số yếu tố, chẳng hạn
như độ dốc, khả năng thấm độ dốc và độ lệch của quy hoạch, cường độ/ tần số của
lượng mưa và thảm phủ. Nếu khảnăng thấm của đất vượt quá tỷ lệlượng mưa cung
cấp, sẽ có sự khác biệt về đất và “catena” liên quan đến các mảnh vụn và độ ẩm
thay đổi nhỏ (hình1. 10). Dòng chảy xảy ra khi lượng mưa tới vượt quá khả năng
thấm của đất (trên tất cả hoặc một phần của sườn dốc). Sau đó, độ dốc và độ cong
ảnh hưởng đến tỷ lệ mà tại đó nước chảy tràn ở sườn dốc, và nơi mà nó đi (Huggett
1975, 1976b). Dòng chảy thường là lực dẫn động gây ra dòng tàn tích. Mưa rơi
(hoặc tan chảy ra) trên sườn phía sau dốc đứng có thể thoát nhanh. Ở các bộ phận
của sườn dốc thấp hơn nước có thể chảy liên tục và thường ẩm ướt hơn và có khả
năng bị rửa trôi nhanh hơn (hình 1.10). Mực nước ngầm cao trong các vị trí có độ
dốc thấp hơn có thể ngăn chặn quá trình hình thành thổ nhưỡng, tuy nhiên vẫn có
một số loại đất phát triển ở vị trí này của các “catena”, do một lượng lớn nước và
27
hưởng của gương nước ngầm là nhỏ nhất, thì bề mặt sườn phía sau vai dốc sẽ bị rửa
trôi ít nhất, rìa chân sườn dốc sẽ rửa trôi nhiều nhất và vị trí đỉnh sẽ là trung bình.
Hình 1.10: Kết thúc 2 kịch bản cho thông số độ ẩm của cùng một chuỗi đất. (a): Tốc độ lượng mưa < tốc độ thấm. Dòng chảy ít phát triển và đất bị rửa trôi tương tự dọc theo “catena”. (b): Tốc độ mưa > tốc độ thấm. Dòng chảy phát triển trên các phân đoạn độ dốc lớn, gây ra các loại đất khô hơn, mỏng hơn và xói mòn nhiều hơn. Sự liên tục trên các khu vực đáy của sườn dốc bị thấm nước, trừ khi
thẩm thấu bị hạn chế với một gương nước ngầm cao [31] (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Bản chất của “catena” là mối quan hệ giữa đất và địa hình thể hiện vềđộ dốc và vị trí. Thời gian là cần thiết để hình thành một chuỗi đất nhất định. Đó là sự giả
định rằng đất đã đạt đến một số điều kiện ở trạng thái ổn định, nhưng nó là rất khó
khăn để quyết định trạng thái này tồn tại đặc biệt là khi quá trình địa mạo cũng tham
gia. Đường cong cho sự tích lũy của hầu hết các tính chất của đất dốc nhưng sau
một thời gian chúng bị san bằng, cho thấy rất ít thay đổi sau đó. Nhưng thời gian cần thiết để đạt trạng thái ổn định sẽ phụ thuộc vào tính chất đất, vật liệu mẹ và sự
phát triển của các phẫu diện đất. Tầng đất A hình thành nhanh chóng, tầng đất B hình thành chậm hơn, trong khi tầng laterit hình thành trong thời kỳ Đệ Tam hoặc
đầu thời kỳĐệ Tứ. Vì vậy, phân tích bất kỳ “catena” nào nên tìm hiểu lịch sửđịa lý tự nhiên của vùng đó. Chuỗi trong bất kỳ một địa phương nào cũng là sự tương tác
28