زمین شناسی مهندسی- هوازدگی و فرسایش
علت وقوع تغییرات در زمین
به طور كلي تغييرات سطح كره زمين تحت تأثير دو عامل زير است:
1- انرژي حاصل از خورشيد:
از طريق چرخه ی آب و تغییرات هوا بر روي زمين تأثير مي گذارد.
٢- انرژي دروني زمين:
که از طريق حركات صفحات سازنده ی سنگ كره (لیتوسفر) برروي زمين تأثير مي گذارد.
هوازدگي
تخريب سنگها بر اثر نيروها و تغییرات طبيعی كه طي آن سنگ ها به قطعات كوچكتر تبديل مي شوند و گاهاً ساختار شيميايي سنگ نیز تغییر مي كند.
انواع هوازدگي
♦هوازدگی فيزيكي:
♦هوازدگی شيميايي:
هوازدگی فیزیکی سنگ ها
هوازدگی فیزیکی موجب بروز شکستگی در سنگ می شود و وجود همین منافذ و درزه ها و شکافها در سنگها باعث می شود که سنگها بیشتر در معرض حمله فیزیکی و شیمیایی آب و هوا قرار گرفته و با سرعت بیشتری خرد و متلاشی یا هوازده شوند.
در تخریب حرارتی چنانچه تغییرات حرارتی بدون حضور آب انجام گیرد فرایند های حاصل را ترموکلاستی و چنانچه یخ زدگی آب در خلل و فرج سنگ های عامل تخریب باشد کریوکلاستی نام دارد.
تفریق کانی های فلدسپات و کوارتز در سنگهای آذرین در فرایند های تخریبی حرارتی باعث ایجاد دانه های مختلف الاندازه می شود. آرن ها نمونه های از این تخریب به شمار میروند.یخ زدگی در درون سنگ ها به بستر های اولیه مانند نسبت تخلخل و شکافها موجود ، بافت وساختمان سنگ ها وابسته است .لیمون سازی حاصلی از وجود شکاف های زیاد در فرایند میکروژلی فراکسیون و تولید قطعات بزرگ آهگی نتیجه ماکروژلی فراکسیون است.
پدیده پیپ کراک: یخ بندان باعث خروج سوزن های نازکی از یخ از سطح زمین می شود این سوزن ها دانه های تخریبی کوچک را بالا آورده سقوط این دانه ها پس از ذوب سوزن یخی باعث پایین رفتن آنها می شود.
تغییرات درجه حرارت (ترموکلاستی)
یخ شکافتگی (کریوکلاستی)
فرو پاشی آبی (هیدرو کلاستی)
رشد بلورهای نمک در داخل خلل و فرج سنگ ها (هالو کلاستی)
هوازدگی شیمیایی سنگ ها
در هوازدگی شیمیایی سنگها، تحت تاثیر آب و دما، یک کانی تبدیل به یک کانی دیگر شود. اکسید شدن آهن، تبدیل شیستهای گرانیتی به خاک رس نمونه هایی از این عملکرد است.
•دما و آب عناصر سرعت بخش هوازدگی شیمیایی محسوب می شوند. بنابراین در اقلیم گرم و مرطوب آلتراسیون شیمیایی به حد اکثر و در نواحی سرد و خشک به حداقل خود می رسد.
•با افزایش درجه حرارت و بارش، ضخامت آثار رسوبی حاصل از هوازدگی شیمیایی افزایش می یابد.
•رفتار فیزیکی موجودات زنده مانند عملکرد ماکرو ارگانیسم ها (موریانه ها-موشها وخرگوشها-و..) و همچنین نفوذ ریشه گیاهان در خلل وفرج سنگها نیز فاکتورهای سرعت بخش هوازدگی شیمیایی هستند. مثلاً اسیدی یا بازی شدن محیط توسط عملکرد ریشه گیاهان و باکتری ها نقش عمده ای در تخریب سنگها دارند.
پایداری سنگها در برابر هوازدگی
- ترکیب سنگ: ترکیب کانی شناسی سنگ ها نقش عمده ای در پایداری آنها در مقابل هوازدگی دارند. سنگ های آذرین که بخش عمده ای از عناصر آنها را کانی های پایدار مانند کوارتز می سازند از پایداری بیشتر نسبت به سنگهایی که عناصر اولیه آنها را مارنها و ژیپسها تشکیل میدهند برخوردارند.
به عنوان مثال: به دلیل پتانسیل بالای جذب آب، روندهای انقباضی و انبساطی در کانی های رسی مانند مونت موریلونیت باعث تخریب هیدروکلاستی آنها می شود.
- بافت یا ساختار سنگ: هرچه بافت یک سنگ، منافذ و شکافهای بیشتری داشته باشد، آسانتر هوازده می شود.
- اقلیم: رطوبت و گرما دو عامل مهم تشدید واکنشهای شیمیایی اند. بنابراین هوازدگی در مناطق گرم و مرطوب(هوازدگی شیمیایی) نسبت به نواحی سرد و خشک (هوازدگی فیزیکی)، خیلی بیشتر است و تا عمق بیشتری نفوذ می کند.
- شیب زمین: در شیبهای تند، یک کانی بر اثر هوازدگی از سنگ بستر جدا می شود و به حرکت در می آید، در نتیجه سطح تازه ای از سنگ بستر در معرض هجوم عوامل هوازدگی قرار می گیرد.
- زمان: هرچقدر سنگها در مدت زمان طولانی ترین در معرض عوال هوازدگی قرار گیرند، بیشتر دچار تخریب می شوند.
خاک
خاک محصول نهایی هوازدگی و تخریب فیزیکی و شیمیایی سنگها همراه با باقیمانده های در حال فساد جانداران است.خاک، لایه ای را بین سنگ بستر و هواکره (atmosphere) تشکیل می دهد. زندگی گیاهی و جانوری موجود در خاک نیز در تشکیل خاک، عامل مهمی است. باقیمانده های گیاهان و جانوران پس از مرگ آنها موجب افزایش هوموس (گیاخاک) در خاک می شود.
خاک به صورت لایه های افقی تشکیل می شود که به آن افقهای خاک می گویند. بالاترین لایه افق A است که حاوی هوموس، رس و ماسه است. در زیر آن افق B قرار دارد که حاوی رس، ماسه، مقدار کمی هوموس و عناصر محلولی است که از افق بالا توسط آب شسته شده اند. در زیر افق B، افق C قرار دارد که متشکل از سنگهایی است که بخشی از آن هوازده اند. اغلب ریشه های گیاهی به افق C نمی رسند. نفوذ آب و هوا نیز به این افق محدود است. در زیر افق C سنگ بستر قرار دارد.
مناطق تشکیل خاک
∗در مناطق سرد خاک کمی تشکیل می شود زیرا سطح یخ زده مانع از هوازدگی بیشتر می شود.
∗در مناطق مرطوب حاره ای به علت بالا بودن دما و بارش، خاک های ضخیمی تشکیل می شود ولی به علت شسته شدن خاک از مواد معدنی، خاک این مناطق برای کشاورزی مناسب نیست.
∗در مناطق بیابانی به علت هوازدگی شیمیایی کم خاک دارای مواد معدنی زیاد است ولی فاقد موادآلی است.
∗در مناطق معتدل به دلیل میزان بارش مناسب خاک های غنی سیاه رنگ و با هوموس فراوان تولید می شود و از حاصلخیزترین خاک ها هستند.
فرسایش
فرسایش، عبارت است از فرآیندهایی که در طی آن مواد هوازده شده جابه جا می شوند. در طی فرسایش، هوازدگی همچنان ادامه دارد.
عوامل فرسایش: نیروی جاذبه، آب های جاری، آب های زیر زمینی، دریاها، یخچال ها، باد
نیروی جاذبه:
لغزش،عبارت از پایین افتادن و یا حرکات یکپارچه و اغلب سریع حجمی از مواد رسوبی در امتداد دامنه ها است. وجود رسوبات منفصل. سطوح چینه بندی موازی با توپوگرافی. جریانات سیلابی. تغییر اقلیم و افزایش سریع مقدار بارش. حرکات شدید تکتونیکی و زلزله ها. وجود یک سطح پایدار در زیر یک سطح نا پایدار
سولی فلوکسیون
سطوح عملکرد سولی فلوکسیون:در دو سازند شیبدار متفاوت شامل لایه زیرین نفوذ ناپذیر و لایه رویین نفوذ پذیررسوباتی مانند رس و مارن که قابلیت جذب آب زیادی دارند عمل می کند.
چنانچه دبی خروجی واریزه ها کمتر از ورودی آنها باشد،تجمع مواد تخریبی در پایین دست مخروط های واریزه ای را میسازند و یا در شیبهای تند باعث ایجاد تالوسها می شوند.
آب های جاری:
رودها همواره سطح زمین را در جایی می فرسایند و مواد حاصل را در جای دیگری ته نشین می کنند. فرسایش از لحظه ای که قطرات باران فرود می آیند شروع می شود. انرژی جنبشی قطرات باران می تواند ذرات خاک را سست و پراکنده کند. آنگاه این ذرات، توسط آبهای سطحی شسته می شوند. این گروه فرسایش، فرسایش ورقه ای خوانده می شود. رودها طی فرایندی که فرسایش قهقرایی خوانده می شود طول خود را رو به عقب می فرسایند. رودها بستر خود را فرسایش می دهند اما هیچ رودی نمی تواند پایین تر از ارتفاع دهانه خود، سطح زمین را فرسایش دهد. سطحی که در آن رودخانه انرژی خود را از دست می دهد و نمی تواند بیش از آن بستر خود را رو به پایین حفر کند، سطح مبنا یا سطح اساس خوانده می شود. سطح مبنای نهایی رودها معمولاً سطح دریاست.
تشکیل و توسعه دره رودها به سه مرحله جوانی، بلوغ و پیری تقسیم می شود. بیشتر انرژی فرسایشی رودهای جوان، صرف عمیق تر کردن بسترشان می شود. دره رودهای جوان V شکل با دیواره های پرشیب است. وقتی رود جوان به سطح مبنای خود نزدیک می شود، شروع به فرسایش جانبی سواحل خود می کند و دره ای پهن تر به وجود می آورد و در نتیجه رود بالغ تشکیل می شود. دره رودهای پیر U شکل است
آب های زیر زمینی:
آبهای فرورو ضمن عبور از لایه های خاک و سنگ، مقدار زیادی از مواد را در خود حل می کنند. مقدار و نوع مواد محلول در آب، بستگی به جنس و ضخامت لایه های خاک و دمای آبی که از میان آن می گذرد دارد. آب های فرورو با عمل انحلال خود سبب تخریب برخی از قسمت های درون زمین بخصوص در مناطقی که جنس زمین از آهک است می شوند. ادامه این عمل طی هزاران سال باعث پیدایش حفره های بزرگی به نام غار می شود. در برخی از غارها مثل غار علی صدر همدان که سطح ایستابی بالاتر از کف غار است دریاچه های زیرزمینی ایجاد شده است.
سنگ های تبخیری مانند کلرو ها (نمک های معدنی) ،سولفاتها (انیدریت و ژیپس) قدرت حلالیت زیادی را در آب دارند.آبهای اسید دار نیز نقش عمده ای را در انحلال آهکها دارند.موفولوژی غارها را تا حد زیادی به این فرایند وابسته است
دریاها:
نیروی زیادی در لبه امواج وجود دارد. این نیرو می تواند مواد را در ساحل جابه جا کند و اگر به ساحل سنگی برخورد کند باعث ریزش و تخریب آن می شود. امواج دریا باعث پراکنده شدن شن، سنگریزه و گلهای رسی روی ساحل می شوند و سنگهای بزرگ را به قطعات کوچکتر تقسیم می کنند. آب دریا می تواند مواد حاصل از تخریب ساحل، هوازدگی و مواد حل شده توسط رودها را جابه جا کند. دانه های شن در قسمتهای کم عمق رسوب می کنند و ذرات رس به قسمتهای عمیق آب برده می شوند.
امواج نیرومندترین عامل فرسایش هستند.
یخچال ها (Glacier):
یخچالها با نیروی زیادی، سنگ بستر خود را فرسایش می دهند و این کار به وسیله مورنها صورت می گیرد. تمام موادی که به وسیله یخچال حمل می شوند به نام مورن (Moraine) موسومند. مورنها در زیر و اطراف یخچال به طور ثابت در یخ قرار دارند و همچنان که با یخ به جلو می روند، بستر یخچال را می سایند. یخچال های قطبی چون نواحی کوهستانی را یکسره می پوشانند از ارتفاع قلل می کاهند و آنها را صاف و ساییده می کنند، در حالی که یخچال های دره ای ارتفاعات را می برند و آنها را تیزتر می کنند.
بادها:
باد یکی از عوامل تغییر سیمای زمین به ویژه در نواحی خشک و بیابانی است. به دلیل این که چگالی هوا بسیار کمتر از آب و یخ است، باد در حمل رسوبات خیلی کمتر از رودها و یخچالها مؤثر است. ذراتی که به وسیله باد به حرکت در می آیند دو دسته اند. ذراتی که نزدیک سطح زمین و بر اثر غلتیدن یا جهشهای متوالی به جلو رانده می شوند «بار بستری» خوانده می شوند. ذرات دانه ریزتری که باد قادر است به صورت معلق در هوا حمل کند «بار معلق» خوانده می شوند. برخورد مداوم باد و ذراتی که به وسیله باد حمل می شوند با سطح خاک و سنگ موجب فرسایش آنها می شود. چون این عمل سایش بیشتر به وسیله ذرات ماسه انجام می گیرد به آن فرسایش ماسه ای نیز می گویند. زمانی که سرعت باد به 4.5 متر در ثانیه (معادل 16 کیلومتر بر ساعت) برسد به عنوان یک عامل فرسایش در نظر گرفته میشود. باد تا زمانی که به ماسه مسلح نباشد به عنوان یک عامل فرساینده محسوب نمیگردد. حجم ماسه ای در یکسال از یک مقطع عمودی به عرض یک متر و ارتفاع نامحدود میگذرد دبی جامد باد نام دارد که معمولا بر حسب متر مکعب در نظر گرفته می شود.
تاثیر انسان بر فرسایش
فرسایش مشخص ترین شکل تخریب طبیعت است
- دامداری و چرای بی رویه
- شخم زدن سطوح در جهت شیب
- جنگل سوزی و ایجاد کشتزارهای جدید
- توسعه بیش از حد زمینهای کشاورزی
- عدم آیش گذاری زمین ها (یک سال استراحت، یک سال کشت)
- سیستم های آبیاری سنتی
- ایجاد خطوط ارتباطی
- ساخت سد های مخزنی
- بهره برداری از معادن
- ایجاد تاسیسات بندری
- توسعه نامتوازن شهرها
رئوس مطالب این آموزش:
- بند اول
- بند دوم
