هوازدگی و فرسایش

بخش بالا آمده ی پوسته ی زمین برای همیشه پایدار نیست. تمام کوه ها و بلندی ها،صرف نظر از عظمتشان سرانجام توسط نیروهایی که در خارج از زمین عمل می کنند از پا در می آیند. این نیروها در جهت مخالف نیروهای درونی عمل می کنند و مایل اند بخش های بالا آمده سطح زمین را بفرسایند و بلندی های قاره ها را تا حد تراز دریاها پایین آورند.

فرآیندهای بیرونی که با تخریب و جابجایی سنگ ها موجبات تغییر شکل سطح زمین را فراهم می کنند، عبارتند از: هوازدگی، فرسایش و حمل

تغییرات حاصله در سنگ ها و رسوبات وقتی که در تماس با هواکره، آب کره و زیست کره قرار می گیرند، هوازدگی خوانده می شود.

بنابراین هوازدگی عبارت از مجموعه ی فرآیندهایی است که موجب خرد شدن فیزیکی و تجزیه ی شیمیایی سنگ ها و کانی ها در سطح یا نزدیک سطح زمین می شوند، بدون آنکه لزوماً مواد حاصله از محل خود جابجا شوند.

توده سنگی را که در موقعیت طبیعی خود قرار دارد و توسط عوامل سطحی چندان تغییر نکرده است، سنگ بستر می گویند.

سنگ بستری که در سطح زمین پدیدار شده باشد رخنمون یا بیرونزدگی خوانده می شود.

پوشش سنگ بستر(سنگپوش یا ریگولیت ) در محل و بر اثر هوازدگی سنگ بستر تولید شده باشد یا مواد ریز و درشت ناپیوسته ای مانند لای، ماسه، شن و غیره باشد که به وسیله ی عوامل طبیعی مختلفی چون رودخانه، باد یا یخچال به محل حمل شده اند.

قسمت بالایی سنگپوش را قشری از مواد دانه ریز که حاصل پیشرفت فرآیند هوازدگی است تشکیل می دهد که به آن خاک می گویند.

انواع هوازدگی

دونوع هوازدگی عبارت است از هوازدگی فیزیکی و شیمیایی. در هوازدگی فیزیکی توده های سنگ به طور مکانیکی خرد می شوند و به قطعات بزرگ و کوچک تا ذرات ریز لای ( سیلت ) و رس تبدیل می گردند. در هوازدگی شیمیایی بین کانی های سنگ و مواد موجود در محیط بخصوص آب، اسید و اکسیژن واکنش شیمیایی رخ می دهد.

معمولاً در مناطق خشک هوازدگی فیزیکی و در مناطق مرطوب هوازدگی شیمیایی نقش مهمتری دارند.

نحوه ی هوازدگی یک سنگ وابسته به شرایط محیط اطراف و ترکیب و خصوصیات سنگ است. شرایط محیط شامل دما، رطوبت، فعالیت جانداران و مواد شیمیایی واکنشگر است. خصوصیات سنگ شامل ترکیب کانی شناسی آن، اندازه و آرایش دانه ها و فضای خالی سنگ مثل منافذ و شکستگی های آن است.

هوازدگی فیزیکی

مهمترین فرآیندهای موثر در هوازدگی فیزیکی عبارتند از:

یخ زدگی : اغلب سنگ ها دارای ترک ها و حفراتی هستند که آب باران می تواند به آن ها راه پیدا کند. وقتی دمای هوا به نقطه ی انجماد آب برسد، آب در داخل ترک های سنگ یخ می زند. یخ مانند یک گوه، ترک سنگ را از هم باز می کند و بر اثر ذوب و انجماد مکرر، ترک آنقدر بزرگ می شود که قطعه ای از سنگ شکسته شده و از آن جدا می شود. این نوع هوازدگی بیشتر در آب و هوای معتدل و در فصولی از سال مؤثر است که دمای هوا در طول روز بالاتر و در شب پایین تر از نقطه ی انجماد آب باشد. تکرار عمل ذوب و انجماد سرانجام موجب تخریب مکانیکی سنگ می شود.

رشد بلورها: آب حاوی نمک های محلول ممکن است با ورود به داخل منافذ کوچک سنگ، بر اثر تبخیر، به حالت فوق اشباع برسد و در نتیجه نمک های مختلف محلول در خود را به صورت بلور در درزها و حتی فضای بین دانه های سنگ به جای بگذارد. رشد این بلورهای کوچک نیروهایی اعمال می کند که ممکن است برای شکستن سنگ کافی باشد. این عمل بیشتر در اقلیم های خشک، که آب به آسانی تبخیر می شود، رواج دارد.

رهایی از فشار بر اثر برداشته شدن بار: سنگ ها چه بر اثر تراکم رسوبات در زیر دریا و چه بر اثر انجماد مواد مذاب در زیر زمین تشکیل شده باشند، در زمان تشکیل تحت فشارهای خیلی زیادی قرار دارند. وقتی این سنگ ها بر اثر بالا آمدگی زمین و فرسایش صدها و هزاران متر سنگ های فوقانی خود در سطح زمین ظاهر شوند، از این فشارهای زیاد آزاد می شوند. رهایی از فشار منجر به جداشدن ورقه هایی از سنگ می شوند که اصطلاحاً آن را « پوسته پوسته شدن » می گویند.

پوسته پوسته شدگی معمولاً در سنگ های متراکم به ویژه گرانیت ها و ماسه سنگ ها دیده می شود.

انبساط و انقباض سنگ ها بر اثر تغییرات دما:  تغییرات سریع دما هم ممکن است به تخریب سطحی سنگ ها منجر شود. وقتی سطح خارجی سنگ گرم شود قشر نازکی به ضخامت چند سانتی متر سنگ از خارج منبسط می شود. در حالی که قسمت های داخلی سنگ گرمای چندانی دریافت نمی کند. لذا بین قسمت های خارجی سنگ که به علت تغییر دما منبسط و منقبض می شود و قسمت های درونی که بدون تغییر می ماند، تنش هایی به وجود می آید که ممکن است موجب شکستن و جدا شدن قشر نازکی از سطح خارجی سنگ شود. به علاوه کانی های سنگ بر اثر گرم شدن به درجات متفاوتی منبسط می شوند، تنش های انبساطی متفاوت بین کانی ها نیز ممکن است به شکستن بلورها در سطح خارجی سنگ بی انجامد. این گونه تخریب سطحی سنگ ها غالباً هنگام آتش سوزی در جنگل ها رخ می دهد.

تغییرات دما به تنهایی عامل مهمی در هوازدگی نیست.

خشک و مرطوب شدن متوالی سنگ ها: شیل ها، سنگ های رسی و بعضی از خاک ها که حاوی کانی های رسی هستند، ممکن است بر اثر خشک و مرطوب شدن متوالی در محل خود سست شوند. رس ها قادرند رطوبت زیادی جذب کنند و بسیاری از رس ها بر اثر جذب آب متورم می شوند.

انبساط این مواد بر اثر ورود آب و انقباض آن ها در مواقع خشک موجب متلاشی شدن و در هم ریختن این سنگ ها می شود.

اثر گیاهان و جانوران:

گاهی اثرات فیزیکی و شیمیایی جانداران را در دسته ای جداگانه تحت عنوان هوازدگی زیستی قرار می دهند. ریشه ی گیاهان با نفوذ خود در داخل شکاف سنگ ها و بر اثر رشد ممکن است فشاری ایجاد کند که به خرد شدن سنگ ها منجر شود.

جانوران نیز در هوازدگی موثرند. کرم های خاکی، موریانه، مورچه و دیگر جانوران حفار دائماً در قشر سطحی خاک مشغول بر هم زدن ذرات خاک هستند.

چون به نظر نمی رسد که این جانوران بتوانند قطعات سنگ را بشکنند، نقش آن ها را باید بیشتر در سست کردن ذرات، حرکت دادن و بالا آوردن آن ها و قرار دادن ذرات کانی ها در معرض حمله بیشتر عوامل شیمیایی دانست.

از بین فرآین های فوق یخ زدگی آب در شکاف  سنگ ها مهمترین نقش را در تخریب مکانیکی سنگ ها دارد.

 

هوازدگی شیمیایی

هوازدگی شیمیایی سنگ ها زمانی رخ می دهد که کانی های سازنده ی سنگ با آب ، اکسیژن دی اکسید کربن و اسیدهایی که جانداران تولید می کنند واکنش شیمیایی انجام دهد. یعنی سنگ اصلی تجزیه شود. کانی های تجزیه نشده موجود در سنگ اصلی را کانی های اولیه و کانی های جدید حاصل از هوازدگی را کانی های ثانویه می گویند. بخش قابل توجهی از سنگ اصل نیز به صورت یون های محلول در می آید.

هوازدگی فیزیکی باعث می شود که سنگ اصلی به قطعات کوچکتری تقسیم شود و در نتیجه تجزیه ی شیمیایی سنگ سریعتر انجام گیرد. زیراکه سطح بیشتری از سنگ در معرض واکنش با عوامل شیمیایی قرار می گیرد.

مهمترین فرآیندهای هوازدگی شیمیایی عبارتند از:

  • انحلال بوسلیه ی آب و اسیدها:

اغلب کانی ها تا حدودی در آب محلول اند. مثلاً هالیت(کلرید سدیم) و ژیپس (سولفات کلسیم) اگر آب کافی موجود باشد به آسانی حل می شوند. یک لیتر آب خالص در ۱۰ درجه ی سانتی گراد قادر است ۲۶۳ گرم نمک طعام یا ۹/۱ گرم ژیپس را در خود حل کند. آب زیرزمینی ممکن است به داخل لایه های ژیپس و نمک نفوذ کرده و حفراتی انحلالی در آن ها بوجود آوردند.

بسیاری از آب های طبیعی عملاً محلول های اسیدی ضعیف هستند. این گونه اسید ها حاصل فعالیت های جانداران است. هیدروژن موجود در اسید ها با بسیاری از کانی ها واکنش داده و آن ها را تخریب می کنند. مثلاً گازهای دی اکسید کربن موجود در هوا به راحتی در آب باران، آب های سطحی و آب زیر زمینی حل شده و تولید اسید کربنیک می کند اسیدهای حاصل با بسیاری از سنگ ها بخصوص سنگ های آهکی که از سنگ های رسوبی فراوان است واکنش می دهد.

یون های کلسیم و منیزیم هر دو در آب محلول اند و وجودشان باعث سختی آب می شود. در نتیجه در مناطقی که سنگ آهک در دولومیت گسترش داشته باشد، آب ها معمولاً از نوع سخت هستند.

  • اکسایش

از دست دادن الکترون ها توسط یک عنصر بر اثر واکنش های شیمیایی را اکسیداسیون(اکسایش) گویند. اکسایش نتیجه ی ترکیب کانی ها با اکسیژن است. اکسایش با حضور آب، که به عنوان یک واسطه ی شیمیایی عمل می کند، بهتر انجام می گیرد. بعنوان مثال آهن که میل ترکیبی زیادی با اکسیژن دارد در بسیاری از کانی ها مثل الیوین، پیروکسن، آمفیبول، بوتیت و گرونا به مقدار فراوانی وجود دارد.

  • هیدرولیز

در هیدرولیز یون های هیدروژن(H+) و هیدروکسیل(OH) آب با عناصر موجود در کانی واکنش می دهند. در هیدرولیز سیلیکات ها، کانی های رسی تشکیل می شود و عناصر فلزی و سیلیس به صورت محلول در آمده و از محلول دور می شوند.

  • آب گرفتن و بی آب شدن

نوع دیگری از هوازدگی شیمیایی نتیجه ی داخل شدن مولکول های آب در ساختمان یک کانی یا خروج مولکول های آب از آن و در نتیجه تشکیل یک کانی جدید است. مثلاً کانی انیدریت بر اثر جذب آب می تواند به کانی ژیپس تبدیل شود.

  • فعالیت جانداران

تنفس جانوران موجود در خاک در ریشه ی گیاهان موجب افزایش Co2 می شود و Co2 در هوازدگی شیمیایی نقش زیادی دارد.

گیاهان مواد معدنی مورد نیاز خود را از کانی های موجود در خاک بدست می آورند و به همین جهت موجب تغییرات شیمیایی در محیط اطراف ریشه خود می شوند. باکتری ها نیز در هوازدگی شیمیایی مؤثرند. باکتری ها با اکسایش و فاسد کردن باقیمانده ی گیاهی و ایجاد محیطی اسیدی باعث هوازدگی مواد موجود در خاک می شوند.

 

خاک

خاک بنا به تعریف، لایه ای از مواد سست و نرم در سطح زمین است که به قدر کافی هوازده شده باشد، بطوری که ریشه ی گیاهان بتواند در آن رشد کند.

یک عامل مهم در خاک وجود فعالیت های زیستی گیاهان و میکروارگانیسم هاست. علمی که با خاک ها از نقطه نظر کشاورزی سروکار دارد خاکشناسی نامیده می شود. از نظر مهندسان، خاک به کلیه ی مواد سنگی سست ناپیوسته و خرد شده موجود در سطح زمین اطلاق می شود، خواه حاصل هوازدگی در محل یا جابجا شده توسط رودخانه، یخچال ها و باد باشد. به سخنی دیگر موادی است که نتوان آن را جز سنگ بستر محسوب کرد.

نیمرخ خاک

در خاک هایی که مدت زمان طولانی از تشکیل آن ها گذشته و پدیدهی خاک سازی به مراحل پیشرفته ای رسیده باشد افق های مشخصی تقریباً به موازات سطح زمین تشکیل می شود و در این حال آن را خاک بالغ می گویند. در یک خاک بالغ ۵ افق اصلی می توان تشخیص داد که آن ها را به ترتیب از بالا به پایین با حروف لاتین O، A، B، C و R نمایش می دهند.

افق O: بالاترین لایه ی خاک است که با تجمع مواد آلی و فقدان مواد معدنی مشخص می شود. قسمت بالایی آن از مواد گیاهی تازه درست شده و در حالی که قسمت پایین تر آن شامل مواد گیاهی است که خیلی بیشتر تجزیه شده اند.

افق A: بیشتر متشکل از ذرات کانی و مواد آلی است. در مناطق مرطوب آب های نفوذی دارای دی اکسید کربن، تمام کربنات کلسیم موجود در این افق را حل می کنند و به افق پایین تر می برند. شسته شدن مواد محلول مثل کربنات کلسیم را فرونشست گویند و به همین جهت این افق را گاهی افق فرونشست نیز می خوانند.

افق B: کربنات های محلول همراه با کانی های رسی و اکسیدهای آهنی که توسط آب های نافذ از افق A شسته شده اند، در این لایه ته نشین می شوند که به آن گاهی افق انباشت می گویند.

تمرکز اکسیدآهن در این افق باعث رنگ زرد یا قرمز آن می شود. رس موجود در این افق همراه با اکسید آهن باعث سخت تر و نفوذناپذیر تر شدن آن می شود. به همین جهت رشد ریشه ی گیاهان را در این افق مشکلتر می سازد.

افق C: متشکل از موادی است که بخشی از آن ها هوازده شده اند. این افق پایین تراز منطقه ی اصلی فعالیت های زیستی قرار دارد. قسمت های بالای این افق هوازدگی بیشتری تحمل کرده ولی ممکن است هنوز بعضی از خصوصیات سنگ مادر یعنی موادی را که از آن منشأ گرفته داشته باشد.

افق R: این افق مواد مولد خاک یا سنگ مادر است که می تواند سنگ بستر، آبرفت یا موادی دیگر باشد که از آن خاک تشکیل شده و قاعده ی نیمرخ خاک را تشکیل می دهد.

مهمترین عوامل مؤثر در تشکیل خاک ها، که از مدت ها قبل به وسیله ی خاک شناسان شناخته شده عبارتند از سنگ مادر، اقلیم، جانداران، شیب و زمان

 

فرسایش

فرسایش بطور کلی عبارت است از سست شدن، متلاشی شدن و جابجا شدن سنگ های سطح زمین است و بنابراین در معنای وسیع کلمه غالباً شامل هوازدگی و حمل و نقل نیز می شود. مواد فرسوده شده یا مستقیماً بر اثر نیروی گرانشی زمین یا بوسیله ی عوامل مختلف طبیعی مانند رودخانه، آب های زیر زمینی، باد، یخچال، جریان ها و مواج دریایی، حمل می شوند. و قتی این عوامل قدرت حمل خود را از دست دادند در فرورفتگی ها و نقاط پست زمین، مانند دریاچه ها و دریاها بجای گذاشته می شوند که به این عمل « رسوبگذاری » یا « نهشته شدن » می گویند.

فرسایش توسط حرکان ناشی از نیروی گرانش زمین:

هوازدگی و حرکت مواد در دامنه ها رابطه ی نزدیکی با هم دارند. وقتی که یک ذره بر اثر هوازدگی سنگ بستر در محل خود سست و آزاد شده می تواند تحت تأثیر نیروی گرانی قرار گیرد و در جهت شیب زمین به حرکت درآید.

شکل های مختلف حرکت مواد در دامنه ها:

ریزش: عبارت از حرکات رسوب و سنگ در هوا و تجمع آن در دامنه یک سراشیبی.

لغزش: حرکات سنگ یا رسوب در امتداد سطوح صفحه ای

جریان: حرکات خمیری یا نیمه مایع سنگ و رسوب در هوا یا آب

فرسایش در رودخانه ها

اهمیت رودخانه ها در زمین شناسی بیشتر از جهت تغییراتی است که از طریق فرسایش ، حمل و رسوبگذاری در سطح زمین بوجود می آورند.

آب های جاری را همراه با هوازدگی و حرکات دامنه ای می توان مهمترین عامل شکل دهنده ی بخش اعظم سطح قاره های زمین دانست.

رودها مهمترین عامل حمل و نقل رسوبات در سطح زمین هستند. آب های جاری قادرند ذرات و قطعات بسیار سنگین تر از آنچه که بادها می توانند به حرکت در آورند با خود حمل نند. آب یک حلال بسیار خوب است و در نتیجه رودها مقدار زیادی از مواد را به صورت محلول جابجا می کنند.

بار جامدی که به وسیله ی رودها حمل می شود، شامل قطعات سنگ ها و کانی هایی است که از هوازدگی سنگ ها نتیجه شده اند. اندازه ی آن ها از قطعه سنگ های بزرگ تا شن، ماسه، لای و ذرات بسیار ریز و میکروسکوپی رس تغییر می کند.

لازمه ی حرکت ذرات درشت مثل ماسه های دانه درشت، قلوه سنگ ها، ریگ ها و قطعه سنگ ها وجود آب جاری با سرعت زیاد است. بنابر این نحوه ی عمل یک رودخانه از نظر فرسایش، حمل و رسوبگذاری مواد به دوعامل سرعت جریان آب و اندازه ی دانه ها بستگی دارد. عمل رودخانه ها تأثیری دوگانه بر سطح زمین دارد. به این معنی که رودخانه هم باعث کندن و فرسودن خشکی ها و هم باعث بازسازی زمین می شوند.

از شکل های فرسایشی و رسوبی رودخانه ها می توان دره ها، دشت های سیلابی، پادگانه های آبرفتی، مخروط افکنه ها و دلتا و خلیج دهانه ای را نام برد.

فرسایش توسط بادها:

فعالیت های فرسایش، حمل و رسوبگذاری بادی به یکدیگر وابسته اند و هرسه تابع سرعت باد، طبیعت مواد در سطح زمین و پوشش گیاهی هستند. موادی که بوسیله ی باد به حرکت در می آیند به دو بخش بار بستری و بار معلق تقسیم می شوند. بار بستری شامل ذراتی است که به علت بزرگی یا سنگینی در سطح یا نزدیکی سطح زمین جابجا می شوند. این ذرات بر اثر غلتیدن یا پرتاب به وسیله باد حرکت می کنند.

پرتاب، نوعی حرکت جهشی است که طی آن ذرات ماسه  از محل خود کنده شده و برای لحظه ای از سطح زمین بالا برده می شوند و قبل از آن که دوباره به زمین بیفتند، مقداری در جهت باد به جلو رانده می شوند.

بار معلق شامل ذرات بسیار کوچکی است که باد می تواند مدتی آن ها را در هوا معلق نگه دارد.

دونوع عمل فرسایشی باد عبارتند از : روبش و سایش

روبش: بر اثر این فرآیند ذرات سست دانه ریز در یک منطقه از سطح زمین کنده و برده می شوند و سطحی سخت، پوشیده از دانه های درشت تر بجای می ماند که دیگر باد قادر به حمل آن ها نیست. ماسه های مرطوب و قطعات پوشیده از رستنی ها مانع فرآیند روبش می شوند.

سایش: ذراتی که بوسیله ی باد حمل می شوند پس از برخورد به موانعی که بر سر راه آن ها قرار دارند، موجب سایش سطح آن ها می شوند. سایش بیشتر به وسیله ی ذراتی که در نزدیکی سطح زمین حرکت می کنند انجام می گیرد. چون اندازه این ذرات معمولاً در حدود ماسه است، به این عمل سایش ماسه ای نیز می گویند.

فرسایش در یخچال ها

یخچال ها توده هایی از یخ هستند که در سطح خشکی ها بر اثر تراکم و تبلور دوباره برف تشکیل می شوند و تحت تأثیر وزن خود به حرکت در می آیند.

گرانروی بالای یخ و فشارهای زیادی که می تواند در قاعده ی یخچال اعمال کند و همچنین وجود خرده سنگ هایی که ر کف یخچال جابجا می شوند یخچال ها را عامل مؤثری در فرسایش سنگ های بستر خود می سازند. آب و هوای سرد در جلوی یخچال ها کارایی فرسایش یخچالی را می افزاید. در اینگونه اقلیم های حاشیه ی یخچالی، عمل یخزدگی آب در شکاف سنگ ها موجب سست کردن ذرات سنگ در سطح زمین شده و فرسایش آن ها را به وسیله ی یخجال ها آسان تر می سازد.

فرسایش و رسوبگذاری در سواحل

بسیاری از فرآیندهای فعال در مناطق ساحلی به فعالیت امواج مربوط می شود. فرسایش و رسوبگذاری هر دو تقریباً در تمام خطوط ساحلی رخ می دهند. هرجاکه امواج رسوبات را بیشتر از آنچه که ته نشین می شوند به حرکت در می آورند فرسایش رخ می دهد و ساحل دریا عقب می نشیند. انرژی عظیمی که بر اثر برخورد امواج به سواحل دریا آزاد می شود عمده ترین عامل فرسایش در خطوط ساحلی است. فرسایش امواج در امتداد سواحل ماسه ای پست بیشتر مؤثر است. منفصل بودن ذرات و ارتفاع کم چنین سواحلی امواج طوفانی را قادر می سازد که مقادیر زیادی از ماسه ها را به سرعت به حرکت در آورند. این عمل به وسیله ی ضربات مستقیم امواج و شستشوی مواد ساحلی به طرف خشکی صورت می گیرد.

فرسایش امواج در امتداد سواحل سنگی نیز مؤثر است. اگرچه فرسایش خیلی کندتر صورت می گیرد.  سنگ ها در پرتگاه های  ساحلی بر اثر ضربات امواج و فرآیندهای هوازدگی فیزیکی و شیمیایی فرسوده می شوند. امواج با به حرکت در آوردن ذرات و خرده سنگ ها و پس و پیش بردن مداوم آن ها سبب فرسایش و تشکیل بخش نسبتاً مسطحی با شیب آرام در لایه های سنگی دریای پرتگاه می شوند که به آن ایوان ساحلی می گویند.

 

پاسخی بگذارید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *

این فیلد را پر کنید
این فیلد را پر کنید
لطفاً یک نشانی ایمیل معتبر بنویسید.

فهرست