خلاصه درس فصل ۳ زمین‌شناسی یازدهم؛ درسنامه و نکات مهم

از بارش تا حوضهٔ آبریز

وقتی باران می‌بارد، همهٔ قطره‌ها سرنوشت یکسانی ندارند! بخشی از آب دوباره تبخیر می‌شود و به هوا برمی‌گردد. بخشی روی سطح زمین به سوی جاهای پست‌تر حرکت می‌کند؛ به این جریان، رواناب می‌گوییم. مقداری از رواناب هم در زمین نفوذ می‌کند و منابع آب زیرزمینی را تغذیه می‌کند.

حالا دامنه‌های اطراف یک رود را تصور کن: آب از بخش‌های مختلف این زمین‌ها به جویبارها و شاخه‌های فرعی می‌رسد و سپس وارد رود اصلی می‌شود. تمام محدوده‌ای که آب آن به کمک این رود و شاخه‌هایش جمع‌آوری و تخلیه می‌شود، حوضهٔ آبریز آن رود است.

پس حوضهٔ آبریز فقط مسیر رود یا زمین کنار آن نیست؛ دامنه‌ها و زمین‌های دورتر هم، اگر آبشان به همان رود و شاخه‌هایش برسد، بخشی از حوضه‌اند.

رود؛ سازندهٔ چهرهٔ زمین

تا حالا دیده‌ای آب باران در کنار خیابان، خاک را با خودش ببرد و کمی جلوتر گل‌ولای بر جا بگذارد؟ رود هم در مقیاسی بزرگ‌تر، چهرهٔ زمین را تغییر می‌دهد.

آب جاری هنگام حرکت، مواد سطح زمین را جدا می‌کند و با خود می‌برد؛ به این فرایند فرسایش می‌گوییم. وقتی انرژی جریان کاهش پیدا کند، آب دیگر نمی‌تواند بخشی از مواد همراهش را حمل کند؛ پس آن‌ها ته‌نشین می‌شوند. این فرایند رسوب‌گذاری نام دارد.

پس رود فقط زمین را نمی‌تراشد؛ با بر جا گذاشتن مواد در جای دیگر، در شکل‌دادن به خشکی‌ها هم نقش دارد. با اینکه سهم آب جاری از کل آب زمین بسیار کم است، فعالیت پیوستهٔ رودها آن‌ها را به مهم‌ترین عامل تغییر شکل سطح خشکی‌ها تبدیل کرده است.

یادت بماند: موادِ جداشده از یک محل، ممکن است در محلی دیگر رسوب کنند.

کجای رود سریع‌تر است؟

اگر چند برگ روی بخش‌های مختلف سطح رود شناور باشند، آیا همگی با سرعت یکسان جلو می‌روند؟ لزوماً نه؛ سرعت آب حتی در یک مقطع رود هم یکسان نیست.

در رود مستقیم، بیشترین سرعت در وسط رود و نزدیک سطح آب است. آب نزدیک کف و دیواره‌ها با بستر و کناره‌های رود اصطکاک دارد؛ این اصطکاک حرکت آب را کند می‌کند. پس عمیق‌تر بودن یک نقطه، به‌تنهایی به معنی سریع‌تر بودن جریان آن نیست.

حالا مسیر رود را خمیده تصور کن. در پیچ رود، محل بیشترین سرعت از وسط به سمت دیوارهٔ مقعر، یعنی کنارهٔ بیرونی پیچ جابه‌جا می‌شود. برای به‌خاطر سپردن این تفاوت، مسیر رود را اول نگاه کن: مستقیم است یا پیچ دارد؟ سپس جای جریان سریع‌تر را مشخص کن. البته برای بررسی رود، از کنارهٔ امن مشاهده کن و وارد آب نشو.

اندازه‌گیری آب‌دهی رود

دو رود با سرعت یکسان، لزوماً مقدار یکسانی آب به تالاب نمی‌رسانند! رودی که سطح مقطع بزرگ‌تری دارد، با همان سرعت، آب بیشتری عبور می‌دهد.

یک برش فرضی عمود بر مسیر رود را تصور کن؛ مثل پنجره‌ای که آب از آن می‌گذرد. آب‌دهی یا دبی، حجم آبی است که در واحد زمان از این پنجره عبور می‌کند. برای محاسبهٔ آن می‌نویسیم:

$Q=A\times V$

• $Q$: آب‌دهی با واحد $\mathrm{m^3/s}$
• $A$: مساحت بخشِ پُر از آبِ مقطع با واحد $\mathrm{m^2}$
• $V$: سرعت متوسط جریان با واحد $\mathrm{m/s}$

چون سرعت در نقاط مختلف مقطع یکسان نیست، سرعت یک نقطه را نباید به‌جای سرعت متوسط کل مقطع بگذاریم.

پس برای مقایسهٔ آب‌دهی دو رود، تنها دانستن سرعت کافی نیست؛ مساحت مقطع هم مهم است. اگر سرعت متوسط ثابت بماند، با دو برابر شدن مساحت مقطع، آب‌دهی هم دو برابر می‌شود.

چرا بعضی رودها همیشگی‌اند؟

اگر چند روز باران نبارد، چرا بعضی رودها همچنان جریان دارند؟ چون بارانِ همان روز، تنها منبع آب آن‌ها نیست؛ ذوب برف و یخ ارتفاعات یا ورود آب زیرزمینی هم می‌تواند آب رود را تأمین کند. مثل جویی که حتی وقتی شیر اصلی بسته است، از راه دیگری آب دریافت می‌کند.

در مناطق مرطوب، بارندگی زیاد و تبخیر کم است؛ بنابراین رودها معمولاً دائمی هستند. بخشی از آب رود دائمی که همواره جریان دارد، آب‌دهی پایه نامیده می‌شود. دائمی بودن به معنی ثابت بودن مقدار آب نیست؛ آب‌دهی رودها معمولاً در بهار بیشتر و در تابستان کمتر می‌شود.

در مناطق گرم و خشک، بارندگی کم و تبخیر زیاد است؛ در نتیجه بیشتر رودها موقتی یا فصلی هستند و ممکن است در دوره‌های خشک، جریانشان قطع شود. پس برای شناخت رفتار یک رود، هم به بارندگی و تبخیر توجه کن و هم به منابعی که در نبود باران به آن آب می‌رسانند.

آب زیر پای ما کجاست؟

بعد از بارندگی، بخشی از آب در زمین نفوذ می‌کند. این آب معمولاً در یک دریاچهٔ بزرگ زیرزمینی جمع نمی‌شود؛ بلکه فضاهای خالی میان ذرات خاک و سنگ را پر می‌کند.

برای دنبال‌کردن مسیر آب، از سطح زمین به پایین برویم:

• منطقهٔ تهویه: در فضاهای خالی آن، هم آب وجود دارد و هم هوا. نزدیک سطح، ریشهٔ گیاهان از رطوبت خاک استفاده می‌کند. پایین‌تر، مقداری آب به ذرات می‌چسبد و باقی می‌ماند.
• منطقهٔ اشباع: تمام فضاهای خالی آن از آب پر شده‌اند. مرز بالایی این منطقه را سطح ایستابی می‌نامیم؛ پس سطح ایستابی، سطح زمین یا کفِ ذخیرهٔ آب نیست.

درست بالای منطقهٔ اشباع، آب می‌تواند به کمک خاصیت مویینگی در مجراهای باریک بالا برود؛ شبیه بالا رفتن آب در دستمال کاغذی. این بخش، کمربند مویینه نام دارد.

اگر سطح ایستابی با سطح زمین برخورد کند، آب زیرزمینی به شکل چشمه بیرون می‌آید. بنابراین دیدن چشمه در دامنهٔ یک کوه، نشانهٔ رسیدن آب زیرزمینی به سطح است.

آبخوان؛ ذخیره، حرکت و کیفیت آب

یک لایهٔ زیرزمینی برای اینکه آبخوان خوبی باشد، باید هم آب ذخیره کند و هم بتواند آن را انتقال دهد. این دو توانایی یکی نیستند:

• تخلخل یعنی سهم فضاهای خالی از حجم کل سنگ یا رسوب؛ هرچه بیشتر باشد، جای بیشتری برای ذخیرهٔ آب وجود دارد.
• نفوذپذیری یعنی توان عبور دادن آب؛ به اندازهٔ مجراها و ارتباط منافذ بستگی دارد.

مثلاً رس فضای خالی زیادی دارد، اما مجراهای بسیار ریز آن عبور آب را دشوار می‌کنند. در مقابل، ماسهٔ جور‌شده معمولاً آب را آسان‌تر عبور می‌دهد؛ شبیه آب دادن به گلدانی شنی که آب زود از زیر آن خارج می‌شود.

آب زیرزمینی به‌آرامی از ناحیهٔ دارای انرژی بیشتر به ناحیهٔ دارای انرژی کمتر حرکت می‌کند. در این مسیر، بعضی کانی‌ها را حل می‌کند؛ پس جنس سنگ‌های مسیر بر کیفیت آب اثر دارد. عبور از سنگ نمک می‌تواند آب را شور کند و عبور از سنگ‌های کربناتی معمولاً مقدار کلسیم و منیزیم و در نتیجه سختی آب را افزایش می‌دهد. بنابراین، ذخیرهٔ زیاد آب الزاماً به معنای انتقال آسان یا کیفیت مناسب آن نیست.

حساب دخل‌وخرج آبخوان

آبخوان را مثل حساب پس‌انداز تصور کن: اگر پیوسته بیشتر از واریزی برداشت کنی، موجودی کم می‌شود. برای آبخوان هم بیلان آب یعنی مقایسهٔ آب ورودی و خروجی در یک بازهٔ زمانی:

$\Delta S = I - O$

در این رابطه، $I$ حجم آب ورودی، $O$ حجم آب خروجی و $\Delta S$ تغییر حجم ذخیره است. اگر ورودی بیشتر باشد، بیلان مثبت و ذخیره بیشتر می‌شود؛ اگر خروجی بیشتر باشد، بیلان منفی و ذخیره کمتر می‌شود. برداشت از چاه، بخشی از آب خروجی است؛ برای پیشگیری از بحران، برداشت باید کمتر از تغذیهٔ منابع باشد.

اما فقط مقدار آب مهم نیست؛ کیفیت آب هم باید حفظ شود. آلودگی ممکن است از نقطه‌ای مشخص، مانند چاه فاضلاب، یا از سطحی گسترده، مانند زمین‌های کشاورزی، وارد آبخوان شود. تعیین حریم حفاظتی اطراف چاه آب آشامیدنی کمک می‌کند فعالیت‌های آلوده‌کننده محدود شوند؛ در حریم داخلی، چنین فعالیت‌هایی ممنوع‌اند. پاک‌سازی آبخوان آلوده، راه‌حل ارزان و سریعی ندارد؛ پس پیشگیری اهمیت زیادی دارد.

وقتی زمین پایین می‌رود

آیا خالی‌شدن آبخوان فقط به معنی کم‌شدن آب چاه است؟ نه؛ گاهی خود زمین هم پایین می‌رود! فرونشست یعنی حرکت سطح زمین به سمت پایین. این پدیده علت‌های گوناگونی دارد، اما در مناطق خشک و نیمه‌خشک، برداشت بی‌رویهٔ آب زیرزمینی مهم‌ترین علت آن است.

وقتی آب از منافذ خاک خارج می‌شود، دانه‌ها زیر فشار وزن لایه‌های بالایی، آرایش فشرده‌تری پیدا می‌کنند. در نتیجه، حجم و ضخامت لایه‌ها کاهش می‌یابد و سطح زمین نشست می‌کند؛ پس مسئله فقط یک آبخوان کم‌آب نیست، بلکه فضای ذخیرهٔ آب هم کاهش می‌یابد.

فرونشست ممکن است سریع و به شکل فروچاله، یا آرام و در گستره‌ای وسیع همراه با ترک و شکاف دیده شود. مثلاً اگر زمین اطراف یک لوله پایین برود، لوله ممکن است نسبت به سطح زمین بیرون‌زده به نظر برسد؛ به این حالت «لوله‌زایی» می‌گویند. آسیب به چاه‌ها و تغییر شیب جاده‌ها نیز از پیامدهای آن است.

برای کاهش فرونشست، باید برداشت آب را کم کرد و آبخوان را با تغذیهٔ مصنوعی تقویت کرد؛ یعنی آب را به‌صورت مدیریت‌شده به زمین نفوذ داد تا به آبخوان برسد.

خاک؛ بستر زندهٔ کشاورزی

اگر بخواهی در گلدان سبزی بکاری، آیا هر خاکی به یک اندازه مناسب است؟ خاک از هوازدگی سنگ‌ها و تجمع بقایای جانداران به وجود می‌آید؛ پس هم بخش معدنی دارد و هم بخش آلی یا گیاخاک (هوموس).

اندازهٔ ذرات، رفتار خاک با آب را تغییر می‌دهد:

• خاک رسی: آب زیادی نگه می‌دارد، اما منافذ بسیار ریز آن، گردش آب و هوا را دشوار می‌کنند.
• خاک شنی: آب را آسان عبور می‌دهد، ولی آب و مواد مغذی را خوب نگه نمی‌دارد.
• خاک لوم: ترکیبی مناسب از ماسه، رس و گیاخاک است؛ هم رطوبت و مواد مغذی را نگه می‌دارد و هم شرایط مناسب‌تری برای رشد گیاه فراهم می‌کند.

حالا خاک را از پهلو تصور کن؛ این برش عمودی تا سنگ بستر، نیم‌رخ خاک است. در افق $A$، ریشه‌ها و گیاخاک فراوان‌ترند و مواد آلی معمولاً رنگ آن را تیره می‌کنند. افق $B$ مقداری از املاح شسته‌شده از بالا را دریافت می‌کند و گیاخاک کمتری دارد. در افق $C$، قطعات سنگی هنوز تغییر کمی کرده‌اند؛ پایین‌تر، سنگ بستر قرار دارد.