سوالات زمین‌شناسی کنکور تجربی ۱۴۰۲ نوبت دوم با پاسخ تشریحی

برای پاسخ، تعریف «زمین‌شناسی اقتصادی» را به مفهوم «بی‌هنجاری» ارتباط می‌دهیم.

۱. تعیین موضوع اصلی این شاخه: طبق کتاب، زمین‌شناس اقتصادی با استفاده از اصول زمین‌شناسی و شناخت پراکندگی عناصر در پوسته، محل ذخایر معدنی ارزشمند، مانند مس، آهن و طلا را جست‌وجو می‌کند. بنابراین، موضوع اصلی این شاخه شناسایی محل منابع معدنی ارزشمند است، نه بررسی کلی منشأ عناصر یا ترکیب سیارات (زمین‌شناسی، صفحات ۳۸–۴۰).

۲. ارتباط با بی‌هنجاری مثبت: اگر فراوانی یک عنصر در سنگ و خاک منطقه‌ای از میانگین فراوانی آن در پوستهٔ زمین بیشتر باشد، آن منطقه برای آن عنصر «بی‌هنجاری مثبت» دارد. کتاب تصریح می‌کند که در پی‌جویی اکتشافی عناصر، زمین‌شناسان به‌دنبال چنین مناطقی هستند (زمین‌شناسی، صفحات ۲۴–۲۵).

۳. نتیجه‌گیری: مکان‌های دارای بی‌هنجاری مثبت می‌توانند نشانه‌ای از تمرکز مواد معدنی ارزشمند باشند؛ پس توصیف گزینهٔ ۴ با فعالیت اصلی زمین‌شناسی اقتصادی سازگار است. البته بی‌هنجاری مثبت به‌تنهایی اثبات نمی‌کند که یک ذخیره قابل استخراج اقتصادی است؛ پس از پی‌جویی، بررسی‌های تکمیلی مانند حفاری، نمونه‌برداری و تعیین مقدار ذخیره و عیار انجام می‌شود (زمین‌شناسی، صفحهٔ ۳۱).

پاسخ: گزینهٔ ۴

۱. ابتدا به قید «گاهی» توجه می‌کنیم: سؤال نمی‌پرسد کدام روش اصولاً نامناسب است؛ بلکه روشی را می‌خواهد که در کنار اثر پایدارکننده، در بعضی شرایط اثر منفی نیز داشته باشد. کتاب، هر چهار روش را از راه‌های پایدارسازی دامنه معرفی کرده و در فعالیت «جمع‌آوری اطلاعات»، به‌طور مشخص بررسی اثرات مثبت و منفی پوشش گیاهی را خواسته است (زمین‌شناسی، صفحات ۹۸–۹۹).

۲. پوشش گیاهی معمولاً مفید است؛ زیرا ریشه‌ها به اتصال و نگهداری ذرات خاک کمک می‌کنند و پوشش سطحی نیز فرسایش خاک را کاهش می‌دهد.

۳. بااین‌حال، این اثر همیشه مثبت نیست. در دامنه‌های پرشیب، به‌ویژه در مورد درختان بزرگ، وزن گیاهان می‌تواند بار اضافی بر دامنه وارد کند. همچنین رشد ریشه در درزه‌های سنگ ممکن است آن‌ها را بازتر کند و به جداشدن قطعات سنگ کمک کند. بنابراین، در برخی شرایط اثر منفی پوشش گیاهی می‌تواند پایداری دامنه را کاهش دهد. این موضوع با نقش گرانش در حرکت مواد روی دامنه‌ها ارتباط دارد که در کتاب توضیح داده شده است (زمین‌شناسی، صفحات ۹۸–۹۹).

۴. گابیون و دیوار حائل نقش نگهدارنده دارند و میخ‌کوبی نیز تودهٔ دامنه را تقویت می‌کند؛ پس در چارچوب سؤال، روش موردنظر پوشش گیاهی است، نه این روش‌های سازه‌ای.

پاسخ: گزینهٔ ۱

برای پاسخ باید دو طبقه‌بندی را از هم جدا کنیم و در هرکدام، ابتدا جایگاه «لای» و سپس جایگاه «ماسه» را بنویسیم.

۱. از نظر مهندسی: در تقسیم‌بندی مهندسی، رس و لای یا سیلت، ریزدانه‌اند؛ اما شن و ماسه در گروه درشت‌دانه قرار می‌گیرند. بنابراین ترتیب لای و ماسه در این بخش، «ریزدانه، درشت‌دانه» است.

۲. از نظر خاک‌شناسی: در تقسیم‌بندی سه‌گانهٔ مورد نظر سؤال، لای و ماسه هر دو متوسط‌دانه محسوب می‌شوند. پس ترتیب این دو در بخش خاک‌شناسی، «متوسط‌دانه، متوسط‌دانه» است.

نکتۀ تطبیق با متن کتاب: در متن ارائه‌شده از کتاب، یک تقسیم‌بندی سه‌گانه بر پایۀ اندازۀ ذرات آمده است که در آن ماسه متوسط‌دانه و سیلت و رس ریزدانه معرفی شده‌اند (زمین‌شناسی، صفحهٔ ۱۰۵). این عبارت به‌تنهایی تفاوت دو نظام طبقه‌بندیِ مطرح‌شده در سؤال را توضیح نمی‌دهد؛ بنابراین نباید گروه‌بندی سه‌گانهٔ آن را مستقیماً جایگزین طبقه‌بندی مهندسیِ مورد نظر سؤال کرد.

در نتیجه، ترکیب خواسته‌شده چنین است: «ریزدانه، درشت‌دانه ـ متوسط‌دانه، متوسط‌دانه».

پاسخ: گزینهٔ ۳

برای پاسخ، باید «منبع ورود فلوئور به محیط» را از «راه ورود آن به بدن» و همچنین از منابع عناصر دیگر جدا کنیم.

۱. کتاب توضیح می‌دهد که هوازدگی و تجزیهٔ کانی فلوئوریت می‌تواند فلوئور را آزاد کند و به خاک و سپس آب‌های سطحی و زیرزمینی برساند. همچنین زغال‌سنگ را از منابع فلوئور معرفی می‌کند؛ سوزاندن زغال‌سنگِ حاوی این عنصر، موجب انتشار فلوئور در محیط می‌شود (زمین‌شناسی، صفحهٔ ۸۵).

۲. در مجموعه‌های پیشنهادی سؤال، منابع موردنظر فلوئور عبارت‌اند از: «زغال‌سنگ، کانی‌های رسی و میکای سیاه». توجه کن که در متن نقل‌شده از صفحهٔ ۸۵، زغال‌سنگ به‌صراحت ذکر شده است؛ نام کانی‌های رسی و میکای سیاه در همین قطعهٔ ارائه‌شده نیامده است.

۳. برای کنترل پاسخ، منابع عناصر دیگر را کنار می‌گذاریم: ملقمه‌کردن طلا، چشمه‌های آبگرم و سنگ‌های آتشفشانی در بحث ورود جیوه به محیط مطرح شده‌اند (زمین‌شناسی، صفحهٔ ۸۴). همچنین کانی‌های سولفیدی در فهرست منابع سلنیم آمده‌اند (زمین‌شناسی، صفحهٔ ۸۶). بنابراین نباید این موارد را با مجموعهٔ منابع موردنظر فلوئور اشتباه گرفت.

پس مجموعهٔ درست، زغال‌سنگ، کانی‌های رسی و میکای سیاه است.

پاسخ: گزینهٔ ۴

برای پاسخ، باید میان «دشوار شدن حفاری» و «به خطر افتادن پایداری و ادامهٔ کار» تفاوت بگذاریم.

گام اول ـ شناسایی عامل مهم ناپایداری: کتاب، جریان و فشار آب زیرزمینی را از عوامل مهم ناپایداری ترانشه‌ها و دیگر فضاهای زیرزمینی معرفی می‌کند. همچنین توضیح می‌دهد که برخورد با آب‌های زیرزمینی، خسارت‌های زیادی در پروژه‌های عمرانی ایجاد کرده و در بعضی موارد باعث نیمه‌تمام ماندن پروژه شده است (زمین‌شناسی، صفحهٔ ۱۰۲–۱۰۳).

گام دوم ـ ارتباط این عامل با گزینه‌ها: اگر ترانشه هنگام پیشروی، آبخوان را قطع کند، آب زیرزمینی می‌تواند وارد محل حفاری شود. در این حالت، علاوه بر انجام حفاری، باید جریان آب کنترل شود؛ جریان و فشار آب نیز می‌توانند پایداری ترانشه را تهدید کنند. بنابراین این برخورد ممکن است مشکل بزرگ‌تری برای ادامهٔ کار ایجاد کند.

گام سوم ـ مقایسه با سایر موارد: شیب زیاد می‌تواند خطر حرکات دامنه‌ای داشته باشد و عبور از سنگ سخت یا تقاطع با راه‌آهن نیز مشکلات اجرایی ایجاد می‌کند؛ اما نکتهٔ تعیین‌کنندهٔ سؤال، تأکید کتاب بر پیامدهای برخورد با آب زیرزمینی و احتمال توقف پروژه است. این نتیجه به معنای بی‌خطر بودن سایر موارد نیست، بلکه مقایسه‌ای در چارچوب اطلاعات سؤال و متن کتاب است.

پاسخ: گزینهٔ ۲

۱. شرط سؤال را مشخص می‌کنیم: باید مجموعه‌ای را بیابیم که کانسنگِ هر یک از فلزات آن بتواند هم منشأ گرمابی و هم منشأ رسوبی داشته باشد؛ لازم نیست یک کانسنگ مشخص هم‌زمان به هر دو روش تشکیل شده باشد.

۲. در فرایند گرمابی، آب‌های گرم می‌توانند یون‌های فلزی را در خود حل و جابه‌جا کنند. هنگام صعود و کاهش دما و فشار، مواد معدنی در شکستگی‌ها رسوب می‌کنند و رگه می‌سازند. کتاب، مس، سرب و روی را در کنار فلزاتی مانند قلع، از فلزات موجود در این محلول‌ها نام می‌برد؛ پس هر سه فلزِ مس، سرب و روی شرط تشکیل گرمابی را دارند (زمین‌شناسی، صفحهٔ ۳۰ و ۳۱).

۳. کانسنگ‌های مس، سرب و روی می‌توانند منشأ رسوبی نیز داشته باشند؛ بنابراین مجموعهٔ این سه فلز، هر دو شرط سؤال را تأمین می‌کند. در سازوکار رسوبی شیمیایی، مواد محلول وارد محیط رسوبی می‌شوند و با تشکیل ترکیب‌های نامحلول تجمع می‌یابند. توجه کن که متن ارائه‌شدهٔ بخش رسوبی، سازوکار کلی را توضیح می‌دهد و نام این سه فلز را به‌صراحت فهرست نکرده است (زمین‌شناسی، صفحهٔ ۳۱).

۴. برای رد گزینه‌های دیگر، کروم و نیکل را به یاد می‌آوریم که کتاب آن‌ها را از مثال‌های کانسنگ ماگمایی معرفی کرده است؛ بنابراین مجموعه‌های دارای این فلزات مناسب نیستند (زمین‌شناسی، صفحهٔ ۲۹–۳۰). همچنین صرفِ آمدن قلع در فهرست فلزات گرمابی، برای انتخاب مجموعهٔ «قلع ـ سرب ـ روی» کافی نیست؛ در دسته‌بندی موردنظر این سؤال، مجموعهٔ مشترکِ گرمابی و رسوبی، مس، سرب و روی است.

پاسخ: گزینهٔ ۳

نکتهٔ اصلی سؤال، تشخیص نام کانی و تفاوت دقیق «کانه» با «کانسنگ» است.

گام اول ـ شناسایی کانی: کتاب، کانی با فرمول $\mathrm{CuFeS_2}$ را «کالکوپیریت» معرفی می‌کند و آن را از مهم‌ترین کانه‌های مس می‌داند (زمین‌شناسی، صفحات ۲۸–۲۹).

گام دوم ـ تفکیک اصطلاح‌ها: «کانه» بخش ارزشمند کانسنگ است که مادهٔ موردنظر از آن استخراج می‌شود. کانه‌ها معمولاً با کانی‌های باطله همراه‌اند و این مجموعه کانسنگ را تشکیل می‌دهد. در مثال کتاب، کالکوپیریت کانهٔ مس است و کانی‌هایی مانند کوارتز و پیریت در کنار آن نقش باطله دارند (زمین‌شناسی، صفحات ۲۸–۲۹).

گام سوم ـ بررسی عبارت‌ها:

• «الف» نادرست است؛ نام کانی داده‌شده کالکوپیریت است، نه کالکوسیت.
• «ب» نادرست است؛ هرچند فرمول کالکوپیریت دارای آهن است، از این موضوع نمی‌توان نتیجه گرفت که مهم‌ترین کانی آهن‌دار است. کتاب در این بخش بر اهمیت آن به‌عنوان کانهٔ مس تأکید دارد.
• «ج» نادرست است؛ در کاربرد دقیق اصطلاح‌های کتاب، کالکوپیریت یکی از «کانه‌های» مس است، نه خودِ «کانسنگ» مس. جایگزینی این دو واژه، دام اصلی سؤال است.
• «د» درست است؛ کالکوپیریت همراه با کانی‌های باطله‌ای مانند پیریت با فرمول $\mathrm{FeS_2}$ و کوارتز، کانسنگ مس را تشکیل می‌دهد؛ این همان همراهی ذکرشده در کتاب است (زمین‌شناسی، صفحات ۲۸–۲۹).

پس فقط عبارت «د» درست است.
پاسخ: گزینهٔ ۱

برای پاسخ، باید ارتباط میان منبع آلودگی، عنصر آلاینده و بیماری را مشخص کنیم.

گام اول ـ شناسایی عنصر آلاینده: کتاب درسی توضیح می‌دهد که آرسنیک در زغال‌سنگ تمرکز می‌یابد. همچنین، خشک‌کردن ذرت و فلفل قرمز با حرارت زغال‌سنگ آلوده در محیط بسته، نمونه‌ای از آزادشدن آرسنیک و آلوده‌شدن مواد غذایی به آن است. بنابراین، سرنخ اصلی سؤال «آرسنیک» است (زمین‌شناسی، صفحه‌های ۸۲–۸۳).

گام دوم ـ تعیین راه ورود به بدن: آرسنیک می‌تواند از راه تنفس، تغذیه و جذب پوستی وارد بدن شود. در مثال سؤال، آلودگی مواد غذایی و سپس مصرف آن‌ها، مسیر مهم مواجهه با این عنصر است (زمین‌شناسی، صفحهٔ ۸۳).

گام سوم ـ تطبیق با بیماری: در بخش «پیوند با پزشکی»، دیابت در کنار عوارض پوستی و سرطان پوست، از پیامدهای ورود مقادیر بالای آرسنیک به بدن معرفی شده است. پس از میان بیماری‌های داده‌شده، دیابت با زنجیرهٔ آلودگی مطرح‌شده در سؤال مطابقت دارد (زمین‌شناسی، صفحهٔ ۸۴).

پاسخ: گزینهٔ ۲

برای توضیح تشکیل شوره‌زار، باید هم مسیر رسیدن آبِ دارای نمک‌های محلول به سطح زمین و هم سرنوشت آن را بررسی کنیم.

۱. حرکت رو به بالای آب: طبق کتاب، آب زیرزمینی بر اثر خاصیت مویینگی در مجراهای باریک سنگ‌ها و رسوبات بالا می‌آید و کمربند مویینه را تشکیل می‌دهد. این حرکت می‌تواند رطوبت را از بخش‌های عمیق‌تر خاک به سطح برساند (زمین‌شناسی، صفحات ۴۴–۴۵).

۲. رسیدن آب به سطح: اگر سطح ایستابی به‌اندازهٔ کافی کم‌عمق باشد، حاشیهٔ مویینه می‌تواند به سطح زمین برسد. کتاب نیز در بخش «پیوند با فیزیک»، پیامدهای رسیدن حاشیهٔ مویینه به سطح را مطرح کرده است (زمین‌شناسی، صفحات ۴۵–۴۶).

۳. باقی‌ماندن نمک‌ها: آبِ بالاآمده می‌تواند نمک‌های محلول را همراه خود به سطح بیاورد. در شرایط خشک کویری، آب در سطح تبخیر می‌شود، اما نمک‌های آن باقی می‌مانند. تکرار این فرایند، باعث تجمع رسوبات سفیدرنگ و تشکیل شوره‌زار می‌شود. تبخیر آب پس از رسیدن به سطح نیز در کتاب بیان شده است (زمین‌شناسی، صفحات ۴۴–۴۵).

بنابراین، تبخیر در تشکیل شوره‌زار نقش دارد، اما عامل تعیین‌کننده در میان گزینه‌ها، رسیدن حاشیهٔ مویینه به سطح زمین است؛ زیرا مسیر انتقال آب و نمک‌های محلول به سطح را فراهم می‌کند.

پاسخ: گزینهٔ ۲

۱. تعیین کسر کربن باقی‌مانده
در صورت سؤال، $\frac{15}{16}$ کربن پرتوزای اولیه واپاشیده است؛ بنابراین کسر باقی‌مانده برابر است با:
$\frac{N}{N_0}=1-\frac{15}{16}=\frac{1}{16}$
در این رابطه، $N_0$ مقدار اولیه و $N$ مقدار باقی‌ماندهٔ کربن پرتوزاست.

۲. تعیین تعداد نیمه‌عمرها
طبق تعریف کتاب، در هر نیمه‌عمر، نیمی از عنصر پرتوزای موجود واپاشی می‌کند (زمین‌شناسی، صفحهٔ ۱۸). پس مقدار باقی‌مانده به این ترتیب تغییر می‌کند:
$1\xrightarrow{\text{نیمه‌عمر اول}}\frac{1}{2}\xrightarrow{\text{نیمه‌عمر دوم}}\frac{1}{4}\xrightarrow{\text{نیمه‌عمر سوم}}\frac{1}{8}\xrightarrow{\text{نیمه‌عمر چهارم}}\frac{1}{16}$
بنابراین چهار نیمه‌عمر گذشته است.

۳. محاسبهٔ زمان سپری‌شده
بر اساس رابطهٔ تعیین سن مطلق در کتاب، سن نمونه از ضرب تعداد نیمه‌عمرها در مدت هر نیمه‌عمر به دست می‌آید (زمین‌شناسی، صفحهٔ ۱۸):
$\text{سن نمونه}=\text{تعداد نیمه‌عمرها}\times\text{نیمه‌عمر}$
با استفاده از نیمه‌عمر داده‌شده در صورت سؤال داریم:
$t=4\times5700=22800\;\text{سال}=22.8\;\text{هزار سال}\approx23\;\text{هزار سال}$
در چارچوب سؤال، سن زغال‌های همراه اسکلت، مبنای برآورد زمان گذشته از مرگ انسان است؛ پس حدود $23$ هزار سال گذشته است.

پاسخ: گزینهٔ ۳

طبق رابطهٔ آب‌دهی در کتاب، $Q=A\times v$ است؛ یعنی دبی از حاصل‌ضرب سطح مقطع جریان در سرعت آن به دست می‌آید (زمین‌شناسی، صفحهٔ ۴۲–۴۳). در این مسئله، مقطع جریان را مستطیلی و دبی را هنگام عبور از زیر پل ثابت در نظر می‌گیریم.

گام اول ـ محاسبهٔ سطح مقطع و عمق اولیه:
با داشتن دبی و سرعت اولیه داریم:
$A_1=\frac{Q}{v_1}=\frac{60}{5}=12\,\mathrm{m^2}$
از آنجا که عرض اولیه $12\,\mathrm{m}$ است، عمق اولیه برابر می‌شود با:
$h_1=\frac{A_1}{b_1}=\frac{12}{12}=1\,\mathrm{m}$

گام دوم ـ محاسبهٔ عمق و سطح مقطع زیر پل:
افزایش ارتفاع آب برابر است با:
$\Delta h=25\,\mathrm{cm}=0.25\,\mathrm{m}$
پس عمق آب زیر پل برابر است با:
$h_2=h_1+\Delta h=1+0.25=1.25\,\mathrm{m}$
با توجه به عرض عبور آب زیر پل، سطح مقطع جدید به دست می‌آید:
$A_2=b_2h_2=6\times1.25=7.5\,\mathrm{m^2}$

گام سوم ـ محاسبهٔ سرعت زیر پل:
دبی، حجم آب عبوری از مقطع در واحد زمان است (زمین‌شناسی، صفحهٔ ۴۳–۴۴). با ثابت بودن دبی در دو مقطع داریم:
$v_2=\frac{Q}{A_2}=\frac{60}{7.5}=8\,\mathrm{m/s}$
بنابراین، هرچند عرض مسیر نصف شده است، به علت افزایش عمق، سرعت دقیقاً دو برابر نمی‌شود.

پاسخ: گزینهٔ ۲