فهرست مطالب :
تعریف و توصیف ژئومورفولوژی (زمین ریخت شناسی )
تاریخچه پیدایش و تحول علم ژئومورفولوژی
تحول دانش ژئومورفولوژی در قرن نوزدهم میلادی
مفاهیم ژئومورفولوژی نوین وژئومورفولوژی کاربردی
ژئومورفولوژی و موضوعات مورد مطالعه در قلمرو کره زمین
ژئومورفولوژی (زمین ریخت شناسی )
دخالت اقلیم در پیدایش ناهمواری از برخورد بین کره سنگی و کره هوا نتیجه می شود. نحوه دخالت اقلیم چه در زمینه هوازدگی و چه در ارتباط با تاثیر مکانیکی فرایندهای شکل زائی، در سطح خشکی ها بسیار متغییر می باشد. دخالت مستقیم اقلیم در پیدایش ناهمواری ها در مناطقی که فعالیت های کنترل نشده انسان باعث رخنمون یافتن فراوان سنگ ها می شود و یا در مناطقی که بر اثر کم آبی یا سرمای شدید غالبا عاری از پوشش گیاهی می باشد، سازندهای سطحی کم ضخامت و غالبا پراکنده که ازلحاظ خاکشناسی تحول کافی نیافته اند ظاهر می شود.
ژئومورفولوژی اقلیمی ناهمواریها را در ارتباط با آب و هوا بررسی می کند و دنباله ژئومورفولوژی دینامیکی است، زیرا ژئومورفولوژی دینامیکی تضاد عملکرد پدیده های را در سطح زمین مطالعه می کند که بین عوامل و فرایند های فرسایش حاصل شده اند. به عبارت دیگر ویژگی های ساخت یک ناهمواری از طریق عوامل مختلف یک سیستم شکل زائی تجزیه و تحلیل می شود. ژئومورفولوژی اقلیمی به نحوی چهره ظاهری ناهمواری را بررسی می کند در حالی که ژئومورفولوژی ساختمانی استخوان بندی ناهمواری را در ارتباط با اهمیت نسبی و نظم و ترتیب توده های از سنگ را مطالعه می نماید که در برابر فرسایش مقاومت های متفاوتی دارند.
در این بحث بعد از تجزیه وتحلیل ارتباط ناهمواری با اقلیم، جغرافیای این ناهمواریها در محدوده های بزرگ اقلیمی در سطح دنیا مطالعه خواهدشد. این مطالعات به ما امکان می دهد تا ارتباط کامل این پدیده را بامحیط های کنونی زیست اقلیمی ارزیابی کنیم.
ژئومورفولوژی یکی از شاخه های جغرافیای طبیعی و از پایه های اساسی علوم جغرافیا است که با ایجاد پل و گذرگاهی با سایر رشته های علوم طبیعی و زمین پیوند خورده است. ژئومورفولوژی ترکیبی از سه واژه ژئو به معنای زمین، مورف به معنای شکل، لوژی به معنای شناسایی می باشد. به نظر می رسد علم اشکال زمین که معادل فارسی آن است از عنوان پیکر زمین شناسی که قبلاً به کار می رفت و ریخت شناسی که در حال حاضر برای ترجمه به فارسی این کلمه انتخاب شده است، مناسبتر است. ظاهراً آنچه از کلمه ترکیبی ژئومورفولوژی استنباط می گردد، توصیف شکل هندسی ناهمواریهای پوسته زمین است و این بحث توپوگرافی را در نظر می گیرد که خود شاخه ای از ژئومورفولوژی است.
خلاصه کلام، در قلمرو دانش ژئومورفولوژی، علاوه بر اینکه به توصیف صحیح، کامل و ژنتیک اشکال ناهمواریها توجه خواهیم داشت، در منشاء و کیفیت و عوامل بی شماری که در تغییر اشکال و یا در شکل گیری نوین پوسته زمین موثرند، به تفسیر و تبیین خواهیم نشست. منظور از تحلیل واژه ژئومورفولوژی تنها تعریف ین علم نبوده بلکه مهم آشنایی بامفهوم، روش و متدلوژی این دانش است که هرپژوهشگر علوم زمین باید بر آن احاطه کامل داشته باشد.
مطالعه تاریخچه پیدایش و تحول علم ژئومورفولوژی، نشانگر این واقعیت است که از نیمه قرن بیستم به این طرف، توجه به ارتباط پدیده های درون موضوعی ژئومورفولوژی و نیز رابطه آن با پدیده های سایر علوم طبیعی و زمین و عوامل انسانی سبب شد که ژئومورفولوژی با جهش خاصی درراه توسعه و پیشترفت حرکت کند و با ایجاد مناسباتی بین پدیده های مورفولوژی و داده های انسانی بر جنبه کاربردی آن در برنامه ریزی ها و عمران های ناحیه ای تاکیدشود.
حال لازم است ژئومورفولوژی بارشته های دیگری مانند اقلیم شناسی، زمین شناسی، گیاه شناسی، اکولوژی، خاکشناسی، هیدروژئولوژی در ارتباط باشد تا بتواند تمام مسائل در یک اکوسیستم را در نظر گرفته و با هماهنگی با سایر رشته های علمی در طرح های جامع زمین شناسی، مرتع داری، آبخیزداری، بیابان زدایی، جنگل داری، محیط زیست و به طورکلی آمایش سرزمین نقش خود را ایفا کند.امید آنکه مطالب مورد بررسی در این مجموعه مورد استفاده دانشجویان و کارشناسان علوم زمین و جغرافیا وسایر علاقه مندان قرار بگیرد.
تاریخچه پیدایش و تحول علم ژئومورفولوژی
قدیمی ترین اطلاعات مربوط به مسائل ژئومورفولوژی را، با مفهوم و تعبیر علمی و مدرن در آثار ارسطو می توان یافت. ارسطو در سال324 قبل از میلاد آناتومی، فیزیولوژی مقایسه ای، منطق، تاریخ فلسفه و زمین شناسی را بوجود آورد. او اولین کسی است که در موردگسترش دلتای رودخانه ها و به جا گذاری رسوبات در دریاها، مطالبی را بیان داشته و زمین را به عنوان کره ای که دائما در حال تحول است توصیف می کند. به نظر ارسطو، تحول شکل زمین یا آرام و دائمی بوده و یا به طرز ناگهانی و در اثر بروز پدیده هایی شدید انجام می گیرد. درباره علل این تحول از عمل رودخانه ها و دریاها بحث شده که منجر به تسطیح اجتناب ناپذیر کره زمین می شود.
حدود یک قرن پس از ارسطو، اراتوستن فیلسوف و ریاضی دان یونانی، نظراتی در مورد تحول چهره زمین در رابطه با اعمال رودخانه ها و دریاها بیان داشته و نتیجه اثرات آنها را در هموار شدن زمین نشان داده است.
برناردپالیسی از دانشمندان عصر رنسانس در رابطه با مسائل ژئومورفولوژی افکار مدرنی بیان می کند که به برخی از آنها اشاره می کنیم:
الف) بین اعمال نیروهای داخلی و خارجی یک رقابت منطقی وجود دارد که اولی منجر به پیدایش کوهها و دومی منتهی به تخریب و هموار شدن آنها می گردد.
ب) با توجه به تنش کند کننده ای که گیاهان دربرابر جریان آبها دارند، رقابت بین گیاهان و اعمال تخریبی آبهای روان مشخص می شود. در این رابطه فکر کاشتن درختان برای جلوگیری از فرسایش به خوبی مشخص می شود.
ج) پدیده های بیرونی در فراهم آوردن موادی که سنگها را تولید می کنند، نقش موثری دارند.
د) بین پیدایش و تغییر شکل ناهمواریها و تولید خاکها، یعنی عوامل ژئومورفولوژیک و خاک شناسی، روابط خاصی وجود دارد.
تحول دانش ژئومورفولوژی در قرن نوزدهم میلادی:
در نیمه اول قرن نوزدهم لوئی آگاسیز(1873) 1807) زمین شناس و دیرینه شناس معروف سوئیسی، گسترش یخچالها و نقش آنها را در تغییر شکل ناهمواریها تائید می کند و به این ترتیب اعمال یخچالها به عنوان عامل دیگر ژئومورفولوژی شناخته می شود.
روتیمیه زمین شناس دیگر سوئیسی در سال 1869 در مورد اثرات نیروهای درونی مطالعاتی انجام داد.در سال 1858 برای اولین بار عبارت ژئومورفولوژی به وسیله نومن بیان می شود. هیم دانشمند آلمانی در سال 1878 تاثیرتکتونیک را در ناهمواریها به صورت علمی بیان می کند.
ریختوفن را می توان جزء پایه گذاران ژئومورفولوژی در آلمان به شمار آورد که در سال 1886 برای اولین بار در مورد اثرات انواع آب و هوا به ایجاد ناهمواریها اظهار نظر کرد واساس ژئومورفولوژی آب و هوایی را پی ریزی کرد.
در نیمه دوم قرن نوزدهم ژئومورفولوژی با تئوری ویلیام موریس دیویس (1934) 1850) در امریکا به مرحله جدیدی پا نهاد. علم اشکال ناهمواریهای زمین را که در سال 1858 توسط نومن" ژئومورفولوژی" نامیده شد و سپس در سال 1894 این عبارت توسط البرت پانگ معروفیت پیدا کرد و تا آن زمان یکی از شاخه های فرعی زمین شناسی محسوب می شد، دیویس به شکل علمی تخصصی با هدف و فرهنگ ویژه خود تعریف کرد و به این علم نظام عقیدتی انسجام یافته ای بخشید و اصالت آنرا تثبیت نمود. از این نقطه نظر دیویس را می توان بنیانگذار و پدر ژئومورفولوژی به عنوان علم تخصصی دانست.
همچنین از جنگ جهانی دوم به بعد در فرانسه نسل جدیدی از ژئومورفولوژی ظاهر می شود.که بر حسب اوضاع روش های گوناگونی را دنبال می کنند. در آن میان ژئومورفولوژی آب وهوایی، که از مکتب های آلمانی سرچشمه گرفته است از توسعه خاصی برخوردار می گردد. تریکار یکی از بزرگترین ژئومورفولوگ های جهان از همان آغاز کاربر مبنای این روش حرکت کرده و موفقیت های قابل تحسینی را، به ویژه در توسعه مفاهیم جدید این علم بدست می آورد. بطوری که بر اساس همین زیر بنای علمی، درسال 1955 اولین بیانیه تشریحی سیستماتیک و مفصلی را ارائه می دهد. این بیانیه به اندازه ای مورد توجه قرار گرفت که بیرو یکی از برجسته ترین ژئومورفولوگ های عصر حاضر و مولف اثرات زیادی در قلمرو ژئومورفولوژی علمی، بخش مهمی از آنرا در سال 1968 در کتاب معروف و ارزنده خود به نام "کلیات جغرافیای طبیعی" منتشر کرد.
نتیجه اینکه از نیمه دوم قرن بیستم به بعد ژئومورفولوژی، با کوشش محققان پرکار و خستگی ناپذیر، از حالت رکود و انزوا خارج می شودو دانشمندان با استفاده از وسائل کار جدید و با توجه به تجزیه و تحلیل عوامل مختلف و پالئوژئوگرافی، تئوری این دانش را به مرحله عمل در می آورند.
گرایش به سوی ژئومورفولوژی کاربردی بسیار اهمیت یافته و جنبه بین المللی پیدا کرده است و می تواند در انتخاب مکان های مناسب جهت تاسیسات عظیم و سکونتگاه های مخصوص انسانها و یافتن راه حل های مناسب برای بلا یای طبیعی که در برنامه ریزی عمران ناحیه ای بروز می کند کمک های موثری را انجام دهد.
مفاهیم ژئومورفولوژی نوین و ژئومورفولوژی کاربردی
ژئومورفولوژی کاربردی پس از توصیف منطقی و ژنتیک پدیده ها و طبقه بندی موضوعات بر مبنای آن به تفسیر و توضیح علمی و منطقی آنها می پردازد. حالت ژنتیک پدیده ها یکی از مهمترین ویژگی هایی است که در ژئومورفولوژی نوین با اهمیت خاصی مورد توجه قرار می گیرد. جنبه کاربردی ژئومورفولوژی با همین خصوصیات ژنتیکی در ارتباط است، زیرا ژنتیک در مورفولوژی، تدوین اصول و قواعد پیدایش اشکال مختلف ناهمواریها و شکل بندی و تحول بعدی آنها را به صورت منطقی و مستدل، امکان پذیر می سازد. تدوین این قواعد بر اساس تغییر پذیری اشکال زمین با آهنگ های متفاوت انجام می شود.
علل تغییرات اشکال زمین را باید در نیروهایی جستجو کرد که دردو طرف پوسته به آن فشار می آورند و سخت با یکدیگر در ارتباط هستند. اگر از برخی نیروهای درونی سانحه بار مانند زمین لرزه ها، آتشفشان هاو .... صرفه نظر شود، می توان چنین نتیجه گیری کرد که نیروهای بیرونی در تخریب و ایجاد تغییرات عمده اشکال ناهمواریهای روی زمین مداخله دائمی دارند. انسان از مدتها قبل با این تغییرات و ویرانیهای حاصل از آنها آشنایی پیدا کرده و حتی برای جلوگیری از خطرات یا نتایج زیان بار آنها به فکر چاره و مقابله نیز افتاده است. اما خود انسان، در اکثر موارد، در تغییر این پوسته، نقش موثری دارد. آگاهی از تغییرات اشکال پوسته زمین و نحوه آنها و نیروهایی که موجب این تغییرات می شود، مقدمات موضوعات ژئومورفولوژی کاربردی را فراهم می آورد. همچنین ژئومورفولوژی در مقیاس وسیعی با فعالیتهای انسانها و مسائل آنها مرتبط است. برای اینکه فعالیت های وی بازدهی دلخواهی داشته باشد، باید متناسب با دینامیک محیط و با در نظر گرفتن نقش عوامل مورفوژنیک تنظیم شود. در اینجاست که مطالعات ژئومورفولوژی که بر اساس مفاهیم جدید آن انجام شده است، با فراهم آوردن اطلاعات دقیق از مورفودینامیک محیط و شناخت مناطق با ثبات و یا ناپایدار و محاسبه میزان پایداری و یا آسیب پذیری آن در ارتباط با نوع فعالیت، در خدمت انسان قرار می گیرد. در این صورت ژئومورفولوژی دقیقا مفهوم کاربردی را، به معنی واقعی کلمه پیدا می کندو می تواند بسیاری از مشکلات را که در برنامه ریزی های عمران ناحیه ای در زمینه های مختلف، از قبیل عمران، توسعه کشاورزی، جاده ها، سد سازی، استخراج معادن، مدیریت محیط طبیعی مطرح می شود، حل کرده و پاسخ های مناسب را برای مسائل متعددی که در این رابطه عنوان می شود، فراهم آورد.
به همین جهت بعد از جنگ جهانی دوم ژئومورفولوژی کاربردی، در اغلب کشورهای جهان با روش سیستماتیک و با اهمیت خاصی مورد توجه قرار گرفته است و بررسی عوامل گوناگون را بطور ترکیبی مد نظر می گیرد و می تواند پاسخگوی نیازهای برنامه های کشاورزی، ساختمانی، عمرانی و.... باشد.
ژئومورفولوژی و موضوعات مورد مطالعه در قلمرو کره زمین
ژئومورفولوژی شاخه ای از علوم طبیعی و زمین است و موضوع ویژه مطالعه آن سطح تماس می باشد که محل برخورد قلمروی سه گانه آبی، گازی و جامد است. نیروهایی که از درون لیتوسفر سرچشمه می گیرند و نیز نیروهایی که در خارج از آن بدست می آیند، در این سطح متعادل شده و انعکاس می یابند.ژئومورفولوژی وظیفه دارد که نحوه تعادل و انعکاس این انرژی ها را مطالعه و بررسی کرده و مشخص می کند که هنگام تغییر یافتن این تعادل، حالت سطح مذکور چگونه تغییر می یابد. در این قلمرو شاخه های دیگری نیز که به نحو خاصی با آن در رابطه بوده و حالت دیگری از تعادل نیروهای یاد شده را مورد توجه قرار می دهد به مطالعه و بررسی مشغول می باشند. به طور کلی، ذات طبیعت با پیوندها و رابطه ها مشخص بوده و بریدگی ها و جدائی ها را، که متخصصان برای سهولت کار خود، به طور قرار دادی به وجود می آورند، نمی پذیرد.
سفره آب به لایه یا منطقه قابل نفوذی در زیر سطح زمین گفته میشود که آب در آن میتواند جریان یابد. سفره آب همچنین باید قابلیت آبدهی خوبی داشته باشد. سطح فوقانی سفره آب ، یا سطح ایستایی همواره افقی نیست و بهطور طبیعی از منطقه تغذیه آن ، یعنی محل و منطقهای که آب زیرزمینی را تامین میکند، به طرف محل تخلیه دارای شیب است. بطور کلی شکل سطح استیابی غالبا از شکل سطح زمین پیروی میکند. ولی برآمدگیهای آن هموارتر است. بنابراین ایستایی در نواحی پست در نزدیک سطح زمین و در تپهها و کوهها در عمق زیادتر قرار دارد.
بطور معمول در مناطق پرباران و در دشتها سطح ایستایی بالا و در مناطق خشک و کوهستانی پایین است. در مناطق مرطوب سطح ایستایی ممکن است تا نزدیک سطح زمین بالا بیاید. در گودیهای چنین نقاطی ، ممکن است «آبگیر» و در صورت وجود پوشش گیاهی ، «باتلاق» بوجود آید. تغییرات ارتفاع سطح ایستایی را بر حسب زمان به صورت نمودارهایی به نام هیدروگراف نشان میدهند.سفرههای دارای بازدهی قابل توجه اغلب در رسوبات ناپیوسته شنی و ماسهای تشکیل میشوند.
آبرفتها ، یعنی رسوباتی که توسط رودها در درهها و دشتها برجای گذارده میشوند، معمولا سفرههای آب زیرزمینی خوبی تشکیل میدهند. رسوبات رسی گرچه از تخلخل زیادی برخوردارند، ولی چون قابلیت نفوذ کمی دارند، با وجود حجم آب زیادی که ممکن است در خود ذخیره کردهباشند، سفره آب زیرزمینی تشکیل نمیدهند و به عنوان مواد غیر قابل نفوذ در نظر گرفته میشوند. در سنگهای متراکم نیز آب معمولا در نمونههایی ایجاد میشود که از تخلخل ثانوی قابل توجه برخوردار باشند. در این میان بهترین سفره آبها معمولا در سنگهای آهکی درز و شکافدار ایجاد میشود.
در سفرههای آزاد سطح ایستایی ، همان سطح فوقانی منطقه اشباع است. مقدار فشار در سطح ایستایی سفرههای آزاد برابر فشار اتمسفر است. سطح ایستایی بسته بهمقدار تغذیه یا تخلیه آن ، آزادانه نوسان میکند، زیرا لایه غیر قابل نفوذی در بالای ان قرار ندارد. حالت خاصی از سفرههای آزاد «سفرههای معلق» هستند. این سفرهها معمولا در داخل منطقه تهویه یا منطقه اشباع نشده خاک و در روی لایههای نفوذ ناپذیری که گسترش محدودی دارند، مثلا عدسیهای رسی ، تشکیل میشوند. از این سفرههای مقدار کمی آب و آن هم بطور موقت میتوان بدست آورد.
سفرههای تحت فشار یا محصور یا آرتزین در محلی تشکیل میشود که آب زیرزمینی بوسیله لایهای نسبتا نفوذناپذیر از بالا محدود شود و در نتیجه تحت فشاری بیش از اتمسفر است. علت آنکه در سفرههای تحت فشار آب از محل خود بالاتر میآید آن است که محل تغذیه سفره ، یعنی منطقهای که از طریق آن آب سفره تامین میشود، در ارتفاعی بالاتر از سطح فوقانی منطقه اشباع در محل حفر چاه قرار دارد.در سفرههای تحت فشار بهجای سطح ایستایی سطح پیرومتریک را در نظر میگیرند و آن عبارت از سطحی فرضی است که در هر منطقه با ارتفاع فشار هیدروستاتیک آب در سفره تحت فشار مطابقت دارد. به زبان سادهتر منظور سطحی است که اگر چاهی در هر نقطه از سفره تحت فشار حفر کنیم ارتفاع صعود یا فوران آب چاه را در آن نقطه نشان میدهد.
تئوری های مربوط به منشأ آب های زیرزمینی
برای منشأ آب های زیرزمینی تئوری های متعددی بیان گردیده است که از همه مهمتر تئوری نفوذ آب در زمین است . قسمت بزرگی از آبی که به صورت برف و باران به زمین می رسد در زمین نفوذ کرده و پس از برخورد با سنگ ها و طبقات غیر قابل نفوذ مخازن آب های زیرزمینی را می سازند . این تئوری اولین بار در قرن 18 میلادی توسط یک نفر فیزیکدان فرانسوی به نام ماریوت عنوان گردیده و بعد توسط لومونوسوف مورد تأیید واقع شد . با این توصیف که ترکیب شیمیایی این آب ها پس از نفوذ در زمین ثابت نمی ماندو بر حسب سنگی که در آن جریان یافته است تغییر می یابد .
تئوری فوق مدتی مورد قبول واقع شد ولی در مورد آب هایی که در مناطق مختلف زیرزمینی محبوس بودند بدون این که در آنجا نزولات آسمانی قابل توجهی دیده شده باشد ، صادق نبود . لذا در اواخر قرن 20 تئوری جدیدی توسط ولگر ارائه گردید . این تئوری منشأ آب های زیرزمینی را از طریق آب های نفوذی قابل قبول نمی داند بلکه تشکیل آن ها را از تراکم بخار آب موجود در هوا که در بین ذرات و خلل و فرج سنگ ها نفوذ می کند استنباط می نماید . بنابراین تئوری جدیدی به نام تئوری تراکم آب به وجود می آید .
این تئوری به شدت از طرف اکثر دانشمندان انتقاد می شود و آن را غیر واقعی اعلام می دادند زیرا که بخار آب موجود در فضا به اندازه کافی نیست که بتواند مستقلاً منابع عظیمی از آب های زیرزمینی را تشکیل دهند .
در اوایل قرن 20 تئوری دیگری به نام تئوری آب های ابتدایی توسط یک نفر دانشمند اتریشی به نام E- Suess ارائه داده می شود که از طرف بسیاری از آبشناسان استقبال می گردد . طبق این تئوری بخارها و گازهایی که از ماگما در اعماق زمین برمی خیزد با نزدیک شدن به سطح زمین متراکم شده و به صورت آب ابتدایی ظاهر می گردند . تجربیات کافی امروزه این نظریه را نیز رد می کند .
بالاخره تئوری آب های فسیل مطرح می شود . تئوری مذبور آب های زیرزمینی نواحی عمیق را به باقی مانده آب های حوضه های قدیمی که در زیر رسوبات مدفون شده اند ربط می دهد . پس از اظهار نظر آبشناسان ممالک مختلف و بررسی تئوری های فوق ، قریب به اتفاق متخصصین تئوری اول یعنی تئوری آب های نفوذی را در مورد آب های زیرزمینی قابل قبول می دانند .
نفوذ آب در زمین تا برخورد به قشرهای نفوذ ناپذیر ادامه می یابد . به محض این که آب ها به این قبیل لایه ها رسیدند و جریان آنها از هر طرف متوقف گردید در خلال حفره های سنگ ها جمع شده و سفره های آبدار و یا مخازن زیرزمینی آب را تشکیل می دهند .
چون غالباً در اعماق زمین طبقات نفوذ پذیر و غیر قابل نفوذ متناوباً قرار دارند ، لذا ممکن است در ناحیه ای از زیرزمین چندین سفره آبدار بر روی یکدیگر وجود داشته باشند . بالاترین سفره های آبدار زمین را که نزدیک به سطح زمین است و چاه های معمولی به آن می رسد سفره های آب سطحی و یا مخزن چاه ها می نامند و سفره های زیرین را آب های عمیق و مخصوصاً آن هایی که در اعماق زیادتر قرار دارند آب های محصور و یا سفره های محاط می خوانند . مخازن سطحی آب های زیرزمینی با تغییر نزولات و درجه گرمای بیرون بسیار تغییر می کند . به همین جهت مقدار آب چاه هایی که از این مخازن تغذیه می نمایند سریعاً کم و زیاد می شود .
در صورتیکه چاه های عمیق که از مخازنعمیق تر زمین ( منطقه اشباعی دائم ) آب می گیرند مقدار آبشان چندان تغییر نمی نماید . به علاوه از نظر بهداشت هم آب چاه های عمیق ( مخصوصاً در نواحی مسکونی ) پاک تر از آب چاه هایی است که به مخازن سطحی مربوط می شوند .عوارض خارجی سطح زمین باعث می شود که سطح ایستایی آب های زیرزمینی افقی نباشد . آنانکه در مجاورت دره ها که نیروی جذب سنگ های مخزن کمتر است و از مقاومت در مقابل مسیر جریان آب در داخل زمین کسر می شود سطح ایستایی پایین تر قرار می گیرد ، بدین ترتیب سطح ایستایی آب های زیرزمینی عموماً در کنار دره ها انحنا پیدا می کند و تحدب سطح مزبور به سمت بالا می رود .همانطوریکه برجستگی های سطح زمین باعث تقسیم آب های سطحی از یکدیگر است ، چین خوردگی لایه های غیر قابل نفوذ در اعماق زمین هم وسیله جدا بودن حوضه هایی از سفره های آبدار زیرزمین می گردد و باعث می شود تغییرات آب یک مخزن در مخزن مجاور مؤثر نباشد .
حالت های مختلف آب ها در قشر جامد زمین
قسمت عمده از آبی که بصورت برف و باران به زمین می رسد پس از نفوذ در زمین و رسیدن به طبقات زیرین کلیه درزها و شکاف ها و خلل و فرج بین ذرات سنگ ها را اشغال می نماید و پس از برخورد به سنگ های غیر قابل نفوذ مخازن آب های زیرزمینی را می سازد. آب های زیرزمینی به صورت زیر دیده می شوند :
1) آب محبوس ، 2) آب ثقلی یا آب آزاد ، 3) آب اشباع
1) آب محبوس : آبی است که به وسیله نیروی چسبندگی مولکول ها در حجم سنگ نگاهداری می شود و این نیرو همیشه بزرگتر از نیروی ثقل است .
2) آب آزاد : عبارت از مقدار آبی است که در داخل خلل و فرج و یا فضاهای آزاد سنگ ها تحت تأثیر نیروی ثقل جریان می یابد مشروط بر اینکه سنگ مزبور از آب اشباع شده باشد .
3) آب اشباع : حداکثر مقدار آبی است که سنگ قابل نفوذ می تواند در خود نگاهدارد . آب های محبوس از نظر کانی شناسی و سنگ شناسی بسیار حائز اهمیت می باشند . در صورتیکه آب های آزاد چون در داخل سنگ ها جریان می یابند و یا ذخیره می شوند از نقطه نظر آب های زیرزمینی قابل توجه هستند .
پیشرفت اقتصاد و صنعت هر کشوری با مقدار آب های زیرزمینی رابطه مستقیم دارد بطوریکه آب مصرفی اکثر کارگاه های صنعتی بوسیله این آب ها تأمین می گردد.آب های زیرزمینی به علت داشتن عناصر مفید در فعل و انفعالات شیمیایی وارد می شوند . به علت خاصیت انحلال بعضی از مواد موجود در داخل سنگ ها از قبیل سنگ طعام و آهک و غیره را به حالت محلول در می آورند و بدین نحو تغییراتی در ترکیب و ساختمان سنگ روی می دهد.با داشتن قدرت حمل و رسوب گذاری تشکیلاتی از کانی های مفید را در زمین ایجاد می نمایند مانند معادن مس ، منگنز ، کربنات ژیپس و غیره .
آب های زیرزمینی در تشکیل گازهای کانی ساز مخصوصاً مخازن آب های گرم و معدنی در عمل دگرگونی سنگ ها بسیار مؤثر هستند .
خواص فیزیکی آب های زیرزمینی
خواص فیزیکی آب های زیرزمینی شامل زلالیت ، رنگ ، بو ،طعم و درجه حرارت است که در ذیل به طور خلاصه به هر یک می پردازیم :
زلالیت : آب های طبیعی به دو حالت صاف ( زلال ) و در ( تیره ) یافت می شوند . آب موقعی کدر است که مقدار مواد معدنی و یا سایر مواد معلق در آن وجود داشته باشند . بنابراین کم و یا زیاد بودن مواد فوق در شدت تیرگی آب بسیار مؤثر است.
رنگ : آب آشامیدنی معمولاً بی رنگ است ولی در محیط های وسیع به رنگ آبی دیده می شود . رنگ آب های زیرزمینی به علت وجود مواد خارجی تغییر می کند . املاح آهن و یا هیدروژن سولفوره آب را به ترتیب به رنگ های قرمز و آبی درمی آورند . آب هایی که دارای ترکیبات منگنز هستند سیاه رنگ است در صورتی که آب باتلاق ها به علت زیاد بودن اسید هومیک زرد رنگ است .
بو: به طور کلی آب های زیرزمینی بدون بو هستند . وجود بوی مخصوص در آب نماینده این است که آب مزبور به وسیله چاه های مختلف تغذیه می شود و یا اینکه در آن بعضی از مواد شیمیایی داخل گردیده است .مثلاً بوی گندیده بعضی از آنها مربوط به اسید هومیک است
طعم یا مزه:طعم آب بسته به ترکیب مواد مختلفی است که در آن محلول هستند . اگر مقدار کلرورها ( نمک طعام و غیره ) آن حدود 300 میلی گرم در لیتر باشد مزه شور دارد . چنانکه مقدار سولفات های محلول در آن از 400 تا 450 میلی گرم در لیتر برسد مزه کاملاً تلخ می دهد . اگر ازمناطقی که ژیزمان های سولفوره دارند عبور کند مزه اسید به خود می گیرد . بنابراین مقدار مواد محلول و نوع بستری که آب در آن جریان می یابد و یا ذخیره می شود در طعم آن مؤثر است .
حرارت: درجه حرارت آب های زیرزمینی با عمق سفره ، وجود کانون آتشفشانی و موقعیت جغرافیایی محل فرق می کند . لذا از روی درجه حرارت می توان آنها را به چند دسته به شرح زیر تقسیم کرد :
- آب خیلی سرد ( حداکثر تا 5 درجه سانتی گراد(
- آب سرد ( 10 درجه سانتی گراد (
- آب نسبتاً ملایم ( 18 درجه سانتی گراد(
- آب ملایم ( 25 درجه سانتی گراد (
- آب ولرم ( 37 درجه سانتی گراد)
- آب گرم ( بالاتر از 40 درجه سانتی گراد)
درجه حرارت آب در اثر نمک یا گازهای محلول در آن تغییر می نماید .
ساختمان شیمیایی آب های زیرزمینی
بطوریکه می دانیم آب از یون های هیدروژن H+ و هیدروکسیل OH- ترکیب یافته و مقدار یون های مزبور در آب معمولی در درجه حرارت معین ثابت است . چنانکه مقدار هر یک از این یون ها تغییر یابد آب حالت اسیدی ( یون هیدروژن زیادتر ) و یا حالت قلیایی ( هیدروکسیل بیشتر ) به خود می گیرد.از نظر PH آب را می توان به سه دسته تقسیم کرد:
- آب های خنثی که PH آنها در حدود 7 است
- آب های اسیدی که PH آنها کمتر از 7 است .
- آب های قلیایی که PH آنها بیشتر از 7 است .
به طورکلی ساختمان شیمیایی آب های زیرزمینی بر حسب مصارف مختلف فرق می کند.ساختمان شیمیایی آب آشامیدنی غیر از ساختمان شیمیایی آب است که در صنعت از آن استفاده می شود . بنابراین در استخراج و بهره برداری از آب های زیرزمینی می بایست شرایط زمین شناسی و هیدرولوژیکی محل مورد نظر کاملاً بررسی و مطالعه گردد.اگر از آب های زیرزمینی برای تأمین مصارف شهری مخصوصاً آشامیدن بهره برداری نماید باید دقت شود که آب مزبور به وسیله مواد آلی و یا سایر مواد زیان آور آلوده نگردد . اصطلاح سنگینی آب هم در مقوله ساختمان شیمیایی آب مطرح می شود . آب موقعی سنگین است که دارای کلسیم ( Ca ) و منیزیم ( Mg ) باشد . معمولاً هر 5 میلی گرم کربنات کلسیم محلول در یک لیتر آب را یک درجه سختی می نماید.سنگینی تمام آب های طبیعی ممکن است منوط به وجود بیکربنات ها ، سولفات ها ،کلرورها یا نیترات های کلسیم و منیزیم و آهن و یا عناصر معدنی دیگر باشد . ایجاد فلس های نامحلول روی دیواره مخازن و قشر سفید ابری در لیوان مربوط به سنگینی آب است .
به دلیل عدم شناخت صحیح و یا عدم درک میزان آسیب پذیری سریع آبهای زیرزمینی ، سهلانگاری های زیادی صورت گرفته است. اجازه دادهایم که بنزین و سایر مایعات مضر از مخازی زیرزمینی به درون سفرههای آبهای زیرزمینی نفوذ کند. آلایندهها ، از محلهای دفن زباله یا سیستم های فاضلاب که بطور غلطی ساخته شدهاند، به داخل آن تراوش میکنند. آبهای زیرزمینی از طریق زهاب حاصله از مزارع کشاورزی کود داده شده و مناطق صنعتی ، آلوده میشوند. صاحبان خانهها با ریختن مواد شیمیایی به داخل فاضلاب یا روی زمین ، آبهای زیرزمینی را آلوده میکنند.
آب زیرزمینی آبی است که در زیر سطح زمین ذخیره شده است. به دانشآموزان بگوئید که آب زیرزمینی گاهی اوقات صدها سال طول میکشد تا جمع شود. یکی از بهترین مثالها مربوط به صحرای آفریقا میباشد که آب زیرزمینی برای هزاران سال جمع شده و هنوز برای آشامیدن و آبیاری استفاده میشود. آب زیرزمینی در زیرزمین جائیکه انواع متفاوت سنگها میتوانند به عنوان مخزن عمل کنند، ذخیره شده است. ماسه و ماسه سنگ بهترین مواد به عنوان مخزن میباشند و سفرههای آب زیرزمینی بزرگی را در زیرزمین تشکیل میدهند اما همه ماسه یکی نیستند همان طور که دانشآموزان در آزمایش خواهند فهمید.
تصفیه آب از طریق مواد متخلخل متفاوت آب را به طور طبیعی در زمین تمیز میکند. مواردی نظیر ذغال چوب و دیاتوهیت (پودر سفید که مردم در استخرها میگذارند) کمک به تصفیه ذرات ریز معلق در آب میکند.
زمینی که ما روی آن زندگی میکنیم، از لایههای زیادی با انواع متفاوت سنگین تشکیل شده است، آب میتواند به داخل فضای خالی یا حفرههای کوچک درون سنگها یا خاک حرکت کند. زمانیکه آب حرکت میکند، سنگهای متفاوت ذرات را درون حفرات به دام میاندازند. بعضی از سنگهای حفرههای بیشتری نسبت به سنگهای دیگر دارند و میتواند به عنوان مخزن آب یا سفره آب عمل کنند. بعضی از منابع آب بهتری را وابسته به آب زیزمینی برای آشامیدن هستند.
تکنیکهای تصفیه در منابع آب بهتری استفاده میشود. آب یک مخزن از طریق ترکیب فرایندهای تصفیه و فرایندهای شیمیایی تمیز میشود.