جواب فعالیت تکمیلی و یادآوری صفحه ۴۷ زمین شناسی یازدهم؛ فصل سوم

زمینه لازم از متن کتاب:

هرچه درصد تخلخل خاک یا سنگ بیشتر باشد، می‌تواند آب بیشتری را در خود نگه دارد؛ اما تخلخل زیاد الزاماً به معنی نفوذپذیری زیاد نیست.

برای مثال، پوکه معدنی و سنگ‌پا بسیار متخلخل‌اند، اما چون بسیاری از منافذ آنها به یکدیگر راه ندارند، آب به‌آسانی از آنها عبور نمی‌کند. رس نیز تخلخل زیادی دارد ولی به علت ریز بودن ذرات و مجاری بسیار باریک، نفوذپذیری آن کم است.

به طور کلی:

تخلخل نشان‌دهنده مقدار آبی است که سنگ یا رسوب می‌تواند در خود ذخیره کند.
نفوذپذیری نشان‌دهنده توانایی آن در انتقال و هدایت آب است.

پاسخ: پوکه معدنی دارای تخلخل زیاد و تعداد فراوانی فضای خالی است. مقدار زیادی هوا در این منافذ به دام می‌افتد و چون هوا رسانای ضعیفی برای گرما و صداست، پوکه می‌تواند نقش عایق را داشته باشد.

مهم‌ترین دلایل استفاده از پوکه معدنی در ساختمان عبارت‌اند از:

• عایق حرارتی بودن: فضاهای پر از هوا انتقال گرما را کاهش می‌دهند.
• عایق صوتی بودن: ساختمان متخلخل آن به کاهش انتقال صدا کمک می‌کند.
• سبک بودن: وجود منافذ فراوان، چگالی پوکه را کاهش می‌دهد و باعث سبک‌تر شدن مصالح ساختمانی می‌شود.
• مقاومت مناسب در برابر آتش: پوکه یک ماده معدنی آتشفشانی و غیرقابل اشتعال است.

پاسخ کوتاه: پوکه معدنی به علت تخلخل زیاد و وجود هوای محبوس در منافذ، سبک است و انتقال گرما و صدا را کاهش می‌دهد؛ به همین دلیل به عنوان عایق در ساختمان‌ها کاربرد دارد.

پاسخ: در شکل، میان قطعات سنگی فضاهای خالی نسبتاً فراوان و به‌هم‌پیوسته دیده می‌شود؛ بنابراین این سنگ هم تخلخل زیاد و هم نفوذپذیری زیاد دارد.

تخلخل زیاد باعث می‌شود مقدار قابل توجهی نفت در فضاهای خالی سنگ ذخیره شود.

نفوذپذیری زیاد نیز باعث می‌شود نفت بتواند از طریق منافذ متصل به یکدیگر در سنگ حرکت کند و هنگام بهره‌برداری به سوی چاه نفت جریان یابد.

پس:

پاسخ: اگر سیمان آهکی فضاهای بین قطعات سنگی را پر کند، بخشی از منافذ سنگ از بین می‌رود یا ارتباط آنها با یکدیگر کمتر می‌شود.

در نتیجه:

• تخلخل کاهش می‌یابد؛ پس فضای کمتری برای ذخیره نفت باقی می‌ماند.
• نفوذپذیری نیز کاهش می‌یابد؛ زیرا مسیرهای ارتباطی میان منافذ بسته یا باریک می‌شوند.
• مقدار نفت قابل ذخیره و قابل برداشت از مخزن کاهش پیدا می‌کند.

بنابراین سیمانی شدن زیاد سنگ مخزن، می‌تواند کیفیت و ظرفیت مخزن نفت را کاهش دهد.

نکته مهم: تخلخل و نفوذپذیری دو مفهوم متفاوت‌اند. ممکن است سنگی تخلخل زیادی داشته باشد، اما اگر منافذ آن به یکدیگر متصل نباشند، نفوذپذیری کمی داشته باشد. پوکه معدنی نمونه خوبی برای درک این تفاوت است.

پاسخ: آبخوان یا سفره آب زیرزمینی، لایه یا مجموعه‌ای از سنگ‌ها و رسوبات متخلخل و نفوذپذیر است که می‌تواند مقدار قابل توجهی آب زیرزمینی را در خود ذخیره کند و اجازه حرکت و انتقال آب را بدهد.

آبرفت‌ها و سنگ‌های آهکی حفره‌دار از نمونه‌های مناسب برای تشکیل آبخوان هستند.

پاسخ:

آبخوان الف: آبخوان آزاد
این آبخوان در قسمت بالایی قرار گرفته و سطح بالایی آن همان سطح ایستابی است. در بالای آن لایه نفوذناپذیر وجود ندارد و آب مستقیماً تحت فشار یک لایه محصورکننده نیست.

آبخوان ب: آبخوان تحت فشار یا محصور
این آبخوان میان لایه‌های نفوذناپذیر قرار گرفته است و آب در آن تحت فشار قرار دارد. منطقه آبگیری آن در ارتفاع بالاتری قرار گرفته است.

پاسخ نهایی:
الف = آبخوان آزاد
ب = آبخوان تحت فشار

پاسخ:

چاه شماره ۱:
در آبخوان آزاد «الف» حفر شده است. سطح آب داخل این چاه تقریباً همان سطح ایستابی آبخوان آزاد را نشان می‌دهد و آب به علت فشار محصورشدگی، خودبه‌خود تا سطح زمین بالا نمی‌آید.

چاه شماره ۲:
به آبخوان تحت فشار «ب» رسیده است. چون آب این لایه میان لایه‌های نفوذناپذیر محصور و تحت فشار است، پس از حفر چاه، آب در چاه تا سطح پیزومتریک بالا می‌آید.

در شکل کتاب، سطح پیزومتریک در محل چاه شماره ۲ بالاتر از سطح زمین قرار گرفته است؛ بنابراین آب می‌تواند بدون پمپاژ از دهانه چاه خارج شود.

تفاوت سطح ایستابی و سطح پیزومتریک:

در یک آبخوان آزاد، ارتفاع آب در چاه نشان‌دهنده سطح ایستابی است.

در یک آبخوان تحت فشار، آب پس از حفر چاه بر اثر فشار بالا می‌آید و ارتفاعی که آب می‌تواند تا آن بالا بیاید، سطح پیزومتریک نام دارد.

پاسخ: چاه شماره ۲ از نوع آرتزین است.

این چاه به آبخوان تحت فشار «ب» راه یافته است. چون سطح پیزومتریک در محل چاه بالاتر از سطح زمین قرار دارد، فشار آب باعث می‌شود آب بدون استفاده از پمپ در چاه بالا بیاید و از سطح زمین خارج شود.

جمع‌بندی صفحه ۴۷ زمین‌شناسی یازدهم: تخلخل مقدار فضای خالی یک سنگ یا رسوب را نشان می‌دهد، در حالی که نفوذپذیری به میزان ارتباط این منافذ و توانایی عبور سیال مربوط است. سنگ مخزن مناسب باید هم تخلخل و هم نفوذپذیری مناسبی داشته باشد. در شکل آبخوان نیز الف آبخوان آزاد و ب آبخوان تحت فشار است. چاه شماره ۱ به آبخوان آزاد و چاه شماره ۲ به آبخوان تحت فشار متصل است و چاه شماره ۲ آرتزین محسوب می‌شود.