جواب پیوند با فیزیک و یادآوری صفحه ۴۵ زمین شناسی یازدهم؛ فصل سوم

زمینه لازم از متن کتاب:

در هنگام نفوذ آب به داخل زمین، بخشی از آب در فضاهای خالی خاک و سنگ حرکت می‌کند. در بالای منطقه اشباع، بخشی از آب زیرزمینی به علت خاصیت مویینگی در مجاری باریک میان ذرات خاک و سنگ به سمت بالا کشیده می‌شود و حاشیه یا کمربند مویینه را تشکیل می‌دهد.

آب می‌تواند به کمک خاصیت مویینگی حتی به سطح زمین برسد. بخشی از این آب در دسترس ریشه گیاهان قرار می‌گیرد و اگر به سطح برسد، مقدار زیادی از آن بر اثر تبخیر از دست می‌رود.

در زیر این بخش، منطقه اشباع قرار دارد که تمام فضاهای خالی آن از آب پر شده و سطح بالایی آن سطح ایستابی نامیده می‌شود.

پاسخ: حاشیه مویینه بر اثر خاصیت مویینگی تشکیل می‌شود. این پدیده نتیجه اثر نیروهای بین مولکولی است؛ یعنی:

• نیروی چسبندگی: جاذبه میان مولکول‌های آب و سطح ذرات خاک و سنگ
• نیروی همبستگی: جاذبه میان مولکول‌های آب با یکدیگر
• کشش سطحی آب

مجموع این نیروها سبب می‌شود آب برخلاف نیروی گرانش، در منافذ و مجاری بسیار باریک میان ذرات خاک و سنگ به سمت بالا حرکت کند.

در نتیجه، در بالای سطح ایستابی ناحیه‌ای مرطوب به نام حاشیه مویینه شکل می‌گیرد.

پاسخ کوتاه: حاشیه مویینه به علت خاصیت مویینگی ناشی از نیروی چسبندگی، همبستگی و کشش سطحی آب تشکیل می‌شود و آب را در منافذ باریک خاک به سمت بالا می‌کشد.

پاسخ: هرچه ذرات خاک ریزتر باشند، منافذ و مجاری میان آنها باریک‌تر می‌شود و آب بر اثر خاصیت مویینگی می‌تواند تا ارتفاع بیشتری بالا بیاید؛ بنابراین ضخامت حاشیه مویینه بیشتر خواهد شد.

برعکس، هرچه ذرات درشت‌تر باشند، منافذ بزرگ‌تر است و بالا آمدن مویینگی آب کمتر می‌شود؛ در نتیجه حاشیه مویینه ضخامت کمتری خواهد داشت.

پاسخ: اگر سطح ایستابی به سطح زمین نزدیک باشد، آب زیرزمینی بر اثر خاصیت مویینگی می‌تواند تا نزدیکی سطح یا حتی خود سطح زمین بالا بیاید.

در این حالت ممکن است پیامدهای زیر ایجاد شود:

۱ـ افزایش رطوبت خاک:
خاک سطحی بیش از حد مرطوب می‌شود و در بعضی مناطق حالت آب‌ماندگی ایجاد می‌شود.

۲ـ کاهش هوای موجود در خاک:
اگر منافذ خاک برای مدت طولانی از آب پر شوند، اکسیژن کمتری به ریشه گیاهان می‌رسد و رشد گیاهان آسیب می‌بیند.

۳ـ تبخیر آب در سطح زمین:
آبی که به کمک خاصیت مویینگی به سطح می‌رسد، به‌ویژه در مناطق گرم و خشک، به سرعت تبخیر می‌شود.

۴ـ تجمع نمک و شور شدن خاک:
آب زیرزمینی معمولاً مقداری املاح محلول همراه خود دارد. هنگامی که آب در سطح زمین تبخیر می‌شود، نمک‌ها باقی می‌مانند و به تدریج در خاک تجمع پیدا می‌کنند.

در نتیجه ممکن است خاک شور شود و در شرایط شدید، زمین‌های شور و شوره‌زار به وجود آیند.

۵ـ آسیب به کشاورزی و سازه‌ها:
بالا بودن رطوبت و تجمع املاح می‌تواند به گیاهان، زمین‌های کشاورزی و حتی بخش‌های زیرین ساختمان‌ها و راه‌ها آسیب برساند.

نکته مهم: مشکل شور شدن خاک به‌ویژه در مناطق خشک اهمیت بیشتری دارد؛ زیرا تبخیر زیاد است و آب بالا آمده تبخیر می‌شود، اما نمک‌های محلول آن در سطح و بخش‌های بالایی خاک باقی می‌مانند.

پاسخ: سطح ایستابی ثابت نیست و در اثر عوامل طبیعی و فعالیت‌های انسان بالا یا پایین می‌رود. مهم‌ترین عوامل مؤثر عبارت‌اند از:

۱ـ میزان بارندگی و تغذیه آب زیرزمینی:
با افزایش بارندگی و نفوذ آب به زمین، آبخوان بیشتر تغذیه می‌شود و معمولاً سطح ایستابی بالا می‌آید.

در دوره‌های کم‌بارش و خشکسالی، تغذیه آب زیرزمینی کمتر می‌شود و سطح ایستابی می‌تواند پایین برود.

۲ـ میزان برداشت از آب زیرزمینی:
برداشت زیاد آب از طریق چاه‌ها و پمپاژ، اگر بیشتر از مقدار تغذیه آبخوان باشد، باعث افت سطح ایستابی می‌شود.

۳ـ نفوذپذیری خاک و سنگ:
در مناطقی که خاک و سنگ نفوذپذیرترند، آب باران آسان‌تر به زیرزمین نفوذ می‌کند و آبخوان بهتر تغذیه می‌شود.

۴ـ فصل‌های سال:
سطح ایستابی ممکن است با تغییر فصل تغییر کند؛ معمولاً پس از دوره‌های پربارش یا ذوب برف افزایش و در فصل‌های خشک کاهش می‌یابد.

۵ـ تبخیر و تعرق:
در مناطقی که تبخیر و تعرق زیاد است، مقدار بیشتری از آب پیش از نفوذ عمیق از دست می‌رود و تغذیه آب زیرزمینی کاهش می‌یابد.

۶ـ ارتباط آب زیرزمینی با رودخانه‌ها و دیگر منابع سطحی:
رودها، دریاچه‌ها و آبگیرها در بعضی مناطق می‌توانند آبخوان را تغذیه کنند یا برعکس، آب زیرزمینی به آنها تخلیه شود؛ بنابراین تغییر مقدار آب آنها نیز می‌تواند بر سطح ایستابی اثر بگذارد.

۷ـ فعالیت‌های انسانی و تغییر کاربری زمین:
ساخت‌وساز و گسترش سطوح نفوذناپذیر می‌تواند نفوذ آب به زمین را کاهش دهد؛ در مقابل، آبیاری و نفوذ آب اضافی در بعضی مناطق ممکن است موجب بالا آمدن سطح ایستابی شود.

پاسخ کوتاه: میزان بارندگی و تغذیه آبخوان، برداشت آب زیرزمینی، نفوذپذیری زمین، فصل، تبخیر و تعرق، ارتباط با آب‌های سطحی و فعالیت‌های انسانی از مهم‌ترین عوامل تغییر سطح ایستابی هستند.

تفاوت «سطح ایستابی» و «عمق سطح ایستابی»:

اگر سطح ایستابی بالا بیاید و به سطح زمین نزدیک‌تر شود، عمق سطح ایستابی کمتر می‌شود.

اگر سطح ایستابی پایین برود و از سطح زمین دورتر شود، عمق سطح ایستابی بیشتر می‌شود.

جمع‌بندی صفحه ۴۵ زمین‌شناسی یازدهم: حاشیه مویینه در اثر نیروهای بین مولکولی و خاصیت مویینگی در بالای سطح ایستابی تشکیل می‌شود. هرچه ذرات خاک ریزتر و منافذ میان آنها باریک‌تر باشند، آب بیشتر بالا می‌رود و حاشیه مویینه ضخیم‌تر می‌شود. نزدیک شدن سطح ایستابی به سطح زمین نیز می‌تواند باعث رطوبت زیاد، آب‌ماندگی و در مناطق خشک، تجمع نمک و شور شدن خاک شود. سطح ایستابی نیز تحت تأثیر تغذیه آبخوان، بارندگی، برداشت آب، شرایط زمین و عوامل اقلیمی تغییر می‌کند.