هوازدگی

هوازدگی به زبان ساده عبارت است از پاسخی که مواد سطح زمین در مقابل تغییر محیط از خود بروز می‌دهند و شامل از هم پاشیدن سنگها و تجزیه آنها در سطح زمین و یا نزدیک به سطح زمین است. بعد از میلیونها سال ، بالا آمدگی و فرسایش ، سنگهای موجود در سقف توده‌های نفوذی از بین رفته و توده در سطح زمین رهنمون پیدا می‌کند. این توده متبلور که در دما و فشار زیاد و احتمالا در چند کیلومتری زیر زمین تشکیل شده بود، اکنون در سطح زمین و در معرض شرایطی کاملا متفاوت قرار دارد.در چنین وضعیتی ، توده سنگ به تدریج تغییر می‌کند تا جایی که دوباره با شرایط جدید به حالت تعادل برسد به چنین تغییراتی در سنگ ، هوازدگی می‌گویند. هوازدگی معمولا به دو صورت مکانیکی و شیمیایی بررسی می‌شود ولی در طبیعت این دو همزمان عمل می‌کنند.
انواع هوازدگی
هوازدگی را با توجه به نوع تغییراتی که در سنگ صورت می‌گیرد به انواع مکانیکی و شیمیایی تقسیم می‌کنند.
هوازدگی مکانیکی
در هوازدگی مکانیکی هیچ تغییری در ترکیب شیمیایی سنگ صورت نمی‌گیرد بلکه سنگها تحت تاثیر یک سری از عوامل فیزیکی به قطعات کوچکتر تقسیم می‌شوند. بر اثر خرد شدن سنگها سطح جانبی قطعات زیادتر شده و در نتیجه برای این عوامل عبارتند از : یخبندان ، انبساط حاصل از برداشته شدن بار فوقانی ، انبساط حرارتی و فعالیت موجودات زنده.
هوازدگی شیمیایی
در هوازدگی شیمیایی ساختمان داخلی کانیها بر اثر افزایش یا کاهش عناصر تغییر می‌کند. در واقع در این نوع هوازدگی ترکیب شیمیایی سنگها تغییر می‌کند. در هوازدگی شیمیایی آب مهمترین عامل به شمار می‌رود. ولی لازم به ذکر است که آب خالص غیرفعال بوده و نمی‌تواند هیچ تغییری در سنگها ایجاد کند. افزایش مقدار کمی از مواد محلول می‌تواند آب را فعال سازد. اکسیژن و دی‌اکسید کربن محلول در آب باعث ایجاد تغییرات اساسی در سنگها می‌شوند.
سرعت هوازدگی
سرعت هوازدگی سنگها به عوامل زیادی بستگی دارد از جمله این عوامل می‌توان به اندازه ذرات کانیهای سازنده سنگ و عوامل آب و هوای محیط را نام برد. هر چقدر اندازه کانی کوچکتر باشد سطح موثر آنها زیادتر بوده و در نتیجه سریعتر تحت تاثیر عوامل هوازدگی ، تجزیه می‌شوند. جنس کانیهای سازنده سنگ اثر بسیار مهمی در هوازدگی دارد به عنوان مثال سنگهای گرانیتی بسیار مقاوم تر از سنگ مرمر هستند، زیرا مرمر از کلسیت ساخته شده که به آسانی حتی در محلول اسیدی ضعیفی نیز حل می‌شود. ترتیب هوازدگی کانیهای سیلیکاته مطابق ترتیب تبلور آنهاست. کانیهایی که زودتر از همه تبلور می‌نمایند یعنی در درجه حرارت و فشارهای زیادتری بوجود می‌آیند، نسبت به کانیهایی که بعدا متبلور می‌شوند در سطح زمین پایداری کمتری دارند. زیرا شرایط تشکیل آنها با شرایط سطح زمین بسیار متفاوت است. عوامل آب و هوایی ، بویژه رطوبت اهمیت ویژه‌ای در سرعت هوازدگی سنگها دارد. بهترین محیط برای هوازدگی شیمیایی آب و هوای گرم و فراوانی رطوبت است. در نواحی قطبی و در عرضهای جغرافیایی بالا چون برودت هوا ، رطوبت مورد نیاز برای هوازدگی را به صورت یخ در می‌آورد لذا هوازدگی شیمیایی در این نواحی بی‌تاثیر است. در نواحی خشک نیز به علت وجود رطوبت کافی هوازدگی شیمیایی نقش نداد.
هوازدگی و نهشته‌های معدنی
هوازدگی در ایجاد بعضی از نهشته‌های معدنی مهم نقش دارد، زیرا عناصر فلزی پراکنده در سنگ مادر را در یک جا جمع می‌کند. به چنین نقل و انتقالی غالبا غنی شدگی اطلاق می‌شود. غنی شدگی به دو طریق انجام می‌شود. در روش اول هوازدگی شیمیایی به همراه آب نفوذی موادی را که مناسب نیستند از سنگ در حال تجزیه جدا می‌کنند. لذا این عناصر مطلوبی که تراکم آنها در افق نزدیک سطح زمین کم می‌باشد به اعماق برده شده و با رسوب مجدد تمرکز آنها افزایش می‌یابد.
بوکسیت
بوکسیت که کانی اصلی آلومینیوم می‌باشد یکی از کانسارهایی است که به روش غنی شدگی طی فرآیندهای هوازدگی بوجود آمده است. بوکسیت در آب و هوای گرمسیری بارانی همراه با لاتریت تشکیل می‌شود. وقتی سنگ منشا غنی از آلومینیوم در معرض هوازدگی شدید و طولانی قرار بگیرد بیشتر عناصر اصلی آن نظیر کلسیم و سدیم و سیلیس در نتیجه شستشو از محیط خارج می‌شود و بر میزان آلومینیوم آن افزاوده می‌شود. با گذشت زمان خاکی غنی از آلومینیوم به نام بوکسیت حاصل می‌شود که می‌توان از آن آلومینیوم استخراج کرد.
نهشته‌های مس و نقره
بسیاری از نهشته‌های مس و نقره زمانی حاصل شده‌اند که فرآیند هوازدگی عناصری را که در کانسار اولیه با عیار پایین پراکنده بودند در یک جا متمرکز کرده است. معمولا چنین غنی شدگی در نهشته‌های پیریت‌دار (FeS) و کانیهای سولفوری معمول انجام می‌شود. پیریت به دلیل اینکه از نظر شیمیایی به اسید سولفوریک تغییر می‌یابد، می‌تواند در آبهای نفوذی فلزات معدنی را حل کند.با انحلال کانیها مورد نظر فلزات به تدریج از خلال توده کانسار اولیه به سمت پایین مهاجرت می‌کنند تا سرانجام ته نشین شوند. ته نشینی هنگامی اتفاق می‌افتد که محلولهای مزبور به منطقه آبدار زیرزمینی نزدیک می‌شود. در این محل تغییرات شیمیایی ته نشینی عنصر فلزی می‌شود.
هوازدگی شیمیایی
در هوازدگی شیمیایی ساختمان داخلی کانیها ، بر اثر افزایش و یا کاهش عناصر تغییر می‌کنند. در واقع هوازدگی شیمیایی از واکنشهای شیمیایی کانیهای تشکیل دهنده سنگها با آب و اکسیژن ، گاز کربنیک ، اسیدهای تولید شده توسط مواد ارگانیکی و خاکها حاصل می‌شود که در نهایت منجر به تجزیه سنگ اولیه می‌گردد.هوازدگی سبب تلاشی شدن سنگ به ابعاد کوچکتر می‌شود و این تخریب فیزکی به نوبه خود سبب تسریع در هوازدگی شیمیایی به دلیل افزایش سطوح فراوان در مجاورت محیط تخریب شیمیایی می‌گردد. در صورتی که تخریب فیزیکی صورت نگیرد، تخریب شیمیایی به آهستگی بسیار صورت می‌گیرد. از طرف دیگر تشدید تخریب شیمیایی به علت سست نمودن سنگها خود سبب تسریع تخریب فیزیکی آن نیز می‌گردد. در واقع هر دو نوع تخریب در ارتباط بسیار نزدیکی و توام باهم سبب فرسایش سنگهای سطح زمین می‌شوند.
انواع تخریب شیمیایی
انحلال در آب
اغلب کانیها به نسبتهای متفاوتی در آب حل می‌شوند. کلروها ، سولفات‌‌‌ها ، نیترات‌ها و کربنات‌ها وقتی در مجاورت آب فراوان قرار بگیرند به تدریج حل می‌شوند. در این صورت آب را حلال و مجموعه حل شونده را محلول و عمل مزبور را انحلال می‌نامند. کلرور سدیم (هالیت یا نمک طعام) و سولفات کلسیم (ژیپس) به راحتی در آب حل می‌شوند و آبهای زیرزمینی و جریانهای نفوذی سبب ایجاد حفرات متعددی در سطح و یا در عمق این رسوبات می‌گردند.
انحلال در اسیدها
مقدار زیادی از آبهای طبیعی در واقع اسید ضعیف هستند و اسیدهای دیگر نیز از مواد ارگانیکی حاصل می‌شوند. هر اسیدی صرفنظر از قوی و یا ضعیف بودن آن دارای عامل هیدروژن است که با انواع کانیها واکنش شیمیایی از عمده ترین سنگها هستند را با اسید کربنیک می‌توان نام برد. اسید کربنیک یکی از عمده ترین اسیدهای محیط طبیعی سنگها را تشکیل می‌دهد، زیرا گاز کربنیک موجود در هوا ، در آب و بخصوص در آب باران حل شده و اسید کربنیک را می‌سازد.
H2O + CO2 ↔ H2CO3
لازم به ذکر است که این اسید هیچ وقت در طبیعت بطور آزاد یافت نمی‌شود و جزو اسیدهای ضعیف بوده و در آب یونیزه می‌شود.
H2CO3 ↔ H+ + HCO-3
HCO- 3 ↔ H+ + CO2- 3
هیدروژن حاصل سهولت با اکثر کانیهای که بنیان CO2-3 دارند مانند کلسیت و دولومیت ترکیب می‌شود و باعث تجزیه شدن آن سنگ می‌شود.
CaCO3 + CO2 + H2O ↔ Ca2+ + 2HCO-3
اکسیداسیون
اکسیداسیون عبارت از کاهش الکترون در یک فعل و انفعال شیمیایی است لذا اکسیدسیون نباید الزاما در ترکیب با اکسیژن تعریف شود، اما به خاطر فراوانی اکسیژن آزاد هوا و همچنین نقش موثر در آن در تجزیه سنگها عموما اکسیداسیون را ترکیب با اکسیژن تعریف می‌کنند. حضور آب در محیط ، عمل اکسیداسیون را تسریع می‌کند.تاثیر آب در اکسیداسیون وقتی معلوم می‌شود که سرعت اکسید شدن آهن را در آب و هوای خشک با اکسید شدن آن در آب و هوای مرطوب مقایسه کنیم. سرعت اکسید شدن در آب و هوای مرطوب بیشتر می‌باشد. آهن در طبیعت به مقدار فراوان در کانیهایی نظیر الیوین ، پیروکسن و … وجود دارد که در آنها آهن با اکسیژن ترکیب شده و باعث تجزیه شدن کانی می‌شود.
هیدرولیز
در هیدرولیز یونهای هیدروژن H+ و هیدروکسیل(OH-) با عناصر تشکیل دهنده کانیها ترکیب می‌گردند مولکولهای آب به مقدار مخصوص همیشه به عوامل H+ و OH- تجزیه می‌شوند.
H2O ↔ H+ + OH-
این یونها می‌توانند با اکثر سیلیکات‌ها ترکیب و آنها را به سیلیس و کانیهای رسی و یون فلزی تجزیه نمایند که یونهای فلزی و سیلیس به صورت محلول خارج می‌شوند. تجزیه فلدسپات‌ها را می‌توان به عنوان یک نمونه از این نوع هوازدگی را ذکر کرد.
آبگیری (هیدراتاسیون)
آبگیری نوع دیگری از هوازدگی شیمیایی می‌باشد که در آن مولکولهای آب وارد ترکیب و ساختمان کانی می‌شود. این عمل معمولا با افزایش حجم همراه بوده و در نهایت منجر به تشکیل یک کانی جدید می‌شود. برای نمونه ژیپس از آبگیری کانی انیدریت حاصل می‌شود.
ژیپس 2H2O → CaSO4.2H2O + انیدریت CaSO4
هوازدگی کروی
هوازدگی شیمیایی علاوه بر تخریب ساختمان داخلی کانیها باعث بوجود آمدن تغییرات فیزیکی نیز می‌شود به عنوان مثال وقتی که قطعات مکعبی شکل بوسیله |درزه‌های منظم تحت تاثیر هوازدگی شیمیایی قرار می‌گیرند گرد و کروی می‌شوند. هر پدیده که سبب بوجود آمدن شکل کروی شود هوازدگی کروی نامیده می‌شود.هوازدگی کروی شبیه تورق پوست پیازی است با این تفاوت که در حجم کوچکی از سنگ رخ می‌دهد. وقتی کانیهای سنگ به رس تبدیل می‌شوند به علت ورود آب به ساختمان آنها ، حجم آنها افزایش می‌یابد این افزایش حجم فشار زیادی به اطراف وارد می‌کند که به نظر می‌سرد ایجاد لایه‌های متحدالمرکز و شکستن پوسته پوسته شدن سنگ‌ها نتیجه آن می‌باشد.
هوازدگی مکانیکی
هوازدگی مکانیکی یکی از انواع هوازدگی می‌باشد. در این نوع هوازدگی ترکیب شیمیایی سنگ دست نخورده باقی می‌ماند و سنگ به قطعات کوچکتری تقسیم می‌شود، این قطعات هر کدام دارای خصوصیات و ویژگیهای سنگ اصلی می‌باشد. در واقع نتیجه نهایی هوازدگی مکانیکی ایجاد قطعات کوچکتر از یک سنگ بزرگتر می‌باشد.بر اثر خرد شدن سنگها سطح جانبی آنها افزایش یافته و زمینه برای تجزیه شیمیایی و عملکرد هوازدگی شیمیایی آماده می‌شود. در طبیعت چهار فرآیند فیزیکی مهم باعث قطعه قطعه و خرد شدن سنگها می‌شود. این عوامل عبارتند از : یخبندان ، انبساط حاصل از برداشته شدن بار فوقانی ، انبساط حرارتی و فعالیت موجودات زنده.
عوامل موثر در هوازدگی مکانیکی
یخبندان
یخ بستن و ذوب پی در پی از مهمترین فرآیندهای هوازدگی مکانیکی به شمار می‌آیند. وقتی آب یخ می‌بندد. حجم آن در حدود 9% زیاد می‌شود. این افزایش حجم باعث ایجاد نیروی عظیمی می‌شود. افزایش حجم با یخ بستن آب ناشی از ایجاد یک ساختمان بلورین باز در هنگام یخ زدن است. وقتی آب یخ می‌زند نیروی زیادی به سمت خارج ایجاد می‌کند.
در طبیعت آب به داخل شکافها و حفرات موجود در سنگ نفوذ کرده و یخ می‌زند و در اثر انبساط سبب شکستگی سنگ می‌شود. به این فرآیندها یخبندان می‌گویند. فرآیندهای یخبندان اکثرا در نواحی کوهستانی که در آن چرخه روزانه ذوب و یخبندان وجود دارد مشاهده می‌شود. در این نقاط سنگها از جای خود کنده می‌شوند و پس از غلتیدن روی هم انباشته می‌شوند و در پای صخره‌ها ، شیبهای واریزه‌ای را بوجود می‌آورند.
برداشته شدن بار فوقانی
وقتی توده‌های بزرگ آذرین بویژه آنهایی که از گرانیت ساخته شده‌اند. تحت تاثیر فرسایش قرار گیرند. ورقه‌هایی به موازات یکدیگر از سطح آن جدا می‌شوند. این پدیده را که سبب ایجاد لایه‌های پوست پیاز می‌شود ورقه‌ای شدن می‌نامند و در جایی که دیده می‌شود که فشار حاصل از وزن سنگهای رویی بر اثر فرسایش به میزان زیاد کاهش می‌یابد لایه خارجی بیش از همه انبساط می‌یابد و از بقیه سنگ جدا می‌گردد. معمولا با عملکرد این نوع هوازدگی توده آذرین شکل گنبد به خود می‌گیرد.
ادامه هوازدگی سبب می‌شود که قطعات حاصل از ورقه‌ای شدن به صورت گنبدهای پوست پیازی از هم جدا شوند. تونلهای عمدی معادن نیز موارد دیگری هستند که با کاهش فشار شکسته شده و از سنگ اصلی جدا می‌شوند در واقع سنگها از دیوار تونلها بر اثر کاهش فشار به بیرون پرتاپ می‌شوند. نتیجه برداشته شدن قطعات از روی سنگها ، شکسته شدن ورقه‌ای می‌باشد.
انبساط حرارتی
تغییرات روزنه دما به خصوص در نواحی خشک باعث سست شدن سنگها می‌شود. در نواحی خشک تغییرات درجه حرارت روزانه از 30 درجه سانتیگراد تجاوز می‌کند. گرم و سرد شدن سنگها سبب انبساط و انقباض آنها می‌گردد تصور بر این است که پدیده انبساط حرارتی نقش عمده‌ای در از هم پاشیدن سنگها داشته باشد، اما تجربیات آزمایشگاهی این امر را تائید نمی‌کند.در یک آزمایش ، سنگها را بیش از آنچه در سطح زمین گرم می‌شوند حرارت داده و سپس سرد کرده‌اند این عمل بارها تکرار شده تا شبیه عمل هوازدگی در طول صدها سال باشد اما سنگها تغییر ظاهری ناچیزی از خود نشان دادند. برای اظهار نظر قاطعانه لازم است تا پژوهشهای بیشتری در مورد تغییرات حرارت روزانه انجام گیرد.
فعالیت موجودات زنده
بر اثر فعالیتهای گیاهان ، جانوران حفار و انسان نیز هوازدگی انجام می‌شود. ریشه گیاهان در جستجوی مواد معدنی به داخل درزها فرو می‌روند و با رشد خود قطعات سنگ از یکدیگر دور می‌کنند جانوران حفار به خرد کردن و جابجایی مواد به سطح زمین که در آن هوازدگی شیمیایی شدت بیشتری دارد کمک می‌کنند.همچنین بدن موجودات پس از مرگ تجزیه شده و اسیدهایی تولید می‌کند. البته این حالت بیشتر در هوازدگی شیمیایی موثر است. در مکانهایی که سنگها را برای راه سازی یا معدن منفجر می‌کنند تاثیر انسان محسوس است ولی در مقیاس جهانی تاثیر انسان در جابجایی مواد پس از جانوران حفار قرار می‌گیرد.
نقش زمان در هوازدگی مکانیکی
زمان در هوازدگی مکانیکی نقش بسیار اساسی دارد، زیرا هر چه قدر زمان هوازدگی کم باشد و هوازدگی در مدت زمان کوتاهی عمل کند ویژگیهای سنگ مادر در قطعات دیده می‌شود. ولی وقتی زمان هوازدگی بیشتر باشد و فرآیند هوازدگی ادامه یابد به تدریج سنگ حاصله کاملا خرد شده و تبدیل به خاک می‌شود.البته برای تبدیل یک سنگ به خاک غیر از عامل زمان جنس سنگ نیز مهم می‌باشد هر چه سنگ مقاومتر باشد زمان بیشتری برای هوازدگی لازم است. در کل نمی‌توان زمان لازم برای تشکیل خاک از یک سنگ را در طی عمل هوازدگی مشخص کرد، ولی لازم به ذکر است که هر چه قدر زمان برای هوازدگی بیشتر باشد ضخامت خاک بیشتر و شباهت آن با سنگ مادر کمتر خواهد بود.
فرسایش
فرسایش عبارت از جابجایی خرده‌های سنگی و خاک توسط باد ، رودخانه و یخ می‌باشد. مواد فرسایش یافته وارد دریاها گردیده و به صورت رسوباتی از گراول (Gravel) ، ماسه ‌، سیلت و رس در کف دریاها بجای گذاشته شد و در نهایت سنگهای رسوبی جدید را بوجود می‌آورند.
نحوه شکل گیری فرآیند فرسایش
با اجتماع تدریجی رسوبات ، وزنشان هم بالا رفته و آب درون آنها نیز خارج می‌شود. این روند به سخت شدن رسوبات منتهی می‌گردد. لایه‌های رسوبی فوق گاه چنان در پوسته زمین فرو رفته که به قسمتهای بسیار گرم آن رسیده و در پی ذوب شدن به صورت ماگما در می‌آیند. در روندی دیگر ، ‌این لایه‌ها بالا آمده و کوههایی متشکل از سنگهای رسوبی را پدید می‌آورند. تمامی فرآیندهای تشکیل سنگ ، بالا آمدگی ، فرسایش و رسوبگذاری ، مراحلی از یک چرخه پیوسته از رخدادهای زمین‌شناسی هستند.
تمام سنگها در سطح زمین در اثر پدیده‌های مختلف فرسایش خصوصا در اثر تغییرات آب و هوا ، تجزیه و متلاشی می‌شوند. هوازدگی کمکی که به فرسایش می‌کند، سائیدن قطعه سنگها و حمل آنها به جاهای دیگر است. این عمل منجر به تسطیع و سست شدن تدریجی سطح زمین می‌شود.
عوامل مؤثر در فرسایش
نیروی متحرک در تمام حالات فرسایش ، نیروی کشش جاذبه به طرف پایین است. اما عوامل اصلی که توسط آن سنگها تخریب و جابجا می‌شوند، رودخانه‌ها ، یخچالها ، امواج و جریانهای باد است. مواد رسی در اثر پدیده‌ای به نام حرکات توده‌ای به طرف پایین می‌لغزند.
عوارض سطحی ایجاد شده توسط فرسایش
بسیار از عوارض سطح زمین دارای اشکال مشخصی هستند که پدیده‌های عمده‌ای را که تحت تاثیر آن شکل گرفته‌اند را منعکس می‌کنند. مثالهای بارز در این مورد عبارتند از : دره‌های رودخانه‌ای ، دره‌های یخچالی ، دریابارهای ساحلی (دیواره‌های قائم فرسایش یافته با شیب زیاد) و آثار لغزیدگی زمین. عوامل جوی چون مقدار و پراکندگی فصل باران ، برف تبخیر و نوسان درجه حرارت و جهت باد ، پدیده‌های فرسایشی را در هر ناحیه کنترل می‌کنند.
فرسایش در گذشته
شرایط آب و هوایی زمین پیوسته در حال تغییر است. مثلا میلیونها سال گذشته قشرهای یخی ، نواحی معتدل امروزی را به وسعت زیادی می‌پوشانیدند و با تغییرات چرخه اتمسفر باعث بارندگی کافی در قسمتهایی از صحرای آمریکا و سبب نگهداری رودخانه‌های دائمی گردیده است. همینطور بعضی از نواحی گرمسیری که در حال حاضر مرطوب می‌باشند، در گذشته شرایط صحرایی داشته‌اند.فرآیندهای فرسایش در این محلها با پدیده‌های امروزی متفاوت بوده است و خیلی از ساختمانهای مناظر امروزی تحت شرایط حاکم در گذشته شکل گرفته‌اند و سنگهایی با مقاومت متنوع که به نسبتهای متفاوت تحت تاثیر خوردگی ، کج شدگی و گسل خوردگی قرار داشته‌اند، در معرض هوازدگی و فرسایش قرار گرفته‌اند. مثلا فرسایش بلافاصله در طول خطوط ضعیف مانند درز گسل‌ها عمل نموده است.
شکلهای مختلف فرسایش
فرسایش ارتفاعات
در طول مدت زیاد فرسایش ارتفاعات را از بین برده و آنها را تبدیل به دشت کم ارتفاع می‌کند که در آن ساختمانهای زمین شناسی به صور مختلف تشکیل گردیده است. این دشت‌ها ممکن است در نتیجه بالا آمدگی پوسته قاره‌ای تشکیل فلات را بدهند که با ارتفاع بلندتر و شیب تندتر رود‌خانه‌ها مشخص‌اند و دره‌های عمیق و تنگی را حفر می‌کنند.
فرسایش نواحی شیب‌دار
در نواحی شیب‌دار ، فرسایش سریع و با شتاب بیشتری صورت می‌گیرد. در نواحی نیمه خشک شیب‌دار پوشش‌های گیاهی تا اندازه‌ای مانع فرسایش می‌شوند. اما در صحراها و زمین‌های سرد ، فرسایش آهسته تر عمل می‌نماید. بطور کلی نسبت فرسایش برای زمین‌های خشک (زمین‌هایی که از آب بیرون هستند) 8.6 سانتیمتر در 1000 سال برآورد شده است.
فرسایش سطح زمین توسط باد
فرسایش بادی به دو صورت «روبش یا بادروبی» و «سایش» است. در جا‌هایی از سطح زمین که پوشیده از ذرات ریز و ناپیوسته و عاری از رطوبت و پوشش گیاهی است، جریان هوا می‌تواند ذرات را با خود حمل کند. باد بردگی تا رسیدن به سطح ایستابی ادامه می‌یابد. در جاهایی که زمین از ذرات ریز (لای و ماسه) و درشت (قلوه سنگ و شن) درست شده است، باد بطور انتخابی ذرات ریز را حمل می‌کند و ذرات درشت به تدریج به صورت پوش ممتدی در می‌آیند که اصطلاحا «سنگفرش بیابان» نامیده می‌شود. این پوشش ، از فرسایش بیشتر سطح زمین توسط باد جلوگیری می‌کند.هر چه سرعت باد بیشتر باشد ذرات را به ارتفاع زیادتری بلند می‌کند، به فاصله دورتر می‌برد و بالاخره ذرات بزرگتری را حمل می‌کند. ذرات حمل شده بوسیله باد ، مخصوصا بادهای قوی ، به دو بخش بار بستری و بار معلق تقسیم می‌شوند. ذراتی که توسط باد حمل می‌شوند پس از برخورد به موانعی که بر سر راه آنها قرار دارند، موجب سایش سطح آنها می‌شوند. قطعات و تکه سنگهای پراکنده ، بیرون زدگیها و حتی موانع مصنوعی از قبیل ساختمانها ، دیوارها ، تیرهای برق یا تلفن ممکن است در معرض فرسایش بادی قرار گیرند. سایش معمولا در اثر برخورد ذراتی که نزدیک سطح زمین حرکت می‌کنند، انجام می‌گیرد.

تعريف آلودگي هوا

آلودگي هوا عبارت است از وجود يك يا چند آلوده كننده در هواي آزاد به آن مقدار ، مدت ، و وي‍‍‍ژگي ها كه براي انسان ، گياه يا حيوان خطرناك بوده وبراي اموال مضر ويا به طور غيرقابل قبولي مختل استفاده ي راحت از زندگي واموال گردد. با توجه به تعريف فوق نوع ، كميت ، ويژگي ها وزمان تماس در تاثير آلوده كننده ها بر انسان ومحيط اهميت پيدا ميكند. اگر به تركيب طبيعي هواي تميز وخشك نزد يك سطح دريا كه از 09/78 درصد ازت ، 94/20 درصد اكسيژن ، 93/0 درصد آرگن ، 0318/0 درصد دي اكسيدكربن ومقادير ناچيز گازهاي ديگر تشكيل شده ، توجه نماييم مشخص ميگردد كه آلاينده هاي مهم نظير منواكسيد كربن ، ذرات معلق ، هيدروكربورها ، اكسيد هاي گوگرد بخصوص انيدريد سولفورو ، اكسيد هاي ازت ، ازن و… جزء تركيب هاي طبيعي هوا محسوب نمي شوند و وجود آنها در اتمسفر نتيجه پيشرفت تكنولو‍ژي ، توسعه صنعتي ، افزايش جمعيت ،ازدياد مصرف منابع انرژي و… مي باشد. از طرف ديگر با توجه به مصرف روزانه ي انسان از هوا ، غذا ، آب ، مشخص مي گردد كه نياز به هوا چندين برابر آب وغذاي مصرفي است وهمين امر روشن مي نمايد كه چرا مساله ي آلودگي هوا از اهميت ويژه اي برخوردار است وچرا بايد غلظت آلوده كننده هاي هوا در مقايسه با آلودگي غذا يا آب لااقل به همان نسبت يا كمتر باشد.
عوامل جوي موثر در آلودگي هوا، پخش وانتشار آلاينده هاي هوا تابع شرايط جوي جغرافيايي محل مي باشد.گاهي اوقات شرايط جوي در پخش آلوده كننده ها موثر بوده وشرايط مناسبي را ايجاد مي نمايد و گاه نيز باعث تشديد آلودگي مي شود. باد يكي از عوامل مهم در پخش وانتقال عوامل آلوده كننده محسوب مي شود. مقدار پراكندگي مواد به جريانهاي افقي وعمودي باد بستگي دارد. حركت افقي هوا باد وحركت عمودي آن ، جريان هوا ناميده مي شود. ميزان انتشار وانتقال هواي آلوده به سرعت مستقيم وقدرت باد وابسته است. بادهاي آرام قدرت انتشار ناچيز وبادهاي قوي قدرت انتشار زياد دارند. معمولا باد در سرعت هاي بيشتر از 30 كيلومتر در ساعت در انتقال وانتشار آلودگي ها موثر است وبادهاي شديد تر تاثير بسيار بيشتر برپخش آلودگي خواهند داشت. جريانهاي عمودي باد در تصفيه هوا اهميت بيشتري دارند. زيرا از طريق بالا بردن آلاينده ها سبب دور شدن آنها از سطح زمين شده واز طرف ديگر چون سرعت جريان افقي باد در طبقات بالاي جو بيشتر است ،بنابراين انتقال آلودگي ها به قسمتهاي فوقاني ، سبب پراكندگي بهترآنها مي شود. در مناطق كم فشار به علت صعودي بودن جريان هاي هوا ، هواي پاك جايگزين هواي آلوده مي شود وبنابراين تهويه طبيعي رخ مي دهد. اما در مناطق پر فشار به علت نزولي بودن جريانهاي هوا مواد آلاينده به حالت ركود در محيط مانده وقادر به صعود نيستند ودر نتيجه توقف يك سيستم با فشار زياد براي مدت چند روز در يك منطقه سبب تشديد آلودگي ميشود. ريزش هاي جوي نظير باران وبرف نيز از پديده هاي مهم وموثر در شستشوي هوا محسوب ميشوند كه قادرند مواد آلوده كننده را به همراه خود به سطح زمين بياورند. از ديگر عوامل جوي موثر در آلودگي هوا مي توان به مه اشاره كرد كه وقتي در منطقه اي رطوبت نسبي بالا رود، ذرات آلاينده به عنوان هسته هاي تراكم ، ذرات آب را به دور خود جمع كرده وتوليد مه آلوده ( مه دود آلود ) مي نمايند. در بسياري از حوادث مه به عنوان يك عامل تشديد كننده نقش داشته است.
تاريخچه آلودگی
تاریخچه آلودگی
دود یکی از قدیمیترین آلاینده‌های هوا است که برای سلامت بشر مضر است. زمانی که دود ناشی از آتش حاصله از سوختن چوب توسط ساکنین اولیه غارها جای خود را به دود ناشی از کوره‌های زغال سوز در شهرهای پر جمعیت داد، آلودگی هوا، به قدری افزایش یافت که زنگ خطر برای برخی از ساکنان آن شهرها وجود به صدا در آمد. در سال ۶۱ بعد از میلاد سنکا (Seneca) فیلسوف رومی از هوای روم به‌عنوان هوای سنگین و از دودکشهای هود با عنوان تولید کننده بوی بد نام برد. در سال ۱۲۷۳ میلادی ادوارد اول پادشاه انگلستان می‌گوید هوای لندن به حدی با دود و مه آلوده و آزار دهنده است که از سوختن زغال سنگ دریایی جلوگیری خواهد کرد.
علی‌رغم هشدار پادشاه مذکور، نابودی گسترده جنگلها، چوب را تبدیل به یک کالای کمیاب نمود و ساکنان لندن را وادار ساخت تا بجای کم کردن مصرف زغال سنگ به میزان بیشتری از آن استفاده کنند. تا سال ۱۶۶۱ میلادی یعنی بیش از یک قرن بعد، تغییر قابل ملاحظه‌ای در آلودگی هوا به وجود نیامد. چاره جویی و پیشنهادات عبارت بودند از برچیدن تمامی کارخانه‌های دودزا از شهر لندن و به وجود آمدن کمربند سبز در اطراف شهر و بالاخره این چاره جویی ها کارساز شد.
نابودی زباله‌ها و مواد زائد
زباله‌های کشاورزی و حیوانی نابود شده آمونیاک ، متان و بخارات زیان آور را در جو آزاد می‌کند. احشام و گله‌های گاو و خوکها مقدار زیادی از آلودگی هوا را در حومه شهر آزاد می‌کنند.
منابع طبیعی
علاوه بر منابع انسانی آلاینده‌های جوی که قبلا عنوان شد منابع طبیعی زیادی وجود دارد که به شکل ذیل طبقه بندی می‌شوند:
فرسایش در اثر باد
فرسایش بادی خاکهای خش رزمینهای بیابانی توسط بادهای قوی می‌تواند طوفانهای بزرگی از غبار را بوجود آورد. ذرات غبار عمدتا شامل SiO2 هستند اما ممکن است شامل مقدار کمی از فلزات سنگین هم باشند.
آتش سوزی جنگلها
بسیاری از آتش سوزی جنگلها که بوسیله برق آسمانی تولید می‌شوند، مقدار زیادی دود ، NOx ، CO2 ، CO و هیدروکربنها را آزاد می‌کنند.
فوران آتشفشانی
آتشفشانهای بزرگ مقدار عظیمی از ذرات معلق ، SO2 ، CO2 و سایر گازها را به درون جو آزاد می‌کنند. بعضی از این ذرات بقدر کافی به سطوح بالا منتقل شده و در آنجا برای ماهها و سالها باقی می‌مانند و بر اقلیم جهانی تأثیر می‌گذارند.
انتشارات بیوژنیک
این انتشارات در جنگلها و باتلاقها اتفاق می‌افتند. آلاینده‌های منتشره به جو شامل هیدروکربنهایی نظیر ترپن و ایزوپرن و مواد دیگری مانند متان ، آمونیاک ، گرده‌ها و هاگها هستند.
پاشیدن توسط دریا و تبخیر
وقتی که بادهای قوی وزیده می‌شوند، امواج شکسته شده و دریا مقدار زیادی از آب را می‌پاشد، به این ترتیب نمک زیادی به داخل جو وارد می‌شود. عموما فرآیند تبخیر نه فقط آب بلکه بسیاری گازهای نادر را به داخل جو منتشر می‌سازند.
تاثیر روی ا یستم آبی
دریاچه‌های اسیدی شده به علت شسته شدن سنگها بوسیله یون هیدروژن دارای غلظتهای بالای آلومینیوم هستند. قدرت اسیدی بالا و غلظتهای بالای آلومینیوم عامل اصلی کاهش جمعیت ماهیهاست. ترکیب زیست شناختی دریاچه‌های اسیدی شده به شدت دچار تغییر می‌شود و تکثیر ماهیها در آبهای دارای قدرت اسیدی بالا کاهش می‌یابد. وقتی PH خیلی پایین‌تر از 5 باشد، گونه‌های اندکی زنده مانده و تولید مثل می‌کنند. آب دریاچه‌های اسیدی شده اغلب زلال و شفاف می‌باشد و این به علت از بین رفتن زندگی گیاهی و جانوری این دریاچه‌ها می‌باشد.
تاثیر روی گیاهان و جنگلها
تاثیر باران اسیدی بر روی جنگلهای و محصولات کشاورزی را به دشواری می‌توان تعیین کرد. ولی با این وجود بررسیهای آزمایشگاهی حاکی از این هستند که گیاهان زراعی رشد یافته در شرایط بارانهای اسیدی رفتار متفاوتی نشان می‌دهند. محصولات برخی افزایش یافته و محصولات گروهی کاهش می‌یابد.
آلودگی هوا اثرات بدی روی درختان دارد. اسیدی شدن خاک ، مواد غذایی موجود در آن را شسته و از بین می‌برد. باران اسیدی که در جنگلها می‌ریزد، ازن و سایر اکسنده‌های هوا ، که درختان جنگلی در معرض آنها قرار دارند، تاثیر نامطلوبی روی درختان و پوشش گیاهی می‌گذارد و این تاثیرات نامطلوب وقتی با خشکسالی ، دمای بالا و بیماری و … همراه باشد، ممکن است باعث خشک شدن درختان شود.
جنگلهای ارتفاعات بالا بیش از همه تحت تاثیر ریزش باران اسیدی هستند. قدرت اسیدی در مه و شبنم بیش از باران است، زیرا در مه و شبنم آبی که موجب رقیق شدن اسید شود، کمتر است. درختان برگ ریز که با باران اسیدی آسیب می‌بینند، به تدریج برگهای خود را از بالا به پائین از دست می‌دهند و اکثر برگهای خشک شده در بهار بعدی تجدید نمی‌شوند.
• بعضی از اثرات مهم باران های اسیدی که « فومارو » در سال 1997 نیز به آنها اشاره کرده است، عبارتند از:
1. مضر برای انسان : ایجاد تنگی نفس ، برونشیت ، التهاب ریه ، آنفلوآنزا و سرماخوردگی
2. تخریب جنگلها : ریختن برگها ، تخریب ریشه توسط باکتریها، کاهش روند رشد ، تقلیل میزان محصول دهی ، کم شدن قدرت حیات.
3. خطرناک برای دریاچه‌ها : مرگ صدها گونه زیستی
4. تسریع در خوردگی مواد : خوردگی وسایل نقلیه و بناهای تاریخی
اسیدهای موجود در باران اسیدی
اسیدهای عمده در باران اسیدی ، اسید سولفوریک و اسید نیتریک می‌باشد. بطور کلی این اسیدها به هنگام حمل توده هوایی که آلاینده‌های نوع اول مثل و را دربر دارند، بوجود می‌آیند. از این رو معمولا محل نزول باران اسیدی دورتر از منبع آلاینده‌ها می‌باشد. باران اسیدی یک مشکل آلودگی است که به علت حمل دوربرد آلاینده‌های هوا توسط باد حد و مرز جغرافیایی نمی‌شناسد.

اثر آلاینده‌های محیطی
اثر محیطی مواد شیمیایی به غلظت آنها در محیط و یا میزان دریافت و تجمع‌شان توسط موجود زنده بستگی دارد. عوارض ناشی از آلانیده‌ها ممکن است از نظر وسعت محدوده‌ای که اشغال می‌کنند، بسیار متفاوت باشند:
• بعضی از عوارض ، بسیار محدود (محلی) هستند یعنی اثر محیطی آلاینده به نواحی مجاور و نزدیک ، مثلا یک معدن قدیمی ، محدود می‌شود.
• بعضی دیگر از عوارض ، منطقه‌ای هستند و در نتیجه جابجایی وسیع آلاینده‌ها ایجاد می‌شوند مثل باران اسیدی.
• بالاخره برخی دیگر ، جهانی هستند مثل تجمع دی‌اکسید کربن و سایر گازهای گلخانه‌ای در جو کره زمین یا اثر تغییرات لایه اوزون بر میزان تابش پرتوهای فرابنفش.
تاثیرات آلاینده‌ها از نظر مدت زمان نیز بسیار متفاوتند. برای مثال بعضی از عوارض در نتیجه آزاد شدن ناگهانی مقدار زیادی آلاینده در محیط ایجاد می‌شوند که ممکن است موجب اثری آنی شده، سپس و بتدریج بهبود یابد، در حالی که بعضی دیگر از تاثیرات محیط ، نتیجه تجمع تدریجی انبوهی از آلاینده‌ها ، طی سالها یا حتی دهه‌ها هستند.
باران اسيدی
باران اسیدی
یکی از مشکلات جدی محیط زیست که امروزه بشر در اکثر نقاط جهان با آن درگیر است، باران اسیدی می‌باشد. باران اسیدی به پدیده‌هایی مانند مه اسیدی و برف اسیدی که با نزول مقادیر قابل توجهی اسید از آسمان همراه هستند، اطلاق می‌شود.
باران هنگامی اسیدی است که میزان PH آب آن کمتر از 5،6 باشد. این مقدار PH بیانگر تعادل شیمیایی بوجود آمده میان دی‌اکسید کربن و حالت محلول آن یعنی بی‌کربنات) (در آب خالص است.
باران اسیدی دارای نتایج زیانبار اکولوژیکی می‌باشد و وجود اسید در هوا نیز بر روی سلامتی انسان اثر مستقیم دارد. همچنین بر روی پوشش گیاهی تأثیرات نامطلوبی می‌گذارد.
در چند دهه اخیر میزان اسیدیته آب باران ، در بسیاری از نقاط کره زمین افزایش یافته و به همین خاطر اصطلاح باران اسیدی رایج شده است. برای شناخت این پدیده سوالات زیادی مطرح گردیده است که به عنوان مثال می‌توان به این موارد اشاره کرد: چه عناصری باعث تغییر طبیعی باران می‌شوند؟ منشا این عناصر چیست؟ این پدیده در کجا رخ می‌دهد؟
معمولا نزولات جوی به علت حل شدن دی‌اکسید کربن هوا در آن و تشکیل اسید کربنیک بطور ملایم اسیدی هستند و PH باران طبیعی آلوده نشده حدود 5.6 می‌باشد. پس نزولاتی که به مقدار ملاحظه‌ای قدرت اسیدی بیشتری داشته باشند و PH آنها کمتر از 5 باشد، باران اسیدی تلقی می‌شوند.
پدیده باران اسیدی در سالهای پایانی دهه 1800 در انگلستان کشف شد، اما پس از آن تا دهه 1960 به دست فراموشی سپرده شد”. اسمیت” در سال 1873 واژه باران اسیدی را برای اولین بار مطرح کرد. او پی برد که ترکیب شیمیایی باران تحت تاثیر عواملی چون جهت وزش باد ، شدت بارندگی و توزیع آن ، تجزیه ترکیبات آبی و سوخت می‌باشد. این محقق متوجه اسید سولفوریک در باران شد و عنوان نمود که این امر ، برای گیاهان و اشیا واقع در سطح زمین خطرناک است.
موتا و میلو در سال 1987 عنوان داشتند که دی‌اکسید کربن با اسید سولفوریک و اسید نیتریک عوامل اصلی تعیین کننده میزان اسیدی بودن آب باران هستند، چرا که در یک فاز آبی به صورت یونهای نیترات و سولفات در می‌آیند و چنین یونهایی به آب باران خاصیت اسیدی می‌بخشند.
عوامل درونی گیاه
گونه‌های مختلف گیاهی ، عکس‌العملها و میزان حساسیت متفاوتی نسبت به آلاینده‌ها دارند، علاوه بر این بین افراد یک گونه نیز ، تنوع ژنتیکی قابل توجهی در این زمینه وجود دارد. این تفاوتها عمدتا به توانایی گیاه در محدود کردن جذب آلاینده و یا در صورت جذب آن ، به سم زدایی ، سوخت و ساز و دفع سم مربوط می‌شود. علاوه بر ژنوتیپ ، عوامل دیگری از قبیل سن گیاه و مرحله رشد آن نیز در عکس‌المعل گیاه از قبیل سن گیاه و مرحله رشد آن در عکس‌العمل گیاه نسبت به آلاینده ، موثرند.
منبع : www.roshd.ir