هوازدگی (علوم تیزهوشان هشتم)
سنگ‌ها با همهٔ سختی، به‌مرور زمان خرد و ریز می‌شوند و همین تغییر زندگی روی زمین را ممکن کرده است. سطح زمین بدون خاک را تصور کن: گیاه و غذا نبود، مواد معدنی برای گیاهان آزاد نمی‌شد، چرخهٔ مواد میان خشکی و دریا متوقف می‌شد و زندگی در خشکی تقریباً ناممکن بود.
هوازدگی چیست؟
هوازدگی خرد و تجزیه شدن سنگ در جای خود بر اثر دما، آب، هوا و جانداران است. هوازدگی با فرسایش فرق دارد: در هوازدگی سنگ در همان محل می‌شکند یا تجزیه میشود، اما در فرسایش مواد کنده و حمل می‌شوند. هوازدگی خاک میسازد، کلسیم، پتاسیم، آهن و فسفر را برای گیاهان آزاد میکند، مواد را به دریاها می‌رساند، رسوب و منابع میسازد و هوازدگی شیمیایی سیلیکات‌ها در درازمدت ادامهٔ فرمول را افقی ببین جو را مصرف و تنظیم میکند.
هوازدگی فیزیکی
در هوازدگی فیزیکی سنگ بدون تغییر ترکیب شیمیایی به قطعههای کوچکتر تبدیل میشود:
- یخزدن و آب شدن: آب در شکافها یخ می‌زند، حدود ۹٪ حجمش زیاد میشود و شکاف را باز میکند (کوهستان‌های سرد). ۱۰۰ سانتی‌متر مکعب آب ۱۰۹ سانتی‌متر مکعب یخ میشود و در شکاف بسته فشاری بسیار بیشتر از مقاومت کششی سنگ پدید میآورد؛ این کار هر شب یخبندان تکرار میشود.
- انبساط و انقباض گرمایی: در کویر سنگ روز منبسط و شب منقبض میشود. سنگ دو متری با اختلاف دمای ۵۵ درجه کمتر از یک میلی‌متر تغییر طول میدهد، اما چون کانیها ضریب انبساط متفاوتی دارند و سطح زودتر از درون گرم میشود، تنش و ترک پدید می‌آید و تکرار هزاران‌باره سنگ را خسته میکند.
- پوست‌پیازی: لایه‌های موازی سطح مثل پوست پیاز جدا می‌شوند، به‌ویژه در گرانیت.
- رشد ریشه در شکاف، تبلور نمک در منفذها (سواحل و کویر)، سایش با ذرات حمل‌شده (قارچ‌سنگ و سنگ گرد رودخانه) و آزاد شدن فشار وقتی سنگ عمیق به سطح می‌رسد.
هوازدگی فیزیکی سطح را برای هوازدگی شیمیایی زیاد میکند: مکعبی یکمتری با سطح ادامهٔ فرمول را افقی ببین اگر به ۱۰۰۰ مکعب ۱۰ سانتی‌متری خرد شود، سطح کل به ادامهٔ فرمول را افقی ببین یعنی ده برابر می‌رسد.
هوازدگی شیمیایی
در هوازدگی شیمیایی ترکیب سنگ تغییر میکند و کانیهای تازه و معمولاً نرم‌تر پدید می‌آید؛ به آب، اکسیژن و اسید نیاز دارد و در هوای گرم و مرطوب سریعتر است:
- انحلال: حل شدن هالیت و ژیپس در آب و کلسیت در آب اسیدی که غار و کارست میسازد.
- کربناتی شدن: ادامهٔ فرمول را افقی ببین در آب اسید کربنیک میسازد و کلسیت را حل میکند: ادامهٔ فرمول را افقی ببین.
- اکسایش: اکسیژن با کانیهای آهندار زنگ میسازد و سنگ قرمز یا زرد میشود: ادامهٔ فرمول را افقی ببین. از ۱۱۲ گرم آهن ۱۶۰ گرم اکسید ساخته میشود، یعنی جرم و حجم حدود ۴۳٪ زیاد و سنگ ترک میخورد.
- آبکافت: آب با فلدسپار واکنش میدهد و رس میسازد.
- هوازدگی زیستی: لیکن، ریشه و باکتری اسید ترشح میکنند.
- باران اسیدی: گازهای ادامهٔ فرمول را افقی ببین و اکسیدهای نیتروژن اسید می‌سازند و هوازدگی را تند میکنند؛ مجسمه‌های مرمرین آسیب می‌بینند.
هوازدگی فیزیکی ترکیب را ثابت نگه می‌دارد و در هوای سرد و خشک (کوهستان و کویر) غالب است؛ هوازدگی شیمیایی کانی تازه و رنگ تازه میسازد و در هوای گرم و مرطوب غالب است. سرعت هوازدگی به اقلیم، نوع سنگ (آهک در آب اسیدی ضعیف، کوارتز بسیار مقاوم و الیوین زودهوازده)، سطح تماس، زمان، پوشش گیاهی و شیب بستگی دارد.
هوازدگی و خاک
خاک از ذرات سنگ هوازده، مواد آلی (هوموس)، آب، هوا و جانداران ساخته شده است و لایه‌هایی دارد: افق آلی و غنی بالا، افق انباشت، افق سنگ شکسته و سنگ بستر. ساخته شدن چند سانتی‌متر خاک صدها سال طول می‌کشد؛ اگر هر سانتی‌متر ۲۰۰ سال بخواهد، ۳۰ سانتی‌متر خاک مزرعه ۶۰۰۰ سال زمان میبرد، اما فرسایش شدید ممکن است آن را در چند دهه از بین ببرد؛ پس حفاظت از خاک حیاتی است. در عکاسی از آثار هوازدگی، ترک سنگ پس از زمستان، واریزهٔ پای صخره، پوسته شدن نمای سنگی، ریشه در شکاف، زنگ‌زدگی، سنگ‌قبر ساییده و لیکن نمونه‌های خوبی‌اند و گذاشتن سکه یا خودکار برای مقیاس و ثبت مکان و تاریخ لازم است.
فرسایش، حمل و رسوب‌گذاری
فرسایش کنده شدن مواد هوازده با آب، باد، یخچال و جاذبه است، حمل جابهجایی آنها و رسوب‌گذاری ته‌نشین شدن وقتی انرژی عامل کم شود؛ سپس فشردگی و سیمانی شدن سنگ رسوبی میسازد. ذرات در آب به چهار روش حرکت میکنند: غلتیدن روی بستر (قلوهسنگ و شن)، جهش (ماسه)، تعلیق در آب (سیلت و رس) و انحلال (یون‌ها). جریان قوی‌تر ذرات درشت‌تری را میبرد و با کم شدن جریان، اول درشت‌ترها ته‌نشین می‌شوند. سرعت ته‌نشینی ذرات ریز با مربع قطر متناسب است؛ ذرهٔ ماسه با قطر صد برابر ذرهٔ رس حدود ده هزار برابر سریعتر ته‌نشین میشود و به همین دلیل رس‌ها ماه‌ها معلق می‌مانند.
گردشدگی: هرچه ذره بیشتر حمل شود، گوشه‌هایش بیشتر ساییده و گرد میشود. جورشدگی: آب و باد ذرات هم‌اندازه را با هم می‌برند و رسوب جورشده می‌سازند، اما یخچال همه را با هم میآورد. رسوب رود همهٔ اندازهها را دارد، جورشدگی و گردشدگی خوب و لایهبندی و ریپلمارک دارد؛ رسوب باد فقط ذرات ریز، جورشدگی بسیار خوب و دانههای گرد و مات دارد؛ رسوب یخچال همهٔ اندازهها از رس تا تختهسنگ، بیجور و زاویهدار است.
رسوبات بادی
باد ذرات درشت را نمی‌برد و ذرات ریز را دور میبرد؛ پس رسوبش جورشدهٔ بسیار خوب، گرد و مات است و تپههای ماسهای با لایهبندی مورب (برخان، طولی و ستاره‌ای) و ریپلمارک بادی دارد. لس رسوب بادی سیلت‌دار زرد، بدون لایهبندی و بسیار حاصلخیز است. در ایران تپههای ماسهای در دشت لوت، کویر مرکزی، ریگ جن و سیستان و خوزستان و لس در دشت گرگان و پای البرز دیده میشود. قارچ‌سنگ پدید می‌آید، چون ذرات سنگین نزدیک زمین حمل می‌شوند و پایهٔ سنگ را بیشتر می‌سایند. تپه‌ای که سالی ۱۰ متر جلو می‌آید، پس از ۲۰۰ سال به روستای دو کیلومتری می‌رسد؛ پس کاشت درخت و بادشکن لازم است.
نفوذپذیری رسوبات
در لیوان شفاف مقدار مساوی شن، ماسهٔ ریز و رس می‌ریزیم و حجم مشخصی آب اضافه می‌کنیم. آب از شن در چند ثانیه میگذرد (منافذ درشت و متصل، نفوذپذیری بسیار زیاد)، از ماسه آهستهتر و در رس روی سطح میماند (منافذ بسیار ریز و چسبندگی، نفوذپذیری بسیار کم، هرچند تخلخل رس زیاد است)؛ پس تخلخل و نفوذپذیری یکی نیستند. اگر ۱۰۰ میلی‌لیتر آب از شن در ۵، ماسه در ۴۰ و رس در ۱۲۰۰ ثانیه عبور کند، دبی‌ها ۲۰، ۲٫۵ و حدود ۰٫۰۸ میلی‌لیتر بر ثانیه و نسبت شن به رس حدود ۲۴۰ است. ذرات درشت به‌سبب وزن برای جابهجایی مقاوم‌اند ولی آب زود از آنها میگذرد و هوازدگی شیمیایی هر ذره کمتر است؛ ماسه را باد و آب آسان می‌برند؛ رس در حالت خشک چسبنده و مقاوم است، اما وقتی گل شود سیل آن را آسان میبرد و آب ماندگار در آن هوازدگی شیمیایی بیشتری میآورد. در مخلوط رس و ماسه، ذرات ریز منافذ را پر و نفوذپذیری را کم میکنند؛ خاک لوم چنین است و برای کشاورزی بهترین است.
اندازهٔ ذرات و نمونه‌برداری از رود
نام‌گذاری ذرات: تختهسنگ بیش از ۲۵۶ میلی‌متر، قلوهسنگ ۶۴ تا ۲۵۶، ریگ خیلی درشت ۳۲ تا ۶۴، ریگ درشت ۱۶ تا ۳۲، ریگ متوسط ۸ تا ۱۶، ریگ ریز ۴ تا ۸ و ریگ خیلی ریز ۲ تا ۴ میلی‌متر؛ درشت‌ترها با خط‌کش و کوچک‌ترها با کولیس از بزرگ‌ترین قطر اندازه گرفته می‌شوند. شن بیش از ۲ میلی‌متر، ماسه ۰٫۰۶۲۵ تا ۲، سیلت ۰٫۰۰۴ تا ۰٫۰۶۲۵ و رس کمتر از ۰٫۰۰۴ میلی‌متر است؛ مردم معمولاً ماسه را با شن یکی می‌گیرند. قانون کلی: توان حمل رود با سرعت و دبی زیاد میشود؛ در بالادست با شیب تند ذرات درشت و در پاییندست با شیب ملایم ماسه، سیلت و رس دیده میشود و اندازهٔ رسوب در طول رود کاهش می‌یابد؛ در سیل توان حمل بسیار بیشتر است. ذرات گرد نشانهٔ حمل طولانی‌اند و ذرات تیز و گوشه‌دار نشانهٔ حمل کوتاه، رسوب یخچالی، واریزه یا گل‌روان. اگر از ۴۰ نمونه، ۱۰ قلوهسنگ و ۲۰ ذره بزرگ‌تر از ۳۲ میلی‌متر باشند، ۲۵٪ قلوهسنگ و ۵۰٪ درشت‌اند و احتمالاً نمونه از بالادست با جریان قوی است.
رسوبات یخچالی و چرخهٔ سنگ و آب
یخچال‌ها بستر را می‌خراشند، تخته‌سنگ‌ها را میکنند و صدها کیلومتر حمل میکنند. رسوب آنها مورن بیجور و زاویهدار، بدون لایهبندی منظم و همراه تختهسنگهای دور از منشأ، خراشهای یخچالی و دره‌های U شکل است؛ در ایران یخچال‌های دماوند و علم‌کوه و آثار یخچال‌های قدیمی در زردکوه و سبلان دیده میشود.
ارتباط چرخهٔ آب و سنگ: باران و آب جاری هوازدگی میکنند، رودها فرسایش، حمل و رسوب‌گذاری انجام می‌دهند، دریا رسوب و سنگ رسوبی میسازد و آب در ماگما و محلول‌های داغ دگرگونی نقش دارد. در مقابل، سنگ‌ها آب زیرزمینی را ذخیره میکنند، املاح و سختی آب را تعیین میکنند، کوه‌ها بارش و مسیر رودها را شکل می‌دهند، آتشفشان بخار آب به جو می‌فرستد و لایه‌های نفوذناپذیر چشمه و تالاب می‌سازند. آب انرژی و مسیر چرخهٔ سنگ را فراهم میکند و سنگ‌ها مسیر و کیفیت آب را؛ انرژی خورشید و گرمای درون زمین هر دو را به حرکت درمی‌آورند.
پرسش‌های پایان فصل
هوازدگی پوست‌پیازی با جدا شدن لایه‌های نازک موازی سطح سنگ مثل پوست پیاز و گرد و گنبدی شدن سنگ ظاهر میشود؛ علت آن کاهش فشار سنگ عمیقی که به سطح رسیده، تغییر دما و هوازدگی شیمیایی سریعتر در گوشه‌هاست و بیشتر در گرانیت دیده میشود.
غارها: هوازدگی شیمیایی غار را میسازد: آب باران با ادامهٔ فرمول را افقی ببین اسید کربنیک میشود و سنگ آهک را در شکافها حل میکند: ادامهٔ فرمول را افقی ببین؛ رسوب دوبارهٔ آن استالاکتیت و استالاگمیت میسازد. هوازدگی فیزیکی با جریان آب، ریزش سقف و یخزدن حفره را گسترده‌تر و شکلش را عوض میکند. غار علی‌صدر همدان و قوری‌قلعهٔ کرمانشاه نمونه‌اند.
قطعات بزرگ چگونه کوچک و گرد می‌شوند؟ هوازدگی فیزیکی و ضربه و سایش در حمل آنها را می‌شکند؛ در حمل، گوشه‌ها و برآمدگی‌ها بیشتر از سطوح صاف برخورد و ساییده می‌شوند و هوازدگی شیمیایی هم گوشه‌ها را که از سه سو در تماس‌اند سریعتر حل میکند؛ هرچه مسافت و زمان حمل بیشتر باشد، ذره کوچکتر و گردتر است.
چرخهٔ سنگ آغاز و پایان ندارد: ماگما با سرد شدن آذرین، هر سنگ با هوازدگی تا سنگ‌شدگی رسوبی، با گرما و فشار دگرگونی و با ذوب دوباره ماگما میشود و زمین‌ساخت سنگ‌های عمیق را به سطح میآورد تا هوازدگی از سر گرفته شود.
اشتباه‌های رایج
| اشتباه | درست |
|---|---|
| هوازدگی و فرسایش یکی‌اند. | هوازدگی در جا و فرسایش با جابهجایی است. |
| یخزدن سنگ را حل میکند. | آن را می‌شکند (فیزیکی). |
| خاک فقط سنگ خردشده است. | مواد آلی، آب، هوا و جانداران هم دارد. |
| تخلخل و نفوذپذیری یکی‌اند. | رس تخلخل زیاد ولی نفوذپذیری کم دارد. |
| رسوب یخچالی جورشده است. | بیجور و زاویهدار است. |
| ذرهٔ گرد یعنی حمل کوتاه. | یعنی حمل طولانی. |