اثر استخراج سولفات سدیم بر رفتار فرایند بادی نمونة پژوهش: جنوب بخش ایوانکی شهرستان گرمسار

مقدمه

 مناطق پست، پلایاها و انتهایی‌ترین بخش رودخانه‌ها در مناطق بیابانی حاوی ذخایر گسترده‌ای از مواد رسوبی ریزدانه همانند سیلت و رس و مواد محلول شامل انواع نمک‌ها هستند. سطوح ایجادشده با ترکیب این دو ماده به‌طور دوره‌ای، مستعد فرسایش بادی هستند؛ بنابراین این سطوح، منابع اصلی گرد و غبار در مقیاس محلی و جهانی در نظر گرفته می‌شوند (Nield et al., 2016: 51; Washington et al., 2006: 4; Webb and Strong, 2011: 175; O’Brien and and Neuman, 2012: 149; Pearson and Bauder, 2006: 4). بسته به موقعیت زمانی و مکانی توزیع و ترکیب نمک‌ها و مواد ریزدانه، سطوح این مناطق ممکن است پوسته‌های تبخیری نمک یا پراکندگی خاک^[1] داشته باشند (Reynolds et al., 2007: 1823).

آثار پیچیدگی فیزیکی و شیمیایی سه نوع از نمک‌های اصلی خاک ازجمله نمک‌های کربنات کلسیم، سولفات کلسیم و کلرور سدیم در شرایط مختلف اقلیمی، آبیاری و خشکی، بسیار متفاوت و حیرت‌آور است؛ به طوری که گاه به سخت و سیمانی‌شدن خاک منجر می‌شود یا بالعکس موجب پوکی و حساس‌شدن آنها دربرابر فرسایش بادی می‌شود (پاشایی، 1381: 83).

پوسته‌ها، لایه‌ها یا سله‌هایی نسبتاً نازک در سطح خاک و فشرده‌تر و چسبنده‌تر از مواد زیرین خاک هستند. هنگامی که پوسته‌ها تشکیل می‌شوند، ذرات به هم متصل می‌شوند و بنابراین ضمن حفاظت سطح خاک دربرابر سایش با باد، فرسایش‌پذیری خاک زیرین را نیز کمتر می‌کنند. در شرایط طبیعی پوسته‌ها از انواع مختلفی از فرایندهای فیزیکی، شیمیایی و بیولوژیکی تشکیل می‌شوند (Neave and Rayburg, 2007: 379).

پویایی مورفولوژیکی و ژئوشیمیایی، وجه مشترک پوسته‌های تبخیری یا خاک پراکنده است؛ بنابراین می‌توانند به‌سرعت به تغییرات شرایط محیطی محلی پاسخ دهند (Gillette et al., 2001: 18088). این تغییرات ممکن است طبیعی مانند تناوب خشک‌شدگی و مرطوب‌شدگی سطوح با آب باران (Nield et al., 2015: 51) یا زیرزمینی یا انسانی به‌منظور استفادة اقتصادی از منابع نمک‌ها باشد.

با گذشت زمان، ادامة عملکرد این دو فرایند مکانیکی و شیمیایی روی سطح پلایا یا مناطق پست به تخریب یکپارچگی پوستة نمک می‌انجامد تا جایی که می‌توان آن را وضعیت شکننده یا تخریب‌شده نامید (Gillette et al., 2001: 18086; Reynolds et al., 2007: 1824; Nield et al., 2015: 52). پوسته‌های تخریب‌شده اغلب زبری در مقیاس کوچک (میلی‌متر) را نشان می‌دهند، اما توپوگرافی در حد مقیاس متوسط (سانتی‌متر) دارند (Nield et al., 2016: 52).

 به هر حال پوسته‌ها، تخریب‌شده یا تخریب‌نشده، معمولاً از یک لایة رسوب پوک زیرین (1 تا 5 سانتی‌متر ضخامت) حاوی نمک‌های تبخیری یا رسوبات آغشته به نمک با ذرات در محدودة اندازة گرد و خاک با چگالی حجمی نسبتاً کم محافظت می‌کنند که به‌راحتی با باد فرسایش می‌یابد (Nield et al., 2015: 34; Reynolds et al., 2007: 1826). عمل فرسایش باد به‌ویژه زمانی که پوسته به دلیل فعالیت حیوانات، برداشت نمک یا حمل و نقل وسایل نقلیه به هم ریخته یا شکسته شده باشد، تشدید می‌شود (Gillette et al., 2001: 18097; Baddock et al., 2011: 38). شیمی نمک و تبلور نمک نقشی کلیدی در توسعة پوسته یا تخریب رسوبات دارد (Arnold and Zehnder, 1989: 56)؛ در حالی که نقش تبخیر به اندازة ذرات رسوب سطحی، غلظت نمک، رطوبت (عمق آب زیرزمینی)، دما و رطوبت نسبی بستگی دارد (Nachshon et al., 2011: 13). با توجه به اهمیت رسوب‌گذاری توأمان شیمیایی و فیزیکی در مناطق بیابانی، در رسوب‌گذاری نقش اساسی را اندازة ذرات (مقدار تخلخل) و میزان حلالیت نمک‌ها بازی می‌کنند (Nield et al., 2016: 751). با این وصف املاح می‌توانند پتانسیل انتشار گرد و خاک را در سطح یک منطقه تغییر دهند. یکی از این املاح، نمک سولفات سدیم است که یک ترکیب مشترک بین پلایاهای جهان است (Langbein, 1961: 17 Rosen, 1994: 7;). سولفات سدیم، نمکی است که به تغییرات شرایط محیطی حساس است و به همین دلیل تخریب‌های گسترده‌ای را به وجود می‌آورد.

مطالعات میری (1381) نشان داد وجود بعضی از نمک‌ها مانند نمک‌های سدیم‌دار باعث پراکنده‌شدن و تخریب ساختمان خاک و درنتیجه افزایش حساسیت ذرات به فرسایش می‌شود.

 برای علل تخریب ناشی از سولفات سدیم، فشار هیدراتاسیون و فشار تبلور ارائه شده است (Flatt and Scherer, 2002: 18, Tsui et al., 2003: 113).

جابه‌جایی سولفات سدیم بین میرابیلیت آبدار و تناردیت بی‌آب فشار تبلور بزرگی را ایجاد می‌کند (Chatterji and Jensen, 1989: 60)؛ این امر با انحلال تناردیت و تبلور دوباره و جایگزینی میرابیلیت اتفاق می‌افتد (Thaulow and Sahu, 2004: 123). میرابیلیت به‌طور معمول زمانی شکل می‌گیرد که رطوبت نسبی بیش از 60- 75 درصد با دمای بین 0 تا 20 درجة سانتی‌گراد باشد (شکل 1)؛ (Kracek, 1928: 351; Steiger and Asmussen, 2008: 4291).

شکل 1. نمودار فاز سولفات سدیم. خطوط پیوسته مرزهای مراحل پایدار را نشان می‌دهند. مثلث‌ها و مربع‌ها به ترتیب داده‌های آزمایشی میرابیلیت و تناردیت هستند (Kracek, 1928). خط ناپیوسته به یک محلول با تعادل ناپایدار تناردیت و محلول فوق اشباع میرابیلیت مربوط است.

Figure 1. Phase diagram for sodium sulfate. The continuous lines indicate the boundaries of the stable phases. Triangles and squares are experimental data for mirabilite and thenardite, respectively (Kracek, 1928). The discontinuous line corresponds to a solution in metastable equilibrium with respect to thenardite and supersaturated with respect to mirabilite.

این واکنش‌های شیمیایی و تغییرات تخریبی همراه با برداشت‌های اقتصادی انسانی، اهمیت این نمک را در تشدید فرسایش بادی نشان می‌دهد.

اختصاصی و همکاران (1381) تغییرات پتانسیل فرسایش‌پذیری بادی خاک را درمقابل املاح مختلف به کمک دستگاه سنجش فرسایش بادی مطالعه کردند. نتایج ضمن نشان‌دادن اختلاف معنادار بین نمک‌ها در فرسایش‌پذیری بادی خاک، بیان‌کنندة نقش دوگانة آنها در غلظت‌های مختلف و خاک‌های با بافت متفاوت است.

علاوه بر مبانی نظری دربارة تشکیل و توسعة پوسته‌های نمکی به‌ویژه سولفات سدیم، مطالعات متعددی نیز دربارة آثار معدن‌کاوی نمک‌های تبخیری بر محیط‌زیست انجام شده است؛ به‌طورکلی معدن‌کاوی از هر نوع و در هر اندازه که خارج از توان اکولوژی باشد، با ویرانی چشم‌انداز و تخریب محیط‌زیست همراه است. معدن‌کاوی همچنین زمین را در معرض فرسایش بادی و آبی، آلودگی آب و سایر خطرات زیست‌محیطی قرار می‌دهد که تهدیدی برای سامانه‌های پشتیبان انسان است (Mbaya, 2013).

پژوهش‌های زیادی دربارة استخراج معادن از هر نوع و درنهایت رهاسازی آنها که باعث تغییر در چشم‌انداز و ازدست‌رفتن پوشش گیاهی شده، صورت گرفته است (Simon-Coinçon et al., 1978: 45;Ripley et al., 1978: 25 Udoekanem et al., 2014: 182;Mbaya, R. P., 2013: 156). در روند معدن‌کاوی از نوع استخراج روباز، ابتدا به میزان زیادی تخریب چشم‌انداز سرزمین از طریق چاله‌ها و مسیرهای حمل صورت می‌گیرد (Nicol, 2006: 13; Mudd, 2010: 114)؛ این فعالیت‌ها بر پتانسیل کشاورزی نیز تأثیر دارد (Roche and Mudd, 2014: 188; Franks et al., 2010: 302; Asmarhansyah et al., 2017: 907).

مطالعات مشابهی نیز دربارة تأثیر معادن گچ و سولفات سدیم بر تخریب چشم‌انداز سرزمین، پاکسازی پوشش گیاهی، فرسایش بادی (جوزقیان و همکاران، 1395: 65؛ اصغری کلجاهی و همکاران، 1397: 57؛ قربانیان، 1392: 23؛ مشهدی، 1396: 11؛ Brotons et al., 2010: 208; Zobeck, 1991: 1091; Rice and McEwan, 2001: 732; Gillette et al., 1982: 9014; Li et al., 2021: 4; Lippmann and Thurston, 1996: 144; Yocom, 1958: 203; Schwikowski et al., 1999: 946) و سلامت انسان انجام شده است.

در تمامی مناطق بیابانی ایران، در جایی که شرایط ازنظر رطوبت، دما، آب زیرزمینی و درجة حلالیت نمک (غلظت) اجازه دهد، نمک سولفات سدیم رسوب می‌کند. این مناطق به‌طور معمول اراضی پایین‌دست دشت‌سرهای پوشیده و بالادست پلایاها هستند.

منطقة مطالعاتی در این پژوهش، اراضی پایین‌دست منطقة ایوانکی است که یکی از مناطقی است که به‌طور گسترده سولفات سدیم از آن برداشت می‌شود و براساس اظهارنظر اهالی، منبعی برای فرسایش بادی و آلودگی هوا شده است (بیگی، 1396: 95). این مقاله با مجموعه‌ای از نمونه‌های رسوب در مکان استخراج سولفات سدیم و آزمایش دانه‌بندی آنها، تأثیر برداشت سولفات سدیم را در ایجاد یا تشدید فرسایش بادی بررسی کرده است.

منطقة پژوهش

منطقة پژوهش در جنوب روستای چشمه نادی شهر ایوانکی در استان سمنان واقع شده است. این منطقه ازنظر موقعیت جغرافیایی در عرض 35 درجه و 16 دقیقه و 45 ثانیه تا 35 درجه و 16 دقیقه و 58 ثانیة شمالی و در طول 51 درجه و 58 دقیقه و 08 ثانیه تا 51 درجه و 58 دقیقه و 32 ثانیة شرقی با مساحت حدود 50 هکتار قرار دارد. ارتفاع متوسط منطقه 938 متر از سطح دریاست (شکل 2).

شکل 2. موقعیت جغرافیایی منطقة پژوهش (منبع: نویسندگان، 1399)

Figure 2. Geographical location of the study area (Source: Authors, 2020)

متوسط بارندگی سالانه براساس آمار ایستگاه سینوپتیک گرمسار در دورة آماری 28ساله، 115 میلی‌متر است که بیشترین درصد بارندگی در فصل سرد سال اتفاق می‌افتد. براساس همین آمار متوسط درجه‌حرارت سالانه، 1/19 درجة سانتی‌گراد است (سازمان هواشناسی کشور). ازنظر طبقه‌بندی اقلیمی آمبروژه، این منطقه جزو مناطق خشک سرد با بارش زمستانه است. بررسی‌ها نشان داد در این منطقه استخراج و برداشت سولفات سدیم به‌صورت روباز و از سطح زمین انجام می‌شود (بیگی و همکاران، 1396: 46).

روش‌شناسی پژوهش

در این پژوهش، ابتدا محدودة برداشت سولفات سدیم براساس بازدیدهای محلی و میدانی و سپس ویژگی‌های مورفولوژی منطقه روی تصاویر سنجندة MODIS ماهوارة Terra از نرم‌افزار Google Earth تعیین شد. مطالعات زمین‌شناسی و ژئومورفولوژی در محدودة تعیین‌شده انجام و نقاط نمونه‌برداری مشخص شد. فلوچارت روش پژوهش در شکل 3 نشان داده شده است. در گام بعدی بازدیدهای میدانی به‌منظور بازیابی مطالعات دفتری، تعیین موقعیت منطقه و نمونه‌برداری رسوب از بخش‌های مختلف انجام شد. چهار نقطه برای نمونه‌برداری در نظر گرفته شد. دو نقطة 1 و 2 به‌عنوان شاهد و وضعیت طبیعی منطقه در نظر گرفته شده که به دلیل در معرض فرسایش بادی بودن سطح آنها، از هر نقطه فقط یک نمونه از خاک سطحی برداشت شد. دو نقطة 3 و 4 به‌عنوان نقاطی انتخاب شده‌اند که از آنها برداشت سولفات سدیم انجام می‌شود و در معرض فرسایش بادی هستند (شکل 4). از هر نقطه سه نمونه برداشت شد؛ شامل خاک کنار زده‌شدة سطحی به‌عنوان خاک سطحی تخریب‌شده، خاک میانی (درست زیر خاک کنار زده‌شده) به‌عنوان خاک همراه با مقدار زیاد سولفات سدیم و قابل استخراج و درنهایت یک نمونه از خاک تحتانی که هنوز تخریب یا برداشت نشده است (شکل 5). با توجه به هدف طرح و تأثیر دانه‌بندی خاک بر میزان فرسایش بادی، برای دانه‌بندی نمونه‌ها با روش الک خشک (Anderson, 2004: 5) اقدام شد. آنالیز نتایج دانه‌بندی و پارامترهای آماری با نرم‌افزار GRADISTAT (Blott and Pye, 2001: 3) صورت گرفت.

شکل 3. روندنما (فلوچارت) روش پژوهش

Figure 3. Flowchart of research method

همچنین با توجه به موضوع مطالعه و قرارگرفتن منطقة مدنظر در نواحی خشک، شرایط اقلیمی و ویژگی‌های باد نیز براساس داده‌های ایستگاه گرمسار بررسی شد.

شکل 4. نقاط نمونه‌برداری و ویژگی‌های مورفولوژی آنها. عکس راست، منطقة شاهد و چشم‌انداز (لنداسکیپ) طبیعی و عکس چپ، منظرة منطقة برداشت سولفات سدیم (منبع: نویسندگان، 1399)

Figure 4. Sampling points and their morphological features. Right photo is the control area and natural landscape and left photo is the sodium sulfate extraction area (Source: Authors, 2020)

شکل 5. مورفولوژی سطوح تحت برداشت سولفات سدیم (منبع: نویسندگان، 1399)

Figure 5. Morphology of surfaces of sodium sulfate extraction (Source: Authors, 2020)

یافته‌های پژوهش و تجزیه و تحلیل آنها

• شرایط اقلیمی

براساس نتایج حاصل ازآمار ایستگاه سینوپتیک گرمسار، میانگین بارش سالانه در دورة آماری 20ساله (1375 تا 1395)، 112 میلی‌متر بوده که حداقل بارش، 96/0 میلی‌متر به ماه شهریور و حداکثر بارش، 3/23 میلی‌متر به ماه اسفند مربوط است. میانگین دمای سالانة نرمال، 18 درجة سانتی‌گراد و گرم‌ترین ماه سال، تیرماه با متوسط 4/33 درجة سانتی‌گراد و سردترین ماه سال، دی‌ماه با متوسط دمای 6/4 درجة سانتی‌گراد بوده است.

مطالعة اقلیم منطقه براساس داده‌های ایستگاه گرمسار نشان داد اقلیم منطقه براساس روش دومارتن خشک و بیابانی است. براساس اقلیم نمای آمبروژه و ضریب بارندگی آمبروژه (Q)، شهرستان گرمسار در اقلیم خشک سرد با بارش زمستانه قرار می‌گیرد. به‌منظور شناخت بهتر از مدت و شدت خشکی منطقه، نمودار آمبروترمیک ایستگاه گرمسار ترسیم شد (شکل 6). براساس این نمودار، حدود 7 ماه از سال شرایط خشکی بر منطقه حاکم است. این حاکمیت خشکی می‌تواند بر پارامترهای تشدیدکنندة فرسایش بادی همچون رطوبت خاک و پوشش گیاهی تأثیرگذار باشد. دورة مرطوب منطبق بر فصول سرد سال یعنی زمستان و پاییز است.

شکل 6. نمودار آمبروترمیک ایستگاه گرمسار (منبع: نویسندگان، 1399)

Figure 6. Ambrothermic diagram of Garmsar station (Source: Authors, 2020)

• ویژگی‌های باد

مطالعة بادسنجی منطقه شامل مطالعة گل‌باد و گل‌طوفان، براساس داده‌های ایستگاه گرمسار در یک دورة 30ساله و با نرم‌افزار WD convert و W R Plot انجام شد.

الف. گل‌باد: شکل 7، گل‌باد سالانة ایستگاه گرمسار را به‌صورت نرمال 30ساله نشان می‌دهد. همان‌گونه که شکل 7 نشان می‌دهد، جهت وزش باد غالب در این ناحیه دو جهت کاملاً روشن دارد؛ بادهایی که از شرق به غرب می‌وزند و فراوانی بیشتری دارند و بادهای غرب به شرق که فراوانی کمتر، ولی سرعت بیشتری دارند. با توجه به اینکه درصد مواقع باد آرام در کل سال 47 درصد گزارش شده است، می‌توان گفت که ناحیة گرمسار نسبتاً بادخیز است.

ب. گل‌طوفان: نتایج حاصل از محاسبه و ترسیم گل‌طوفان سالانه نشان می‌دهد منطقة گرمسار به‌طور عمده تحت تأثیر بادهای فرساینده و طوفان‌زای وزیده‌شده از سمت غرب، شمال غرب و شرق قرار دارد (شکل 8).

• زمین‌شناسی و ژئومورفولوژی

براساس نقشة زمین‌شناسی، تمامی منطقة مورد مطالعه شامل رسوبات کواترنری (Q) است. بازدیدهای صحرایی نشان داد ازنظر ژئومورفولوژی، منطقه به واحد دشت‌سر با تیپ دشت‌سر پوشیده و با لندفرم اراضی پف‌کردة ناشی از ترکیب و غلظت املاح تعلق دارد.

• دانه‌بندی و پارامترهای آماری

 براساس روش ارائه‌شده دانه‌بندی نمونه‌ها، درصد فراوانی ذرات رسوب نمونه‌ها در جدول 1 آورده شده است.

جدول 1. نتایج دانه‌بندی (درصد فراوانی ذرات روی هر الک) (منبع: یافته‌های پژوهش، 1399)

Table 1. granulometry results (percentage of particles on each sieve) (Source: Research findings, 2020)

همان‌گونه که جدول 1 نشان می‌دهد، دانه‌بندی ذرات برای ذرات کمتر از 2000 میکرون صورت گرفته است که براساس مراجع علمی شامل محدودة ذرات مورد فرسایش بادی هستند. براساس همین مراجع علمی، آسیب‌پذیرترین ذرات به محدودة 100 تا 150 میکرون مربوط است (Bagnold, 2012: 97). ذرات بالاتر و پایین‌تر از این محدوده حساسیت کمتری به فرسایش دارند. با این وصف، لایة سطحی نمونة شاهد 1 که در معرض فرسایش بادی است، با 8/71 درصد ذرات بالای 2000 میکرون، بیشترین مقاومت را دربرابر فرسایش بادی و لایة میانی نمونة 3 که در زمان برداشت سولفات سدیم در معرض فرسایش بادی است، بیشترین حساسیت را به فرسایش بادی از خود نشان می‌دهند.

پارامترهای آماری دانه‌بندی (Folk and Ward, 1957: 11) نمونه‌ها در جدول 2 آورده شده است.

جدول 2. پارامترهای آماری حاصل از دانه‌بندی نمونه‌ها (منبع: یافته‌های پژوهش، 1399)

Table 2. Statistical parameters obtained from the granulometry (Source: Research findings, 2020)

براساس جدول 2، اختلاف چشمگیری بین میانه و میانگین نمونه‌ها مشاهده می‌شود که نشان‌دهندة نامتجانس‌بودن ذرات تشکیل‌دهندة نمونه‌هاست که خود را در جورشدگی بسیار ضعیف نمونه‌ها نشان داده است. از طرفی چولگی به سمت ذرات ریزدانه و خیلی ریزدانه نیز اختلاف در حساسیت به فرسایش بادی را در نمونه‌ها تأیید می‌کند.

نتیجه‌گیری

بررسی‌های اقلیمی نشان داد منطقة بررسی‌شده جزو مناطق خشک از نوع سرد با بارش زمستانی است؛ بنابراین شرایط خشکی بر منطقه حاکم است. این حاکمیت خشکی می‌تواند بر واکنش‌های شیمیایی و رسوب‌گذاری املاح و همچنین بر فرایند بادی و پارامترهای تشدیدکنندة فرسایش بادی همچون رطوبت خاک و پوشش گیاهی تأثیرگذار باشد.

تجزیه و تحلیل داده‌های جدول 1، تأثیر وجود یا تخریب پوسته (crust) بر فرایند فرسایش باد را نشان می‌دهد. براساس جدول 1، بیش از 60 درصد سطح خاک (متوسط 65 درصد) در نمونه‌های شاهد با پوسته (ذرات بزرگ‌تر از 2000 میکرون) پوشش داده شده است؛ در صورتی که پس از تخریب این پوسته برای استخراج سولفات سدیم، میزان ذرات بزرگ‌تر از 2000 میکرون به کمتر از 45 درصد می‌رسد؛ یعنی سطح خاک 25 درصد مقاومت دربرابر فرایند فرسایش بادی را از دست داده است یا از تأثیر پوشش پوسته بر کاهش فرسایش بادی کم شده است (جدول 3 و شکل 9).

پژوهش‌های متعددی دربارة تأثیر پوسته‌های تبخیری املاح بر کاهش چشمگیر فرسایش بادی و انتشار گرد و غبار انجام شده است؛ هرچند داده‌های این پژوهش‌ها به صورت کمّی و همانند این پژوهش اعدادی ارائه نشده، ولی تأییدی بر نتیجة به‌دست‌آمده در این مقاله است (Baddock et al. 2011: 38; Houser and Nickling, 2001: 504; King et al. 2011: 77; O'Brien et al. 2012: 159; Sweeney et al. 2011: 29).

همچنین مطالعات گستردة آزمایشگاهی دربارة تأثیر نمک‌های فلز قلیایی مانند سولفات سدیم بر تثبیت خاک انجام شده که با ایجاد پوسته (ایجاد ذرات بزرگ‌تر از 2000 میکرون) به افزایش چشمگیری در مقاومت خاک منجر شده است. این مطالعات نیز نتایج پژوهش حاضر را پشتیبانی می‌کنند (Sherwood, 1962: 106; Lambe et al. 1960: 5; Mehra et al. 1955: 335; Li et al. 2021: 7).

در مطالعة گیلت و همکاران[2] (2001) دربارة چهار نوع پوسته با مورفولوژی، مواد تشکیل‌دهنده و مقاومت متفاوت، تأثیر پوسته‌ها بر میزان فرسایش بادی در دریاچة خشک اوونز[3] بررسی شده است. آنها نشان داده‌اند که پوسته‌های موقت و تخریب‌شده مقاومت کمتری دارند.

لانگستون و همکاران[4] (2005) در مطالعه‌ای قدرت پایداری پوسته‌های نمکی و بیوتیکی را دربرابر تأثیر ذرات در سیستم‌های بادی با استفاده از تونل باد بررسی کرده‌اند. نتایج نشان داد پوسته‌های نمکی بسیار قوی‌تر بوده‌اند، اما در مطالعات تونل باد زودتر از پوسته‌های بیوتیک درهم شکسته می‌شوند و فرسایش می‌یابند؛ زیرا پوسته‌های بیوتیک به دلیل ارتجاعی‌بودن دربرابر سایش محافظت می‌شوند.

جدول 3. درصد پوشش پوسته در سطوح اراضی مختلف (منبع: یافته‌های پژوهش، 1399)

Table 3. Percentage of crust cover at different lands surface (Source: Research findings, 2020)

شکل 9. تغییرات درصد پوشش پوسته (طبیعی و تخریب‌شده) (منبع: یافته‌های پژوهش، 1399)

Figure 9. Percentage of crust cover changes (natural and degraded) (Source: Research findings, 2020)

تجزیه و تحلیل تأثیر دانه‌بندی نمونه‌ها، با توجه به جدول 1، می‌باید در دو قسمت صورت گیرد؛ اول براساس درصد فراوانی ذرات بزرگ‌تر از 2000 میکرون (ذرات غیرآسیب‌پذیر یا بسیار کم‌آسیب‌پذیر دربرابر فرسایش بادی) (جدول 4 و شکل 10) و دوم براساس درصد فراوانی آسیب‌پذیرترین ذرات (بین 63 تا 250 میکرون) (جدول 5 و شکل 11).

جدول 4. میانگین درصد فراوانی ذرات بزرگ‌تر از 2000 میکرون در نمونه‌ها (منبع: یافته‌های پژوهش، 1399)

Table 4. Percentage of Frequency of particles larger than 2000 microns in the samples as average (Source: Research findings, 2020)

*بیشترین مقدار ذرات بزرگ‌تر از 2000 میکرون این لایه به‌صورت پوستة سیلتی– رسی- نمکی بوده است.

شکل 10. تغییرات میانگین درصد فراوانی ذرات بزرگ‌تر از 2000 میکرون در نمونه‌ها (منبع: یافته‌های پژوهش، 1399)

Figure 10. Changes of the percentage of particles larger than 2000 microns in the samples as average (Source: Research findings, 2020)

همان‌طور که جدول 1 و 4 نشان می‌دهد، میانگین درصد فراوانی ذرات بزرگ‌تر از 2000 میکرون در لایة سطحی نمونه‌های شاهد بیش از 60 درصد ذرات است که عمدتاً به‌صورت سله‌ها یا کلوخه‌های نمکی رسی است و نشان می‌دهد به‌طورکلی منطقه نسبت به فرسایش بادی در حد زیادی مقاوم است. با تخریب این لایه و به‌هم‌ریختن مورفولوژی سطحی خاک، برای برداشت سولفات سدیم از منطقه، میزان میانگین درصد ذرات بزرگ‌تر از 2000 میکرون به حدود 40 درصد می‌رسد. این، به این مفهوم است که اولاً ذرات از حالت سله خارج شده و به طرف ساختمان پودری رفته‌اند و ثانیاً میزان مقاومت سطحی خاک دربرابر فرسایش بادی یک‌سوم کاهش یافته است (جدول 4).

در ادامة فرایند برداشت سولفات سدیم، خاک زیرین که حاوی ذرات خاک با میزان زیادی از ذرات سولفات سدیم پودری است، در معرض فرسایش بادی قرار می‌گیرد. همان‌گونه که جدول 4 و شکل 10 نشان می‌دهند میانگین ذرات بزرگ‌تر از 2000 میکرون در لایة سطحی نمونه‌های شاهد 3/66 درصد است، در حالی که در لایة تخریب‌شدة سطحی این میانگین به 3/44 درصد می‌رسد و درنهایت این میانگین به 9/1 درصد در لایة میانی (لایة متأثر از فرسایش بادی) رسیده است که کاهش چشمگیری می‌یابد. این تغییرات به مفهوم کاهش 30برابری منطقة برداشت سولفات سدیم دربرابر فرسایش بادی است.

با توجه به رفتار رسوب‌گذاری فیزیکی‌شیمیایی در مناطق خشک و نتایج بیشتر منابع علمی، پوسته‌های رسی- سیلتی- نمکی به‌صورت یک محافظ خاک ریزدانة زیرین عمل می‌کنند. نتایج به‌دست‌آمده از این پژوهش با نتایج و نظریه‌های علمی دربارة حفاظت پوسته‌ها از ذرات ریز و پودری لایة زیرین (Nield et al., 2016: 59) هماهنگی دارد. همچنین مطالعات تخریب پوسته بر اثر فعالیت حیوانات (Baddock et al., 2011: 39) یا استخراج و برداشت انواع نمک (Gillette et al., 2001: 18096)، موضوع در معرض فرسایش بادی قرارگرفتن لایة زیرین پوسته را تأیید می‌کند.

 چنانچه پیش از این اشاره شد، مطالعة گیلت و همکاران در دریاچة خشک اوونز نشان داد که ذرات ریزدانه در لایة زیرین پوسته‌های موقت و تخریب‌شده بیشتر در معرض فرسایش باد قرار دارند (Gillette et al. 2001: 1079). این نتیجه با نتایج کمّی به‌دست‌آمده در این پژوهش همخوانی دارد.

حفاظت خاک زیرین با لایة پوسته، در توزیع ذرات رسوب در لایة تحتانی منطقة مورد مطالعه نیز مشهود است و همان‌گونه که جدول 4 و شکل 10 نشان می‌دهد، درصد ذرات بزرگ‌تر از 2000 میکرون این لایه به 2/1 می‌رسد. این موضوع به این مفهوم است که اگر برداشتی از سولفات سدیم هم صورت نگیرد و فقط حتی خاک سطحی بر اثر هر عاملی تخریب شود، منطقه به‌شدت مستعد فرسایش بادی می‌شود. رینولدز و همکاران[5] (2007) این موضوع را اصولاً به چگالی حجمی کم رسوبات پوک همراه نمک مربوط می‌دانند. مطالعات کلجاهی و همکاران (1397) در دریاچة ارومیه با تونل باد نشان داده است که زیرپهنه‌های خاک نمک‌دار بیشترین پتانسیل تولید گردوغبار را دارد که تأییدی بر پژوهش حاضر است.

اعداد ارائه‌شده در آسیب‌پذیرترین ذرات (جدول 5 و شکل 11) نیز مطالب بحث بالا را تأیید می‌کند. تغییرات درصد فراوانی ذرات آسیب‌پذیر از حدود 10 درصد در لایة سطحی در نمونه‌های شاهد به حدود 50 درصد در لایة میانی و تحتانی مناطق برداشت‌شده رسیده است که به مفهوم حساس‌شدن منطقه به فرسایش بادی در حدود 5 برابرشدن پس از فرایند برداشت سولفات سدیم است.

جدول 5. میانگین درصد فراوانی آسیب‌پذیرین ذرات (بین 63 تا 250 میکرون) در نمونه‌ها

(منبع: یافته‌های پژوهش، 1399)

Table 5. Percentage of Frequency of vulnerable particles as average (between 63 and 250 microns) in the samples (Source: Research findings, 2020)

شکل 11. تغییرات درصد فراوانی آسیب‌پذیرین ذرات (63 تا 250 میکرون) (منبع: یافته‌های پژوهش، 1399)

Figure 11. Changes in the frequency percentage of vulnerable particles (between 63 and 250 microns) in the samples (Source: Research findings, 2020)

جدول 2 منتج از جدول 1، وضعیت میانگین و پارامترهای آماری نمونه‌ها را نشان می‌دهد. همان‌گونه که مشاهده می‌شود متوسط قطر ذرات، تغییرات زیاد و منظمی از ماسة خیلی درشت (لایة سطحی نمونه‌های شاهد) تا ماسة درشت (لایة سطحی تخریب‌شده و کنار زده‌شده) و تا ماسة ریز (لایة میانی) و درنهایت ماسة خیلی ریز (لایة تحتانی) دارد که افزایش حساسیت به فرایند فرسایش بادی را از لایة سطحی (پوسته) تا لایة پایینی نشان می‌دهد. جدول 6 و شکل 12 این تغییرات را نشان می‌دهد. این به این معناست که منطقه به‌طور طبیعی دربرابر فرایند فرسایش بادی مقاوم است و تخریب لایة سطحی به هر منظوری باعث افزایش فرسایش با باد و در دسترس قراردادن ذرات در معرض فرسایش می‌شود. بحث قابلیت دسترسی به رسوب یا همان حساسیت ذرات سطح زمین به برداشته‌شدن با باد با مطالعات و پژوهش‌های دیگران تأیید می‌شود (Kocurek et al., 1999: 351, Muhs et al., 2003: 12, Alcántara-Carrió et al., 2001: 16).

جدول 6. تغییرات میانگین قطر ذرات از لایة سطحی تا لایة تحتانی (منبع: یافته‌های پژوهش، 1399)

Table 6. Changes in the average of particle diameter from the surface layer to the bottom layer (Source: Research findings, 2020)

شکل 12. تغییرات میانگین قطر ذرات (منبع: یافته‌های پژوهش، 1399)

Figure 12. Changes of particle diameter average (Source: Research findings, 2020)

همان‌گونه که جدول 2 نشان می‌دهد، مد طبقات رسوب، تغییرات زیادی در لایه‌های سطحی و لایه‌های میانی و تحتانی دارد؛ به طوری که از لایة سطحی با مد بیش از 2000 میکرون به مد 125-250 میکرون در لایة میانی و تحتانی می‌رسد. همچنین جورشدگی‌های خیلی ضعیف لایة میانی و تحتانی نسبت به جورشدگی‌های ضعیف لایة پوسته و لایة سطحی کنار زده‌شده، به اضافة چولگی‌های به طرف ذرات ریزدانة لایة میانی و تحتانی نسبت به چولگی‌های به طرف ذرات خیلی ریزدانة لایة پوستة دست‌نخورده و لایة سطحی کنار زده‌شده و همچنین کشیده‌بودن منحنی توزیع در دو لایة میانی و تحتانی، نشان از حساس‌بودن این دو لایه به فرسایش دارد.

مطالعات انجام‌شده نشان داده که انتقال ذرات با باد به اندازة دانه، شکل و جورشدگی بستگی دارد (Williams, 1964: 285, Willetts et al., 1982: 409). مطالعات شاهوردی و همکاران (1395) نیز نشان داده که با ضعیف‌ترشدن جورشدگی ذرات در نمونه‌ها، تأثیر فرسایش بادی بر اراضی بیشتر می‌شود.

جمع‌بندی و پیشنهادها

درک فرایندهای استخراج و استحصال سولفات سدیم در محیط‌های پلایایی، چهارچوبی را برای تشخیص چگونگی تأثیر متقابل عوامل محیطی و انسانی بر تخریب چشم‌اندازهای (لنداسکیپ‌های) بیابانی و ایجاد آلودگی‌های ایجادشده از آنها فراهم می‌کند. فرایندهای تخریبی در محیط‌زیست استحصال سولفات سدیم شامل استخراج باز از طبیعت، دپوی مواد و درنهایت حوضچه‌های رسوب پسماندها می‌شود که در هر کدام از این مراحل آلودگی‌های مختلف ایجاد می‌شود. در استخراج روباز، مواد و عناصر خاک طبیعی تخریب می‌شوند و در معرض فرسایش قرار می‌گیرند. مطالعة حاضر بر این بخش تمرکز داشته است.

فرایند دپو از مراحلی است که خاک با ساختمان پودری در معرض فرسایش قرار دارد. در این زمینه می‌توان از مطالعة جعفری (1392) نام برد که نشان داده فعالیت در استحصال سولفات سدیم در منطقة آرادان بر میزان کاهش پوشش گیاهی و افزایش فرسایش بادی منطقه اثر مثبت دارد. مطالعة برتونز و همکاران[6] (2010) نشان داده است رسوبات و ضایعات معدنی در فرایند حوضچه‌های رسوب تحت تأثیر فرسایش بادی و فرسایش آب قرار می‌گیرند؛ همچنین غلظت زیاد فلزات سنگین در این حوضچه‌ها، سلامت انسان را به خطر می‌اندازد و تخریب اراضی کشاورزی را نیز تشدید می‌کند. این فرایندها شاید در وسعت کم رخ دهد، اما ازنظر حجم و آثار تخریبی بالقوه ممکن است در مقیاس منطقه‌ای و محلی مهم باشد.

فرسایش بادی و گردوغبارهای حاصل از فرایند استحصال سولفات سدیم (گردوغبارهای معدنی- تبخیری evaporite-mineral) تمایزاتی ازنظر خواص تابشی، شیمی جوّی، پویایی اکوسیستم و سلامت انسان با گردوغبارهای طبیعی (معدنی- آواری clastic mineral) دارد (Reynolds et al., 2007: 1823).

مشاهدات صحرایی، نتایج آزمایشگاهی دانه‌بندی ذرات رسوب و ویژگی‌های آماری آنها و مطالعات گل باد، گل طوفان نشان داد برداشت سولفات سدیم به روش استخراج روباز به دلیل تخریب پوستة تبخیری با منشأ فیزیکوشیمیایی باعث تخریب محیط‌زیست و شروع فرسایش بادی می‌شود. همچنین این مطالعات نشان داد با برداشت سولفات سدیم، لایة زیرین پوسته که معمولاً ذرات ریزدانه دارد، دربرابر فرایند باد آسیب‌پذیرتر می‌شود. درنهایت با تغییرات مکانی و جابه‌جایی استخراج از یک منطقه به مناطق دیگر، به دلیل کاهش میزان سولفات سدیم، تمام منطقه در معرض فرسایش بادی قرار می‌گیرد که باعث گسترش و تشدید تخریب محیط‌زیست و فرسایش بادی در نواحی وسیع‌تر می‌شود. با توجه به آثار محیط‌زیستی مشاهده‌شده در محل پیشنهاد می‌شود موضوعاتی ازجمله بررسی موضوع به‌صورت داده‌های آماری، مقایسة منطقة مدنظر با مناطق مشابه به‌ویژه در پلایای میقان به‌عنوان وسیع‌ترین منطقة برداشت سولفات سدیم و اثر برد فیزیکی و مسافتی آلودگی حاصل از استخراج تا استحصال سولفات سدیم مطالعه شود.

[1]. soil dispersion

[2]. Gillette et al.

[3]. Owens Dry Lake

[4]. Langston et al.

[5]. Reynolds et al., 2007

[6]. Brotons et al.