X
تبلیغات
رایتل

ژئومورفولوژی

سیستم های جریان انرژی

خلاصه ای از نکات اساسی مقاله

"جریان‌ انرژی در سیستم های ژئومورفیک" از دکترمجید اونق

(به عنوان یکی از منابع کنکوری دکترا: درس دیدگاه ها و نظریه های ژئومورفولوژی)

 

مفهوم سیستم ها در ژئومورفولوژی

تمامی پدیده‌های طبیعی را می‌توان به صورت نظامی در چهارچوب سیستمها تصور نمود.

یک سیستم به صورت مجموعه‌ای از عناصر و روابط بین آنها، قابل تعریف است.

سیستم ها به دو نوع‌ باز و بسته تقسیم می‌شوند.سیستم های بسته آنهائی هستند که‌ برخلاف سیستم های باز،نه ماده و نه انرژی از مرزشان عبور نمی‌کند؛   

بر اساس قانون دوم ترمودینامیک،یک سیستم بسته می‌بایستی‌ مستقل از زمان به سوی یک حالت متعادل تغییر یابد که در آن نسبت‌ حالات مختلف فیزیکی ثابت باقی می‌ماند؛  

انرژی آزاد (از قبیل‌ انرژی پتانسیل شیمیائی،  انرژی پتانسیل موقعیت ارتفاعی و غیره) در حداقل و آنتروپی (انرژی غیرقابل استفاده، اغلب به صورت‌ انتشار گرمائی حرکت اتفاقی مولکولها) در حداکثر است؛ 

از طرف‌ دیگر  یک سیستم باز نیز ممکن است به حالت پایدار دینامیکی‌ دست یابد که در آن، سیستم و حالات آن در شرایط پایدار باقی‌ می‌ماند هرچند که ماده و انرژی از مرز آن عبور می‌کند؛   

تنها، ساده‌ترین فرآیندهای ژئومورفیک ممکن است به صورت‌ سیستم های بسته مورد مطالعه قرار گیرند؛  

اعمال هوازدگی معین از قبیل انحلال آهک به وسیله آب باران اسیددار(کربناسیون)و تبادل گرمائی بین ماگمای گرم با محیط اطراف که در شرایط آزمایشگاهی نیز قابل انجام هستند،از فرآیندهای ساده ژئومورفیک‌ محسوب می‌شوند. حتی در این مثالهای ساده از سیستم های فیزیکی‌ و گرمائی نیز آشکار است که پدیده‌های طبیعی از آنچه که در این‌ مطالعات مختصر فرض می‌شوند،بسیار پیچیده‌تر است.

تمامی قسمت مجاور سطح زمین‌(زیرآتمسفری) به‌طور مناسبی به صورت یک سیستم باز قابل تصور است.

ماده از طریق‌ دیاستروفیسم‌، ولکانیسم و از طریق سقوط شهاب ها که به صورت‌ خالص جزئی به جرم کره زمین افزوده می‌شود، در زمین ذخیره‌ می‌گردد. انرژی از طریق تشعشع خورشید، نیروی جاذبه، اینرسی‌ حرکت چرخشی و گرمای داخلی زمین حاصل می‌شود.

فرآیندهای‌ سطحی، ساختمان سنگ ها را می‌فرسایند و مواد فرسوده معمولا در جاهای دیگر در بستر دریاها رسوبگذاری می‌شوند.

قابل تصور است‌ که در این سیستم باز پیچیده یک حالت پایدار دینامیکی می‌تواند پدیدار شود به‌طوری که در شکل ناهمواری تغییر نمی‌یابد اگرچه‌ ماده‌ای که از آن عبور می‌کند به‌طور دائمی تغییر و انرژی پیوسته‌ توسعه می‌یابد.یکی از مسائل بزرگ ژئومورفولوژی این است که آیا مناظر ناهمواری به‌طور متوالی در طول زمان تغییر می‌یابند یا اینکه‌ آنها ابتدا به حالت پایدار دینامیکی رسیده و بعد تنها به آرامی‌ تغییر می‌یابند و یا در کل تغییری متحمل نمی‌شوند.

گرمای حاصله از فرآیند به صورت انرژی مازاد از طریق اصطکاک مکانیکی آزاد می‌شود.انرژی مکانیکی سیستم از طریق پتانسیل ثقلی و همچنین انرژی حرکت دورانی حاصل می‌شود. نرخ تولید سیمان تابعی از میزان ذخیره مواد خام و انرژی مکانیکی‌ و گرمائی کوره خواهد بود.نیل به یک حالت پایدار دینامیکی در سطوح مختلف جریان خالص از طریق تطبیق نهائی متغیرهای ذخیره‌ مواد و انرژی در این سیستم باز ساده امکان‌پذیر است.

یک منظره ناهمواری در بالای سطح دریا(یا بالای سطح‌ ژئوئید) شبیه به مدل کوره سیمان پرتلند است.بارندگی از طریق‌ رودخانه‌ها مواد فرسوده و هوازده سنگی را از دامنه کوهها به  

نرخ جریان مواد تابعی از متغیرهای اقلیمی مانند درجه حرارت و بارندگی،شیب اولیه زمین ناشی از عمل‌ دیاستروفیسم، شدت تغییرات فیزیکی و شیمیائی مواد و مدت زمان‌ حرکت در طول سیستم است. در مدتی که جریان ماده و انرژی‌ متعادل باشد، سیستم در حالت پایدار دینامیکی باقی می‌ماند. 

ما فرض می‌کنیم که جرم کره زمین ثابت است و افزایش جزئی‌ جرم حاصل از گرد و غبارهای متئوریتی و برخوردهای بسیار نادر اجزای بزرگ سماوی را نادیده می‌گیریم. در اصل ژئویید باید به‌ صورت مرز یک سیستم باز قابل تعریف باشد یا سطحی که حرکت‌ مواد سنگی به بالای آن به وسیله دیاستروفیسم و ولکانیسم و به‌ پایین آن به وسیله دیاستروفیسم و فرسایش صورت می‌گیرد.

چون‌ ژئویید در حالت تعادل قرار دارد، می‌بایستی موادی که از این‌ سطح مبنا جابه‌جا می‌شوند نیز در حال تعادل باشند و همچنین‌ سیستم های حمل جانبی(افقی) نیز برای برقراری تعادل ایزوستازی‌  (توازن پوسته)، در بالا و پایین ژئویید عمل بکنند. به‌هرحال‌ هنوز مطالعه سیستم ژئومورفیک به مرحله‌ای که در آن چنین بیلان‌ مواد قابل محاسبه باشد،پیشرفت نکرده است.

بیلان انرژی در سیستم ژئومورفیک از طریق مطالعات وابسته‌ در زیست‌شناسی، هواشناسی، نجوم و ژئوفیزیک در حال شناخته‌ شدن است.  سطح زمین به‌طور مشخصی در زمان زمین‌شناسی گرمتر یا سردتر نشده است به‌طوری که باید معادل مقدار انرژئی را که از منابع مختلف دریافت می‌کند به فضا پس بدهد.در کل جهان، جاذبه اصلی‌ترین شکل انرژی است و شدت آن خیلی بیشتر از انرژی‌ گرمائی،نورانی و انرژی هسته‌ای است.در درون سیستم ژئومورفیک، انرژی خورشید(خود نتیجه‌ای از نیروی جاذبه است که جوشش‌ هسته‌ای گرمائی را در خورشید ممکن می‌سازد)بر سایر منابع انرژی‌ غلبه دارد.شکل شماره 2 که جریان انرژی در سطح زمین می‌باشد، منابع اصلی انرژی برای تغییر ژئومورفیکی را نشان می‌دهد.

برای نسل های آینده ژئومورفولوژی، شناخت بهتر انرژی های‌ بالقوه و قابل استفاده در هر سیستم مورد مطالعه،با اهمیت خواهد بود بسیاری از مطالعات با نتایج کلی در گذشته توجهی به انرژی‌ نداشته‌اند.

تمایل به کمیت‌گرایی نیازمند این است که میزان انرژی‌ نیز همانند نرخ و بیلان مواد،محاسبه گردد.در این مقاله بعضی‌ از شکلهای نادر و جزئی انرژی مانند انرژی حاصله از برخورد شهاب‌سنگها به سطح زمین، تخلیه الکتریکی صاعقه،تابش‌های‌ کیهانی و میدانهای مغناطیسی که ممکن است شکل ناهمواری را تحت‌ تأثیر قرار دهند، زیاد مورد توجه قرار نگرفته‌اند.

بشر نیز که از چندین هزار سال قبل به‌عنوان یک عامل ژئومورفیکی مهم مطرح‌ شده،اکنون در حال مصرف انرژی در مقیاسی است که قابل مقایسه‌ با انرژی حاصله از وزش بادها، جزرومد و گرمای ژئوترمال‌، زمین‌گرمائی می‌باشد.تأثیر انسان غیرعادی است چون در مقابل مصرف می‌تواند خیلی زیاد انرژی مورد نیاز خود را متمرکز و ذخیره نماید.

نیروهای موجود برای تغییرات ژئومورفیک

تابش خورشید عمدتا"در طول‌موجهای‌ نور مرئی و نزدیک به زیر قرمز حدود 98/99 درصد از انرژی رسیده‌ به سیستم ژئومورفیک را تأمین می‌کند. 

اگرچه تابش خورشید با نرخی‌ حدود 4000 بار تندتر از مجموع بقیه منابع انرژی، برای تغییر ژئومورفیکی انرژی فراهم می‌نماید ولی نقش آنها را نیز نمی‌توان‌ نادیده گرفت. این نیروها شامل نیروهای جاذبه‌ای و اینرسی ناشی‌ از جرم و حرکت زمین،ماه، خورشید و دیگر اجرام منظومه شمسی‌اند که در سطح زمین در لیتوسفر و هیدروسفر به صورت جزرومد ظاهر می‌شوند. تنها 1 تا 10 درصد از انرژی داخلی زمین از طریق‌ ولکانیسم به سطح زمین آزاد می‌شود و مقدار قابل مقایسه‌ای با این‌ رقم نیز از طریق زلزله آزاد می‌گردد. قسمتی دیگر نیز به صورت‌ گرادیان ژئوترمال از قسمتهای گرمتر داخلی به سنگ های سرد سطحی‌ زمین می‌رسند و اگرچه ناچیز است ولی پدیده‌ای در مقیاس جهانی‌ محسوب می‌شوند. 

انرژی گرمائی و گرادیان ژئوترمال در درون زمین که به‌ وسیله نیروهای جنبشی چرخشی و ثقلی تقویت می‌شوند،از طریق راههائی که هنوز ناشناخته است تمامی فعالیتهای دیاستروفیکی‌ موجود در پوسته زمین را انجام می‌دهند.هر مقایسه‌ای بین‌ منابع انرژی داخلی و خارجی مؤثر در فرآیندهای ژئومورفیک‌ باید توجه داشته باشد که نیروی منابع انرژی خارجی 000،4 بار بزرگتر از منابع داخلی است.

یکی از مشکلات موجود در ارزیابی نیروهای موجود در سیستم‌ ژئومورفیکی مجاور سطح زمین(زیر آتمسفری)این است که راه‌ ساده‌ای جهت محاسبه‌"تراکم نیرو " یا تمرکز مکانی مصرف انرژی‌ وجود ندارد.مثلا "مقدار ناچیزی از جریان گرمائی ژئوترمال که در آتشفشان ها متمرکزند مناظر ناهمواری جالبی ایجاد می‌کند در حالی‌ که 90 تا 99 درصد بقیه آن که صرف انجام فرآیندهای تکنونیکی‌ می‌شود، اشکال ناهمواری خاصی نمی‌سازد.

هنگامی که نور خورشید به وسیله عمل فتوسنتز در گیاهان‌ تثبیت می‌شود،به صورت سوخت های فیلی درآمده، در یک موتور می‌سوزد و می‌تواند مناظره ناهمواری را در طول یک بزرگراه بر ترافیک به میزانی که از جریان جزئی میلیون ها ساله‌ انرژی ممکن نبوده است، تغییر دهد

پس سیستم های بیولوژیکی‌ خصوصا "انسان توانائی استثنائی در ذخیره و تمرکزی انرژی پراکنده‌ در سطح زمین دارند.

شکل شماره: جریان مواد و انرژی در سیستم ژئومورفیک. مرزهای سیستم شامل انترفاس بین سطوح آبها، هوا و ژئویید است.  انرژی به صورت تابش خورشیدی، انرژی چرخشی و گرمای رادیوژنیک وارد سیستم می‌شود. نرخ انرژی تابشی زیر قرمز خروجی‌ تمامی انرژی ورودی را موازنه می‌کند. مواد از طریق بالاآمدگی تکتونیکی وارد سیستم و به وسیله فرونشینی تکتونیکی و فرسایش‌ از آن خارج می‌شود.مقادیر ناچیزی از ماده به صورت شهاب‌سنگها وارد و به صورت هیدروژن مولکولی خارج می‌شود.

انرژی خورشیدی

هدف اصلی ژئومورفولوژی، فهم این مسئله است که چگونه‌ انرژی فوق العاده زیاد و اما پراکنده تابش خورشیدی به اعمال‌ مکانیکی تبدیل و مناظر ناهمواری زمین را شکل می‌دهد.

می‌توان‌ این فرآیند را در قالب یک‌"ماشین ژئوموفولوژی‌"متصور شد که در آن یک موتور بخار به وسیله انرژی خورشیدی کار می‌کند و حاوی چند پروانه،اره،آسیاب و فواره هیدرولیکی برای فرسایش‌ مناظر ناهمواری زمین است.

مهمتر از این آن‌که،گرمای خورشیدی‌ دامنه گرمای سطح سیاره ما را در حدی نگه می‌دارد که در آن آب به‌ طور طبیعی در حالات جامد، مایع و گاز قرار می‌گیرد.از یک جهت‌ ما به‌طور طبیعی در درون دیگ جوشان و دستگاه سردکننده ماشین‌ (قیاس با طبیعت در مورد تبخیر و بارندگی) تا این‌که شاهد تبدیل‌ مکانیکی نهائی انرژی خورشیدی باشیم. 

انرژی تابشی رسیده به سطحی از زمین در فاصله متوسط دار خورشید حدود 2 کالری‌16بر سانتی‌متر مربع در دقیقه است که این‌ مقدار"ثابت خورشیدی‌ " نامیده می‌شود.چون زمین انرژی معادل‌ ثابت خورشیدی را در یک مقطع قائم(دایره عظیمه) بر آن دریافت‌ می‌کند به علت کروی‌شکل بودن، مقدار متوسط انرژی ورودی در آتمسفر فوقانی حدود 4/1 ثابت خورشیدی است(سطح کره 4 برابر سطح دایره عظیمه است

علاوه بر انعکاس حدود 3/1 انرژی رسیده از خورشید،جو زمین برای طول موجهای معینی که از خورشید می‌رسند به‌عنوان‌ صافی عمل می‌کند. جذب شدید اشعه زیر قرمز به وسیله بخار آب‌ و دی‌اکسید کربن (CO2) در جو پایین موجب گرم شدن هوا می‌شود.

یکی از توازن برجسته در طبیعت این است که زمین به‌ وسیله خورشید تا دمائی گرم می‌شود که در آن دما، قسمتی از انرژی‌ دوباره در طول‌ موج های‌"دریچه تشعشی‌" از جو خارج می‌شود. دمای متوسط زمین که حدود 15 درجه سانتی‌گراد می‌باشد نتیجه‌ بیلان شدت و طول موج های تشعشع ورودی و خروجی است.در طول‌ مدت زمانی که جو زمین ترکیب فعلی خود را داشته،دمای میانگین‌ سطح نتوانسته است بیش از چند درجه محدود نوسان داشته باشد؛

گرادیان های حرارتی کره زمین  

انرژی خورشید به‌طور نامساوی به وسیله جو پایین،هیدروسفر و لیتوسفر جذب و منعکس می‌شود.نتیجه این امر ایجاد گرادیانهای‌ گرمائی پیچیده‌ای است که موجب پیدایش جریانات جوی و اقیانوسی‌ و ایجاد نواحی آب‌وهوائی بر روی سطح زمین می‌شوند.از آنجا که آب‌وهوا یکی از جنبه‌های با اهمیت فرآیندهای ژئومورفیکی‌ (مورفوکلیماتیک در ژئومورفولوژی اقلیمی) است،گرادیانهای‌ انرژی گرمائی اصلی به بحث خاصی نیاز دارند.

گرادیان عرض جغرافیائی

به دلایل چندی مانند بالا بودن زاویه تابش، وجود سطوح‌ اقیانوسی وسیع، جو مرطوب یا پوشش ابری و بزرگ بودن سطح‌ بین مدارهای متوالی در حوالی استوا (تقریبا"40 درصد از سطح‌ زمین در منطقه بین‌المدارین قرار دارند) بیشترین مقدار انرژی‌ خورشیدی در منطقه بین المدارین جذب می‌شود و میزان انرژی ورودی‌ بیش از خروجی است؛

نواحی قطبی از کل انرژی خورشیدی مقدار ناچیزی دریافت‌ می‌کنند و در اکثر ایام سال مقدار انرژی ورودی خیلی کمتر از خروجی‌ است. تنها برای مدتی بیش از یک ماه در نیمه تابستان هنگامی که‌ خورشید پیوسته می‌تابد، انرژی رسیده به نواحی قطبی در هر روز حتی بیشتر از انرژی دریافتی مناطق مداری است؛

گرادیان ارتفاعی

جو زمین در مقابل تابش خورشیدی با طول‌ موج های نور مرئی‌ و نزدیک به زیر قرمز، شفاف ولی در مقابل طول ‌موج های معینی از طول ‌موج بلند زیر قرمز تشعشع زمینی، فوق العاده جاذب است. بنابراین هوا از قسمت زیرین خود گرم می‌شود و"افت حرارتی‌ نرمال‌  با نرخی در حدود 4/6 درجه سانتی‌گراد به ازای هر 1000 متر ارتفاع در حین صعود از سطح دریا ثبت می‌گردد.

ارتفاع‌ خط برف محلی از 6000  متر در کمربندهای خشک جنب‌مداری تا سطح دریا(صفرمتر) در نواحی قطبی در تغییر است. در نزدیکی‌ خط استوا، ارتفاع خط برف به علت ابرآلودگی و بارندگی زیاد نسبت به کمربند شفاف و خشک‌مداری تا 5000 متری کاهش می‌یابد.

درکوهستانهای مرتفع وجود  ذخائر یخچالی در سرچشمه رودخانه‌ها، قدرت فرسایشی رودها را 4 تا 25 بار افزایش می‌دهد. بنابراین‌ ارتفاع به تنهائی می‌تواند عامل قدرتمندی در تعیین درجهء تأثیر و حتی نوع فرآیندهای ژئومورفیکی که بر روی ناهمواریا عمل می‌کنند، باشد.اگرچه قلل کوههای سرد هستند ولی همیشه برای از دست دادن‌ زیاد انرژی مساعد نیستند.به علت شفافیت هوا،نبودن موانع‌ ابری،پایین بودن کدورت‌ و گردوغبار جوی،شدت انرژی‌ رسیده به یک سطح کوهستانی بیشتر از سطح دریاست ولی تشعشع‌ انرژی هم سریع است و موجب بالا رفتن دامنه گرمای روزانه(روز و شب)می‌گردد.همچنین سیکل های ذوب و انجماد آب نیز در قلل کوههای فراوان و شدید هستند.

گرادیان فصلی‌ و تناقض خشکی-دریا

بسیاری از فرآیندهای ژئومورفیکی مستقیما با تغییرات فصلی‌ اقلیم در ارتباط هستند.در مناطق‌مداری که تنها تغییرات باران‌ موجب پیدایش فصول است، تناوب فصلی باران های سیل‌آسا و خشکی های ممتد، منظره ناهمواری معین ساوان را به وجود می‌آورد.

اشکال ناهمواری بیابان های مجاور مداری با ریزش باران های سیل‌آسا و طغیانهای اتفاقی و وزش بادهای شدید شکل می‌یابند.

نواحی‌ توندرا، دامنه‌های ملایمی دارند که به وسیله خزش خاک‌ و جریان‌ زمین‌ ناشی از ذوب فصلی لایه سطحی اشباع از آب که به‌طور مداوم بر روی لایه یخ‌زده زیرین فشار می‌آورد، تشکیل می‌شوند. اقلیم که فرآیندهای ژئومورفیکی را کنترل می‌کند،آنچنان شکل‌ معینی به مناظر ناهمواری های سطح زمین می‌دهد که نواحی اقلیمی‌ می‌توانند جهت ایجاد دیدگاهی تازه‌ (ژئومورفولوژی اقلیمی) در ژئومورفولوژی سیستماتیک،مورد استفاده قرار گیرند. 

از موارد همراه تغییرات فصلی اقلیمی، تناقض و گرادیان حرارتی‌ بین خشکی و دریاست، اقالیم دریائی به وسیله کمی اختلاف دمای‌ متوسط روزانه و فصلی خود مشخص می‌شوند.در درون قاره‌ها، اختلاف دما شدید است ولی شدیدترین آن در بیابان های نواحی‌ مداری نیست بلکه در مراکز درون ‌قاره‌ای عرض های جغرافیائی بالا است. بزرگترین دامنه تغییرات دمای میانگین سالیانه در سطح زمین‌ حدود 62 درجه در سیبری است. 

در عوض، دامنه‌ تغییرات دمای سالیانه و روزانه در جزایر کوچک نواحی‌مداری فقط 3 درجه است و تغییری در فرآیندهای ژئومورفیکی ایجاد نمی‌کند. به رغم دمای معتدل، فراوانی رطوبت در اقالیم دریائی موجب‌ تقویت هوازدگی شیمیائی می‌شود و در نواحی دریائی سرد نیز به‌ نظر می‌آید که یخچال از سیمای ژئومورفیکی مهم در کوهستانها و فلاتها باشد؛

سیکل هیدرولوژیک به‌طور ایده‌آل یک‌ سیستم باز با حالت پایدار دینامیکی است.

میزان انرژی‌ ورودی سیستم مساوی با انرژی خروجی است و با اندکی استثناء مقدار آب در سیستم ثابت است.مخازن آبی کره‌زمین برحسب اهمیت‌ عبارتند از: اقیانوسها،  یخچالها، آب های زیرزمینی، دریاچه‌ها و رودخانه‌ها، آتمسفر،بیوماس‌ یا تمامی مواد جاندار. حداقل در چند میلیون سال اخیر مقدار آب موجود در سطح یا نزدیک به سطح زمین، ثابت بوده است.تنها یک مقدار ناچیزی از آب جدید ممکن است‌ به‌طور سالانه از طریق تقطیر بخار گازهای آتشفشانی اضافه شود و به همان اندازه هم امکان دارد مقدار آب از طریق تجزیه فتوشیمیک‌  بخار آب توسط تابش خورشیدی، اتلاف شود.

یخچال ها نیز مقادیر زیادی از آب را با برداشت موقت از سیکل‌ آب،در خشکیها ذخیره می‌کنند.در 2 میلیون سال اخیر کلاهک های یخی قاره‌ای چندین‌بار توسعه‌یافته و دوباره ذوب شده‌اند و هر با سیکل هیدرولوژیک را موقتا"منقلب ساخته‌اند.به هنگام‌ حد اکثر گسترش، حجم یخچالها 3 بار بیشتر از حجم فعلی یخجال‌های‌ فعلی بوده و سطح دریاها حدود 140 متر پایین‌تر از سطح فعلی‌ بوده و بیشتر فلات قاره دریاها را آشکار‌ساخته است.

تمامی این جنبه‌های سیکل آب به ژئومورفولوژی مربوط می‌گردد ولی به یک جنبه خاص آن می‌بایستی تأکید شود.ارتفاع متوسط قاره‌ها حدود 823 متر از سطح دریاهای آزاد است.

سیکل هیدرولوژیک به‌عنوان یک سیستم باز و تبادل آب در مخازن آب طرف دریاها جریان یابند، نیروی مکانیکی بالقوه این سیستم قابل‌ محاسبه است.به‌طور بالقوه این آبها حدود 109x9  کیلووات‌ نیرو تولید می‌کند. اگر این انرژی برای فرسایش سطح زمین به کار رود، با کار شبانه‌روزی یک رأس اسب برای شخم یک قطعه زمین سه آکری‌ به مدت یک سال، قابل محاسبه است. البته، قسمت زیادی از این‌ انرژی بالقوه جریان آب از طریق گرمای اصطکاک ناشی از جریان‌ آشفته و پرش آب، تلف می‌شود."ماشین ژئومورفولوژی‌" کارآیی‌ معین اما کمتری دارد و آن فرسایش و حمل مواد سنگی از قاره‌ها به‌ سوی اقیانوس هاست.

به‌طور کلی،نیروی ثقل برآیند نیروی جاذبه، نیروی گریز از مرکز و سایر نیروهای کوچک کاهنده است.سطح ژئویید(به‌عنوان‌ مرزی در سیستم ژئومورفیک) کاملا"به وسیله نیروی جاذبه و دیگر نیروهای حاصله از حرکت دورانی کنترل می‌شود.

در حقیقت‌ بستر یک رود بزرگ مانند هر خطی بر روی سطح ژئویید،یک نیمرخ‌ طولی محدب دارد.به‌عنوان مثال رودخانه می‌سی‌سی‌پی یک قوس‌ محدب نصف النهاری 15 درجه‌ای را روبه جنوب طی می‌کند که‌ مصب آن به علت شکل کروی فشرده زمین واقعا"چند کیلومتر(نسبت‌ به مرکز زمین) بلندتر از سرچشمه آن است.این توجه خیالی اما حقیقی در بیشتر تفکرات ژئومورفیکی به آسانی فراموش می‌شود ولی حد اقل یکبار می‌بایستی ذکر شود که کلماتی مانند بالا، پایین، اففی و تراز در مفهوم حقیقی خود قابل بررسی هستند. 

تمامی آب هائی که به صورت باران و برف بر 29 درصد از سطح‌ کره زمین ریزش می‌کنند، به وسیله نیروی ثقل از ارتفاعات به‌ سوی اقیانوس ها جریان می‌یابند.بنابراین هر قطره‌ای که بر روی زمین روان می‌شود دارای انرژی پتانسیل است که مقدار آن با جرم و ارتفاع از سطح مبنائی است که به آن منتهی‌ می‌گردد.

محلهای محدودی که در آنها سطح خشکی کاملا"در زیر سطح تراز دریا قرار دارند(مانند دره مرگ‌ در کالیفرنیا 86-متر و دریای مرده‌39048-متر و بقیه) استثنائاتی‌ بر این قانون هستند که سطح دریاها حد پایانی جریان آبها از حوضه‌ها می‌باشند.

تمایل آب ها به سوی سراشیبی تحت تأثیر نیروی ثقل، علت‌ اصلی پیدایش اکثر ناهمواریهای فرسایشی‌ است. اجزای سنگی‌ نیز مشابه قطرات باران به وسیله نیروی ثقل به صورت‌"حرکت‌ مواد دامنه‌ای‌" در شکلهای مختلف بر روی شیب دامنه حرکت‌ و به سوی مرکز زمین کشیده می‌شوند.

سهم کوچک نیروهای دورانی در میدان ثقل بزرگ زمین، ممکن است به طرقی به عمل دیاستروفیسم تأثیر بگذارد. در این زمنیه یک همبستگی مثبت بین فراوانی زلزله، ولکانیسم و سرجنبانی محور چرخشی زمین گزارش شده‌ است.

انرژی کشندی یک عامل مهم در انجام فرآیندهای ساحلی‌ است و برای بیشتر اهداف مورد نظر این نیروها در محیط دریائی مطالعه شده‌اند. 

در خشکی ها نیر کشندها با دوره‌ای منظم‌تر و با شدتی‌ کمتر از اقیانوسها، به وسیله دستگاه های حساس ثقل‌سنج‌ و تنش‌سنج‌ قابل اندازه‌گیری  است. به هنگام کشندها سنگ های‌ پوسته به‌طور پیوسته ولی جزئی، نرم و شکل‌پذیر می‌شوند.

نقش جاذبه‌ای ماه به‌عنوان یک فرآیند ژئومورفیک(به‌ استثنای کشندهای شدید در هیدروسفر)خوب شناخته نشده‌ است.اصطکاک کشندی ماه موجب تقدیم‌ محور زمین و به طور دوره‌ای سبب تغییر شدت اقالیم فصلی می‌شود. یکی از ترکیبات سیکلی طولانی کشندها،برگشت‌6/18 ساله‌"جنبشهای‌ ماه" یعنی تغییر در مدار انتقالی آن است که سبب تغییری‌ حدود 10 درصد در میانگین شدت نیرو های کشند ساز می‌شود. فعالیت آبفشانهای پارک یلواستون‌  امریکا با دوره‌های 6/18 ساله همبسته شده است. همچنین تلاش هائی برای ایجاد همبستگی‌ بین فعالیت آتشفشان و دیاستروفیسم با تغییر شدت نیروهای‌ کشندساز، انجام شده است؛ 

در مقیاس زمان بسیار طولانی، امکان دارد که انحنای‌ تدریجی و آرام سنگ‌های پوسته به وسیله کشندهای خشکی موجبی‌ برای‌ آستانه شکستگی‌  یا شکست در زمین گردد.سیستم‌ درز و ترک در سنگ های جوان سطحی ممکن است با این نیروهای‌ ضعیف اما مداوم از طریق انتشار الگوهای قدیمی‌تر زیرین به‌ بالا، به وجود آید؛

گرمای داخلی زمین: گرادیان ژئوترمال

مشاهدات مستقیم ثابت می‌کنند که اعماق زمین گرمتر از سطوح خارجی آن است.افزایش درجه حرارت برحسب عمق‌ "گرادیان ژئوترمال‌" نامیده می‌شود که در یک گرادیان تیپیک‌ نزدیک به سطح زمین حدود 20 درجه سانتی‌گراد در هر کیلومتر است.گرادیان ژئوترمال در اعماق بیشتر باید شدیدا"کاهش‌ باید وگرنه گوشته زمین نمی‌توانست به صورت جامد رفتار کند و امواج برشی زلزله‌ را انتقال دهد.

یک گرادیان ژئوترمال شدید،آشکارا"برای فرآیندهای‌ آتشفشانی که شامل فعالیت فورانی است با اهمیت می‌باشد.سنگی که در اعماق زمین متبلور و لایه‌ای می‌شود در نهایت از طریق فرسایش‌ مواد سطحی در سطح زمین ظاهر می‌گردد. در واقع از طریق‌ گرادیان ژئوترمال به سطح زمین بالا آمده است.   

پایین بودن درجه حرارت نزدیک به سطح زمین موجب‌ انقباض گرمائی در سنگها می‌شود.

ترک های ناشی از تنش‌های الاستیکی‌ در سنگ ها، حداقل‌ در یک قسمت نتیجه عبور آنها از گرادیان ژئوترمال به بالا است. یک عامل پیچیده‌کننده در این زمینه،گرادیان فشار داخلی‌ زمین است که گرادیان ژئوترمال را خنثی می‌کند.

جریان گرما

شدت فرآیندهای ژئومورفیک در مقایسه با گرادیان گرمای‌ داخلی از طریق جریان انرژی از اعماق به سطح زمین بهتر قابل فهم است. جریان گرما نتیجه گرادیان ژئوترمال و هدایت‌ گرمائی سنگهاست.

آتشفشان ها و چشمه‌های آب گرم 1 تا 10 درصد از کل انرژی‌ داخلی را از طریق کنوکسیون‌ (همرفت)به سطح زمین حمل‌ می‌کنند و بقیه آن به سطح قاره‌ها و کف اقیانوس ها خصوصا"در طول برآمدگی های میان اقیانوس به صورت هدایت گرمائی منتقل‌ می‌شود؛

منابع دیگر برآورد می‌کنند که حدود 1 تا 10 درصد از کل جریان گرمائی به وسیله امواج زلزله آزاد و منتشر می‌شود؛  

جریان گرمای داخلی در مناطق آتشفشانی و کوهزائی‌ بندرت 2 تا 3 بار بیشتر از میانگین کره زمین باشد و درواقع‌ کوچک بودن دامنه مقادیر جریان گرمائی زمین یکی از معماهای‌ ژئوفیزیک است.  

انرژی شبکه‌ای کانی‌ها: یک عامل فرعی مشکل در محاسبه انرژی فرآیندهای ژئومورفیک، وجود شبکه‌های اتمی خیلی منظم در سیستم های تبلور کانی هائی است‌ که در درجه حرارت های بالا در درون زمین متبلور می‌شوند.هنگامی‌ که این کانی ها در معرض هوازدگی خصوصا هیدرولیز قرار می‌گیرند به‌طور عادی با واکنش گرمازا، اشکال جدیدی به‌ وجود می‌آورند که در شرایط سطح زمین خیلی پایدارند.هنگامی که‌ مواد مختلط فرسوده و هوازده در اعماق زیاد در ژئوسنکلینال‌ها مدفون و دوباره متبلور می‌شوند،گرمای داخلی دوباره جذب می‌شود. این فرآیند به دفعات بی‌شماری در تاریخ زمین تکرار شده است.

کاهش انرژی ژئوترمال: در زمان های نسبتا"دور درآیند،منبع انرژی رادیوژنیک‌ برای انجام عمل دیاستروفیسم توسعه خواهد یافت و هنگامی که سطح‌ فرسوده شود، هیچ نیروی داخلی قادر به تجدید آن نخواهد بود. نیم عمر ایزوتوپ های رادیوآکتیوی که انرژی‌زا هستند حدود 109 و 110 سال است به‌طوری که در طول تاریخ زمین‌شناسی تنها یک‌ قسمت از ذخیره انرژی داخلی زمین مصرف شده است.این یک نمونه‌ زمینی دیگر از سیستم انرژی است که به کندی کاهش می‌یابد، اگرچه‌ آن حتی در مقیاس زمان زمین‌شناسی هم محاسبه شود اساسا"در یک‌ حالت پایدار دینامیکی ظاهر می‌شود. 

نظرات (0)
امکان ثبت نظر جدید برای این مطلب وجود ندارد.