یعنی ژیپس ، انیدریت ، هالیت و کلسیت ، معمول ترین آنها کلسیت یا کربنات کلسیم می باشد . گسترش سنگ های کربناته در سراسر دنیا علت عمده ای برای توجه بیشتر به این نوع کانی است . وجود سنگ های آهکی دوران اول ( کربونیفر، پرمین ) ، دوران دوم ( تریاس ، ژوراسیک ، کرتاسه ) و ترشیاری در کشورهای خاورمیانه ، انگلستان ، چین ، امریکا، یوگسلاوی  سابق و سایر نقاط جهان علت توجه به قابلیت انحلال این نوع سنگ ها را بیشتر روشن می سازد . از دیدگاه سد سازی سنگ های کربناته ساختگاه بسیاری از سدهای مخزنی در جهان هستند . از نقطه نظر اکتشاف منابع آب این سنگ ها آبخوان های مناسبی را به وجود می آورند . با توجه به اهمیت اکتشاف نفت و گاز ، ذخائر عظیمی از هیدروکربورها در سنگ های کربناته وجود دارد که برای نمونه می توان به منابع نفت و گاز موجود در سازندهای کربناته آسماری و ایلام – سروک در ایران اشاره کرد (قبادی،1386، ص139).

عوامل مؤثر در انحلال پذیری سنگ

   پدیده انحلال به عوامل متعددی وابسته است . عامل اساسی در فرآیند انحلال پذیری توده سنگ وجود شکستگی های به هم پیوسته ای است که اجازه جریان یافتن آب و گردش آن را در درون توده سنگ فراهم می کنند . در غیر این صورت ، عدم جریان یافتن آب در توده های سنگی موجب خواهد شد تا پدیده های انحلالی فقط در سطح سنگ ها مشاهده شود . عمده عوامل مؤثر در انحلال سنگ را می توان به صورت زیر معرفی کرد :

1-     ناپیوستگی های توده سنگ

  پدیده انحلال نتیجه نفوذ آب در توده سنگ های انحلال پذیرمی باشد . در ایجاد این پدیده نفوذ پذیری نقش عمده ای دارد . علت اصلی نفوذ پذیری سنگ های کربناته وجود ناپیوستگی ها ( درزه، شکاف، گسل و ...) است که امکان ورود آب به داخل توده سنگ و جریان یافتن در آن را فراهم می کند . در اثر عملکرد فشارهای ناشی از فرآیندهای تکتونیکی با قطعه قطعه شدن توده های سنگی شکستگی های زمین ساختی ایجاد می گردد که موجب می شود انحلال سنگ در جهت های عمودی و افقی در توده سنگ گسترش پیدا کند . سیستم شکستگی های کششی در ایجاد و توسعه اشکال ناشی از انحلال سنگ ها نقش مهم تری دارند ؛ زیرا وجود چنین سیستم هایی از شکستگی ها به تفکیک بلوک های سنگی منجر خواهد شد . این نوع شکستگی در بخش محدب چین خوردگی ها گسترش دارد . توسعه این شکستگی ها در نهایت باعث ایجاد تخلخل ثانویه می شود و پدیده انحلال را تشدید می کند .

1-     نوع مواد پرکننده نا پیوستگی ها

  ناپیوستگی ها ممکن است خالی و یا از مواد مختلفی مانند رس ها ، کربنات ها ، سولفات ها ، کوارتز و غیره پر شده باشند . مواد قابل حل در فرآیند انحلال شسته شده و به توسعه ناپیوستگی های توده سنگ کمک می کنند . ولی موادی مانند کوارتز پایدار می باشد . چنانچه مواد پر کننده از جنس رس باشد ، شناخت نوع رس از نظر کانی شناسی ( مونت موریونیت ، ایلیت ، کائولینیت ) و نیز مشخص نمودن ویژگی رسها از نظر تورم پذیری ، واگرایی دارای اهمیت می باشد ؛ زیرا رس های متورم شونده با افزایش حجم و کاهش میزان نفوذپذیری جریان آب را در ناپیوستگی کند و یا متوقف خواهند کرد ؛ در حالی که رس های واگرا براحتی در تماس با آب شسته شده و با جریان یافتن آب بیشتر در ناپیوستگی ها میزان انحلال افزایش و ترک های موجود توسعه پیدا می کنند (قبادی،1386، ص140).

2-    ترکیب شیمیایی سنگ

از دیدگاه کانی شناسی سنگ های کلروره مانند سنگ نمک ( متشکل از کانی هالیت ) قابلیت انحلال بیشتر نسبت به سنگ های سولفاته مانند سنگ گچ ( متشکل از کانی های ژیپس و انیدریت) دارد و سنگ های سولفاته نسبت به سنگ های کربناته ( متشکل از کانی کلسیت) از قابلیت انحلال زیادتری بر خوردار هستند . سنگ های کربناته ای که خلوص زیادتری دارند ، انحلال پذیرترهستند . بالا بودن درصد اکسید کلسیم در سنگ نشانه خلوص بیشتر و معیاری برای ارزیابی انحلال سنگ کربناته است . به طور کلی هر قدر مقدار این اکسید در سنگ افزایش و میزان اکسید منیزیم کاهش یابد انحلال پذیری زیادتر خواهد بود.

3-   ترکیب شیمیایی آب

  نوع آب های موجود در مناطق متشکل از سنگ های کربناته از نظر ترکیب شیمیایی کربناته هستند . چنین آب هایی در صورت اشباع نبودن قادر به انحلال سنگ ها هستند . با وجود گاز کربنیک در آب حلالیت کربنات کلسیم به طور محسوس افزایش می یابد ومی تواند به حدود 400 میلیگرم در لیتر برسد (قبادی،1386، ص141). این مقدار 30 مرتبه بیشتر از حلالیت آن در آب خالص است و دراین شرایط میزان گازکربنیک بیش از 1320 میلی گرم در لیتر خواهد بود . ولی در صورت کم بودن غلظت گاز کربنیک حلالیت کربنات ها در آب خالص بیشتر می باشد (قبادی،1386، ص141).

4-    درجه حرارت

   قابلیت انحلال سنگ های کربناته نسبت به تغییرات دما نیز حساس است ؛ زیرا در آب های سرد میزان انحلال گازکربنیک افزایش یافته و در نتیجه اسیدیته آب کاهش پیدا می کند . کاهش اسیدیته با ازیاد میزان حلالیت کربنات ها همراه می باشد . قدرت انحلال یک لیتر آب صفر درجه می تواند 4 تا 5 بار بیشتر از قدرت انحلال یک لیتر آب 30 درجه و 6 بار بیشتر از یک لیتر آب با دمای 40 درجه باشد(قبادی،1386، ص141). ولی اثر درجه حرارت روی انحلال پذیری کانی ها متفاوت است .

کانی های ژیپس ، انیدریت و هالیت با افزایش درجه حرارت حلالیت بیشتری پیدا می کنند ، در حالی که کربناته کلسیم با افزایش درجه حرارت حلالیت کم تری را نشان می دهد (قبادی،1386، ص142). علت این موضوع مربوط به نوع واکنش شیمیایی با آب است . واکنش های دسته اول گرماگیر و واکنش های نوع دوم گرمازا هستند. یعنی با کاهش درجه حرارت میزان حلالیت کربناته کلسیم بالا می رود و به همین دلیل میزان انحلال پذیری در مناطق دارای آب و هوای سرد بیشتر است . ولی چرا افزایش درجه حرارت موجب کاهش انحلال پذیری سنگ آهک می گردد، همانطور که اشاره شد ، این پدیده به گرمازایی واکنش مربوط می شود و با شبکه بلوری آن مورد هجوم آب واقع می گردد، و انرژی لازم برای شکستن بلور توسط آب تأمین می شود . سپس پیوندهای جدیدی تشکیل می گردد چون پیوندهای جدید انرژی کمتری از پیوندهای اولیه بلور را دارا هستند ، واکنش گرمازا خواهد بود .

  انحلال سنگ آهک در دمای کم و در آب و هوای سرد سرعت بیشتری دارد و میزان فرسایش فیزیکی و شیمیایی در کوه های کم ارتفاع با آب و هوای سرد 160 میلیمتر در هزار سال می باشد . در حالی که تحت همین شرایط و با آب و هوای گرم این مقدار به حدود 16 میلیمتر در هزارسال می رسد (Milanovic,1981). نتایج آزمایش های متعدد طی مطالعات انجام شده نشان داده است که افزایش درجه حرارت موجب کاهش انحلال گازکربنیک در آب خواهد شد . به طور کلی ، بین صفر تا 70 درجه سانتیگراد با افزایش هر درجه حرارت انحلال به میزان 2 تا 3 میلی گرم در لیتر کاهش پیدا می کند .

5-    اسیدیته آب

    آب های جاری در مناطق کربناته معمولاً قلیایی هستند و اسیدیته آنها عموماً بین 8-5/7 متغیر است . با ورود گاز کربنیک به درون آب به ویژه در درجات حرارت کم ، حلالیت این گاز در آب بیشتر می شود و در نتیجه اسیدیته آب کاهش می یابد و این مسأله منجر به انحلال مقادیر زیادتری از کربنات کلسیم خواهد شد .

6-    سطح در معرض تماس با آب

   در صورتی که سطح بیشتری در معرض تماس با آب قرار داشته باشد ، انتظار می رود میزان انحلال سنگ افزایش پیدا کند . در سنگ های انحلال پذیری که دارای شکستگی های زیادی می باشند ، سطح تماس بیشتری در مسیر جریان آب واقع خواهد شد . برای مثال ، محل تقاطع شکستگی  ها مسیری مناسب برای جریان یافتن آب و توسعه کانال کارستی است . چنین کانالی در نهایت ممکن است به تشکیل غار منجر شود (قبادی،1386، ص143).

7-    سرعت جریان آب

  مطالعات انجام شده در مناطق متشکل از توده سنگ های کارستی به منظور پیدا کردن جریان های آب زیرزمینی در مجاری اصلی به همراه تجزیه و تحلیل اطلاعات موجود و تجربیات حاصله نشان دهنده تنوع در میزان سرعت جریان آب با دامنه تغییرات وسیع است. بر این اساس ، محدوده سرعت بین 002/0 تا 55 سانتیمتر بر ثانیه می باشد (Milanovic,1981). معدل سرعت جریان آب در بیشتر اوقات حدود 5 سانتیمتر بر ثانیه می باشد. این میزان سرعت در محل های فرو رفتن آب بلافاصله افزایش پیدا می کند که این در نتیجه افزایش شیب آبی یا گرادیان هیدرولیکی می باشد . در مکان هایی که سرعت آب افزایش دارد ، میزان انحلال افزایش پیدا می کند ؛ زیرا از اشباع شدن آب جلوگیری شده و سرعت انحلال بیشتر می شود .

8-   نوع جریان ( خطی ، آشفته )

  نوع جریان آب در نواحی کارستی با سایر مناطق متفاوت است . مطالعات انجام شده روی این مناطق نشان داده است که جریان های آب در سفره های کارستی آرام و معدل سرعت کم تر از 1 متر در روز است که با جریان آرام مطابقت دارد . ولی اگر ضریب نفوذ پذیری به بیشتر از 5 متر در روز برسد ، آنگاه جریان آشفته خواهد بود . بررسی های انجام شده در سنگ های کربناته محل سد لار سرعت جریان آب را از مخزن سد به طرف پائین دست سد بین 5 تا12 سانتیمتر بر ثانیه نشان داده است . بر اساس نتایج حاصل از همین مطالعات ، عبور آب از سنگ های کربناته منطقه تیزکوه منتهی به دریاچه سد لار دارای ماهیتی آشفته می باشد . با توجه به شناخت نوع جریان می توان قدرت انحلال آب را ارزیابی کرد ؛ به این معنا که جریان های آب دارای ماهیت آشفته قدرت انحلال بیشتری نسبت به جریان های خطی دارند . با توجه به وجود مجاری و فضاهای خالی با ابعاد و اشکال مختلف در نواحی کارستی و عبور جریان آب از میان این کانال ها وجود جریان های آشفته در این نواحی محتمل تر می باشد .

9-    حجم جریان آب عبوری

   در نواحی مسطح یا دشت با هوای سرد که نزولات جوی سالیانه بین 500-300 میلیمتر است ، میزان فرسایش حدود 40 میلیمتر در یک هزار سال می باشد(Milanovic,1981). در واقع ، ریزش های آسمانی حجم آب عبوری را افزایش می دهد که از عوامل مؤثر در افزایش انحلال سنگ است .

 

منبع: جزوه اموزشی ژئومورفولوژی کارست دکتر نگارش دانشیار گروه جغرافیا دانشگاه سیستان و بلوچستان