فرونشست زمین و علل آن

فرونشست یا Land subsidence ریزش یا نشت سطح زمین که به دلایل مختلف و در مقیاس‌های گوناگون رخ می‌دهد، می‌باشد. اصطلاح فرونشست به حرکات قائم و رو به پایین سطح زمین که می‌تواند با بردار افقی نیز همراه باشد، گفته می‌شود. این تعریف پدیده‌هایی همچون زمین لغزش‌ها را به دلیل اینکه حرکت آنها دارای بردار افقی قابل توجهی است و همچنین نشست در خاک‌های دستی، که دارای مکانیسم متفاوتی می‌باشد شامل نمی‌شود.

رخداد پدیده مورفولوژیکی فرونشست می‌تواند متأثر از عوامل طبیعی مانند آتشفشان، ریزش زمین در محل سنگ‌های انحلال پذیر، گسل، رانش قاره‌ای، چین خوردگی، آتش سوزی زیرزمینی و یا عوامل انسانی همچون استخراج معادن، استخراج آب زیرزمینی و نفت وگاز، ساخت و ساز باشد. هرچند محوریت رویداد آن متوجه دو عامل اصلی استخراج آب زیرزمینی و کارستی شدن سنگ‌های انحلال پذیر است.

مکانیزم اساسی پدیده فرونشست زمین

در اثر زهکشی آب از لایه ریزدانه و در اثر افت فشار هیدرولیکی، تنش مؤثر افزایش یافته و سبب افزایش تراکم غیر الاستیک در خاک می‌شود. بر این اساس آرایش دانه‌های خاک به هم خورده و آرایش جدید باعث کاهش حجم و ضخامت عمودی لایه و درنهایت نشست زمین می‌شود. هرگاه نیروی ناشی از وزن طبقات بالای سطح ایستابی بر مقاومت موادی که بر روی آبخوان هستند غلبه نماید، سبب ایجاد شکاف در سطح می‌گردد. در مواردی نیز ساختار زمین‌شناختی مانند گسل‌ها، شرایط را برای ایجاد شکاف فراهم می‌کنند و محل به وقوع پیوستن آن‌ها را کنترل می‌کنند. معمولاً فرونشست زمین بلافاصله بعد از خروج سیال رخ نمی‌دهد بلکه در زمانی طولانی‌تر از برداشت اتفاق می‌افتد. تشکیل شکاف‌های کششی طولی درنتیجه افزایش خطی فرونشست از حاشیه ارتفاعات به سمت مرکز دشت است و به‌طورکلی شکاف‌های طولی زمین با زمین‌های در حال نشست ارتباط دارد.

علل اصلی فرونشت زمین

همان‌طور که گفته شد عوامل ایجاد پدیده فرونشست زمین بسیار گوناگون است. ازجمله اساسی‌ترین این علت‌ها انحلال، آب‌شدگی یخ‌ها و تراکم نهشته‌ها، حرکت آرام زمین و خروج گدازه و یا عملیات انسانی نظیر معدنکاری یا برداشت آب زیرزمینی و نفت، برداشت و استخراج مواد معدنی، ریزش سازه‌های زیرزمینی مانند تونل‌ها و یا ایجاد حفرات در اثر انحلال می‌باشد.

در بین عوامل مؤثر در ایجاد فرونشست، به نظر می‌رسد که برداشت بیش‌ازحد مجاز از منابع آب زیرزمینی، ضخامت لایه رسوبی و ویژگی‌های مهندسی رسوبات، عوامل اصلی ایجاد فرونشست در بیشتر دشت‌های ایران هستند.

۵ آسیب ناشی از فرونشست

۱) کاهش برگشت‌ناپذیر تمام یا بخشی از مخزن آب زیرزمینی درنتیجه از بین رفتن یا کاهش تخلخل مفید نهشته‌ها

۲) تغییر ناهمسان در ارتفاع و شیب رودخانه‌ها و آبراهه‌ها و سازه‌های انتقال آب

۳) کاهش بازدهی یا ایجاد تخریب در شریان‌های حیاتی و سازه‌های مهم

۴) کاهش میزان نفوذپذیری سطحی و پیرو آن گسترش پهنه‌های بیابانی و تغییر در توپوگرافی و توسعه دشت سیلابی

۵) پیشروی امواج در مناطق ساحلی

پیشینه فرونشست در ایران و جهان

اولین فرونشست شناسایی‌شده در اثر بهره‌برداری و برداشت بی‌رویه از آب‌های زیرزمینی جهت مصارف کشاورزی در ایالت کالیفرنیای آمریکا و در ناحیه سانتا کلارا رخ داده است. یکی از بهترین نمونه‌های فرونشست زمین در اثر برداشت بی‌رویه آب‌های زیرزمینی در دنیا ناحیه‌ای به نام دره سان جاکوئین در کالیفرنیای آمریکا است که فرونشستی برابر با ۹ متر در بین سال‌های ۱۹۲۵ تا ۱۹۷۵ در نقطه بیشینه آن گزارش شده است. امروزه رخداد فرونشست زمین در بیش از ۱۵۰ شهر مهم جهان و ازجمله مشهد گزارش شده است و در بسیاری از نقاط مانند: مکزیک، استرالیا، کلمبیا، چین، آمریکا، تایلند، هند، ژاپن، ایران، ایتالیا، هلند، ونزوئلا، مصر، عربستان سعودی، انگلستان، فرانسه، فلسطین اشغالی، لهستان و سوئد فرونشست زمین اتفاق افتاده است.

اولین دشتی که در آن نشست زمین در اثر افت سطح آب زیرزمینی گزارش گردیده است دشت رفسنجان و در سال ۱۳۴۶ بوده که به ازای هر ۱۰ متر افت سطح آب زیرزمینی حدود ۴۱ سانتیمتر نشست سطح زمین گزارش شده است.

راهکار جلوگیری از فرونشست:

به‌ عنوان راهکار درازمدت بر مبنای تجربه سایر کشورها چاره‌ای جز اصلاح روش‌های مدیریت منابع آب وجود ندارد و تا زمان باقی است باید به‌ سوی آن حرکت کرد. اما تا آن هنگام و به‌عنوان راهکار فوری و اضطراری دست کم می‌توان به جلوگیری از ادامه فعالیت استفاده‌کنندگان غیرمجاز و چاه‌های حفر شده به این طریق (که در بسیاری موارد تعداد آن‌ها از چاه‌های مجاز بیشتر است) مبادرت ورزید. در غیر این صورت و با روند موجود ضمن از دست دادن بخش عظیمی از منابع آب برای همیشه، پدیده‌هایی نظیر فروچاله ها و فرونشست‌های ناحیه‌ای با ابعاد نامعلوم و با آسیب‌های جبران‌ناپذیر، باز هم اتفاق می‌افتد.