پاورپوینت زمین شناسی زیست محیطی رهیافتی به علم سیستم زمین

زمین شناسی زیست محیطی رهیافتی به علم سیستم زمین

بخش یکم مفاهیم بنیادی:
چگونه انسان به زمین می نگرد و آن را مطالعه می کند.
مفاهیم کلی و اندیشه های بنیادی برای درک روشی که زمین کار می کند تفکر علمی نامیده می شوند، روشهایی که در آن سیستمها عمل می کنند ، بر هم اثر می گذارند و ماهیت سیستمهای در حال تغییر در مقیاسهای زمانی متفاوت بررسی می شود.

فصل اول مقدمه ای بر علوم زمین محیطی
علم چیست، و چرا برای زندگی ما مهم است؟
تفکر علمی بر اساس این باور است که پدیده های طبیعی شامل زلزله ها ، آتشفشانها، تغییرات اقلیمی و سیلابها دارای علتهای فیزیکی هستند که می توانند کشف شوند و برای پیش بینی رویدادهای بعدی مورد استفاده قرار گیرند.

فصل اول: مقدمه ای بر علوم زمین محیطی
4
برخی سئوالات اساسی درباره علم و علوم زمین محیطی :

چه چیزهایی تفکر علمی را از سایر انواع تفکرها متمایز می کنند؟
چرا روش علمی موثرترین راهبرد است که تا کنون برای یادگیری رویدادهای فیزیکی اندیشیده شده است؟
محدودیتهای تفکر علمی چیستند؟
چگونه علم در جهت حفظ منابع زمین و دوری از خطرات محیطی استفاده می شود؟
مزایای علم سیستم زمین برای درک محیط کره زمین چیست؟

فصل اول: مقدمه ای بر علوم زمین محیطی
5
در علوم زمین، آزمایشگاه دانشمندان محیط است و تجاربی که دانشمندان اعلام می کنند فرایندهای خود طبیعت می باشند. پدیده های طبیعی نظیر فورانهای آتشفشانی یا تغییر اقلیم کره زمین برای دانشمندان مشاهداتی فراهم می نمایند که می توانند برای تعیین علل آن رویدادها و، شاید، پیشگویی رویدادهای بعدی استفاده شوند.

فصل اول: مقدمه ای بر علوم زمین محیطی
6
علم از اتکا به روش علمی پدید می آید .
روش علمی بر اساس سیستماتیکاندیشه ها یا فرضیه هایی می باشد که توسط دانشمندان برای توضیح مشاهدات پدیده های طبیعی توسعه داده شده است.

فصل اول: مقدمه ای بر علوم زمین محیطی
7
تکامل و محیط

زمین 6/4 میلیارد سال پیش تشکیل گردید. حدود یک میلیارد سال بعد، پس از آنکه پوسته زمین، هواکره و اقیانوسها شکل گرفتند، موجودات تک سلولی (باکتریها) در اقیانوسها پدیدار شدند. در طول زمان، زندگی گیاهی در حال توسعه در اقیانوسها به اندازه ای اکسیژن به عنوان مواد زائد به داخل هواکره تزریق کرد که قابل تنفس گشت .

فصل اول: مقدمه ای بر علوم زمین محیطی
8
محیط دارای اکسیژن تکامل میلیونها گونه های دریایی و خشکی را موجب گردید ولی بسیاری از آنها که زمانی رشد چشمگیری داشتند در زمانی دیگر از بین رفتند.

با نابودی برخی گونه ها، تکامل گونه های دیگر از سرگرفته شد. تعداد گونه ها در روی زمین در طول زمان افزایش یافت. این تنوع گونه ها در روی زمین در طول زمان افزایش یافت. این تنوع زیستی عمدتاً به زمین ساخت ورقی قابل استناد است.

فصل اول: مقدمه ای بر علوم زمین محیطی
9
پاره شدن پانگه آ در 200 میلیون سال قبل محیطهای جدید متنوعی، شامل نواحی وسیع نزدیک ساحلی ایجاد کرده اند که محلهای سکونت بسیاری را فراهم می نماید.

گونه های متعلق به خود ما (انسان) حدود 100.000 سال پیش بر روی خشکی آفریقا پدیدار شد.

فصل اول: مقدمه ای بر علوم زمین محیطی
10
تعداد گونه های گیاهی و جانوری در 600 میلیون سال گذشته

فصل اول: مقدمه ای بر علوم زمین محیطی
11
تکامل انسان

بعد از نابودی دایناسورها در 65 میلیون سال قبل، پستانداران شکوفا شده و بر روی زمین تکامل یافتند. نخستیها در اثنای این زمان در جنگلهای آفریقا ظاهر شدند. نخستیها راسته ای (order) از پستانداران هستند که شامل میمونها بوزینه ها، و انسان ها می باشند.
بین 2 و 4 میلیون سال قبل اقلیم آفریقای استوایی خشکتر و گرمتر شد و جنگلها کوچک گشتند.
این امر احتمالاً برخی نخستیهای اولیه را تشویق کرد تا راست (قائم) به داخل ساوانا (savanna) (یا علفزارهای) مجاور حرکت کنند.

فصل اول: مقدمه ای بر علوم زمین محیطی
12
یک نخستی پرگوی (وراج) راست رو بزرگ مغز، حدود 50.000 تا 100.000 سال قبل در این محیط علفزار تکامل یافت. این گونه خود ما بود که هم اکنون هوموساپینس یا "انسان متفکر" نامیده می شود.

برخی از آنها در آفریقا باقی ماندند و برخی دیگر بسمت شمال و شرق به سراسر اروپا و آسیا، احتمالاً در جستجوی غذای بیشتر یا در واکنش به تغییر اقلیم و محیط، رهسپار شدند.

فصل اول: مقدمه ای بر علوم زمین محیطی
13
از حدود 25.000 تا 12.000 سال پیش، بشر شرایط عصر یخ را تحمل کرد.

با تبدیل مقادیر مهمی از آبها به ورقه های وسیع یخی، تراز دریاها افت کرد و پلهای زمینی (خشکی) را در بین قاره های مختلف نمایان ساخت. با استفاده از این پلهای تازه نمایان شده، مردم به سرزمینهایی که قبلاً غیرقابل دسترس بودند مهاجرت کردند.

فصل اول: مقدمه ای بر علوم زمین محیطی
14
به تدریج انسانهای موجود در یک محیط ویژه خصوصیات ویژه ای را توسعه دادند.

در نتیجه این تکامل و تطبیق، بشر به نژادهای مختلفی تنوع یافت که همه آنها درجه ای از توانایی دارا بودند که در بین حیوانات دیگر در ارتباط با ایجاد و استفاده از ابزارها از مواد خام زمینی ـ یا به اختصار توسعه فناوری ـ و ارتباط افکار با زبان، بی رقیب بود.

فصل اول: مقدمه ای بر علوم زمین محیطی
15
اثرات انسان بر روی محیط

در حدود 10.000 سال پیش اقلیم جهانی بطور کلی گرمتر شد . در آغاز این دوره نسبتاً گرم اجداد ما یاد گرفتند که چگونه محصولات غذایی خود را رشد دهند ، حیوانات را اهلی سازند، رودخانه ها را به داخل نهرهای آبیاری برگردانند و جریان آب را در مخازن پشت سدها کنترل نمایند( انقلاب کشاورزی) .

فصل اول: مقدمه ای بر علوم زمین محیطی
16
در چند صد سال گذشته جمعیت انسانی از کمتر از 5/0 میلیارد نفر به 1 میلیارد نفر در اوائل 1800، 2 میلیارد نفر در 1930، 4 میلیارد نفر در حدود 1975، 5 میلیارد نفر در 1987، متجاوز از 6 میلیارد نفر در سال 2000 رسیده است. پیش بینی می شود که جمعیت جهانی تا سال 2010 به رقم 8 یا 9 میلیارد نفر برسد.

فصل اول: مقدمه ای بر علوم زمین محیطی
17
اثر انسان بر روی منابع و محیط زمین بسیار است .اثرات منفی محیطی ناشی از انقلاب صنعتی گه در قرن هجدهم آغاز گشت شامل آلودگی هوا، آب، فرسایش خاک، تجمع زباله های انسانی و گسترش بیماریها است. در نتیجه، آگاهی محیطی و قانونگذاری در این زمنیه در بسیاری از کشورها، بویژه در چند دهه اخیر، افزایش داشته است.

فصل اول: مقدمه ای بر علوم زمین محیطی
18
موضوعهای بحرانی در علوم زمین محیطی

مهمترین موضوع بحرانی رشد جمعیت می باشد، که مشخصاً از زمان انقلاب صنعتی شتاب داشته است. با رشد جمعیت و صنعت تقاضاهای فزاینده برای منابعی نظیر سوخت، زمین و آب شیرین تمیز وجود دارد. فروسایی محیطی نتیجه اجتناب ناپذیر این تقاضاها است.

فصل اول: مقدمه ای بر علوم زمین محیطی
19
پیشگویی دقیق رشد جمعیت انسانی تقریباً غیرممکن است زیرا بستگی به صف گیج کننده متغیرها، از پیشرفتهای کشاورزی، اقدامات بهداشتی و پزشکی گرفته تا اثرات فرهنگی، مذهبی و پزشکی دارد. نرخ افزایش جمعیت انسانی در سراسر تاریخ انسان تغییر کرده است، ولی برجسته ترین ویژگی آن یک افزایش شتاب دار در چند صد سال اخیر می باشد.

فصل اول: مقدمه ای بر علوم زمین محیطی
20
نرخ واقعی رشد تدریجی جمعیت انسانی در 2000 سال گذشته نسبت به نرخ رشد توانی آن کمتر بوده است.

فصل اول: مقدمه ای بر علوم زمین محیطی
21
رشد توانی :یک جمعیت 1 میلیارد نفری را در نظر بگیرید که نرخ رشد سالانه آنها 2% است. در طول یک سال این جمعیت با 2 دو درصد 1 میلیارد نفر، یعنی 20 میلیون نفر افزایش خواهد یافت؛ در سال دوم مقدار رشد 2% یک میلیارد و بیست میلیون نفر (یعنی 4/20 میلیون نفر) خواهد بود. هر سال تعداد مردم افزوده شده افزایش می یابد اگر چه نرخ رشد افزایش نیابد.

فصل اول: مقدمه ای بر علوم زمین محیطی
22
جمعیت انسانی تقریباً مشابه رشد توانی رشد کرده و با نرخ رشد کنونی، هر 40 تا 46 سال، دو برابر می شود.

در تاریخ انسانی 2 میلیون سال طول کشید تا اولین میلیارد به وجود آید، 130 سال بعد از آن میلیارد دوم، 30 سال بعد میلیارد سوم، 15 سال بعد میلیارد چهارم و فقط 12 سال برای اضافه شدن میلیارد پنجم طول کشید. میلیارد ششم کمی قبل از سال 2000 اضافه شد و میلیارد هفتم کمی بعد از سال 2000 اضافه می شود،.

فصل اول: مقدمه ای بر علوم زمین محیطی
23
رشد جمعیت با شتاب قابل توجهی انجام می شود. در نرخ رشد کنونی، کمتر از فقط 2 سال طول می کشد تا تمام مردمی که در دنیا در مدت 200 سال اخیر بواسطه جنگها کشته شده اند، یعنی 165 میلیون نفر، جایگزین شود. یکی از بزرگترین کوتاهیهای گونه انسانی بی میلی او در مواجهه با نتایج شتابدار رشد جمعیت است.

فصل اول: مقدمه ای بر علوم زمین محیطی
24
نتایج رشد سریع جمعیت

گونه های گیاهی و حیوانی بطور فزاینده ای منقرض خواهند شد. سرزمینهای طبیعی تخریب خواهند گردید و آب آلوده خواهد شد. مردم در اثنای خشکسالیها یا در جنگهای ناشی از کمبود منابع خواهند مرد.

فصل اول: مقدمه ای بر علوم زمین محیطی
25
منابع و توسعه پایدار

آیا زمین دارای مقدار «ظرفیت حمل» محدودی است که تعداد آستانه مردم در آنسوی آن نمی تواند جمعیت انسانی را با هوای پاک، آب تمیز و تغذیه کافی نگهدارد؟ برای پاسخ به این سوال ما نه تنها نیازمند توجه به تعداد مردم هستیم بلکه باید متوجه مقدار منابع مورد نیاز برای زنده ماندن آنها نیز باشیم.

فصل اول: مقدمه ای بر علوم زمین محیطی
26
منبع چیزی است که از محیط خودمان بدست می آوریم و با نیازها و خواسته های ما برخورد دارد. برخی منابع اصلی نظیر هوا، آب و مواد خوراکی مستقیماً از این محیط قابل دسترس اند. منابع دیگر، به خاطر آنکه ما فناوری را برای استخراج آنها توسعه داده ایم، در دسترس قرار گرفته اند. اینها شامل نفت، آهن و آب زیرزمینی هستند.

فصل اول: مقدمه ای بر علوم زمین محیطی
27
بطور کلی مردم ثروتمند کشورهای پیشرفته از منابع بسیار بیشتری نسبت به آنچه برای زنده ماندن آنها مورد نیاز می باشد، استفاده می برند. ایالات متحده، برای نمونه، دارای فقط 8/4% جمعیت دنیا است، در حالیکه 33 درصد انرژی غیرقابل تجدید دنیا و منابع معدنی پردازش شده را مصرف می کند.

فصل اول: مقدمه ای بر علوم زمین محیطی
28
منابع بر حسب درجه تجدیدپذیری آنها به سه نوع اصلی طبقه بندی می شوند: بالقوه تجدید پذیر، غیرقابل تجدید و دائمی.

منابع بالقوه تجدیدپذیر می توانند در کوتاه مدت با مصرف سریع و آلوده شدن نقصان یابند، ولی در بلند مدت معمولاً توسط فرایندهای طبیعی جایگزین می شوند ( تشکیل خاک ) .

فصل اول: مقدمه ای بر علوم زمین محیطی
29
منابع غیرقابل تجدید نظیر سوخت های فسیلی و فلزات، پایان پذیر و بیرون کشیدنی اند؛ چون آنها فقط بعد از میلیونها سال تحت شرایط زمین شناسی ویژه تولید می شوند ونمی توانند در مقیاس زمان زندگی انسانی دوباره ذخیره شوند.

برخی منابع تجدید ناپذیر نظیر مس و آهن می توانند بازچرخش و باز استفاده شوند و ذخیره ها را حفظ کنند.

فصل اول: مقدمه ای بر علوم زمین محیطی
30
منابع دائمی آنهایی هستند که در یک مقیاس زمان انسانی دهها و صدها سال پایان ناپذیر می باشند. (انرژی خورشیدی ، انرژی گرمایی داخل زمین وانرژی ایجاد شده توسط پدیده های سطحی زمین نظیر باد و آب جاری ) .

فصل اول: مقدمه ای بر علوم زمین محیطی
31
یکی از مهمترین تغییرات در تاریخ انسانی تقاضای فزاینده برای انرژی و استفاده آن است .

فصل اول: مقدمه ای بر علوم زمین محیطی
32
تولید و مصرف منابع تجدید پذیر، غیر قابل تجدید، و دائمی منحنی های رشد متفاوتی را دنبال می کنند .

فصل اول: مقدمه ای بر علوم زمین محیطی
33
آلودگی، زباله ها و اثر محیطی

بسیاری از مسایل محیطی دنیا وابسته به زباله های تولید شده توسط فعالیت های انسانی است. تمام انسانها کم و بیش زباله هایی را تولید می کنند که هوا، آب و زمین را آلوده می کند.

فصل اول: مقدمه ای بر علوم زمین محیطی
34
آلودگی اختلاط یا آلوده شدن یک ماده با ماده ناخواسته دیگر است. آلودگی محیطی وقتی حاصل می شود که یک ماده آلوده کننده کیفیت یک محیط را پایین آورد. آلوده کننده های معمول در نواحی شهری عبارتند از :
(CO2)،
(SO2)
اکسید های ازت
که تمام آنها توسط سوختن سوختهای فسیلی تولید می شوند و به هواکره رها می گردند.

فصل اول: مقدمه ای بر علوم زمین محیطی
35
زباله ها فراورده های ناخواسته و باقیمانده هایی هستند که از استفاده یا تولید یک منبع به دست می آیند .

انسانهای جدید در جوامع صنعتی شده تراکم جمعیتی و فناوریهای بسیار بیشتری دارند که آنها را قادر می سازد تا مقادیر بزرگی از زباله ها را در یکجا جمع کنند که بیشتر آنها در نواحی کوچک سمی و عفونی هستند.

فصل اول: مقدمه ای بر علوم زمین محیطی
36
مدلی از اثر محیطی وسعت اثر محیطی بستگی به سه متغیر دارد:
1ـ جمعیت
2ـ سرانه مصرف منابع
3ـ مقدار فروسایی محیطی و آلودگی بر حسب واحد منبع بکار برده شده :

تعداد مردم* سرانه مصرف منابع* فروسایی و آلودگی بر حسب واحد منبع بکار برده شده = اثر محیطی

فصل اول: مقدمه ای بر علوم زمین محیطی
37
به موجب این مدل سه نوع فروسایی محیطی می توانند رخ دهند:

نوع اول ، زیاده از حد شدن جمعیت مردم.
نوع دوم، مصرف زیاده از حد ،
نوع سوم ، زیاده از حد شدن آلودگی

فصل اول: مقدمه ای بر علوم زمین محیطی
38
به حداقل رساندن اثرات محیطی حل مسئله فروسایی محیطی که توسط رشد سریع جمعیت ایجاد شده است اساسی می باشد .
کاهش فروسایی محیطی بواسطه مصرف می تواند، از طریق کاهش مصرف منابع به ازای هر شخص و کوششهای متناسب برای انجام هر چه بیشتر بازچرخش و باز استفاده فراورده ها، صورت گیرد.
کاستن فروسایی محیطی ناشی از آلودگی می تواند با استفاده از فناوریهای صنعتی و استخراج منابع نایل شود.

فصل اول: مقدمه ای بر علوم زمین محیطی
39
در ژوئن 1992، نمایندگان 150 کشور و 1400 سازمان غیر دولتی، تقریباً 8000 روزنامه نگار و بسیاری دیگر در ریودوژانیرو، برزیل، برای کنفرانس ملل متحد در ارتباط با محیط و توسعه گرد آمدند که بطور غیررسمی اوج زمین نامیده شد. مهمترین نتایج اوج زمین تعهد کشورها به موارد زیر بود:
تاسیس موسسه های بین المللی نظیر کمیسیون توسعه پایدار وابسته به ملل متحد.
توسعه راهبردها برای سنجش گزارشهای ملی.
افزایش ساز وکارهای مالی برای حمایت از کوششهای محیطی بین المللی .
توسعه مشارکت عمومی و غیر دولتی در حل کشمکشهای محیطی .

فصل اول: مقدمه ای بر علوم زمین محیطی
40
بلایا، سانحه ها و مخاطره های طبیعی

بلایای طبیعی تغییرات محیطی مخرب و ناگهانی هستند که در نتیجه فرایندهای زمین شناختی دراز مدت اتفاق می افتند ولی در ظاهر بدون اعلام رخ می دهند) برای نمونه، زلزله ها (.
سانحه زمین شناختی یک پدیده یا فرایند طبیعی با پتانسیل بلاخیزی است. سنگهای موجود در قله یک تپه با شیب تند سانحه ای را شکل می دهند. یک بهمن سنگی مخرب یک بلا است.

فصل اول: مقدمه ای بر علوم زمین محیطی
41
مخاطره به بزرگی بالقوه مرگ و میر، زخمی شدگی یا از بین رفتن خاصیت بواسطه یک سانحه ویژه مربوط می شود.

زلزله یا آتشفشان
تصادفات اتومبیل
آتش سوزی

فصل اول: مقدمه ای بر علوم زمین محیطی
42
علوم زمین محیطی و علم سیستم زمین

فصل اول: مقدمه ای بر علوم زمین محیطی
43
این کتاب درباره علوم زمین محیطی است که با زمین و بسیاری از سیستمهای برهم کنش آن سروکار دارد:

پاکسازی محیط،
اکتشاف و استفاده از منابعی نظیر نفت و آب،
پیش بینی و کاستن از سوانح طبیعی نظیر زلزله ها و فورانهای آتشفشانی
تغییرات کره زمین، بویژه تهدید دو گانه گرمایش کره زمین
بالا آمدن تراز دریا

فصل اول: مقدمه ای بر علوم زمین محیطی
44
سیستم های محیطی به هم پیوسته
اثرات محیطی از بین بردن جنگلها نمونه ای از طبیعت به هم پیوسته سیستمهای زمینی و نیاز برای مطالعات بسیار انضباطی چنین آثاری است .
اثرات تخریب جنگل بر روی دامنه ها و رودها نمونه ای از عوامل مختلف سیستمهای زمین هستند.
(الف) در یک ناحیه جنگلی متراکم، درختان حرکت آب باران را کند می کنند، طوری که آب به آهستگی از طریق پهنه برگ روی کف جنگل ریخته و سرانجام به داخل خاک نفوذ می کند. ریشه های درخت خاک را نگه می دارند و فرسایش کمی رخ می دهد.
(ب) تخریب جنگل خاک با رویش گیاهی کم را آشکار می سازد. باران خاک را فرسایش داده و از طریق جریانهای دامنه ای به داخل رودخانه می ریزد. تراز آب بالا آمده، باعث سیلاب و فرسایش بیشتر می گردد.

فصل دوم سیستمهای پویای زمین
علم سیستم زمین به روابط بین سیستمهای مختلف زمین و تغییراتی که در آنها با زمان رخ می دهد تمرکز دارد. علم سیستم زمین تمام زمین را به عنوان یک سیستم منفرد می بیند که در آن ماده و انرژی در داخل زیر سیستمهای متعدد آن، شامل سنگ کره (بیرونی ترین لایه جامد زمین)، خاک کره (سنگها و خاکهای متلاشی و تجزیه شده)، آب کره (آب)، زیست کره (زندگی) و هواکره چرخش می کند. انسانها بخشی از سیستم کل زمین هستند، برای منابع آن به زمین وابسته اند، به محیطهای آن اثر می گذارند و به تغییرات آن واکنش نشان می دهند.

فصل سوم سنگ کره : منابع ، خطر ها و تغییر
مناظر نقشه ها و تصاویر ماهواره ها بینشهای زیادی به فرایندهایی که پوسته زمین را شکل می دهند فراهم می سازند.

فصل اول: مقدمه ای بر علوم زمین محیطی
47
در این بخش منابع سنگ و کانی ، اثر محیطی معدن کاری ، مخاطره های آتشفشانی، و زمین لرزه ها بررسی می شوند.

گرمای ناشی از داخل زمین (انرژی گرمایی) فرایندهای تشکیل ورقه، فرورانش، ذوب سنگها، نفوذ مواد آذرین، آتشفشانی و زلزله ها را پیش می برد. گرمای زمین همچنین به تمرکز نهشته های معدنی مانند طلا و مس کمک می کند. این کشف که گرما می تواند فلزات را تصفیه، ترکیب و موقتاً نرم سازد یک نقطه تحول در تاریخ انسان از عصر سنگ تا عصر مفرغ (برنز) را مشخص می سازد.

فصل اول: مقدمه ای بر علوم زمین محیطی
48
منابع سنگ و کانی
زمانی دراز انسانهای اولیه ابسیدین استفاده می کردند. اپسیدین شیشه ای طبیعی است که در اثنای برخی انفجارهای آتشفشانی تولید می شود و از آن تیغه ها و نوک پیکانها را می ساختند.

فصل اول: مقدمه ای بر علوم زمین محیطی
49
یک باستان شناس قدیمی اهل دانمارک تاریخ انسان را در اوراسیا و آفریقا به سه عصر فناوری بزرگ تقسیم نمود:

عصر سنگ که چند میلیون سال پیش شروع شد و حدود 5500 سال پیش پایان یافت؛ عصر مفرغ،
که از حدود 5500 تا 3600 سال پیش دوام داشت؛
عصر آهن که از حدود 3600 سال پیش شروع شده و هنوز ادامه دارد .

فصل اول: مقدمه ای بر علوم زمین محیطی
50
همزمان، مواد جدید بسیاری از شیشه (کوارتز) و سرامیک (رس) ساخته می شوند که برخی دانشمندان را وادار می سازد تا زمان کنونی را به عنوان عصر سنگ جدید قلمداد نمایند.

فصل اول: مقدمه ای بر علوم زمین محیطی
51
ایالات متحده با داشتن کمتر از 5 درصد جمعیت جهان و 7 درصد از مساحت خشکی، حدود یک چهارم کانیهای تولید شده را مصرف می نماید. با تقسیم کل مصرف سالیانه کانیهای غیر سوختنی آمریکا به جمعیت آن کشور استفاده سالانه هر شخص تقریباً 10 تن محاسبه می شود .
استفاده سرانه کانی ها در ایالات متحده در اثنای دهه 1980 بیشتر از 18000 پوند در هر سال بود. سالانه بطور میانگین حدود 4 تن سنگو بیشتر از 3تن ماسه و گراول برای هر شهروند ایالات متحده استفاده می شود .

فصل اول: مقدمه ای بر علوم زمین محیطی
52
منابع معدنی غیر سوختی با ارزش شامل فلزاتی نظیر آهن، مس و آلومینیوم و غیر فلزاتی نظیر ماسه و گراول می باشند. فلزات پیوندهای فلزی را تشکیل می دهند که در آن الکترونها می توانند در خارجی ترین قشرها آزادانه از طریق آرایه اتمها جریان یابند. به این دلیل، فلزات هادیهای خوب گرما و الکتریسیته بوده و چکش خوارند.

فصل اول: مقدمه ای بر علوم زمین محیطی
53
اثر محیطی معدن کاری
در ایالات متحده، کمتر از 1 درصد سطح خشکی توسط معدنکاری کانیها و زغال سنگها تغییر داده شده است :
آلودگی هوا
آلودگی آب
فلزات سمی
اثرات محیطی معدن کاری را افزایش داده اند .

فصل اول: مقدمه ای بر علوم زمین محیطی
54
تغییرات در صنعت معدنکاری در بسیاری از کشورها، بیستم دوره تنظیم فزاینده فعالیتهایی است که به محیط خسارت وارد می سازند. استانداردهایی برای اصلاح زمین، کنترل نشر مواد زیان آور به هوا، خاک، آب سطحی و آب زیرزمینی و مرتب کردن زباله های خطرناک وجود دارند.

فصل اول: مقدمه ای بر علوم زمین محیطی
55
یک مسئله دیر پای معدنکاری اعاده وضع زمین (اصلاح سطح زمین) به حالت اولیه آن تا آنجا که ممکن است می باشد.

برگرداندن مجدد میلیاردها تن سنگ به داخل محلهای خالی معادن روباز بزرگ احتمالاً هرگز اتفاق نمی افتد. به این دلیل، امیدواری زیادی به روشهای جدید نظیر معدنکاری درجا بسته شده است که فلزات را توسط شستشوی آنها در محل بدون کندوکاو سنگ در برگیرنده از کانسار جدا می سازد

فصل اول: مقدمه ای بر علوم زمین محیطی
56
در اثنای معدن کاری در جا ، حلالها مستقیما به داخل کانسنگ تزریق می شوند و محلول محتوی فلز به بیرون پمپاژ می گردد. خسارت به زمین ، آب سطحی و هوا کاهش می یابد . اثر این روش بر روی آب زیر زمینی هنوز در حال ارزیابی می باشد.

فصل اول: مقدمه ای بر علوم زمین محیطی
57
آثار محیطی معدنکاری

اثرات محیطی معدنکاری رایج عبارتند از:
دورنما یا چشم اندازی که اعاده وضعیت آن مشکل و هزینه آور است.
مقادیر زیادی پس مانده که از آن آبهای اسیدی غنی از فلز ممکن است به داخل آب زیرزمینی، یا در صورتی که رودخانه ای نزدیک باشد، به داخل آن زهکشی شوند.
انتشار گاز دی اکسید گوگرد به داخل هواکره از گداز کانسنگهای گوگرد.

فصل اول: مقدمه ای بر علوم زمین محیطی
58
استفاده از جیوه در فعالیتهای معدنکاری : جیوه که خود یک فلز است، به معدنکاران کمک می کند که فلزات دیگر را استخراج نمایند ( گردآوری یا ملقمه طلا ) .
اشکال استفاده جیوه این است که برای بسیاری از سازواره ها و انسان شدیداً سمی است زمان اقامت. جیوه در آب رودها و دریاچه ها کوتاه است (روزها تا چند سال)، ولی دارای کششی به رسوبات بستر رود می باشد و می تواند برای بسیاری سالها در آنها باقی بماند.

فصل اول: مقدمه ای بر علوم زمین محیطی
59
استفاده جیوه در معدنکاری آن قدر عادی شده است که سیلان جیوه از خشکیها به اقیانوسها هم اکنون 4 برابر و سیلان از خشکیها به هواکره هم اکنون 275 برابر بیشتر از زمان قبل از صنعتی شدن است .

منابع نشر هواکره ای فلزات

فصل اول: مقدمه ای بر علوم زمین محیطی
60
چرخه فلزات در داخل سیستمهای زمین بواسطه معدنکاری، عناصری که در تمرکزهای محلی در سنگ کره وجود دارند، در نواحی گسترده ای به سیستمهای دیگر زمین منتقل شده یا آزاد می گردندکه یکی از بزرگترین اثرات معدنکاری در محیط است.
چرخش زیست ژئوشیمیایی یک فلز کمیاب – مس- در سیستمهای زمینی. ذخیره ها (جعبه ها ) و سیلانها (پیکانها ) نسبت به یکدیگر، بر حسب مقیاس رسم می گردند . سیلانهای ناشناخته توسط علامت سوال نشان داده می شوند. از آنجایی که مقادیر تغییر (طیف) مس بسیار گسترده اند ، برخی از آنها نمیتوانند به طور کافی در اینجا نشان داده شوند .

فصل اول: مقدمه ای بر علوم زمین محیطی
61
چرخش مس در بین سیستمهای زمین
زمان اقامت مس در سیستمهای مختلف زمین برای ارزیابی اثر محیطی فعالیت های معدنکاری مهم است :

در یک سیستم حالت ثابت، نرخ جریان مس مقدار کل جریان آن به داخل یا به خارج یک مخزن می باشد. برای نمونه، زمان اقامت مس در هواکره و در خاک عبارتند از :

به عبارت دیگرمس در داخل هوا کره به تندی (13 روز) و در داخل خاک به کندی (1081 سال) چرخش می کند. یک نمونه از نتیجه محیطی این تفاوت در زمانهای اقامت این است که حتی بعد از این که یک گداز کار خروجیهای مس خود را به هوا کره کاهش می دهد، سالهای بسیاری طول می کشد تا مس اضافی از خاکهای اطراف آن تسهیلات رفع گردد.

فصل اول: مقدمه ای بر علوم زمین محیطی
62
فورانهای آتشفشانی
یک آتشفشان سوراخ یا شکافی به بخش داخلی گرم زمین می باشد، یک روشنایی موقت زیبا و هنوز ترسناکی که از طریق پوسته به گوشته زیر آن ارتباط دارد. در چند قرن گذشته صدها هزار نفر از مردم جهان در اثنای فوران دهها آتشفشان در اطراف دنیا از بین رفته اند که ناشی از تدفین در واریزه های آتشفشانی، گرمای زیاد یا گازهای خفه کننده گرم و توده های متراکم هوا که با سنگ و خاکستر آمیخته اند و جریانهای گل غنی از خاکستر می باشند .

فصل اول: مقدمه ای بر علوم زمین محیطی
63
بیشتر از 1000 آتشفشان بر روی زمین فعال یا بالقوه فعال اند؛ بیشترین فعالیت در ژاپن، اندونزی و ایالات متحده است . محل آتشفشانها عمیقاً وابسته به مرزهای پهنه ها می باشد.
منظره جهانی زمین و مرزهای ورقه های آن رابطه بین زمین ساخت ورقی ، آتشفشانی و زلزله را نشان می دهد . بیشتر آتشفشان ها (نقطه ها ) در امتداد مرز های همگرا (80 %) و واگرا (20 % ) یافت می شوند . استثنا های کم آتشفشان های موجود در نقاط داغ نظیر هاوایی هستند . اقیانوس آرام با مرز های همگرا و آتشفشان ها محدود می شود . تقریبا تمام زلزله ها در امتداد حواشی ورقه ها رخ می دهند .

فصل اول: مقدمه ای بر علوم زمین محیطی
64
کاهش خطرات آتشفشانی

بهترین راه شروع به کاهش خطرات آتشفشانها آماده کردن نقشه های خطر برای تمام آتشفشانهای بالقوه فعال است. تاکنون، چنین نقشه هایی برای حدود 10 درصد آتشفشانهای فعال دنیا تهیه شده اند.

با این حال حتی بهترین نقشه های خطر و دقیقترین اخطار، اگر عموم مردم و مسئولان حکومتی نا آگاه باشند بی فایده خواهد بود.

فصل اول: مقدمه ای بر علوم زمین محیطی
65
زلزله ها و علل آنها

بیشتر زلزله ها نتیجه حرکات ورقه هایی هستند که تنجش (تغییر شکل) سنگها را در جهات مقابل در امتداد سطح گسل، تا زمانی که لغزش داشته باشند، باعث می گردند. تکان حاصله به واسطه رهایی انرژی ذخیره شده در سنگها می باشند .

فصل اول: مقدمه ای بر علوم زمین محیطی
66
برآورد خطرات زلزله

انرژی رها شده در اثنای یک زلزله متناسب با اندازه ـ طول و عرض ـ سطح گسلی است که می شکند و حجم سنگی است که در امتداد گسل تغییر شکل می یابد. هر چه مقدار انرژی رها شده در اثنای یک زلزله بزرگتر باشد، دامنه امواج لرزه ای آن در یک فاصله فرضی از منبع زلزله بیشتر می شود. همچنین، هر چه انرژی رها شده بزرگتر باشد، تخریب بدتر و شدت احساس شده توسط افراد نزدیک به منبع بیشتر است.

فصل اول: مقدمه ای بر علوم زمین محیطی
67
بزرگی زلزله و مقیاس ریشتر

ازدامنه بزرگترین موج لرزه ای بر روی یک لرزه نگاشت استفاده می نماید و برای این که بزرگی آن رویداد را بیان نماید فاصله آن از منبع تصحیح می شود.

مقیاس بزرگی لگاریتمی می باشد، بدین معنی که هر واحد در مقیاس ده برابر ـ یا درجه بزرگی ـ مقیاس قبلی افزایش می یابد.

فصل اول: مقدمه ای بر علوم زمین محیطی
68
شدت زلزله و مقیاس اصلاح شده مرکالی

براساس اثر یک زلزله بر روی ساختمانهایی که توسط انسان ساخته شده است و این که مردم چگونه آنرا تجربه می کنند مشخص می شود. هر کدام از 12 درجه با اعداد رومی نشان داده می شود و این مقیاس لگاریتمی نیست .

فصل اول: مقدمه ای بر علوم زمین محیطی
69
بزرگی لحظه ای انرژی تقریبی یک منبع زلزله را بهتر از اثر آن در سطح زمین اندازه گیری می کند. انرژی لرزه ای می تواند از ابعاد سطح گسل که شکسته شده اند و نیز حجم سنگ تغییر شکل یافته در امتداد گسل محاسبه شود.

محاسبه بزرگی لحظه ای یک یا دو ساعت وقت می گیرد

فصل اول: مقدمه ای بر علوم زمین محیطی
70
یکی از بزرگترین کمکهای زمین شناسان برای ارزیابی خطرات همراه با زلزله ها تهیه نقشه زمین شناختی است.

برای کاستن از مرگ ومیر و کاهش تخریب اموال، چنین نقشه ها می بایستی در اثنای برنامه ریزی و فازهای ساخت و ساز به کار برده شوند، نه بعد از این که ساختمانها تکمیل شدند.

فصل اول: مقدمه ای بر علوم زمین محیطی
71
زلزله های بالقوه در آینده در حال حاضر دانشمندان علوم زمین می دانند که هیچ ابزار قابل اعتمادی وجود ندارند که به وسیله آنها زلزله ای را بر حسب محل، زمان دقیق واندازه آن پیش گویی کرد. از طرف دیگر، پیش بینی ها، که صرفاً محل تقریبی یک رویداد را در آینده بیان می کنند، میسر می باشد

فصل اول: مقدمه ای بر علوم زمین محیطی
72
یکی از مهمترین نتایج تئوری زمین ساخت ورقی درک رابطه بین لرزه خیزی و مرزهای پهنه هاست . بیشتر گسلها و از این رو بیشتر زلزله ها، در امتداد مرزهای پهنه ها رخ می دهند. 95 درصد تمام زلزله ها در مرزهای بین دو پهنه رخ می دهند. 5 درصد بقیه در امتداد مرزهای ورقه های قدیمی اتفاق می افتند .

فصل اول: مقدمه ای بر علوم زمین محیطی
73
کاستن خطرات زلزله ها

برای مهندسان، دانشمندان علوم زمین و سیاستمداران هم امکان پذیر و هم دوراندیشانه است تا برای ایجاد کدهای ساختمانی مناسب برای ساختمانهای از نظر لرزه ای امن با یکدیگر کار کنند. اطلاعات مورد نیاز برای برنامه ریزی درست عبارتند از:

محل احتمالی گسلها، چون منشا زلزله ها هستند.
ویژگیهای زلزله های احتمالی (بزرگی، دوام ونوع گسل).
نوع مواد زمین شناسی خاستگاه زلزله و ساختمانهای مهندسی.

فصل چهارم سیستم های خاک و هوازدگی
خاکها در خاک کره وجود دارند و فرایندهای تشکیل خاک در خاک کره عمل می کنند که نتیجه اعمال متقابل بین سنگ کره، هوا کره، آب کره و زیست کره است.

در این بخش:
سبب خطرهای فرسایش خاک، بیابان زایی، و حرکت توده ای را بررسی کرده و به این موضوع که چگونه می توانیم آنها را به حداقل برسانیم توجه می کنیم.
نمونه هایی از تغییرات در خاک کره را در دوره های زمانی انسانی و زمین شناسی تحقیق می کنیم.

فصل اول: مقدمه ای بر علوم زمین محیطی
75
خاک کره: غشاء زمینی برای دیگر سیستمهای زمین

به تمام لایه های واریزه ای سنگی و مواد آلی خرد شده و تجزیه شده در سطح خشکی های زمین خاک کره می گویند. جرم و انرژی از سنگ کره، آب کره، زیست کره و هوا کره به سراسر خاک کره منتقل می شوند .

فصل اول: مقدمه ای بر علوم زمین محیطی
76
خاک کره اساس اکوسیستم های قاره ای است و تشکیل سطحی در بین این اکوسیستمها ودیگر اکوسیستم های زمینی می دهد. خاک، بخش با کلفتی 1 تا 2 متر، شامل ماده آلی است و در بالای خاک کره تشکیل می شود، جایی که تمام سیستمهای زیرزمینی به هم تاثیر می گذارند. در زیر خاک، سنگ هوازده به سمت پایین تا سنگ هوانزده تغییری تدریجی دارد و تشکیل یک لایه ناهموار تا 200 متر کلفتی می دهد.

فصل اول: مقدمه ای بر علوم زمین محیطی
77
تغییر مواد سنگ و کانی در این غشاء زمینی توسط فرایندهای فیزیکی، شیمیایی و زیستی هوازدگی نامیده می شود.

هوازدگی فیزیکی به خرد و ریز شدن مکانیکی سنگها و کانیها نسبت داده می شود.

هوازدگی شیمیایی به دگرسانی شیمیایی سنگها و کانیها استناد می گردد. هر دو نوع هوازدگی با فرایندهای زیست شناختی افزایش می یابند.

فصل اول: مقدمه ای بر علوم زمین محیطی
78
واکنشهای شیمیایی در سطح سنگها و کانیها رخ می دهند، بنابراین هوازدگی فیزیکی از طریق شکستن و جداکردن سنگ تازه و در معرض هوا قراردادن سطوح بیشتر، هوازدگی شیمیایی را تسهیل می نماید .
هوازدگی فیزیکی سنگ را به ذرات بسیار ریزی خرد کرده، سطح بیشتری را در اختیار هوازدگی شیمیایی قرار می دهد. حجم کل سنگ یکسان می ماند، ولی مقدار سطحی که در معرض هوازدگی بعدی قرار می گیرد با افزایش تعداد ذرات افزایش می یابد.

فصل اول: مقدمه ای بر علوم زمین محیطی
79
خطرات فرسایش خاک و حفظ خاک

هوازدگی باعث ایجاد خاکها، رسها و کانه ها در سنگ کره می گردد.

فرسایش فرایندهای است که مواد زمینی سست شده را انتقال می دهد ؛ کاری که توسط آب ، باد، یخ یخچالی و گرانش صورت میگیرد.

فصل اول: مقدمه ای بر علوم زمین محیطی
80
تشکیل خاک و فرسایش خاک در هر نوع خاکی در روی زمین همزمان رخ داده اند زیرا انسان از مدتها قبل خاکها را برای کشاورزی استفاده می کرده است. در غیبت هر گونه اختلالی، طبیعی یا ناشی از انسان نرخ تشکیل خاک و فرسایش معمولاً همدیگر را متوازن می سازند. نرخهای شاخص تشکیل خاک در مقیاس زمان انسانی خیلی پایین بوده و فقط 02/0 تا 11/0 میلیمتر در سال است. به عبارت دیگر، تشکیل یک متر خاک نیازمند زمانی برابر 10.000 تا 50.000 سال می باشد.

فصل اول: مقدمه ای بر علوم زمین محیطی
81
امروزه در برخی قسمتهای دنیا نرخهای فرسایش به واسطه فعالیت انسان 18 تا 100 برابر بزرگتر از نرخ طبیعی خاکسازی است.

اثر محیطی فرسایش خاک در دامنه ها و زمینهایی که در آنها فرسایش رخ می دهد، و نیز در پایین رودها، احساس می شود. از دست رفتن خاک فوقانی باروری خاک را به واسطه انتقال ماده آلی و رس، که هر دو موادغذایی و رطوبت را نگه می دارند، کاهش می دهد.

فصل اول: مقدمه ای بر علوم زمین محیطی
82
تهدید ناشی از فرسایش شتابان خاک همراه با کارهای کشاورزی فقیرانه و از بین رفتن جنگلها یکی از جدی ترین بحرانهای محیطی دنیا است؛ با این حال، یک بحران آرام است.

در حقیقت این منبع با ارزش در حال "استخراج" است، یعنی دربسیاری جاها بیش از حد استفاده می شود.

فصل اول: مقدمه ای بر علوم زمین محیطی
83
اگر چه بسیاری عوامل در فرسایش خاک سهم دارند دو تا از مهمترین آنها درجه شیب زمین و مقدار خاک لخت است که در معرض باد و آب می باشد. هرچه شیب زمین بیشتر و مقدار پوشش گیاهی کمتر باشد نرخ فرسایش خاک و جریان آب بیشتر است.

فصل اول: مقدمه ای بر علوم زمین محیطی
84
یکی از بزرگترین موارد محیطی دنیا تغییر شکل زمینهای حاصلخیز به زمینهای تخریب شده و خاکی است که دیگر قادر به نگه داری گیاهان و جانوران نمی باشد. ( بیابان زایی ).

بیابان زایی به صورت یک توالی از رویدادها رخ می دهد:
بیرونزدگی و تنش زیادی خاک را خشک می نماید.
گونه های گیاهی بومی کاهش می یابند ( کاهش حاصل خیزی خاک ) .
با کاهش باروری خاک، خاک سخت می شود.
چون آب کمتری به خاک سخت شده نفوذ می کند، خشک و سخت شدن خاک در یک فرایند باز خورد مثبت تشدید می شود.
در اثنای بارندگی های شدید، آب بیشتر جریان می یابد تا نفوذ و بنابراین خاک را می کند ( ایجاد شیار، آب گذر و فرسایش گسترده ) .

فصل اول: مقدمه ای بر علوم زمین محیطی
85
ارزیابی فرسایش خاک
چهار عامل که نرخ فرسایش را کنترل می کنند کشف کرده اند:
اقلیم (شدت بارش و دوام آن)،
قابلیت فرسایش خاک،
توپوگرافی (طول و تندی شیب دامنه ها)،
پوشش خشکی (کنترل فرسایش و مدیریت محصول).
رابطه تعیین شده معادله از بین رفتن جهانی خاک نامیده می شود :
A = R * K * LS * CP
کنترل × مدیریت توپوگرافی قابلیت فرسایش خاک عامل اقلیمی از بین رفتن
فرسایش محصول سالانه خاک

فصل اول: مقدمه ای بر علوم زمین محیطی
86
خطرهای حرکت توده ای و کاستن آنها
مواد زمینی مقدمتاً می توانند به واسطه نیروی گرانش به سمت پایین سرازیری حرکت کنند: این نوع فرسایش تخریب توده ای نامیده می شود، در حالی که فرایند واقعی حرکت به سمت پایین حرکت توده ای نامیده می شود.
مانند فرسایش خاک، حرکت توده ای یک فرایند طبیعی است که در سراسر جهان رخ می دهد، ولی توسط فعالیتهای انسانی در بسیاری مکانها شتاب می یابد.

فصل اول: مقدمه ای بر علوم زمین محیطی
87
نقش گرانش و آب در حرکت توده ای
اگر حرکت توده ای توسط گرانشی ایجاد می شود که بر کل زمین اثر می گذارد، چرا بیشتر در برخی سرازیریها رخ داده و در برخی دیگر رخ نمی دهد؟
جواب در مقاومت در برابر نیروهای گرانشی است.
برای توده خاکی که حرکت می کند، نیروی گرانش بایستی بیشتر از هر گونه مقاومت مواد هوازده باشد.

فصل اول: مقدمه ای بر علوم زمین محیطی
88
اثر افزایش شیب بر مقاومت یا نیروی نسبی واریزه سست.

فصل اول: مقدمه ای بر علوم زمین محیطی
89
تندی شیب نمی تواند تنها معیار برای نیروی یک ماده باشد، زیرا یک توده بر روی شیبهای تند تا هزاران سال پایدار می ماند، و سپس به ناگهان می شکند، و این معمولاً بعد از یک باران سنگین و طولانی انجام می شود. آب عامل دوم در نیروی یک ماده است.
یک مقدار معین آب می تواند مقاومت بیشتری را فراهم کند زیرا ذرات را توسط کشش سطحی به هم می چسباند؛
با این حال، اگر آب کاملاً فضاهای روزنه ای اطراف ذرات را پر کند، فشار آب در فضاهای روزنه ای ذرات را جدا نگه داشته، باعث می شود آنها آزادانه حرکت کنند.

فصل اول: مقدمه ای بر علوم زمین محیطی
90
انواع حرکت توده ای
پدیده حرکت توده ای طیفی از بسیاری حرکات از سنگ لغزه ها تا جریانهای واریزه ای و جریانهای گل، ارائه می دهد. به جز سقوط آزاد واریزه سنگ سه ساز و کار اساسی حرکت توده ای عبارتند از: ریزش ، لغزش و جریان

فصل اول: مقدمه ای بر علوم زمین محیطی
91
علل حرکت توده ای وجلوگیری از بروز آنها
تمام علتهای حرکت توده ای می تواند به یکی از دو عامل زیر استناد شود: یا نیروهای رانشی عمل کننده بر روی یک شیب افزوده می شوند، یا نیروهای مقاوم کاسته میشوند (یعنی نیروی توده ای کاهش می یابد) .
جلوگیری ازحرکت توده ای نیازمند این است که یا نیروهای رانشی کاسته شوند، یا نیروهای مقاوم افزوده شوند.

فصل اول: مقدمه ای بر علوم زمین محیطی
92
یک علت معمول هردو نیروی رانشی فزاینده ونیروهای مقاوم کاهنده در امتداد یک شیب ساخت جاده است :
پس از کندوکاو برای جاده سازی، شیب دامنه زیادتر شده و ممکن است شکستگی ایجاد نماید. آب سیلاب ناشی از باران و برف در امتداد جاده ها جمع شده و به داخل واریزه سست کندوکاوی زهکشی می گردد که احتمال دارد آن نیز بشکند. بعد از شکستگی، زاویه شیب جدید مشابه زاویه شیب قبل از کندوکاو، یعنی در حدود زاویه قرار خواهد بود.

فصل اول: مقدمه ای بر علوم زمین محیطی
93

بخش سوم سیستم های سیال زمین
آب و هوا سیال هستند، می توانند به آسانی به صورت آب سطحی و آب زیرزمینی بر روی قاره ها، به صورت جریانهای اقیانوسی و به صورت توده های هواکره ای جاری شوند. جریان آب و گاز از طریق سیستمهای مختلف زمینی سطح زمین را شکل می دهند و شرایط اقلیمی و محیطی منطقه ای را تعیین می کنند.

فصل پنجم سیستم آبهای سطحی
رودخانه ها، جویبارها، دریاچه ها و زمینهای مرطوب آب بارشی از هواه کره را انبار می کنند، آب شیرین لازم برای زیست کره قاره ای را تامین می نمایند، مقداری از آن را بصورت بخار باز می گردانند و بقیه را برای تجدید آب اقیانوسهای دنیا به این اقیانوسها می ریزند.

فصل اول: مقدمه ای بر علوم زمین محیطی
96
سدها جریان بیشتر رودخانه های بزرگ دنیا را کنترل می کنند، آب را ذخیره می نمایند، سیلابها را کاهش می دهند، نیروی برق تولید می کنند و رودخانه ها را برای کشتیرانی مناسبتر می سازند. با این حال، سدها، همچنین رفتار آب رودخانه و رسوبات آن را در هم می ریزند و این در همریزیها بر دیگر سیستمهای زمینی اثر می گذارند.

فصل اول: مقدمه ای بر علوم زمین محیطی
97
در این بخش به موارد زیر پرداخته می شود:
ارزیابی خطرات سیل، خشکسالیها و آلودگی آبهای سطحی.
بررسی راههایی که در آن تغییرات محیطی بر سیستم آبهای سطحی اثر گذاشته اند.
برآورد کوششهای جاری برای حفاظت و بازیابی سیستمهای آب شیرین.

فصل اول: مقدمه ای بر علوم زمین محیطی
98
سیستمهای آب سطحی کانالهای زهکشی و بدنه های آبی محصور در بین آنها هستند که ذخیره آب شیرین را بر روی قاره ها تنظیم می کنند. آنها شامل رودخانه ها، جویبارها، دریاچه ها، حوضچه ها و زمینهای مرطوب می باشند.

مقداری از بارش و آب ناشی از ذوب یخچالها را انبار کرده و زه آب مربوطه را برای پر کردن دوباره اقیانوس به آنجا حمل می کنند.

فصل اول: مقدمه ای بر علوم زمین محیطی
99
هر سیستم آب سطحی یک بوم شناسی پیچیده ای از زندگی گیاهی و جانوری را حمایت می کند. دگرسانی این سیستمها برای عواقب انسانی، خواه توسط استفاده از آنها به عنوان زباله دانی یا تغییر الگوهای جریانی آنها، معمولاً نتایجی دارد که زیان آور تا مصیبت بار می باشد.

فصل اول: مقدمه ای بر علوم زمین محیطی
100
خطرهای سیلاب
از آغاز ظهور انسان، مردم برای دسترسی آسان به آب شیرین، و از زمان انقلاب کشاورزی برای خاک حاصلخیز، در امتداد رودخانه ها و دریاچه ها ساکن شده اند. بزرگترین خطر برای زندگی در کنار آب، البته سیل بوده است و انسانها مهارت و هزینه قابل توجهی را برای کنترل سیل اختصاص داده اند.

فصل اول: مقدمه ای بر علوم زمین محیطی
101
دشتهای سیلابی سطوح آبرفتی تقریباً مسطحی هستند که در امتداد کانالهای رودخانه ای در کف دره ها وجود دارند .

دشتهای سیلابی به وسیله دو فرایند در امتداد هر طرف کانال تشکیل می شوند:
مهاجرت جانبی
رسوبگذاری حاشیه ساحل

فصل اول: مقدمه ای بر علوم زمین محیطی
102
دشتهای سیلابی سطوح تقریباً ترازی در نزدیکی کانالهای رودخانه هستند. این دشتها توسط مهاجرت کانال تشکیل می شوند که رسوبات را به صورت نهشته های پوینت بار (Point Bar) انباشت می سازند یا این که توسط ته نشینی رسوبات در اثنای سیلاب ایجاد می شوند که از ابعاد کانال تجاوز کرده و از حواشی آن جریان می یابند. نهشته های طغیانی ضخمیترین قسمت را در نزدیکی کانالها دارا هستند و خاکریزهایی ایجاد می کنند که به موازات رودخانه می باشند.

فصل اول: مقدمه ای بر علوم زمین محیطی
103
سیلهای بزرگ
به واسطه طبیعت ریز دانه و مرطوب نهشته های طغیانی و ماهیت تراز بودن سطح دشت سیلابی، این دشتها برای کشاورزی بسیار مناسب می باشند.

دو رودخانه بزرگ که دارای تاریخی از سیلابهای "بزرگ" است رودخانه های هوانگ هو در چین معروف به مادر چین و می سی سی پی در ایالات متحده می باشند؛ رودخانه هایی که سیلابها یشان، علیرغم کوششهای انسانی برای کنترل آنها، صدها تا هزاران کیلومتر مربع از زمین را می پوشانند.

فصل اول: مقدمه ای بر علوم زمین محیطی
104
کاستن خطرات سیل
تنها راه حل دراز مدت نسبت به خطرات سیلاب بازداشتن هر گونه توسعه در مناطق مستعد سیل است.

در ایالات متحده آمریکا برنامه بیمه ملی سیل (NFIP) بیمه هر جامعه ای را که در معرض سیلاب دوره ای قراردارد، به شرطی که برنامه استفاده از زمین را تاسیس و تقویت کند و استانداردهای کنترل سیلاب برای توسعه را در مناطق مستعد سیل بپذیرد، فراهم می نماید.

فصل اول: مقدمه ای بر علوم زمین محیطی
105
تجزیه و تحلیل فراوانی سیل و سیل در یک دوره صد ساله

با استفاده از پیشینه های زمین شناختی و تاریخی برای درک این که سیستمها در گذشته چگونه عمل می کردند، زمین شناسان کوشش می کنند تا آنچه ممکن است برای یک سیستم در آینده رخ دهد را پیش بینی نمایند.

فصل اول: مقدمه ای بر علوم زمین محیطی
106
زمین شناسان با تجزیه و تحلیل فراوانی سیل پیش بینی می نمایند سیلابهای با اندازه های مختلف ممکن است چند بار رخ دهند. این روش متکی بر آمار و احتمالات همراه با پیشینه ای از آبدهی سیلابها در گذشته است.

داده های تاریخی از یک ایستگاه اندازه گیری و داده های مربوط به قبل از تاریخ توسط تعیین سن رادیو کربن رسوبات سیلابهای قدیمی به دست می آیند.

فصل اول: مقدمه ای بر علوم زمین محیطی
107
شانس یک سیل کوچک در یک سال فرضی زیاد است، ولی شانس یک سیل بزرگ کم می باشد. به عبارت دیگر، سیلهای کوچک فراوانتر از سیلهای بزرگ اند و با احتمال بیشتری در یک سال فرضی رخ می دهند.
در تجزیه و تحلیل فراوانی سیل، بزرگترین سیل برای هر سال دارای پیشینه سیل به وسیله اندازه آن (که به عنوان آبدهی آن تعریف می شود) دسته بندی می شود

فصل اول: مقدمه ای بر علوم زمین محیطی
108
هر سال دارای پیشینه سیل نمونه ای را برای زمین شناس فراهم می نماید و هر چه نقاط نمونه بیشتر باشد، تجزیه و تحلیلها قابل اعتمادترند. احتمال رخداد سیلهای کوچک بیشتر است؛ شاید این احتمال برای یک سال فرضی معادل 50 درصد یا بیشتر باشد ( شانسی برابر 1 از 2 ).

احتمال رخداد سیلهای بزرگ کم است؛ شاید این احتمال برای یک سال فرضی 1 درصد یا بیشتر باشد( شانسی برابر 1 از 100 ).

فصل اول: مقدمه ای بر علوم زمین محیطی
109
سیل 100 ساله سیلی نیست که فقط یکبار در هر 100 سال رخ می دهد، بلکه بیشتر سیلی است که دارای یک شانس 01/0 (1از 100، یا 1 درصد) یا بیشتر در هر یک سال است. احتمال رخداد آن در هر سال مشابه باقی می ماند، حتی اگر یک سیل 100 ساله در سال قبل از آن رخ داده باشد .

فصل اول: مقدمه ای بر علوم زمین محیطی
110
در یک تجزیه و تحلیل کامل فراوانی سیلاب، احتمالی که یک سیل رخ خواهد داد یا از اندازه معینی تجاوز خواهد کرد، یا دوره بازگشت آن، یا هر دو، در یک نموداری در مقابل آبدهی معادل آن رسم می شوند .

فصل اول: مقدمه ای بر علوم زمین محیطی
111
منحنی فراوانی سیلاب که از داده های بدست آمده توسط ایستگاههای اندازه گیری روی رود خانه Navasota ، تگزاس ، ترسیم شده است ( خط ممتد ).برای این رودخانه ، برآورد شده است سیلاب 100 ساله دارای یک آبدهی 85000 فوت مکعبی باشد (خطوط مقطع ) ، که حدود 7 برابر سیلاب 2 ساله(12000 فوت مکعب ) و 2 برابر سیلاب 10 ساله( 44000 فوت مکعب ) است؛ تراز های بر آورد شده سیلاب 100 ساله می تواند برای تعیین ارتفاع و حدود سیلاب در امتداد حواشی کانال یک رودخانه استفاده شود.تراز سیلاب 2 ساله تا حدی منطبق با دشت سیلابی فعال است ، که توسط سیلابهای مکرر کوچک ساخته و ابقا می شود..

فصل اول: مقدمه ای بر علوم زمین محیطی
112
کنترل سیلها از طریق ایجاد کانال
از ابزار دیگری که برای کاهش سیلاب استفاده می شود ایجاد کانال است، فرایندی که کانالهای رودخانه های طبیعی را با آب گذرها و زهکشهای مصنوعی جایگزین می سازد. اهداف ایجاد کانال کاهش خطرات سیل و زهکشی زمین برای کشاورزی و توسعه است .

فصل اول: مقدمه ای بر علوم زمین محیطی
113
به طور شاخص، کانالهای مصنوعی در برش مستطیل شکل یا ذوزنقه بوده، تماماً یا بخشی با بتن آراسته شده و نسبت به کانال اصلی مستقیمتر می شوند. نامنظم بودن بستر کانال مصنوعی کمتر از بستر کانال اصلی است و شیب آن تندتر می باشد .
کانالهای طبیعی رودخانه مشخصاً متفاوت از بیشتر کانالهای دست ساز هستند. اهمیت پیچان رودها، حوضچه ها و riffleها به عنوان سکونت گاه برای سازواره های آبزی و جهت کاهش خطر سیلاب باعث می شود دانشمندان و مهندسین به فکر مجدد دگرسانی (تغییر) رودخانه باشند. توجه فزاینده هم اکنون به اعاده وضعیت رودخانه های کانال شده درگذشته، و به طراحی پروژه های دگرسانی جدید کانال داده می شود طوری که ویژگیهای طبیعی، نظیر فاصله گذاری حوضچه و riffle که پنچ تا هفت برابر پهنای کانال می باشند، باقی بمانند.

فصل اول: مقدمه ای بر علوم زمین محیطی
114
در 1954، هزاران کیلومتر از کانالهای دشت سیلابی در سراسر آمریکا، به منظور کاهش خطرات سیل، لاروبی ومستقیم شدند. همزمان، زمینهای مرطوب اطراف و مجاور رودخانه ها، برای افزایش مقدار زمینهای موجود برای کشت وکار، زهکشی و پر شدند. استفاده های اقتصادی برای زارعین و توسعه دهندگان غیرقابل انکار می باشد، ولی خسارات محیطی به اکوسیستمها و فرایندهای رودخانه ای آنقدر زیاد است که نسبت به آن استفاده ها سنگینی می کند.

فصل اول: مقدمه ای بر علوم زمین محیطی
115
زیرا اکوسیستم های زمینهای مرطوب شروع به کاهش نمود و از مقدار آب تراوشی به زمین کاسته شد و منابع مهم آب زیرزمینی برای جنوب فلوریدا را ضعیف ساخت.
برای تنظیم سیلاب و ایجاد زمین های بیشتر برای توسعه ، رودخانه کیسیمی در فلوریدا در دهه 1960 کانال سازی و مستقیم شد، و طول آن از 166 کیلومتر به 90 کیلومتر کاهش یافت. در دهه 1980 مهندسین رود خانه را به حالت اول برگرداندند.

فصل اول: مقدمه ای بر علوم زمین محیطی
116
زمینهای مرطوب
دانشمندان علوم زمین، آب شناسان و اکولوژیستها در چند دهه گذشته توجه زیادی را به زمینهای مرطوب با توجه به اهمیت آنها در فرایندهای آب شناختی و اکوسیستم ها داشته اند. در گذشته، زمین های مرطوب مکانهای مستعدی برای بیماریهای واگیر بودند.

امروزه واژه "زمینهای مرطوب" یک تصویر مسالمت آمیزی از لویی برگ پهن، خزه ها، پرندگان و لاک پشتها به دست می دهد.

فصل اول: مقدمه ای بر علوم زمین محیطی
117
ویژگیها و منافع زمینهای مرطوب

زمینهای مرطوب چیستند؟
زمینهای مرطوب مناطق با زهکشی ضعیف و از نظر برجستگی پایین هستند که در آن خاک به طور فصلی یا دائمی اشباع یا پوشیده از آب است. برخی از آنها دارای حوضچه های کم عمق اند و تمام آنها زندگی گیاهی را نگه می دارند.

فصل اول: مقدمه ای بر علوم زمین محیطی
118
جرم خالص مواد گیاهی تولید شده در یک اکوسیستم فرضی در یک دوره زمانی ویژه – که باروری خالص اولیه نامیده می شود – برای باتلاق های شور بزرگتر از هر محیط خشکی دیگر است . زمینهای مرطوب آب شیرین دارای باروری قابل مقایسه با جنگلهای پر باران حاره ای می باشند .

فصل اول: مقدمه ای بر علوم زمین محیطی
119
تخریب زمینهای مرطوب

زمینهای مرطوب به روشهای مختلفی از بین می روند، که دو تا از معمولترین این روشها زهکشی و پر شدن است. زهکشی توسط حفر آبگذرها یا جلوگیری از جاری شدن آب به داخل زمین مرطوب تکمیل می شود. معمولترین علت برای زهکشی یک زمین مرطوب تبدیل آن به زمین کشاورزی یا توسعه است.

فصل اول: مقدمه ای بر علوم زمین محیطی
120
ایجاد و برگرداندن زمینهای مرطوب مشکل است زیرا سیستمهای طبیعی پیچیده هستند و به صورت ناقصی فهمیده می شوند، و ایجاد برخی انواع زمینهای مرطوب مشکلتر از برخی دیگر است.

برگرداندن به حالت اولیه زمینهای مرطوب موفقیت آمیز تر از ایجاد زمینهای مرطوب جدیداند، زیرا شرایطی که می توانند یک زمین مرطوب را ایجاد و نگه دارند درگذشته موجود بوده اند.

فصل اول: مقدمه ای بر علوم زمین محیطی
121
ایجاد توازن مناسب در جریان به داخل و جریان به خارج آب سطحی و آب زیرزمینی به نظر می رسد عامل بحرانی در موفقیت یا شکست یک پروژه باشد
زمینهای مرطوب عمدتاً به واسطه تغییرات در شرایط آب از یکدیگر متفاوتند، که برخاکهای زمینهای مرطوب و رویش گیاهی تاثیر می گذارند. مولفه های بودجه آب برای یک سیستم زمین مرطوب شامل منابع جریان به داخل و جریان به خارج است. جریان به داخل از آب سطحی، آب زیرزمینی و بارش مشتق می شود؛ جریان به خارج از طریق آب سطحی، آب زیرزمینی و تبخیر و تعریق رخ می دهد. این تجزیه و تحلیل بودجه سالانه آب برای یک تورب زار در اونتاریویک افزایش 3 درصدی در ذخیره آب (زیادی جریان به داخل از جریان به خارج) و در نتیجه تراز بالاتر سطح آب زیرزمینی (تراز آب) را نشان می دهد

فصل اول: مقدمه ای بر علوم زمین محیطی
122
تغییر اقلیم، فعالیتهای انسان و سیستمهای آب سطحی

اگر شما یک نقطه ای را در امتداد حاشیه یک رودخانه در دوره ای از هفته ها یا ماهها مشاهده کنید، می بینید که تراز آب بعد از طوفانها و ذوب یخ بالا می رود و پایین می آید؛ در اثنای دوره های خشک طولانی به تدریج افت می کند و در اثنای دوره های مرطوب به تدریج بالا می آید. تغییرات بلند مدت تر همراه با تغییر اقلیم نیز می توانند شناسایی شوند.

فصل اول: مقدمه ای بر علوم زمین محیطی
123
علت انسانی دیگر تغییرات در سیستمهای آب سطحی در چند قرن گذشته و به تغییرات هواکره ای همراه با صنعتی شدن رشته فعالیتهایی است که مشخصاً همراه با شهرسازی است. از بین بردن جنگلها، ایجاد کانال و ساخت خاکریز چرخه آب شناختی محلی را با کاهش نفوذ و تبخیر و تعرق و افزایش زهکشی جریانهای طوفانی تحت تاثیر قرار می دهد .

فصل اول: مقدمه ای بر علوم زمین محیطی
124
یک هیدروگراف طرح آبدهی یک رودخانه در مقابل زمان است. بعد از یک طوفان آبدهی به بالای تراز جریان پایه افزایش یافته، سپس به بیشینه رسیده و دوباره به تراز قبل از طوفان کاهش می یابد.

در نتیجه شهرسازی، زمان عقب ماندگی نسبت به آبدهی بیشینه جریان طوفان کاهش یافته، خود آبدهی بیشینه افزایش می یابد و آبدهی کل نیز برای یک طوفان فرضی افزایش می یابد . این تغییرات عمدتاً نتیجه افزایش در مقدار ناحیه سطحی غیرقابل نفوذ و جریان طوفان روی زمین بعد از شهرسازی است.

فصل اول: مقدمه ای بر علوم زمین محیطی
125
هیدروگرافی که روند های پیش و پس از شهر سازی را مقایسه می کند . شهرسازی منتج به افزایش قله آبدهی و کاهش زمان آبدهی در اثنای یک سیلاب می گردد. مهندسین تلاش میکنند تا حوضه های نگهداری را طراحی کنند طوری که برای یک ناحیه فرضی ، هیدروگراف های پس از شهر سازی مشابه هیدروگرافهای دوره های قبل از شهر سازی است .
قوانین جدید از توسعه دهندگان می خواهد تا آب طوفان را در حوضه بازدارند و آن را به میزانی که همانند قبل از شهرسازی می باشد رها سازند .

فصل اول: مقدمه ای بر علوم زمین محیطی
126
استفاده از آب شیرین
یک شخص برای جبران سیال از دست رفته بدن روزانه کمتر از 4 لیتر آب مصرف می کند .
برای تمیز کردن، در دستشویی ها، تهیه غذا، و آبیاری چمنها و باغها، آبیاری در کشاورزی و هدفهای صنعتی شامل :
سرمایش
پردازش
انتقال زباله های صنعتی

فصل اول: مقدمه ای بر علوم زمین محیطی
127
متاسفانه، در بیشتر جهان در حال توسعه آب برای آشامیدن ناسالم است زیرا در اثنای استفاده آلوده شده و به همراه فاضلاب ها به منبع خود بر می گردد. اگر فاضلاب تصفیه نشود باکتریها و ویروسهای موجب بیماری از مدفوع انسان به داخل رودخانه ها و دریاچه ها تخلیه می شود.

فصل اول: مقدمه ای بر علوم زمین محیطی
128
در بیشتر کشورهای در حال توسعه، تمام فاضلاب مناطق شهری تصفیه می شوند و در مناطق روستایی نیز تسهیلاتی برای تصفیه آن، قائل شده اند. با این حال، در بسیاری از کشورها، فاضلاب تصفیه نمی شود ، و رواج دوره ای امراض روده ای نظیر اسهال و وبا نتیجه آن است.

فصل اول: مقدمه ای بر علوم زمین محیطی
129
در تمام کشورها، نیازهای خانگی کمترین بخش استفاده را به خود اختصاص می دهند؛ فرایندهای کشاورزی و صنعتی مقدار بسیار بیشتری لازم دارند. کشورهای موجود در مناطق خشک نظیر ایران، صدها تا هزارها لیتر آب را به ازاء هر شخص در روز برای کشاورزی استفاده می کنند.

فصل اول: مقدمه ای بر علوم زمین محیطی
130
سیستمهای آب سطحی به عنوان محلهای انتقال زباله

مردم از مدتها پیش تشخیص داده اند که رودخانه ها نه تنها برای حمل ونقل (ترابری) بلکه برای انتقال فاضلاب و آشغال نیز مناسب هستند.با انقلاب صنعتی، رودخانه ها به طور پیشرونده ای برای انتقال انواع مختلف زباله، از جمله لجنهای سمی استفاده شده اند.

فصل اول: مقدمه ای بر علوم زمین محیطی
131
آلوده کننده های با منبع مشخص ، آلوده کننده هایی هستند که مستقیماً از لوله ها یا تراوشها تخلیه می شوند .
آلوده کننده های با منبع غیر مشخص ، آلوده کننده هایی هستند که از حیاط خانه ها، خیابانها، مزارع، مراتع، معادن، محلهای ساخت و ساز و پارکینگها منتقل می شوند اینها عبارتند از : آفت کشها، علف کشها، کودهای شیمیایی، کودهای حیوانی، نفت و مواد شیمیایی خانگی .
همه اینها به رودخانه تخلیه می شوند یا به داخل زمین نفوذ می کنند.

فصل اول: مقدمه ای بر علوم زمین محیطی
132
قانون حفظ آب آشامیدنی

به واسطه حوادثی نظیر کشف مواد سمی در آب رودخانه ها تامین کنندگان آب شهری لازم است تا آب خود را به طور مکرر مورد آزمایش قرار دهند. استانداردهای ایمنی در زیر ترازی قرار می گیرند که در آن یک آلوده کننده انتظار می رود باعث اثرات گوناگونی بر روی سلامتی انسان گردد .

فصل ششم سیستم آب زیرزمینی
زندگی ما بستگی به آب شیرین دارد. بزرگترین ذخیره آب شیرین مایع ـ 32 درصد کل ذخیره روی زمین ـ در زیرزمین وجود دارد، که از داخل فضاهای بین دانه های رسوبی و شکستگیهای موجود در سنگها جاری می باشد. این آب زیرزمینی در سطح زمین به داخل چشمه ها، جویبارها، رودخانه ها، دریاچه ها و نهایتاً اقیانوسها تخلیه می شود.

فصل اول: مقدمه ای بر علوم زمین محیطی
134
برای روشن ساختن بعضی عوامل تاثیر گذار بر آب زیرزمینی، موارد زیر در این بخش تحقیق و بررسی خواهند شد:

خطرات همراه با استخراج آب زیرزمینی نظیر سنگ چالها، فرونشست، و آلودگی توسط آب دریا.
اگر آب زیرزمینی آلوده شود چگونه می توان آنرا پاک کرد.

فصل اول: مقدمه ای بر علوم زمین محیطی
135
خطرهای آب زیرزمینی

مانند سیستمهای دیگر زمین، سیستم آب زیرزمینی خطرهایی ، هم طبیعی و هم تحمیل شده، دارد، و نیز منبع با ارزشی را فراهم می نماید. یکی از این رخدادها سنگچالها هستند؛ بقیه شامل فرونشست زمین و نفوذ آب شور به داخل آبخوانها به واسطه پمپاژ زیاده از حد می باشد.

فصل اول: مقدمه ای بر علوم زمین محیطی
136
غارهای انحلالی و سنگچالها
یک آبخوان با مهاجرت آب از داخل سنگها و رسوبات متحمل تغییرات فیزیکی و شیمیایی می گردد. اگر سنگها مرکب از کانیهای قابل حل باشند، آب فضاهای روزنه ای را برای تشکیل غارها ـ آنهایی که توسط فرایند انحلال تشکیل می شوند – و کانالهای زیر سطحی توسعه می دهد.

فصل اول: مقدمه ای بر علوم زمین محیطی
137
در سنگ آهک بیشتر فضاهای خالی به صورت تخلخل ثانوی در امتداد شکستگیها ظاهر می شوند، که وقتی توسط انحلال وسیعتر شوند می توانند پیچ و خم های غارها و تونلهای بهم مرتبط را تشکیل بدهند. یک چنین توپوگرافی، کارست نامیده می شود که از نام منطقه ای به همین نام (کارست) گرفته شده است.

فصل اول: مقدمه ای بر علوم زمین محیطی
138
اگر تراز آب نوسان کند، بام غارها می تواند کاملاً نازک شده، سرانجام هنگامی که وزن خاک رویی زیاد می شود ریزش نماید. چنین مناطق ریزشی سنگچال نامیده می شوند، که در الگوهای شبکه ای شکل ردیف می گردند، و مناطق شکستگی عمود بر هم زیرین را در سنگها منعکس می کنند.

فصل اول: مقدمه ای بر علوم زمین محیطی
139
برای تعیین این که آب زیرزمینی با چه سرعتی از داخل سنگهای آهکی واجد غار حرکت می کند، و برای شناسایی مسیرهای جریان، رنگهای بی ضرری به داخل سنگچالها و چاههای ریخته می شوند.

ورود رنگها به جویبارها و چاههای مختلف یادداشت می گردد. در مدت حدود یک هفته آب زیرزمینی محتوی رنگ چند کیلومتر دور از محل تزریق ظاهر شد. چنین زمان مهاجرت سریعی مسائل مشکلی را در مقابل دانشمندان محیط قرار می دهد.

فصل اول: مقدمه ای بر علوم زمین محیطی
140
فرونشست زمین به واسطه استخراج آب زیرزمینی

اگر میزان تخلیه آب زیرزمینی از پر شدن مجدد آنها بیشتر شود پمپاژ چاههای آب می تواند باعث افت تراز آب گردد.به نوبت سطح زمین ممکن است نشست کرده و ریزش نماید؛ این پدیده به فرونشست زمین معروف است.

فصل اول: مقدمه ای بر علوم زمین محیطی
141
فرو نشست به ویژه در بالای آبخوانهای شامل رسوبات نامتراکم که توسط لایه های محدود کننده رس احاطه می شود معمول است. هنگامی که آب از یک آبخوان بیرون کشیده می شود، آب از لایه های غنی از رس با تراوایی کمتر به آبخوان مهاجرت می کند.

لایه های رس بویژه اگر آب از دست بدهند احتمال دارد ریزش کرده و متراکم شون،. زیرا آنها همانند ماسه و گراول سخت نیستند. اگر چه آب می تواند بعد از زهکشی ماسه و گراول به آنها اضافه شود ، اما ورود مجدد آب به فضاهای روزنه ای ریزشی در رسها تقریباً غیرممکن است، و فرو نشست دایمی می باشد.

فصل اول: مقدمه ای بر علوم زمین محیطی
142
نفوذ آب شور

ترازهای پایین افتاده آب زیرزمینی در نواحی ساحلی مهاجرت درونی آب دریای شور را به آبخوانها موجب می شود، فرایندی که به نفوذ آب شور معروف است و آب زیرزمینی را غیرقابل آشامیدن می نماید. نفوذ آب شور آبخوانها را تخریب می کند.

فصل اول: مقدمه ای بر علوم زمین محیطی
143
علل نفوذ آب شور به تفاوت در چگالی آب شیرین و آب شور و به تغییرات در حجم آب شیرین وقتی که آبخوان پمپاژ می شود بستگی دارد. آب شور چگال تر از آب شیرین است زیرا یونهای محلول بیشتری را دارا می باشد.

فصل اول: مقدمه ای بر علوم زمین محیطی
144
(الف) مرز بین مناطق آب شور و شیرین در یک ناحیه ساحلی قبل از پمپاژ.
(ب) بعد از پمپاژ مداوم، تراز آب پائین آمده و نفوذ آب شور رخ می دهد.
آب شیرین بنابراین مایل به شناور بودن در بالای آب شور است و این ممکن است وقتی رخ دهد که آب شور در امتداد سواحل به درون زمین نفوذ و حرکت کند .

فصل اول: مقدمه ای بر علوم زمین محیطی
145
آلودگی آب زیرزمینی و عمل پاک سازی آن

آلوده کننده هایی که به داخل زمین تراوش می کنند بدون زیان انتشار نمی یابند. بلکه آنها با آب زیرزمینی حرکت می نمایند و می توانند در داخل جویبارها و چاههای دورتر از محل اصلی آلودگی نمایان شوند.

فصل اول: مقدمه ای بر علوم زمین محیطی
146
انواع و منابع آلودگی آب زیرزمینی
آب زیرزمینی می تواند توسط آلوده کننده های زیست شناختی نظیر باکتریها، تک یاختگان، یا ویروسها و توسط مواد شیمیایی صنعتی نظیر تری کلرواتن (TCE) آلوده شود. تا زمان انقلاب صنعتی، آلودگیهای زیست شناختی بزرگترین تهدید برای آب آشامیدنی بودند.

فصل اول: مقدمه ای بر علوم زمین محیطی
147
از زمان انقلاب صنعتی، تعداد مواد شیمیایی استفاده شده برای کار کارخانه ها، کشاورزی و دیگر فعالیت ها به سرعت افزایش یافته است. امروزه بیش از 70.000 مواد شیمیایی استفاده می شوند، که بسیاری از آنها در سراسر محیط، در هوا، آب و خاک پخش می شوند، و هر ساله 700 یا 800 نوع مواد شیمیایی جدید اضافه می گردند.

فصل اول: مقدمه ای بر علوم زمین محیطی
148
هر چه اندازه دانه ها کوچکتر باشد، خلل و فرج بین دانه ها کوچکتر است؛ بنابراین، ریزسازواره های کوچکتر می توانند در داخل فضاهای روزنه ای فیلتر شوند. در 20 تا 250 نانومتر، ویروسها برای این که توسط سیلت فیلتر شوند خیلی ریزاند؛ باکتریها برای این که توسط سیلت فیلتر شوند خیلی درشت اند و برای این که توسط ماسه فیلتر شوند خیلی ریزاند.

فصل اول: مقدمه ای بر علوم زمین محیطی
149
بارش یا جریان نفوذی به سمت پائین از طریق آبگیرهای سطحی می تواند فلزات و مواد شیمیایی را حل کرده و آنها را همراه با باکتریها تا مناطق اشباع شده حمل کند. فراورده بی رنگ حاصله شیرابه نامیده می شود که می تواند از زمین نزدیک محلهای مواد زاید (زباله ها) تراوش کند .

فصل اول: مقدمه ای بر علوم زمین محیطی
150
مهاجرت آلودگی های آب زیرزمینی
مواد حمل شده توسط آب زیرزمینی در نرخهایی که با اندازه ذره یا مولکولی، قابلیت حل، فعالیت شیمیایی، چگالی و گرانروی تغییر می کنند حرکت می نمایند. اگر به هر دلیل نفت به تراز آب تراوش کند، در سطح آن شناور می ماند و در امتداد جهت جریان آب زیرزمینی حرکت کرده، و چاهها را آلوده می سازد.

فصل اول: مقدمه ای بر علوم زمین محیطی
151
تانکرهای انباره خورده شده ونشتی دار زیرزمینی یکی از علل اصلی آلودگی آب زیرزمینی از زباله های صنعتی هستند، در حالی که تانکرهای septic نشتی دار علت ماندگاری اصلی می باشد آفت کشها و کودهای شیمیایی از زمینهای زراعتی به داخل آب زیرزمینی تراوش می کنند و می توانند، همانند فلزات و دیگر آلاینده ها که در داخل زباله انباشتی در پرشدگیهای زمینی حرکت می کنند، به تراز آب برسند. برحسب نوع زباله در یک پرشدگی زمینی، زباله ممکن است شامل فلزات و مواد شیمیایی نظیر حلالها و روغنهای سوخت باشند که می توانند به داخل آب زیرزمینی وارد شوند. امروزه، پرشدگیهای زمینی طوری طراحی می شوند، تا آب زیرزمینی را، قبل از این که محل را ترک کند، جمع آوری و تصفیه نمایند. اگر چه بیشتر چاهها آب را از زیرزمین پمپاژ می کنند، برخی از آنها برای تزریق مواد خطرناک به زیرسطح استفاده می شوند.

فصل اول: مقدمه ای بر علوم زمین محیطی
152
اگر نمک از جاده هایی که در اثنای زمستان بر روی آنها پاشیده می شود، تراوش کند، حل شده و به داخل منطقه اشباع جریان می یابد. هم نفت و هم نمک از آلوده کننده های اصلی زیرزمینی هستند.

فصل اول: مقدمه ای بر علوم زمین محیطی
153
(الف) عکس و (ب) نمودار نشتی از یک زباله دانی رها شده شهری در پنسیلوانیا. آب نفوذی به داخل زباله جریان یافته و آلاینده ها را می شوید. این آب در شکل گرفتن نشتی سهیم است، مایعی که به طور معمول نسبتاً از فلزات غنی بوده و گاهی اوقات شامل مواد شیمیایی نظیر حلالها می باشد. این نشتی به سمت پایین جریان یافته تا این که به تراز آب می رسد. در این مورد، نشتی از دامنه یک تپه به صورت چشمه ای ظاهر می شود و سپس به سمت پایین تپه به داخل رودخانه مجاور خود جریان می یابد.

فصل اول: مقدمه ای بر علوم زمین محیطی
154
آلاینده های قابل اختلاط به عنوان متشکله های محلول در آب زیرزمینی جریان یافته و با این آب برای تشکیل یک مایع تنها مخلوط می شود. نمک یک آلوده کننده قابل اختلاط است.
چون بیشتر آبهای زیرزمینی در نرخهای چندین متر در سال یا کمتر جریان می یابند و در معرض آشفتگی کمی هستند، محلولها خیلی آهسته از منبع آلودگی مهاجرت می کنند و مایل به رقیق شدن نیستند.

فصل اول: مقدمه ای بر علوم زمین محیطی
155
آلوده کننده های قابل اختلاط به وسیله جویبارها و رودخانه ها رقیق می شوند، ولی در آب زیرزمینی آنها مایل هستند از طریق فرایند انتشار به صورت زبانه های دراز به سمت خارج پخش شوند. در انتشار، یعنی به هم پیوستن مکانیکی آب آلوده و غیر آلوده، آب آلوده به عنوان یک جریان مجزا نزدیک به نیروی کامل باقی می ماند، ولی به طور فزاینده ای با آب غیر آلوده در جهت پایین شیب مخلوط می شود.

فصل اول: مقدمه ای بر علوم زمین محیطی
156
آلاینده های غیر قابل اختلاط غیر قابل حل هستند، و سرنوشت آنها در آب زیرزمینی به طور بخشی بستگی به چگالی آنها دارد. آنهایی که کم چگالتر از آب هستند در بالای تراز آب شناور مانده، و در امتداد سطح تراز آب، به سمت پایین شیب آبی حرکت می کنند.

آنهایی که چگالتر از آب می باشند به کف آبخوانها فرو می روند .

فصل اول: مقدمه ای بر علوم زمین محیطی
157
(الف) علت اولیه پراکندگی جدا بودن مسیرهای جریان در اطراف دانه ها است.
(ب) با افزایش فاصله از مبنع آلاینده، نظیر یک چاه تزریقی که در آن زباله ها به داخل زمین تزریق می شوند، آب آلوده با آب پاک (ناآلوده) در جهات موازی با جهت جریان یا عمود بر آن مخلوط می شود. نتیجه این که آلاینده یک شکل زبانه ای به خود می گیرد.

فصل اول: مقدمه ای بر علوم زمین محیطی
158
قوانین حاکم بر کیفیت آب زیرزمینی ایالات متحده

اگر چه آب زیرزمینی یک منبع ملی مهم و مستعد پذیرش آلودگی از بسیاری منابع معمول می باشد . بسیاری از آبخوانها به طور جدی آلوده شده اندکه در برخی موارد خسارت ایجاد شده غیر قابل جبران است.

فصل اول: مقدمه ای بر علوم زمین محیطی
159
آلاینده های غیرقابل اختلاط سبک و سنگین: بنزین نشتی از یک تانکر انبار زیرزمینی در بالای تراز آب شناور می ماند؛ تری کلرواتیلن (TCE) تراوشی از بشکه ها به کف یک آبخوان فرو می رود.

فصل اول: مقدمه ای بر علوم زمین محیطی
160
پاکسازی توسط بایستی آنهایی که مسئول آلودگی هستند اجرا شود، در غیر این صورت سازمان حفاظت محیط زیست این کار را انجام می دهد و در صورتی که آلوده کننده ها شناخته شده باشند هزینه مربوطه از آنها دریافت می شود.

فصل اول: مقدمه ای بر علوم زمین محیطی
161
اصلاح آب زیرزمینی و آبخوان در ایالات متحده
اصلاح سیستمهای آب زیرزمینی آلوده تجارت در حال توسعه ای است که مستلزم دانشمندان، مهندسین، حقوقدانان، و سیاستمداران می باشد. فن آوریهای جدید برای بهبود وضعیت هزاران موقعیت آلودگی که در صدها هزار محل در سراسر ایالات متحده برخورد شده اند مداوماً در حال توسعه و آموزش بوده است .

فصل اول: مقدمه ای بر علوم زمین محیطی
162
فعالیتهای پاکسازی می توانند به سه طبقه اصلی تقسیم شوند: جدایش، پس کشیدن جدایش، و عمل کردن درجای آلاینده ها.

جدایش، یا مجزا کردن، جلوگیری از رها سازی آلاینده ها در ناحیه منبع است.

فصل اول: مقدمه ای بر علوم زمین محیطی
163
پس کشیدن جدایش، یک روش فزاینده جدایش است که در آن از یک یا چند چاه برای پمپاژ آب آلوده استفاده می شود .

عمل کردن درجا آب آلوده را در خود زیر سطح بدون جابه جایی آب پاک می کند( اصلاح پذیری زیستی ).

فصل اول: مقدمه ای بر علوم زمین محیطی
164
چاه در حال استخراج می تواند برای انتقال زبانه آلاینده سبک ناشی از یک تانکر انبار زیرزمینی و آلاینده سنگین ناشی از بشکه ها استفاده شود. در نزدیکی چاههای استخراج، پمپاژ باعث می شود آب زیرزمینی و آلاینده ها به سمت چاه جریان یابند، چاهی که از آن آب آلوده می تواند به سطح پمپاژ شده و تصفیه شود.

فصل هفتم سیستم هوا کره ای
در حدود سال 1450 تا سال 1890 زمین دوره سردی را تجربه می کرد که به نام ” عصر کوچک یخبندان ‍‍‍‍“معروف است.
این شرایط که امروزه توسط خروج دی اکسید کربن و دیگر گازهای گلخانه ای به هوا کره (از طریق انقلاب صنعتی ) معکوس شده است.
در این بخش نقش آلودگی هوا کره ای ناشی از انسان در تغییر اقلیمی و محیطی بحث خواهد شد.

فصل اول: مقدمه ای بر علوم زمین محیطی
166
تاثیر انسان بر شیمی هوا کره ای
فرایندهای طبیعی چرخش تروپوسفری و اقلیم وآب وهوای ایجاد شده توسط آن برای میلیونهایا حتی میلیاردها سال عمل کرده و وجود داشته اند. با این حال، انسان به طور فزاینده در حال رها ساختن موادی به داخل هوا کره می باشد که هم با فرایندهای موجود اندر کنش است و هم پتانسیل تغییر خود فرایندها را دارا می باشد.

فصل اول: مقدمه ای بر علوم زمین محیطی
167
انسانها انواع گسترده ای از آلوده کننده ها را از طریق فعالیتهایی نظیر صنعت، کشاورزی، حمل و نقل وسایل نقلیه موتوری و جنگ به هوا کره وارد می سازند. بسیاری از این آلوده کننده ها برای سلامتی حیوانات و گیاهان خطرناک اند، در حالی که بقیه دارای پتانسیلی برای تغییر اقلیم یا تخریب لایه محافظ زمین( ازون )هستند .

فصل اول: مقدمه ای بر علوم زمین محیطی
168
برخی آلاینده های تروپوسفر، نظیر دی اکسید گوگرد و دی اکسیدهای ازت با آب واکنش می کنند و به سرعت از طریق بارش بر روی زمین انتقال می یابند. آلوده کننده های دیگر نظیر کلروفلوروکربن ها از نظر شیمیایی بی اثرترند و برای دوره های طولانی در هواکره باقی می مانند.

فصل اول: مقدمه ای بر علوم زمین محیطی
169
زمان اقامت آلوده کننده ها در هواکره اثر محیطی آنها را تعیین می کند. آلوده کننده های با زمان اقامت کوتاه تر (باران اسیدی و مه دود) مایلند یک اثر محلی یا در نهایت یک اثر منطقه ای داشته باشند، در حالی که انواع با زمان اقامت طولانی(تخلیه ازون و گرم شدن جهانی) ممکن است یک اثر جهانی داشته باشند. باران اسیدی و مه دود نمونه هایی از مورد قبل هستند. تخلیه ازون و گرم شدن جهانی نمونه هایی از مورد اخیر می باشند.

فصل اول: مقدمه ای بر علوم زمین محیطی
170
باران اسیدی
باران معمولی کمی اسیدی است زیرا با دی اکسید کربن برای ساختن اسید کربنیک واکنش می کند: با این حال، با ظهور انقلاب صنعتی، اسیدیته باران افزایش یافته است.
(زیرنویس x در NOx نشان می دهد تعداد اتمهای اکسیژن متغیر است).
pH آب باران مشخصاً بین 5 و6 قرار می گیرد، ولی باران اسیدی معمولاً pH بین 4 و 5 دارا می باشد و ارزشهایی تا 5/1 نیز گزارش شده اند.

فصل اول: مقدمه ای بر علوم زمین محیطی
171
وقتی اسیدها با سنگها و خاکها واکنش می کنند آنها ممکن است فلزهای سمی یا مواد غذایی فلزی را از آنها رها سازند.

آثار این فلزات و مواد غذایی سمی بر روی اکوسیستم متفاوت ولی اغلب زیان بار تا فاجعه آمیز است .

فصل اول: مقدمه ای بر علوم زمین محیطی
172
مه دود
فعالیت های صنعتی و اتومبیلها نه تنها در باران اسیدی سهیم هستند بلکه تولید مه غلیظ، یک منظره معمولی در شهرها را نیز به عهده دارند. مه دود که مخلوط پیچیده ای از ازون، اکسیدهای ازت و هیدروکربنها است باعث مشکلات تنفسی، کاهش دید و خسارت به رویش گیاهی می گردد.

فصل اول: مقدمه ای بر علوم زمین محیطی
173
گیاهان تولید مقداری هیدروکربن می کنند، ازون در استراتوسفر ساخته می شود، و برق (آسمانی) و آتش سوزیهای جنگلها گرمای لازم برای تولید اکسیدهای ازت را فراهم می نمایند.
فعالیتهای صنعتی مواد زیادی به هیدروکربنها و ازون در تروپوسفر اضافه می کنند و گرمای شدید سیلندر اتومبیلها ذخیره ثابتی از اکسیدهای ازت را تولید می نمایند.

فصل اول: مقدمه ای بر علوم زمین محیطی
174
اگر چه ازون در استراتوسفر سودمند است و انتقال اشعه ماوراءبنفش زیان آور را از خورشید سد می سازد، ازون تروپوسفر می تواند باعث تحریک تنفس (تنگی نفس) و صدمه به چشم گردد؛ نیز ممکن است منجر به سرطان ریه و از بین بردن بافت های گیاهان شود.

فصل اول: مقدمه ای بر علوم زمین محیطی
175
دما معمولاً در تروپوسفر با افزایش ارتفاع در بالای سطح زمین کاهش می یابد. اگر توده ای از هوا در سطح زمین در اثنای روز شدیداً گرم شود، چگالی آن کاسته شده و تا هنگامی که به چگالی هم تراز خود برسد در هواکره بالا می رود. که باعث پراکنده شدن آلاینده ها می شود. در اثنای شب یا در زمستان وقتی دمای سطح زمین پایین است، هوا در سطح سردتر و سنگینتر از هوای فوقانی شده و نمی تواند به سمت بالا حرکت کند. نتیجه این که دما در ارتفاعات بالاتر بیشتر از آن در ارتفاعات پایینتر است، که یک وارونگی نسبت به موقعیت عادی می باشد. در این مواقع، آلوده کننده های تولید شده در سطح به جای آنکه به طرف بالا حمل شوند در همانجا تمرکز می یابند .

فصل اول: مقدمه ای بر علوم زمین محیطی
176
وارونگی های دمای هواکره ، که در شب و زمستان رخ می دهد از اختلاط قائم تروپوسفر زیرین جلوگیری کرده ومنجر به تمرکز زیاد آلاینده ها می گردد.
این مسئله ممکن است توسط جغرافیای طبیعی منطقه بدتر شود: اگر شهر در یک حوضه احاطه شده توسط کوهها قرار داشته باشد، هوای متراکم سرد غنی از آلوده کننده ها به وسیله باد جارو نخواهد شد

فصل اول: مقدمه ای بر علوم زمین محیطی
177
تخیله ازون

در حالی که برخی مناطق شهری مه دود و مقادیر زیادی ازون را در نزدیکی زمین تجربه می کنند، سطوح ازون استراتوسفری در حال کم شدن است. تشعشع ماوراءبنفش (UV) که از خورشید ناشی می شود برای سازواره های روی زمین خطر ساز می باشد. در حالی که مقدار کم آن برای زندگی (مثلاً در ساختن ویتامین Dدر انسانها) لازم است.

فصل اول: مقدمه ای بر علوم زمین محیطی
178
مقدار خیلی زیاد تشعشع ماوراءبنفش می تواند منجر به سوختگی پوست، آب مروارید، آسیب به سیستم ایمنی بدن و جهشهای زایشی (ژنتیکی) گردد که ممکن است نهایتاً منجر به سرطان شوند. ازون شدیداً تشعشع ماوراءبنفش را جذب می کند و از نفوذ بیشتر آن به سطح زمین جلوگیری می کند .

فصل اول: مقدمه ای بر علوم زمین محیطی
179
در 1974، گروهی از دانشمندان هشدار دادند که گروهی از گازهای ساخت دست انسان به نام کلروفلوروکربنها (CFCها) که توسط فرایندهای صنعتی ایجاد می شوند می توانند ازون را در هواکره تخریب کنند.فقط 11 سال بعد، اندازه گیری های ماهواره ای یک نازک شدگی یا “سوراخ“ در لایه ازون روی جنوبگان آشکار ساختند.

فصل اول: مقدمه ای بر علوم زمین محیطی
180
کلر ایجاد می کند، در حالی که منوکسید کلر با اکسیژن واکنش نموده تشکیل اکسیژن گازی و کلر می دهد:
چون کلر توسط این واکنشها دائماً چرخش می یابد، اثر مخرب آن بر روی ازون استراتوسفری تقریباً دایمی است.

فصل اول: مقدمه ای بر علوم زمین محیطی
181
در 1989، 13 کشور صنعتی شامل ایالات متحده موافقت کردند تا تمام تولید CFCها را تا سال 2000 متوقف کنند. این موافقت موفق بوده است، ولی چندین قرن طول خواهد کشید تا تمرکز ازون استراتوسفری به سطوح قبل از 1950 خود برسد.

فصل اول: مقدمه ای بر علوم زمین محیطی
182
آلودگی هوا و مدیریت محیطی

با انقلاب صنعتی هوای پاک، بویژه در مناطق شهری، یک منبع تهدید کننده شد.

فصل اول: مقدمه ای بر علوم زمین محیطی
183
کشورهای صنعتی خروجیهای هواکره ای خود را در چند دهه گذشته کاهش داده اند . ولی، اطلاعات کمی در ارتباط با کیفیت هوای کشورهای در حال توسعه در دسترس می باشد .

فصل اول: مقدمه ای بر علوم زمین محیطی
184
فناوریهای پاکسازی

انواع مختلف آلودگی هوا و منابع آن نیازمند راهبردهای متفاوت پاکسازی می باشد. یک مبدل کاتالیتیک در موتور یک وسیله نقلیه فراورده های ضایعاتی تولید کننده مه غلیظ (دود) ناشی از سوختن بنزین را به گازهای نسبتاً بی خطر تبدیل می کند.

فصل اول: مقدمه ای بر علوم زمین محیطی
185
انتشار منوکسید کربن در کشورهای صنعتی در دو دهه گذشته نشان می دهد که برخی کشورها کوششهایی برای کاهش انتشار اعمال داشته اند، در حالی که کشورهای دیگر هنوز این افزایش را تجربه می کنند. واحد ها بر حسب تراگرم می باشند (1 Tg=1012 g).

فصل اول: مقدمه ای بر علوم زمین محیطی
186
برای خلاصی از شر دی اکسید گوگرد خروجی نیروگاههایی با سوختهای فسیلی، ذرات اکسید کلسیم یا کربنات کلسیم معلق در آب، که به نام نظیف کننده معروف اند ، را به داخل جویبار گازهای خارج شده از اطاق سوخت بیرون می فرستند. اکسید یا کربنات کلسیم با SO2 ترکیب شده تولید سولفیت یا سولفات کلسیم ( ژیپس) می نماید که در ساخت سیمان، گچ اندود (پلاستر) و غیره استفاده می شود.

فصل هشتم سیستم اقیانوس و ساحلی
زندگی در روی زمین تصور می شود از اقیانوسها شروع شده باشد، و برای هزاران سال اقیانوسها ادامه زندگی انسانی را با تولید فراوان ماهی کمک کرده اند.

برای شناخت منابع آلودگی و روابط آن با تغییر اقلیم و محیط موارد زیر بررسی خواهند شد:
ـ علل فرسایش ساحلی، سیلاب ناگهانی و بالا آمدن تراز دریا.
ـ برآورد اثرات انسانها بر دریاها و کوششهایی که برای کنترل آلودگی دریا صورت می گیرد.

فصل اول: مقدمه ای بر علوم زمین محیطی
188
خطرهای دریا

با سرعت گرفتن رشد جمعیت و توسعه در امتداد خطوط سواحل، زندگی در حاشیه دریا به طور فزاینده ای وخیم شده است. بیشتر این خطرها همراه با یک تراز بالا رونده دریا در مقابل ساحل توسعه یافته است که ساکنان آن آرزو دارند در محل ثابت بمانند.

فصل اول: مقدمه ای بر علوم زمین محیطی
189
رویدادهای اقلیمی اِل نینو
چه چیزی رویدادهای اِل نینیورا پیش می راند؟

تداخل عمل بین اقیانوسها و هوا کره کنترلهای شدیدی بر روی اقلیم جهانی اعمال می کنند و پدیده اِل نینو بروز این تداخل است.

در طول بیشتر سالها بادهای تجارتی، در واکنش به یک گرادیان فشار بین یک منطقه فشار بالا در جنوب شرقی اقیانوس آرام و یک منطقه فشار پایین در نزدیکی اندونزی، در امتداد اقیانوس آرام از شرق به غرب می وزند. این بادها آب گرم را در غرب بخش حاره اقیانوس آرام بالا آورده، یک منطقه تراز بالای دریا ایجاد می کنند

فصل اول: مقدمه ای بر علوم زمین محیطی
190
در اثنای رویدادهای اِل نینو شرایط هوا کره ای و دریا به طور هراسناکی تغییر می کنند. مناطق فشار بالای آرام جنوبی و فشار پایین اندونزی ضعیف می شوند، گرادیان فشار را کاهش می دهند و باعث می شوند بادهای تجارتی آرام شوند. دیگر از طرف بادهای تجارتی فشاری به اقیانوس آرام غربی اعمال نمی شود، حوضه آب گرم در آرام غربی به سمت شرق مهاجرت می کند و درحدود کریسمس به ساحل غربی آمریکای جنوبی می رسد.

فصل اول: مقدمه ای بر علوم زمین محیطی
191
آب گرمی که در اثنای رویدادهای اِل نینو به سمت شرق جریان دارد گرما را به هوا کره بالای آرام شرقی پمپاژ می کند و منجر به تثبیت یک منطقه فشار پایین می گردد که همراه با توفان است. بارندگیهای سنگین ساحل غربی بخش حاره آمریکای جنوبی را خیس کرده و مناطقی را سیلابی می سازد که معمولاً خشک اند. به دلایلی دیگر که هنوز کاملاً معلوم نیست، رویدادهای اِل نینو باعث بارندگیهای زیادی در غرب آمریکای شمالی و خشکسالیهایی در آفریقا، هندوستان و استرالیا می گردد.

فصل اول: مقدمه ای بر علوم زمین محیطی
192
این توضیح از رویدادهای اِل نینو تا حدودی چرخه ای است: معلوم نیست که آیا آنها با یک رویداد هوا کره ای شروع می شوند یا با یک رویداد اقیانوسی.

هر چه که عامل رانش باشد، بازخوردهای مثبت بین درجه حرارت سطح دریا و فشار هوا کره ای آشفتگی اولیه را زیاد کرده توسعه اِل نینو را اجازه می دهد. رویدادهای شدید اِل نینو به نظر می رسد از نظر فراوانی در حال افزایش اند.

فصل اول: مقدمه ای بر علوم زمین محیطی
193
تغییرات در تراز دریا

تراز دریا برای چند دهه گذشته حدود 2 میلیمتر بالا آمده است، ولی بسیاری از دانشمندان ـ و بسیاری از کشورهای ساحلی ـ در رابطه با بالا آمدن تراز دریا تا چندین متر در قرن آینده درگیری بیشتری دارند.

دانشمندان استنتاج کرده اند که حجم فزاینده آب دریا مقدمتاً به واسطه ذوب یخ است.

فصل اول: مقدمه ای بر علوم زمین محیطی
194
مورد آزار دهنده این است که ما گازهای گلخانه ای، عمدتاً CO2 ، را به میزان بی سابقه ای به هوا کره پراکنده می سازیم. اگر دی اکسید کربن در هوا کره افزایش یابد باعث گرم شدن سطح زمین می گردد، سپس یخچالهای بزرگ و کوچک ممکن است ذوب شده و به اقیانوسها زهکشی شوند و تراز دریا بیشتر از آنچه امروزه می باشد بالا ببرند.

فصل اول: مقدمه ای بر علوم زمین محیطی
195
اگر تمام یخهای موجود در روی کره زمین ذوب شوند، تراز دریا حدود 50 تا 100 متر بالا می آید، که سواحل دنیا را به زیر آب برده و دریاهای درون خشکی کم عمقی را تشکیل می دهند. اگر تراز دریا 5 متر بالا آید، که دانشمندان تصور می کنند فقط در صورت ذوب ورقه یخ غرب جنوبگان اتفاق خواهد افتاد، شهرهای هوشی مین، میامی، نیواورلئان، بانکوک و بسیاری از شهرهای ساحلی به زیر آب خواهند رفت.

فصل اول: مقدمه ای بر علوم زمین محیطی
196
اندازه گیریهای تغییر تراز دریا

چه چیزی دانشمندان را راهنمایی می کندتا استنتاج کنند که تراز دریا در حال افزایش است؟ دانشمندان سوابق سنجش جزر ومد دریا را از بسیاری بنادر اطراف دنیا مطالعه کرده اند؛ این امر در برخی محلها برای بیش از یک قرن انجام گرفته است و نتایج مربوطه پیچیده می باشند.

فصل اول: مقدمه ای بر علوم زمین محیطی
197
فقط تراز دریا نیست که در برخی جاها بالا آمده و در برخی دیگر پایین می رود، بلکه بیشتر، زمینی که دستگاه سنجش جزر و مد به آن متصل می باشد نیز می تواند بالا آمده یا پایین برود.

بسیاری از فرایندها می توانند باعث بالا و پایین آمدن زمین شوند.

برای نمونه، در جایی که مقادیر زیادی نفت و آب از زمین پمپاژ می شود و رسوبات محتوی این سیالات فرو نشسته و متراکم می گردند .

فصل اول: مقدمه ای بر علوم زمین محیطی
198
در نتیجه نوسانها در دمای کره زمین و حجمهای یخ، تراز دریا بارها در چند میلیون سال گذشته بالا و پایین رفته است .
یکی از روشهایی که دانشمندان درباره این تغییرات گذشته در تراز دریا اطلاعاتی به دست می آورند مطالعه فسیلهای مرجانی به زیر آب رفته توسط بالا آمدن تراز دریا است.
در اثنای عصر یخ کنونی، که حدود 2 تا 3 میلیون سال پیش شروع شده، تراز دریاهای کره زمین چندین بار تا 120 متر نسبت به تراز جدید آن نوسان داشته است. دانشمندان این منحنی تغییر تراز دریا را برای 160.000 سال گذشته، توسط تعیین سن رادیومتری مرجان در بخشهای مختلف دنیا، بازسازی کرده اند.

فصل اول: مقدمه ای بر علوم زمین محیطی
199
پهنه های یخ و دیگر یخچالهای کوچکتر حدود 15000 سال پیش شروع به عقب نشینی کردند و تراز دریا به سرعت بالا آمد. تا 100.000 سال پیش، تراز دریا 20 متر در زیر ترازهای کنونی بود و تا بین 5000 و 7000 سال پیش حدود 20 تا 30 میلیمتر در سال به بالا آمدن خود ادامه داد. از آن پس، تراز دریا نسبتاً پایدار، شاید با خیزشی کمتر از حدود 2 میلیمتر در سال، بوده است. به هر حال، در صد سال گذشته، نرخ تراز دریا به نظر می رسد دوباره کمی افزایش داشته که احتمالاً به واسطه گرم شدن جهانی بوده است.

فصل اول: مقدمه ای بر علوم زمین محیطی
200
در آینده تراز دریا چقدر بالا می آید؟ در 1988، سازمان جهانی هواشناسی و برنامه توسعه ملل متحد یک گروه تحقیقاتی را در ارتباط با امکان تغییر تراز دریا در آینده به کار گرفتند. هیات مسئول داده های موجود را ارزیابی و خیزی بین 20 سانتیمتر و 1 متر را در تراز دریا در قرن آینده برآورد کردند (با تردید).

فصل اول: مقدمه ای بر علوم زمین محیطی
201
فرسایش ساحلی

یکی از بزرگترین خطرهای زندگی در کنار دریا فرسایش ساحلی است. فرسایش ساحلی بخشی از فرایند طبیعی زمین شناسی است که رسوبات را در امتداد سواحل مجدداً توزیع می کند، که مقدمتاً از طریق عمل امواج و بادها رخ می دهد.

فصل اول: مقدمه ای بر علوم زمین محیطی
202
کنترل فرسایش ساحلی طرحهای بسیاری برای کند ساختن یا توقف فرسایش ساحلی به کار گرفته شده اند. یکی از معمولترین راهبردها، ساختن برجستگیها، یا سدهای کم ارتفاع است که عمود بر پلاژ (یا خط ساحلی) برای کند کردن انتقال و فرسایش ماسه توسعه می یابد. دانه های ماسه موازی با پلاژ و نیز عقب و جلو در امتداد آن حرکت می کنند. این برجستگیها ماسه آب آورده در ساحل، یعنی جریان ماسه موازی با ساحل را، سد می سازند.

فصل اول: مقدمه ای بر علوم زمین محیطی
203
راهبرد دیگر برای تثبیت یک پلاژ ساختن بند آب برگردانها در بین جزایر سدی است. بند آب برگردانها سدهایی هستند که برای محکم نگه داشتن شاخابه ها ساخته می شوند وآنهارا از بسته شدن یا مهاجرت باز می دارند. (حفظ تفرجگاههای ساحلی و آب نماهای گران قیمت در مجاورت شاخابه ها )

فصل اول: مقدمه ای بر علوم زمین محیطی
204
کنترل فرسایش پرتگاه عقب نشینی پرتگاه در نتیجه فرایندهای طبیعی فرسایش ساحلی به ویژه در امتداد خطوط ساحلی حاشیه فعال در سراسر دنیا معمول است.
فرسایش پرتگاهها عمدتاً توسط هجوم مستقیم امواج است. امواج همچنین درزها و شکستگیهای موجود در سنگ را به عنوان سطوح ضعیف جدا کرده و قطعات بزرگ را در یک آن می شکنند.
رشد نمک ناشی از تبخیر آب در درزه ها نیز سنگ را خرد می کند .

فصل اول: مقدمه ای بر علوم زمین محیطی
205
با فنون مختلف مهندسی سعی شده است فرسایش پرتگاه دریا متوقف شود، ولی در بهترین حالت آنها می توانند فقط این فرایند را کند کنند و در بدترین حالت ممکن است واقعاً آنرا شتاب بخشند.

پوشاندن سطح پرتگاه با پوشش پلاستیکی معمولاً بی فایده است ( پاره می شود). پوششهای بتنی که بر روی پرتگاهها ریخته می شوند به همان سرعت سنگهایی که در پشت آنها هستند فرسوده می گردند. در قاعده پرتگاهها حفاظت به شکل انباشته ای از قطعات سنگی بزرگ، زنبیلهای سیمی پر از سنگ بنام gabion، یا ستونهایی که در جلو سطح پرتگاه کار گذاشته شده اند، می باشد. (برای شکستن نیروی امواج )

فصل اول: مقدمه ای بر علوم زمین محیطی
206
امواج طوفان، سیلاب و فرسایش دلتا

سیلاب ساحلی مرگبارترین خطر طبیعی برای انسان است. در اثنای طوفانها بادهای قوی آب را به سمت ساحل می رانند و سطح اقیانوس در واکنش به فشار اتمسفری بالا می آید. نتیجه این امر افزایش غیر معمول تراز دریا بنام امواج طوفان است.
بالاترین تعداد مرگ و میر شناخته شده به واسطه سیلاب ساحلی در 1970 در دلتای رودخانه گنگ در بنگلادش رخ داد ( نیم میلیون نفر کشته شدند ).

فصل اول: مقدمه ای بر علوم زمین محیطی
207
سونامی

وقتی یک زلزله، فوران آتشفشانی یا زمین لغزه به طور ناگهانی مقدار زیادی از آب دریا را جابه جا می کند، حرکت ردیفی از امواج را آغاز می نماید که از نقطه شروع در طول سطح دریا منشعب می شود. امواج دریایی که به این ترتیب ایجاد می گردند سونامی نامیده می شوند

فصل اول: مقدمه ای بر علوم زمین محیطی
208
امواج تسونامی می توانند در فاصله هزاران کیلومتر از رویداد جابه جا کننده اصلی رخ دهند و قربانیهای خود را بدون این که از ورود این امواج آگاهی یابند بگیرند.
تعداد و نوع مرزهای ورقه های فعال که در اطراف اقیانوس آرام می چرخند این منطقه را مستعد سونامی های ناشی از زلزله می سازد.
لرزه شناسان شبکه ای از زلزله سنجها را در اطراف حاشیه آرام نصب کرده اندکه وقتی یک زلزله رخ می دهد مسیر وزمان حرکت سونامی ها از آن منبع می تواند پیش بینی شده و هشدارهایی حداقل چند ساعت قبل از بروز رخداد ارائه گردد.

فصل اول: مقدمه ای بر علوم زمین محیطی
209
آلودگی اقیانوس
بیشتر از 300 میلیون تن زباله جامد و مایع هر ساله به اقیانوس ریخته می شود، و این زباله ها اثرات روزانه فعالیتهای موجود در خشکی است، و نه تراوشهای نفتی مجزا که اثر زیادتری را دارا می باشد .
آلودگی در اقیانوسها

فصل اول: مقدمه ای بر علوم زمین محیطی
210
تخلیه زباله و جریان آن در امتداد فلاتهای قاره
فلاتهای قاره در بسیاری از بخشهای دنیا، بویژه در مجاورت کشورهای توسعه یافته، برای تخلیه انواع گسترده ای از زباله ها شامل مواد روبشی ( لاروبی شده)، لجن فاضلاب و زباله صنعتی استفاده می شوند. از بین این زباله ها، مواد لجنی 80 تا 90 درصد حجم کل را تشکیل می دهند.

فصل اول: مقدمه ای بر علوم زمین محیطی
211
مواد روبشی ممکن است اندازه های مختلفی داشته باشند که شامل رس، سیلت، ماسه، گراول و قطعات بزرگ سنگ اند.

لجن فاضلاب، یک مخلوط چسبنده از مواد شیمیایی آلی و غیرآلی است که عمدتاً از زباله انسانی ناشی می شود و غنی از نیترات ها، فسفات ها و میکروبهایی نظیر ویروسها و باکتریها می باشد.

زباله صنعتی شامل انواعی از مواد شیمیایی ساخته شده و استفاده شده در فرایندهای صنعتی است، و نیز شامل آفت کش ها، فراورده های نفتی و حلالها می باشد.

فصل اول: مقدمه ای بر علوم زمین محیطی
212
سیلان تخلیه شده از یک لوله در منطقه ساحلی تشکیل زبانه ای را می دهد که تا سطح آب بالا می رود و به سمت پائین جریان در آب دریا، و مشخصاً در امتداد پیکنوکلاین گسترش می یابد. زباله های صنعتی و فاضلاب به این صورت تخلیه شده اند. ذرات جامد سنگینتر به سمت کف ته نشین کرده، تشکیل ردیفی از رسوبات آلوده شده را می دهد که از لوله تخلیه به سمت خارج گسترش می یابند.

فصل اول: مقدمه ای بر علوم زمین محیطی
213
زمینهای مرطوب و نقش آنها در حفظ سواحل

زمینهای مرطوبی که در مرز خلیجهای دهانه ای قرار دارند به عنوان صافی عمل می نمایند آلوده کننده ها و مواد غذایی را جذب می کنند. اینها آنقدر موثرند که برخی جوامع نسبت به برگرداندن آنها به حالت طبیعی یا بازسازی آنها اقدام کرده اند ، و فاضلاب آنها را تمیز نموده اند .

فصل اول: مقدمه ای بر علوم زمین محیطی
214
آلودگی در اقیانوس عمیق

شدت اثر انسانی بر روی خطوط ساحلی دنیا در حال کاهش است و حوضه های عمیق اقیانوسی هنوز نسبتاً دست نخورده می باشند. با این حال، آلودگی ادواری در بیشتر اقیانوسهای دنیا، به ویژه در امتداد مسیرهای حمل و نقل اصلی، رخ می دهد. به واسطه اختلاط آب اقیانوس از طریق جریانها، زباله ها حتی در جزایر دور دست نیز دیده شده اند،

فصل اول: مقدمه ای بر علوم زمین محیطی
215
پلاستیکها اهمیت ویژه ای دارند، زیرا هنوز قابل فروسایی زیستی نیستند. از تقریباً 10 میلیون تن زباله جامدی که هر ساله به اقیانوسها تخلیه می گردد، 10 درصد پلاستیک استکه به دو شکل وجود دارند:

گلوله های پلاستیکی مواد خام که از آنها کالاهای پلاستیکی ساخته می شوند .
اشیاء ساخته شده پلاستیکی.

فصل اول: مقدمه ای بر علوم زمین محیطی
216
حفظ اقیانوسها

بسیاری از کوششهای ملی و بین المللی برای توقف تخلیه زباله به اقیانوس یا قانون گذاری سخت آن برای حفظ اقیانوس و سیستم ساحلی است. پیمان تخلیه زباله لندن (1972) تخلیه مواد خطرناک نظیر جیوه، کادمیم، نفت و زباله های تراز بالای هسته ای را قدغن کرده است، در حالیکه تخلیه مواد دیگر نظیر آرسنیک، سرب، سیانورها، آفت کشها و فلورورها نیازمند اجازه ویژه است. بزرگترین کشمکش برای اقیانوس های دنیا رشد مداوم جمعیت انسانی خواهد بود و بزرگترین امیدواری این است که ما در چرخه مجدد زباله، استفاده مجدد از آن و کاهش زباله وضعیت بهتری پیدا کنیم.

بخش چهارم سیستم های سیال زمین
آب و هوا سیال هستند، می توانند به آسانی به صورت آب سطحی و آب زیرزمینی بر روی قاره ها، به صورت جریانهای اقیانوسی و به صورت توده های هواکره ای جاری شوند. جریان آب و گاز از طریق سیستمهای مختلف زمینی سطح زمین را شکل می دهند و شرایط اقلیمی و محیطی منطقه ای را تعیین می کنند.

فصل نهم انرژی و محیط
بیش از 30.000 سال قبل، اجداد عصر سنگی ما خودشان را به وسیله آتش ناشی از چوب، به عنوان منبع انرژی برای گرما، گرم می کردند که قدیمی ترین استفاده انسانی از زیست ماده غنی از کربن است. از آن پس، بیشتر منابع تمرکز یافته کربن کشف شده اند.

فصل اول: مقدمه ای بر علوم زمین محیطی
219
زیست ماده قدیمی دفن گردید و به سوختهای فسیلی نظیر تورب، زغالسنگ، نفت و گاز طبیعی تبدیل شد. بیش از میلیونها سال بخش کمی از جریان انرژی خورشیدی در زیست ماده روی زمینی و بخش باز هم کمتری در زیست ماده و سوختهای فسیلی دفن شده تجمع یافته و به زمین یک ذخیره انرژی بسیار بزرگی بخشیده است.

فصل اول: مقدمه ای بر علوم زمین محیطی
220
وقتی زیست ماده و سوختهای فسیلی سوزانده می شوند نه تنها باعث رهاسازی انرژی می شوند بلکه دی اکسیدکربن و دیگر گازهایی را که می توانند در گرم شدن کره زمین سهیم باشند به هوا خارج می سازند. تقاضای ما برای انرژی بیشتر، سبب گرمایش بیشتر زمین می شود. همزمان، ذخیره سوخت فسیلی نیز رو به اتمام می رود.
سوختهای فسیلی منابع تجدید ناپذیر هستند ولی آنها تنها انرژی در دسترس، نمی باشند.

فصل اول: مقدمه ای بر علوم زمین محیطی
221
در این بخش منشا، گستردگی و اثر محیطی بسیاری از انواع منابع انرژی در روی زمین بررسی خواهد شد. موارد زیر پیگیری می شوند:
ردیابی جریانهای انرژی در داخل سیستمهای زمینی.
تحقیق روشهای درست بازیابی، استفاده ، و حفظ سوختهای فسیلی تجدیدناپذیر.
مقابله با خطرات درگیر در تولید انرژی هسته ای و دفن زباله های هسته ای.
کشف اینکه چرا تشعشع خورشیدی تنها منبع دائمی انرژی می باشد که بدون هر گونه خطر در سراسر جهان در دسترس است.

فصل اول: مقدمه ای بر علوم زمین محیطی
222
کشف منابع جدید انرژی منتج به تغییرات اساسی در سراسر تاریخ انسانی، به ویژه در قرن بیستم گردید.

تا جنگ جهانی دوم، اهمیت نفت برای تقاضای انرژی دنیا تقریباً به اندازه زغالسنگ بود، ولی از آن به بعد اهمیت نفت افزایش یافت. با این تغییرات در استفاده منابع انرژی، شکلهای جدید آلودگی محیطی و نیاز برای ایجاد قوانین محیطی به وجود آمده اند .

فصل اول: مقدمه ای بر علوم زمین محیطی
223
(الف) از 1860، مصرف انرژی جهانی مشخصاً زیاد شده و از زیست ماده سوزنده (عمدتاً چوب) به سوختهای فسیلی سوزنده تغییرپیدا کرده است. در نتیجه، مقادیر کربن، ازت، گوگرد به طور قابل سنجشی افزایش یافته اند.
(ب) تمرکزهای دی اکسید کربن در محلهای دور از مراکز صنعتی از انقلاب صنعتی به بعد به طور ناگهانی، افزایش داشته اند. داده ها از مغزه های حفاری شده در جنوبگان و در هوای روی مائونالوا، هاوایی به دست آمده اند.

فصل اول: مقدمه ای بر علوم زمین محیطی
224
سیستم انرژی زمین

جریان انرژی در داخل سنگ کره، خاک کره، آب کره، هواکره و زیست کره حرکت و انتقال ماده را باعث می شود، و زمین را سیاره پویایی می سازد که قادر به نگهداری زندگی است. انرژی خارجی از خورشید و انرژی داخلی از درون زمین به واسطه سیستمهای مادی زمین منتقل می شوند و ممکن است برای مدتی قبل از اینکه در فضا از دست بروند، در آن سیستمها انباشت شوند.

فصل اول: مقدمه ای بر علوم زمین محیطی
225
ماده به طور چرخه ای در داخل سیستمهای زمینی جریان می یابد و مقدار کمی به سیاره وارد یا آنرا ترک می کند، ولی جریان انرژی یک طرفه است. نور خورشید به زمین می رسد و توسط گیاهان برای تولید ماده آلی، که انرژی خورشیدی را به صورت انرژی پتانسیل ذخیره می کنند، استفاده می شود. اگر دفن شود، ماده آلی می تواند به سوختهای فسیلی تغییر شکل یابد، که وقتی بسوزد انرژی ذخیره شده خود را به صورت گرما رها می سازد. این انرژی گرمایی می تواند برای تولید الکتریسیته جهت تامین گرما یا نور استفاده شود، ولی نهایتاً انرژی داده شده به صورت گرما به فضا از دست می رود.

فصل اول: مقدمه ای بر علوم زمین محیطی
226
منابع انرژی بر روی زمین

بزرگترین منبع انرژی در سطح زمین تشعشع الکترومغناطیسی از خورشید است. این منبع انرژی خارجی یک جریان ورودی فراهم می کند که 99/99 درصد جریان انرژی در روی زمین است. انرژی خورشیدی منشا اصلی تقریباً تمام دیگر منابع انرژی بر روی زمین، شامل انرژی ذخیره شده در چوب، زغالسنگ، نفت، گاز طبیعی، آب ریزشی و باد می باشد.

فصل اول: مقدمه ای بر علوم زمین محیطی
227
انتقال انرژی و نور ساخت (فتوسنتز)

جریان انرژی در داخل خاک کره و زیست کره از نظر انسان اهمیت ویژه ای دارد زیرا این سیستم ها منابع غذا و انرژی سوخت هستند. زیست کره وابسته به انرژی انباشت شده در اثنای نور ساخت است، فرایندی که به وسیله آن کلروفیل در گیاهان سبز انرژی خورشیدی را به انرژی شیمیایی در شکل مولکولهای آلی (بر اساس کربن) تبدیل می نماید.

فصل اول: مقدمه ای بر علوم زمین محیطی
228
6CO2 + 6H2O C6H12O6 + 6O2
انرژی ذخیره شده در گلوکز و دیگر مولکوهای آلی، اگر پیوندهای کربن در واکنش با اکسیژن شکسته شوند، می تواند آزاد شود( تنفس ، تجزیه و سوختن )

فصل اول: مقدمه ای بر علوم زمین محیطی
229
سوختن اکسایش بسیار سریعی است و وقتی رخ می دهد که ماده آلی آتش گرفته و می سوزد و گرما و نور تولید می کند:

6O2 + C6H12O6 6H2O + 6CO2

فصل اول: مقدمه ای بر علوم زمین محیطی
230
منابع انرژی

استخراج و سوزاندن سوختهای فسیلی انرژی انباشت شده را آزاد می سازد ؛ این انرژی از نور خورشید منشا گرفته و مدتها قبل توسط سازواره ها برای نور ساخت استفاده گردیده است.
اگر چه زمانی را که انرژی خورشیدی در سوختهای فسیلی ذخیره می شوند کوتاه است ولی مدت تجمع آن در سنگ کره به میلیونها تا صدها میلیون سال می رسد، و بنابراین ذخیره کل سوختهای فسیلی خیلی زیاد است.

فصل اول: مقدمه ای بر علوم زمین محیطی
231
منابع انرژی غیر قابل تجدید و قابل تجدید دنیا

فصل اول: مقدمه ای بر علوم زمین محیطی
232
نفتشکل مایع یا گازی ماده آلی مرکب از هیدروکربن ها است ـ ترکیباتی شامل اتمهای کربن و اتمهای هیدروژن.

شکلهای اصلی نفت، نفت خام، بخش مایع نفت (که گاهی اوقات "طلای سیاه" نامیده می شود) و گاز طبیعی هستند. گاز طبیعی شامل کربن کمتر و هیدروژن بیشتری نسبت به نفت است، که آنرا کم چگالتر می سازد .
فراوانترین منشا نفت پلانکتونهای جانوری و گیاهی، باکتریها و گیاهان خشکی هستند،

فصل اول: مقدمه ای بر علوم زمین محیطی
233
ترکیب میانگین عنصری سوختهای فسیلی (درصد وزنی)

فصل اول: مقدمه ای بر علوم زمین محیطی
234
ذخایر و منابع برآورد شده نفت (میلیارد بشکه)

فصل اول: مقدمه ای بر علوم زمین محیطی
235
اثر محیطی استفاده از نفت

جدا از گازهای سمی که سوختن سوختهای فسیلی آزاد می سازند، نگرانیهای محیطی درباره اثرات استفاده نفت به اکوسیستم های حساس وجود دارند که در محور جریان نفت خام به داخل اقیانوسها و نزدیکی محلهای حفاری رخ می دهند. نواحی بسیاری که شامل ذخایر غنی از نفت اند برخی از بارورترین نواحی در ارتباط با فعالیت زیست شناختی جدیداند.

فصل اول: مقدمه ای بر علوم زمین محیطی
236
آلودگی اقیانوس
بیشتر آلودگی نفت در اقیانوسها از کشتیهایی که تانکرهای نفت خودشان را در دریا تمیز می کنند و از جریانهای صنعتی و شهری از خشکی ها است. تراوشهای نفتی بزرگ اتفاقی از تانکرهای حامل نفت در سراسر اقیانوسها فقط 5 درصد 3/2 میلیون تن هیدروکربنهای نفتی برآورد شده است که هر ساله به داخل اقیانوسها وارد می شوند، ولی آنها می توانند خسارت شدیدی را به اکوسیستم های دریایی یا ساحلی محلی وارد سازند.

فصل اول: مقدمه ای بر علوم زمین محیطی
237
هنگامی که ماده آلی دفن و فشرده می شود، مقدار آب، اکسیژن و هیدروژن کاهش پیدا کرده تولید یک ماده به طور فزاینده غنی از کربن می نماید که از تورب به لیگنیت، سپس زغالسنگ قیری و سرانجام آنتراسیت درجه بندی می شود.
اثر محیطی معدنکاری و سوختن زغالسنگ

فصل اول: مقدمه ای بر علوم زمین محیطی
238
تمام مراحل چرخه انرژی زغالسنگ، از معدنکاری تا پردازش و سوختن بر محیط تاثیر می گذارند. آتش سوزی های زغالسنگ به ویژه در معادن زیرزمینی یک مسئله است، زیرا زغالسنگ زیادی در محل رها می شود.

معدنکاری سطحی امن تر از معدنکاری زیرزمینی برای کارگران معدن است، ولی منجر به ناپایداری شیب، گودالهای باز خطرناک نادیدنی و فرسایش خاک و رسوب می گردد.

فصل اول: مقدمه ای بر علوم زمین محیطی
239
زهکشی اسیدی معدن، اسیدیته رودخانه های محلی را افزایش داده و از این طریق مقدار فلز آنها را زیاد نموده و بر زندگی جانوران اثر می گذارد. گیاهان و جانوران آبی نسبت به اسیدیته زیستگاه خود حساس اند و سازواره ها هنگامی که pH آب به زیر سطح تحمل آنها افت می کند شروع به مردن می نمایند.

فصل اول: مقدمه ای بر علوم زمین محیطی
240
استخراج و سوختن زغالسنگ تنها منبع بزرگ گوگرد رها شده به هواکره و آب کره توسط فعالیتهای انسانی و بیرون دادن دی اکسید کربن بیشتر، که یک گاز گلخانه ای می باشد، در واحد انرژی نسبت به هر سوخت فسیلی دیگر است.
اروپا، خاورمیانه، آمریکای شمالی و آسیا بیشترین مقدار گوگرد را به هواکره بیرون می فرستند. همزمان با توسعه صنعتی کشورها تقاضاهای آنها برای انرژی و همین طور برون فرست گوگرد، اگر سوختهای فسیلی پرگوگرد مصرف کنند، افزایش می یابد. ترکیب این اثر با افزایش جمعیت، برون فرست گوگرد جهانی را برای سال 2020 به اندازه 210 میلیون تن در سال برآورد می نماید، که سه برابر میزان سال 1990 می باشد.

فصل اول: مقدمه ای بر علوم زمین محیطی
241
گوگرد رها شده به داخل هواکره به صورت نهشته اسیدی به زمین بر می گردد.

فناوریهای پیشرفته سوختن که در آن زغالسنگ، سنگ آهک ((CaCO3 و دیگر اکسیدهای کلسیم با یکدیگر مخلوط می شوند می توانند برون فرستهای SO2 را عمدتاً قطع کرده و برون فرستهای NOx را توسط کاستن از دماهای سوختن کاهش دهند .

SO2 می تواند توسط روشی، که یکی از موثرترین ولی در عین حال گرانترین روش است و آن استفاده از نظیف کننده می باشد، استخراج شود.

فصل اول: مقدمه ای بر علوم زمین محیطی
242
انرژی زمین گرمایی از بخار یا آب گرم شده در زیر زمین، که توسط گرمای داخل زمین صورت می گیرد، بیرون کشیده می شود؛ این انرژی یک منبع با ارزش در تعدادی از مناطق روی زمین و عمدتاً در امتداد مرزهای ورقهای فعال است. این نیروگاه زمین گرمایی در کنیا، در امتداد کافت آفریقای شرقی قرار دارد.
انرژی زمین گرمایی
انرژی قابل دسترس از داخل زمین انرژی زمین گرمایی نامیده می شود.

فصل اول: مقدمه ای بر علوم زمین محیطی
243
انرژی هسته ای

بزرگترین ذخیره انرژی غیرقابل تجدید شناخته شده بر روی زمین در اکسیدهای اورانیم متمرکز می باشد، کانیهای کمیابی که شامل حتی ایزوتوپ ناپایدار کمیاب تری بنام اورانیم 235 هستند .

اورانیم 235 یکی از ایزوتوپهای رادیواکتیو در داخل زمین است که بواسطه تجزیه هسته ای خود به خودی در گرمای داخلی زمین نقش دارد.

فصل اول: مقدمه ای بر علوم زمین محیطی
244
شکافت و آمیزش

دو نوع واکنش هسته ای می تواند انرژی تولید کند: شکافت که نوعی تجزیه هسته ای است و آمیزش که بهم آمیختن هسته های اتمی می باشد. هر دو واکنش انرژی آزاد می سازند ولی در عمل فقط شکافت است که تا کنون برای تولید مقادیر اساسی برق ثابت شده است.

فصل اول: مقدمه ای بر علوم زمین محیطی
245
وقتی یک هسته 235U به وسیله نوترون بمباران می شود، به دو اتم کوچکتر (کریپتون و باریم) شکسته می شود و تعدادی نوترون از هسته به بیرون می جهد. این نوترونها سپس اتمهای 235U دیگر را بمباران کرده، یک واکنش زنجیری ایجاد می کنند که تا زمانی که تمام اتمها شکافته شوند، یا نوترونها به وسیله یک ماده غیرقابل شکافت جذب شوند ادامه خواهد داشت. در نیروگاههای هسته ای، واکنش زنجیری با محلول بر (بورون) تحت کنترل قرار می گیرد، ماده ای که نوترونها را جذب می کند (رقم نشان داده شده در زیر هر هسته عدد پروتونها است).

فصل اول: مقدمه ای بر علوم زمین محیطی
246
مسائل انرژی هسته ای

شکافت اورانیم 235 ، در هسته های حدود 400 رِاکتور اتمی ، هم اکنون 17 درصد برق جهان را در 25 کشور فراهم می کند.

نگرانیهای ایمنی و مصرف امیدهای زیادی را برای انرژی هسته ای بعنوان یک جایگزین ارزان و پاک جهت سوختهای فسیل باطل کرده اند. نگرانیها درباره نیروی هسته ای بر روی سه جریان متمرکز می شود: استخراج سوخت هسته ای در محل معادن، ایمنی نیروگاههای هسته ای ، و دفن زباله های هسته ای و تکثیر سلاحها.

فصل اول: مقدمه ای بر علوم زمین محیطی
247
زباله های معادن رادیواکتیو

همانند بیشتر معدنکاری ها، معدنکاری اورانیم مواد باقیمانده ای را ایجاد می نماید که بعنوان پس مانده، دفن می شود. حجم این مواد در مقایسه با عملکرد معدنکاریهای دیگر زیاد نیست، ولی بسیار خطرناکتر است، زیرا پس مانده ها رادیواکتیواند.

فصل اول: مقدمه ای بر علوم زمین محیطی
248
ایمنی نیروگاههای هسته ای
در یک نیروگاه هسته ای تجارتی معمولی تجزیه اورانیم 235 گرما آزاد می سازد که آب را جوشانده و به بخار تبدیل می کند و این بخار توربینی را برای تولید الکتریسته ایجاد می نماید . نیروگاه هسته ای بوسیله بخار کار می کند و گرمای آن از واکنشهای هسته ای نتیجه می شود. تحت کنترل نگهداشتن گرما برای حفظ ایمنی دستگاه و جلوگیری از نشت تشعشع بسیار مهم است.

فصل اول: مقدمه ای بر علوم زمین محیطی
249
یک نیروگاه هسته ای دارای یک هسته راکتور است که انرژی را از بسته ای از میله های سوخت فلزی تولید می کند. هر میله سوخت محتوی گلوله های بسیاری از اکسید اورانیم غنی شده از اورانیم 235 است. برخی میله ها محتوی بر (بورون) هستند، که سرعت واکنش را با جذب نوترونها کنترل می کند. شکافت هسته ای گرما تولید می کند که برای گرداندن یک توربین و تولید برق به کار می رود. اگر سرد کننده برای رفع گرما ناکافی باشد، عمل ذوب ظرف رِاکتور را تخریب خواهد کرد و تشعشع را به محیط رها خواهد ساخت.

فصل اول: مقدمه ای بر علوم زمین محیطی
250
دو سانحه شدید در نیروگاههای هسته ای نسبت به برگشت عقیده عمومی از نیروی هسته ای کمک کرده اند. یکی در 1979 در ایالات متحده در تاسیسات روی جزیره تری مایل پنسیلوانیا و دیگری سانحه هسته ای چرنوبیل ، اوکراین ، در 1986 .

فصل اول: مقدمه ای بر علوم زمین محیطی
251
دفن زباله های هسته ای

یکی از اعتراض آمیزترین مسائل همراه با انرژی هسته ای دفن فراورده های زباله رادیواکتیو آن است. زباله های هسته ای به دو نوع سطح پایین و سطح بالا طبقه بندی می گردند.

نوع سطح پایین شامل ماشین آلات، تجهیزات، باقیمانده پاک کننده ها و لباسهای محافظ به کارگرفته شده در نیروگاههای هسته ای، بیمارستان ها و آزمایشگاههای تحقیقاتی می باشد.
نوع سطح بالا شامل باقیمانده های مایع و جامد شدیداً رادیواکتیو ناشی از مصرف میله های سوخت و سلاحهای تولیدی است.

فصل اول: مقدمه ای بر علوم زمین محیطی
252
انرژی خورشیدی

تشعشع خورشیدی از دیدگاه انسان اساساً کاهش ناپذیر می باشد. این تشعشع همچنین فراوانترین منبع انرژی بر روی زمین است.

علیرغم توانایی محدود فناوری جاری در گرفتن و انبار کردن انرژی خورشیدی، تشعشع خورشیدی برای گرما و برق در یک مقیاس کوچک معمولاً برای فازهای انفرادی، در حال کنترل است.

توسعه نیروگاههای انرژی خورشیدی با مقیاس بزرگتر نیز به بیش از نیمی از جمعیت دنیا که در کشورهای در حال توسعه زندگی می کنند کمک خواهد کرد.

فصل اول: مقدمه ای بر علوم زمین محیطی
253
طرحی عمومی برای یک خانه خورشیدی غیر فعال، که یک فضای خورشیدی، برای نمونه، گلخانه یا solarium، استفاده می کند و دارای پنجره های عایق بندی شده ای است که در مقابل جهت بیشترین تشعشع ورودی از خورشید قرار گرفته تا انرژی خورشیدی را برای گرم کردن هوای درون جمع آوری نماید. منافذی وجود دارند که میتوانند هوای گرم را چرخش داده تا هنگامی که سرد شد به فضای خورشیدی بازگرداند و مجدداً گرم شود. زاویه خورشید در تابستان بالاتر و در زمستان پائینتر است، بنابراین درختانی که دارای شاخ و برگ تابستانی هستند می توانند برای مسدود کردن تشعشع خورشیدی در اثنای ماههای گرمتر استفاده شوند و منافذ اضافی می توانند برای سرد شدن بیشتر باز شوند.

فصل اول: مقدمه ای بر علوم زمین محیطی
254
این ساختمان در اسنوماس کلرادو، موسسه کوه راکی را با یک سازمان انرژی و نگهداری جا می دهد. قسمتی از بخش جنوبی تاسیسات برای عایق بندی اضافی و سرد شدن تابستانی ساخته شده است. تقریباً تمام گرما، آب داغ و نور توسط خورشید تامین می شوند وانرژی ذخیره شده انتظار می رود پرداخت هزینه ساخت تاسیسات را در طول 40 سال جبران نماید.

فصل اول: مقدمه ای بر علوم زمین محیطی
255
استفاده از انرژی خورشیدی برای برق

یکی از استفاده های اولیه برای انرژی در کشورهای صنعتی تولید برق برای رانش و تامین نور است. انرژی خورشیدی می تواند مستقیماً از طریق ابزاری که سلولهای فتوولتایی (PV) نامیده می شوند، به برق تبدیل گردد.

فناوری سلول فتوولتایی هنوز برای اقتصادی بودن در جاهایی که برق قبلاً از منابع انرژی دیگر در دسترس می باشد گران است . با این حال، هزینه های مربوطه در حال افت بوده و امکان دارد به زودی با منابع دیگر رقابت کند.

فصل اول: مقدمه ای بر علوم زمین محیطی
256
فناوریهای متفاوت برق را در هزینه هایی که از پائینترین حد، 4 سنت در کیلووات ساعت (kWh) برای سدهای هیدروالکتریک و گاز طبیعی تا بالاترین حد، 30 سنت در kWh برای تاسیسات فتوولتایی یا خورشیدی تغییر می کند، تولید می نمایند. هنگامی که فناوریهای جدید توسعه می یابند، انتظار می رود هزینه برق ناشی از تاسیسات فتوولتایی کاهش یابد. دومین منبع گران برق نیروی هسته ای است.

فصل اول: مقدمه ای بر علوم زمین محیطی
257
انرژی باد ناشی از خورشید

گرمایش خورشیدی غیریکنواخت در سطح زمین تولید بادهایی می کند که می تواند بصورت یک منبع انرژی استفاده شود. برای قرنها مردم نیروی باد را برای کار مکانیکی تحت کنترل درآورده اند که از آن جمله استفاده از آسیابهای بادی برای بیرون کشیدن آب از چاهها، آرد کردن دانه ها در آسیابها و راندن قایقهای بادبانی و کشتیهای بادبانی است.

فصل اول: مقدمه ای بر علوم زمین محیطی
258
انرژی آب ناشی از خورشید

انرژی ناشی از جریان آب مانند انرژی ناشی از باد در نهایت از خورشید تامین می شود، زیرا انرژی خورشیدی چرخه آب شناختی را می راند. جریان آب هزاران سال است که چرخهای آب و جدیداً توربینهایی را که در نیروگاههای هیدروالکتریک برق تولید می کنند، می گرداند.

فصل اول: مقدمه ای بر علوم زمین محیطی
259
مزارع باد توربینهایی را برای تولید برق بکار می گیرند. در هلند، یک کشور ویژه چرای دام که سالیان دراز با آسیابهای بادی همراه بوده است، مولدهای بادی جدید منظره ای معمولی هستند.

فصل اول: مقدمه ای بر علوم زمین محیطی
260
انرژی زیست ماده

ماده گیاهی و ضایعات جانوری، بعنوان زیست ماده می توانند مستقیماً بواسطه انرژی خود بسوزند یا می توانند به سوختهای زیستی گازی یا مایع تبدیل گردند تا از این طریق بعنوان سوختهای فسیل استفاده شوند. نمونه ای از این مورد استفاده از ذرات تخمیر شده برای ساختن مخلوط سوخت الکل ـ بنزین بنام gasohol است

فصل اول: مقدمه ای بر علوم زمین محیطی
261
سوختهایی که در درجه حرارت بالا ـ به اندازه 600 درجه سانتیگراد ـ می سوزند برای تولید الکتریسیته جهت مشتعل کردن لامپهای با نور سیمابی در درجه حرارتهای کمتر از 100 درجه سانتیگراد استفاده می شوند. در این فرایند، بیشتر انرژی به صورت گرمای تلف شده از دست می رود. برای محاسبه کارایی کل جهت فرایند تبدیل نشان داده شده، کارائیهای (E) هر گام در هم ضرب می شوند.
کارآیی و حفظ انرژی
بیشترین امید برای آینده انرژی دنیا بهبود بخشیدن به کارایی استفاده از انرژی است.

فصل دهم درک تغییر محیطی
در این بخش موارد زیر پیگیری می شوند:
ـ بررسی منشا اقلیم زمین.
ـ تجزیه و تحلیل برخی تغییر اقلیمی و محیطی.
ـ کشف اینکه چگونه نماینده هایی نظیر رسوبات، حلقه های درختان، دانه های گرده و یخ یخچالی برای روشن ساختن تاریخ محیطی زمین استفاده می شوند.

فصل اول: مقدمه ای بر علوم زمین محیطی
263
زیست ماده قدیمی دفن گردید و به سوختهای فسیلی نظیر تورب، زغالسنگ، نفت و گاز طبیعی تبدیل شد. بیش از میلیونها سال بخش کمی از جریان انرژی خورشیدی در زیست ماده روی زمینی و بخش باز هم کمتری در زیست ماده و سوختهای فسیلی دفن شده تجمع یافته و به زمین یک ذخیره انرژی بسیار بزرگی بخشیده است.

فصل اول: مقدمه ای بر علوم زمین محیطی
264
دلایل تغییر اقلیم

برخلاف زهره و مریخ، زمین ما دارای دمایی است که حداقل 5/3 میلیارد سال برای زندگی مناسب بوده است و ما این موضوع را از قدیمیترین سازواره های فسیل، که تا کنون بر روی زمین یافت شده اند، درک می کنیم. ولی دمای زمین از زمان تشکیل آن ثابت نبوده است.

فصل اول: مقدمه ای بر علوم زمین محیطی
265
اقلیم زمین حدوداً در پاسخ به اثرات متقابل پیچیده بین فرایندهای درونی زمین، خاک کره، زیست کره، آب کره و هواکره، فاصله زمین از خورشید و تغییرات در شدت تشعشع خورشیدی تغییر کرده است. تغییر در هر یک از این متغیرها می تواند منجر به تغییر در اقلیم شود. بعلاوه، تغییرات اقلیمی در تنوعی از مقیاسهای زمانی رخ می دهند. فورانهای آتشفشانی ممکن است زمین را برای چند سال سرد کنند، در حالی که حرکات ناشی از زمین ساخت ورقی می توانند منجر به تغییرات اقلیمی گردند که میلیونها سال دوام داشته اند.

فصل اول: مقدمه ای بر علوم زمین محیطی
266
نحوه پخش خشکی و اقیانوس بر روی دما و اقلیم کره زمین تاثیر می گذارد :

(الف) به طور میانگین، خشکیها در قطبها با اقیانوسی که در بین آنها می چرخد سیاره را گرم می کنند زیرا، در مقایسه با خشکی، اقیانوس در عرضهای جغرافیایی پائین نور بیشتری را جذب می کند، جایی که بیشترین مقدار تشعشع خورشیدی توسط سیاره دریافت می شود.

(ب) به همین ترتیب، اقیانوسها در قطبها با خشکی در بین آنها اثر متضادی دارند. فلشهای در جهت سیاره تشعشع خورشیدی وارده را نمایش می دهند؛ فلشهای در جهت مخالف سیاره تشعشع منعکس شده را نشان می دهند. فلشهای کوتاهتر بیرون رونده دلالت بر این دارند که انرژی بیشتری توسط سیاره نسبت به فلشهای بلندتر بیرون رونده، جذب شده اند. فلشهای بلندتر انعکاس بیشتری را نمایش می دهند.

فصل اول: مقدمه ای بر علوم زمین محیطی
267
فورانهای آتشفشانی
در حالیکه افزایش فعالیت آتشفشانی نهایتاً در جهت افزایش تمرکز گازهای گلخانه ای در هواکره و گرم شدن زمین عمل می کند، در فورانهای آتشفشانی کوتاه مدت ممکن است باعث سرد شدن زمین توسط تزریق خاکستر، قطرات اسید سولفوریک و ذرات سولفات زیاد به تروپوسفر و استراتوسفر گردد، جایی که آنها تشعشع خورشیدی وارده را منعکس می کنند.

فصل اول: مقدمه ای بر علوم زمین محیطی
268
(الف) گریز از مرکز، کج شدگی و چرخه های تقدیم برای 600.000 سال اخیر. توجه داشته باشید که چرخه گریز از مرکز دارای یک دوره 100.000 ساله، چرخه کج شدگی یک دوره 40.000 ساله و چرخه تقدیم یک دوره 23.000 ساله است.
(ب) تشعشع خورشیدی در ژوئن در 65 درجه عرض شمالی در 600.000 سال گذشته که توسط میلوتن میلانکوویچ، از چرخه های گریز از مرکز کج شدگی و تقدیم نشان داده شده در (الف) محاسبه گردیده است. نواحی سایه وار مقدار حداقل را در تشعشع خورشیدی وارده نشان می دهند، زمانهایی که میلانکوویچ باور داشت زمین یخگیری شده است.

فصل اول: مقدمه ای بر علوم زمین محیطی
269
نشانه های تغییر محیطی

دانشمندان نشانه های اقلیمی و محیطی بسیاری را در پیشینه زمین شناختی شناسایی کرده اند که اطلاعاتی را درباره دما، بارش و توزیع رویش گیاهی در زمانهای مختلف گذشته فراهم می نمایند. این نشانه ها در دو طبقه، زمین شناختی و زیست شناختی، قرار می گیرند. لایه های رسوبی گذاشته شده در دریاچه ها نشانه های زمین شناختی و حلقه های درختان نمونه هایی از نشانه های زیست شناختی هستند.

فصل اول: مقدمه ای بر علوم زمین محیطی
270
پیشینه های زمین شناختی اقلیم و محیط
تاریخ محیطی زمین در بیابانها ( محیط های خشک – تلماسه های بادی ) سواحل، لندفرمهای یخچالی، یخ یخچالی و طبقات دریاچه ای خشک نوشته می شود.

پیشینه های زیست شناختی اقلیم و محیط
سازواره ها، وقتی شرایط محیطی برای آنها مناسب باشد، بیشتر رشد کرده و تولید مثل می نمایند. از این رو تجزیه و تحلیل فسیلها ، گرده ها ، حلقه های درختان و سازواره های زنده، برای درک محیطهای گذشته سهیم هستند.

فصل اول: مقدمه ای بر علوم زمین محیطی
271
پیشینه ایزوتوپی اکسیژن دریایی. ارزشهای مثبت 18O دوره های یخچالی را نشان می دهند ؛ ارزشهای منفی دوره های بین یخچالی را نشان می دهند.

فصل یازدهم ردیابی و پیش بینی تغییر محیطی
در این بخش به موارد زیر پرداخته می شود:
ـ محیط جدید خود را در معرض فرایندها و تغییرات سیستم زمین قرار خواهیم داد که میلیاردها، میلیونها و هزاران سال پیش رخ داده اند.
ـ رابطه بین تغییر محیطی و تکامل انسان را کشف خواهیم کرد.
ـ این که چگونه فعالیتهای جدید انسان می توانند بر محیط تاثیر بگذارند را بررسی خواهیم کرد.

فصل اول: مقدمه ای بر علوم زمین محیطی
273
زمین اولیه، به واسطه انرژی گرمایی داخلی زیاد آن و اثر شدید گلخانه ای، خیلی گرم بود. گیاهان دریایی تک سلولی 5/3 میلیارد سال پیش ظاهر شدند و احتمالاً باعث کاهشی در گازهای گلخانه ای گردیدند که موجب رخداد یخگیریهایی در ائون پروتروزوئیک شد. دوران دیرینه زیستی بجز در دو حادثه یخگیری در 440 و 305 میلیون سال پیش معمولاً گرم بود و دوران میانه زیستی مداوماً گرم بود و در اثنای دوره کرتاسه به بیشینه خود رسید. از آن پس، زمین سرد شده و چرخه های یخچالی و بین یخچالی را در 3 میلیون سال آخر خود تجربه کرده است. زمین ساخت ورقی حدود 750 میلیون سال پیش شروع به تاثیرگذاری روی اقلیم کره زمین نمود.

فصل اول: مقدمه ای بر علوم زمین محیطی
274
یک توالی سیکلوتم. لایه های تیره باقیمانده های باتلاقهای زغال سنگ ساحلی هستند.
در همان زمان که باتلاقهای گرم در نیمکره شمالی تشکیل شدند، نیمکره جنوبی یک یخگیری را تجربه کرد. حدود 305 میلیون سال پیش یخ بخشهایی از گندوانالند را پوشاند ، توده خشکی ای که در بیشتر نیمکره جنوبی گسترش داشت، و شامل قطب جنوب نیز بود. یخگیری تقریباً 100 میلیون سال دوام داشت، ولی ورقه های یخ مرتباً رشد یافتند و کوچک شدند و باعث گردیدند تراز دریا افت و خیز داشته باشد. این نوسانات در تراز دریا در چرخه های مکرر رسوباتی که متناوباً دریایی (ماسه های ساحلی و گلهای دور از ساحل) و غیر دریایی (نهشته های کانال رودخانه و دشت سیلابی) هستند، ثبت می شوند. این توالیهای رسوبی، که سیکلوتم نامیده می شوند، بیشتر زغالسنگهایی را که در حال حاضر در دنیا وجود دارند شامل می گردند .

فصل اول: مقدمه ای بر علوم زمین محیطی
275
طبقات قرمز تریاس و ژوراسیک در نزدیکی پارک ملی Z ion ، یوتا، باقیمانده تلماسه های بیابانی هستند.

فصل اول: مقدمه ای بر علوم زمین محیطی
276
اثرات شخانه و تغییر محیطی

یک گودال مدفون ناشی از برخورد به سن 65 میلیون سال در فاصله ای از ساحل شبه جزیره یوکاتان مکزیک تشخیص داده شده است.

فصل اول: مقدمه ای بر علوم زمین محیطی
277
برخوردی به اندازه کافی بزرگ که گودال این چنینی را کنده و در سواحل مکزیک کشف گردیده است اثرات سانحه ای داشته اند.
(الف) بلافاصله بعد از برخورد، شخانه و مقدار مهمی از مواد زمینی به داخل هواکره تبخیر شده اند. ارتعاشات ناشی از برخورد زلزله ها و سونامی های مخربی را ایجاد کرده اند.
(ب) گرمای باقی مانده از برخورد آتش سوزیهای جهانی را موجب گشته، دوده آن را به ذرات تبخیر شده ناشی از برخورد اضافه کرده و نور خورشید را سد ساخته است. نتیجه این کار سد شدن کره زمین می باشد که بسیاری از شکلهای زندگی را از بین برده است.
(ج) وقتی غبار فرونشست و نور خورشید توانست دوباره به سطح زمین برسد، اثر گلخانه ای فزاینده که توسط دی اکسید کربن و بخار آب ایجاد شده بود موجب گرمایشی ناگهانی گردید و تخریب ازون هواکره را به طور فزاینده ای، برای عبور تشعشع ماوراء بنفش مخرب سلول، شفاف ساخت.

فصل اول: مقدمه ای بر علوم زمین محیطی
278
کنترلهای زیست شناختی بر روی سرمایش جهانی

زمین شناسان معمولاً تغییرات جغرافیایی، نیروهای تکتونیکی و هوازدگی را برای توضیح تغییرات پایا در تمرکز CO2 هواکره ای و تغییرات اقلیمی بعدی آن ذکر کرده اند. بهرحال، یک فرضیه مورد مشاجره، زیست کره را دلیل سرمایش دوران نوزیستی عنوان می کند. ( رشد فراوان گیاهان آبی تک سلولی به نام دیاتمه ).

فصل اول: مقدمه ای بر علوم زمین محیطی
279
(الف) رشد انفجار آمیز دیاتمه ها در دوران نوزیستی ممکن است تراز CO2 هواکره ای را توسط نورساخت پائین آورده و از این رو منجر به سرد شدن جهانی گشته باشد.
(ب) دیاتمه ها گیاهان آبزی تک سلولی هستند که پوسته های سیلیسی شدیداً آراسته ای، مشابه این دیاتمه های فسیل در زلاندنو، ترشح می نمایند.

فصل اول: مقدمه ای بر علوم زمین محیطی
280
انسانها و تغییر محیطی
روند سرد شدن کره زمین در دوران نوزیستی و تغییرات شدید و ناگهانی در محیطهایی که خاص پلئیستوسن هستند در زمانی رخ داد که خطوط تکامل نخستیها و انسان و نیز فرهنگ به سرعت در حال تغییر بودند.
اولین نخستیها (یک طبقه بندی زیست شناختی که شامل انسانها، بوزینه ها ومیمونهاست) حدود 55 میلیون سال پیش ظاهر شدند. برخی مردم شناسان بر این باورند که تغییرات اقلیمی بعدی منجر به تکامل اجداد انسانی ما از موجودات چهاردست و پا رونده به حیوانات دو پارونده گردید

فصل اول: مقدمه ای بر علوم زمین محیطی
281
شجره خانواده انسان. انسانهای جدید برای حدود 125.000 سال وجود داشته اند.

فصل اول: مقدمه ای بر علوم زمین محیطی
282
انسانها به عنوان عوامل تغییر محیطی

در سالهای اخیر، انسانها به عنوان عوامل تغییر محیطی از فرایندهای طبیعی پیش افتاده اند. ( ساخت و ساز ، معدنکاری، تولید دی اکسید کربن، دی اکسید گوگرد، اکسیدهای ازت ودیگر گازها تغییر نرخ انتقال رسوب در رودخانه ها با ساخت سدها ، تخریب حیات وحش و عملیات بدکشاورزی .

فصل اول: مقدمه ای بر علوم زمین محیطی
283
گرمایش جهانی

سطح زمین توسط گروهی از گازهای هواکره که به نام گازهای گلخانه ای معروف اند گرم می شود؛ عمده این گازها عبارتند از دی اکسید کربن، متان، بخار آب، اکسید ازت و ازون که هم از منابع طبیعی و هم به واسطه انسان ساخته می شوند.

کلروفلوروکربنها (CFC) خطرناک هستند و یک توافق بین المللی برای توقف تولید آن صورت گرفته است.

فصل اول: مقدمه ای بر علوم زمین محیطی
284
از 1985 دانشمندان تمرکزهای CO2 هواکره ای را، در یک مشاهده گاه آتشفشان شناختی بر روی مائونالوا در هاوایی، دور از آلودگیهای صنعتی و شهری، مشاهده می کنند. افزایش ثابت در تمرکز CO2 در چند دهه اخیر به واسطه فعالیتهای صنعتی و کشاورزی و استفاده از وسایل نقلیه موتوری می باشد. نوسانات موجود در منحنی، خروج سالانه از طریق برگ را در نیمکره شمالی منعکس می کنند.

فصل اول: مقدمه ای بر علوم زمین محیطی
285
تمرکزهای تمام گازهای گلخانه ای از ظهور انقلاب صنعتی افزایش داشته اند. در حالی که دی اکسید کربن تولید اکثریت گرمایش گلخانه ای را ادامه می دهد، گرمایش ترکیبی تولید شده توسط دیگر گازها هم اکنون تقریباً معادل گرمایش تولید شده از دی اکسید کربن است.

فصل اول: مقدمه ای بر علوم زمین محیطی
286
نتایج گرمایش کره زمین

نتایج افزایش در دمای کره زمین تا اندازه ای مبتنی بر حدس است. اقیانوسهای گرم رطوبت بیشتری را به داخل هواکره رها ساخته و چرخه آبشناختی را افزایش خواهند داد. انتظار می رود سرزمینهای واقع در عرضهای جغرافیایی بالاتر، نظیر کانادا و اسکاندیناوی بارش زیادی را در سراسر سال دریافت دارند.

بخشهایی از ورقه یخ جنوبگان و یخچالهای کوهستانی می توانند ذوب شوند، که منجر به ترازهای بالاتر دریا و سیلاب نواحی ساحلی پست می گردند.

فصل اول: مقدمه ای بر علوم زمین محیطی
287
در حالی که گرمایش کره زمین به طور کاملاً مطمئنی برای بعضی کشورها زیان آور است، کشورهای موجود در اقلیمهای سرد ممکن است از آن سود ببرند.

فصل اول: مقدمه ای بر علوم زمین محیطی
288
تمرکز CO2 هواکره ای در 160.000 سال گذشته از طریق حبابهایی در یخ یخچالی جنوبگان تعیین شده است؛ دمای جهانی از نسبت 18O به 16O در یخ یخچالی به دست آمده است. افت و خیزهای دما دقیقاً معادل افت و خیزها در تراز CO2 می باشد.

فصل اول: مقدمه ای بر علوم زمین محیطی
289
رابطه بین مصرف سرانه انرژی و تولید سرانه دی اکسید کربن.

فصل اول: مقدمه ای بر علوم زمین محیطی
290
آلودگی ناشی از فلز کره زمین
آلودگی ناشی از انسان نه تنها در هواکره، بلکه همچنین در خاک کره، آب کره و زیست کره رخ می دهد و اغلب منجر به زیان جدی به سلامتی انسان و حیوان می گردد. فلزهای موجود در ذخیره غذایی به ویژه می توانند سمی باشند.
در تمرکزهای زیاد، فلزها می توانند باعث بدشکلی یا مرگ گردند و فلزات معین نظیر سرب و جیوه بدون توجه به مقدار تمرکزشان سمی هستند.

فصل اول: مقدمه ای بر علوم زمین محیطی
291
راههایی برای صرفه جویی انرژی و کاهش خروجیهای CO2

فصل اول: مقدمه ای بر علوم زمین محیطی
292
تمرکز سرب در ورقه یخ گرینلند در طول زمان، که در واحد های15-10 گرم سرب در هر گرم یخ اندازه گیری شده است. افزایش سریع در 1950 مصادف با استفاده گسترده بنزین سرب دار می باشد. کاهش ناگهانی در ترازهای سرب در سه دهه گذشته مطابق با جانشینی فزاینده سوختهای بدون سرب است.

فصل اول: مقدمه ای بر علوم زمین محیطی
293
تغییر شکل خشکیهای کره زمین

انسانها سیستمهای زمین را نه تنها توسط آلوده ساختن هوا و آب بلکه همچنین توسط تغییر دادن خشکیهای زمین تغییر می دهند. تغییر شکل زمین دو علت مرتبط بهم دارد: تغییرات در استفاده از زمین و تغییرات در پوشش زمین. استفاده از زمین شامل کشت و زرع، چُرا و ایجاد امکانات رفاهی می باشد. پوشش زمین شامل رویش گیاهی در سطح، آب و مواد خاک کره است.

فصل اول: مقدمه ای بر علوم زمین محیطی
294
وسعت نواحی ماقبل کشاورزی و امروزی اختصاص داده شده به انواع اصلی پوشش زمین