ویژگی و مشخصات آب دریای خزر به گونه ای است که تغییر هر یک از آنها می تواند به طور مستقیم یا غیرمستقیم بر دیگر ویژگی های آن تأثیر گذار باشد، به گونه ای که برخی ویژگی های آب این دریا با ویژگی آب اقیانوس ها متفاوت است. از این رو اثرات تغییرات و نوسان تراز آب دریای خزر بر روی فرآیندهای تبخیر، چرخه و جریان آب، رسوبگذاری و فعالیت های زیستی و انسانی در صنعت دریا بسیار گسترده است. از طرفی حرکت آب در حوضه، تغییر شکل حوضه، تغییرات دما و شوری و بیلان آب، می تواند عاملی جهت نوسان تراز آب دریای خزر باشد. برخی از این ویژگی ها عبارتند از: شیمی آب، نوسان تراز آب دریای خزر، فیزیکی آب.

شیمی آب

بررسی شیمی آب دریای خزر که از نظر روش مطالعه تفاوت اصولی با هم ندارند، نتایج مشابهی را ارائه می­دهد. سهم یونهای تشکیل دهندة نمک آب دریای خزر و مقایسه آن با ترکیب آب اقیانوس ها، نشان می­دهد که در محیط های آبی که بیشتر تحت تأثیر مواد همراه آورد رودخانه ای قرار دارند، کاهش یون کلر و افزایش کربنات، سولفات و کلسیم قابل مشاهده است.

مؤلفه های اصلی بیلان نمک آب دریای خزر عبارتند از: ورود از آب رودخانه ای (31%)، از آب زیرزمینی(61%)، بارش بر روی دریا (2%) و خروج از طریق رسوبگذاری کربناته و رسوبگذاری در خلیج قره بغاز ( که بستگی به ورود آب و میزان ورودی بر حسب تراز از آب دریا دارد).

کل نمک ورودی به دریای خزر 203 هزار تن در سال و خروج نمک حدود 46 هزار تن درسال می باشد. با این حساب سالانه حدود 157 هزار تن بیلان مثبت وجود دارد . این مقدار نمک می تواند سالانه 02/0 % شوری آب دریای خزر را افزایش دهد.

در هر حال تغییرات شوری آب دریای خزر با شرایط هیدرومترولژیک کنونی بسیار ناچیز می باشد. میزان اکسیژن محلول در آب دریای خزر متأثر از دمای آب، ورود آب رودخانه ای، فتوسنتز و تراز آب دریا است. از این رو مقدار اکسیژن در فصول مختلف و در نواحی مختلف دریا متفاوت می باشد. در بخش مرکزی ناحیه خزر شمالی توزیع اکسیژن محلول تقریبا یکنواخت است.

درخزر میانی و جنوبی بیشینة اکسیژن محلول درنواحی کم عمق ساحلی و نواحی دلتایی دیده می­شود( بجز مناطق بسیار آلوده مانند خلیج باکو و سومگاییت)، به علت جریان آب سرد از خزر شمالی در طول ساحل باختری و جریان آب گرم در طول ساحل خاوری، همیشه میزان اکسیژن محلول درسواحل باختری بیش از مقدار آن در سواحل خاوری است. در مناطق عمیق دریای خزر در همه فصول با افزایش ژرفا، مقدار اکسیژن محلول کاهش می یابد. درعین حال حتی در مناطق عمیق دریای خزر به علت اختلاط ناشی از جریان همرفتی ممکن است بطور نسبی مقدار اکسیژن بالا باشد.

بیشتر مواد مغذی در این دریا از طریق آب رودخانه وارد آن می شود بطوریکه رودخانه ولگا به تنهایی 80% این مواد را تامین می کند.

خروج مواد مغذی از آب دریا عمدتن بصورت تجمع در رسوبات بستر صورت می گیرد (بیش از 95% مواد مغذی (.

از نظر توزیع مواد مغذی در گستره دریای خزر، مناطق کم عمق ساحل باختری ، نواحی دلتایی و نواحی متأثر از عوامل انسانی (مانند خلیج باکو ، خلیج کراسنوودسک ناحیه ساحلی ماخاچ قلعه و فورت شوچنکو ) دارای تمرکز بالای این مواد هستند. در نواحی عمیق خزر میانی و جنوبی توزیع عمودی مواد مغذی متأثر از شدت اختلاط ناشی از جریان همرفت است و با افزایش عمق میزان این مواد افزایش می یابد. دینامیک غلظت مواد مغذی در آب دریای خزر تحت تأثیر عوامل مختلفی است که مهمترین آنها عبارتند از: نوسانهای فصلی مختلف، شدت تبادل بین رسوب و آب، شرایط یخبندان زمستانی درخزر شمالی، و فرایند چرخه عمودی آب در مناطق عمیق دریا.

مواد آلی درهیدروشیمی و ژئوشیمی حوضه های آبی، چرخه مواد و انرژی در این حوضه ها نقش بزرگی را ایفا می­کنند. در محیط های آبی بسته ورود مواد آلی رودخانه ای اهمیت بیشتری می­یابد. در دریای خزر 80% مواد آلی رودخانه ای توسط ولگا تأمین می­شود.

منبع اصلی مواد آلی دریای خزر فیتوپلانکتونها هستند که بیش از 97% مواد آلی موجود در دریا را تأمین می کنند، نقش ماکروفیتها در تولید مواد آلی دریای خزر چندان قابل توجه نمی­باشد. در بیلان مواد آلی دریای خزر (خروج مواد آلی ) تجزیه مواد سهم عمده ای (98%) دارد. از اینرو تولید فیتوپلانکتون و تجزیه آنها در دریای خزر مولفه های اساسی چرخه مواد آلی هستند.

توزیع فضایی - زمانی PH در دریای خزر تحت تأثیر عوامل بیوشیمیایی و فیزیکوشیمیایی (فتوسنتز، تجزیه مواد آلی، تنفس آبزیان، وضعیت سیستم کربناته و غیره) و هیدرولژیک (آب رودخانه ای، دینامیک آب، دمای آب و غیره) است . بر حسب میزان تأثیر این عوامل، غلظت یون هیدروژن در بخش های مختلف خزر میانی و جنوبی از 3/8 تا 6/8 در سطح تا 7/7 و 0/8 در لایه های نزدیک بستر تغییر می کند. در خزر شمالی بالاترین میزان PH در نزدیکی دهانه رودخانه ولگا مشاهده می شود.

جدول (1): PH آب دریای خزر در نواحی مختلف

فیزیک آب :

جریان و چرخه آب

جریان آب در دریای خزر منشاء مختلفی دارد. جریان ناشی از ورود آب رودخانه ای، جریان ناشی از وزش باد و جریان ناشی از اختلاف چگالی بخشهای مختلف آب از مهمترین جریان های دریای خزر هستند.

جریان رودخانه ای در لایه سطحی اثرگذار است. وزش باد در جریان در 50 متر اول لایه آب اهمیت داردو نقش مستقیم باد در جریان عمدتن در لایه سطحی 0- 10 متر می باشد. جریان در لایه های عمیقتر تحت تأثیر اختلاف چگالی آب است. جریانهای ناشی از اختلاف چگالی معمولن دارای سرعتهای پائین هستند.

جریان آب سطحی در خزر شمالی از نوع رودخانه ای و بدون حضور باد در جهت شمال به جنوب است. درهنگام وزش باد اثر جریان رودخانه محدود به ناحیه دلتایی می شود و در بقیه نقاط متأثر از جهت وزش باد است که در سطح در جهت وزش باد و در نزدیک بستر خلاف جهت وزش باد می باشد.

جریان سطحی در خزر میانی خلاف جهت حرکت عقربه های ساعت و در خزر جنوبی در جهت عقربه های ساعت است. در عین حال حرکت عمومی آب از شمال باختری به سوی جنوب و از جنوب خاوری به سوی شمال است. درناحیه ساحلی جریان ها عمدتاً ناشی از شکست موج می باشد و بستگی به زاویه برخورد موج به ساحل دارد.

چرخه آب دریای خزر ناشی از اختلاف شرایط دما_ شوری آب می باشد. دمای آب سطحی دریای خزر شمالی در تابستان به حداکثر حدود 25 درجه سانتیگراد و در زمستان به حداقل حدود صفر درجه می رسد.

دمای آب خزر میانی در زمستان تقریباً یکنواخت است به طوریکه در لایه سطحی حدود 6 درجه سانتیگراد و در لایه نزدیک بستر (عمق 600 متر) حدود 5 درجه سانتیگراد است. در تابستان دمای آب در این ناحیه از 24 درجه سانتیگراد در سطح به 5 درجه سانتیگراد در عمق نزدیک بستر تغییر می کند. دمای آب خزر جنوبی در زمستان از 10 درجه سانتیگراد در لایة زیر سطحی (عمق 40 متری) تا 6 درجه سانتیگراد در لایه های عمیق (600 متری) تغییر می­کند. این تغییرات در تابستان از 27 درجه سانتیگراد (در سطح) تا 6 درجه سانتیگراد (عمق 600 متری ) است.

افزایش شوری و کاهش دما سبب افزایش چگالی آب و کاهش شوری به همراه افزایش دما سبب کاهش چگالی آب می شوند. از آنجاییکه دما و شوری آب از سطح به عمق و همچنین در بخشهای مختلف دریای خزر متفاوت است، می توان توده های آب (یا لایه های آب) با ویژگی های دما - شوری تقریباً مشابه و به تبع آن چگالی تقریباً مشابه در دریای خزر را از هم تفکیک نمود. بر این اساس دریای خزر به چهار توده آب تفکیک شده است :

1. توده آب خزر شمالی

2. توده آب سطحی خزر

3. توده آب عمیق خزر میانی

4. توده آب عمیق خزر جنوبی

آب خزر شمالی به دلیل عمق کم دارای شوری کم و تغییرات دمایی زیاد می باشد. در حد فاصل خزر میانی و جنوبی به علت وجود برآمدگی بزرگ بین آنها (حدفاصل جمهوری آذربایجان – ترکمنستان) که عمق آب در آنجا به 150 متر می رسد، امکان تبادل آسان آب های عمیق خزر میانی و جنوبی نمی باشد. از این رو دما، شوری و چگالی آنها متفاوت است، اما آب سطحی آنها دارای خصوصیات یکسانی است. از اینرو تودة آب سطحی خزر مربوط به سطح خزر میانی و جنوبی است. اختلاط این چهار توده آب به آرامی صورت می گیرد و روند آن به این صورت است:

در آغاز دوره گرم سال آب رودخانه ای با شوری کم و دمای کم از شمال غرب خزر به جنوب حرکت می کند و در ساحل شرقی به علت تبخیر زیاد با شوری بیشتر به سمت شمال حرکت می نماید. در دوره سرد سال در مرز خزر میانی نفوذ می کند، آب لایه های میانی ناحیه خزر میانی از روی برآمدگی آبشوران ( در خزر میانی - جنوبی ) به خزر جنوبی نفوذ می کند به این ترتیب چرخه آب دریای خزر شکل می گیرد.

موج

در دریای خزر امواج آب به دلایل مختلفی ایجاد می شوند. امواج ناشی از زمین لرزه در بستر دریا یا حاشیه آن، امواج ناشی از ورود حجم زیاد آب رودخانه ای به دریا در فصل بهار، امواج ناشی از جابجایی آب در هنگام توفان، امواج ناشی از تغییر فشار هوا بر روی دریا، امواج جزر و مدی، امواج ناشی از وزش باد و امواج ناشی از اختلاف چگالی در ستون آب .

دریای خزر گرچه حوضه آبی بسته است، اما به دلیل گستره زیاد و عمق بسیار آن و همچنین سامانه های جوی مختلف گذری بر روی آن، بادهای شدید و توفانی بر روی آن شکل می گیرد و به تبع آن امواج توفانی و مرتفع ایجاد می شوند. همانند رژیم باد بر روی این دریا، رژیم موج نیز در آب عمیق به هشت ناحیه مختلف تقسیم شده است. رژیم موج در ناحیه کم عمق بسیار وابسته به ناهمواری بستر و خط ساحلی است و از این نظر نیازمند تقسیم بندی های بسیار جزئی می باشد. در ناحیه خزر شمالی به دلیل عمق کم آب امکان توسعه امواج مرتفع وجود ندارد، همچنین در زمستان سطح آب عمدتن توسط یخ پوشیده می شود و امکان توسعه امواج وجود ندارد. خزر میانی از نظر رژیم موج خطرناکترین بخش دریای خزر است. همچنانکه در این ناحیه امکان رویداد بادهای شدید و طوفانی در طول سال زیاد است، به تبع آن امواج طوفانی نیز شکل می گیرند. مرتفع ترین موجی که در این ناحیه ثبت شده (12 متر) مربوط به توفان سال 1957 میلادی در سواحل جمهوری آذربایجان است.

امواج حاصل از باد در منتهی الیه بخش جنوبی دریای خزر در کرانه های ایران، علی رغم اندک تضعیف سرعت باد، دارای مقادیر قابل ملاحظه ای است. امواج با ارتفاع 3 متر هر ساله در آبهای نزدیک ساحل ایران می­تواند ایجاد شود.

نوسان تراز آب دریای خزر

الف) نوسان تراز آب در زمان زمین شناسی

دریای خزر تا نئوژن در مجموعه اقیانوس پاراتیتس قرار می­گرفت که اکنون دریای مدیترانه، دریای سیاه، دریای آزوف و دریای خزر از باقیمانده های آن است. همزمان با بالا آمدن کوههای قفقاز در الیگوسن، ابتدا حوضه دریای سیاه و سپس خزر جنوبی فرایند فرونشینی را تحمل کردند. جنبش کوهزایی آلپی در نئوژن سبب جدا شدن دریای سیاه - دریای خزر از آبهای اقیانوسی شد. قلمرو گسترده دریا _دریاچه سارماتین در واقع همه حوضه خزر، حوضه سیاه و بخشهایی از قفقاز و سرزمین های پست پیرامونی در بر می­گرفت. در این زمان قفقاز همچون جزیره ای در میان دریا قرار داشت. در انتهای سارماتین به همراه حرکات شدید در امتداد ستاوروپل - دزیولا، فروافتادگیهای ترک، کوبان، ریون و کورا از هم جدا شدند، سپس فروافتادگی مانیچ به شکل تقریبی کنونی ظاهر شد. در زمان مئوتین پس از ارتباط کوتاه مدت حوضه پونتو - کاسپین با اقیانوسها، بار دیگر بصورت حوضه آبی داخلی در می آید. پونیتن در پلیوسن آغازی آخرین زمانی است که حوضه پونتو - کاسپین بعنوان حوضه آبی واحدی شناخته می شوند. البته پس از جدا شدن از دریای سیاه، حوضه گسترده خزر محدود شد و در پلیوسن میانی (در زمان بالاخان) حجم زیادی از رسوبات در آن نهشته شد که بعنوان لایه های مولد نفت شناخته می شوند. از این پس تراز آب خزر چرخه های متعدد پیشروی و پسروی را پشت سر گذاشت.

چرخه آغچه گیل: بنظر می رسد که تراز آب دریا در آن زمان اندکی از تراز آب در آخرین پیشروی بزرگ خزر در خوالین آغازی بیشتر بوده است. حوضه آغچه گیل با پسروی بزرگ خاتمه یافت.

چرخه آبشوران: تراز آب خزر و به تبع آن مساحت خزر در این زمان کمتر از زمان پیشروی آغچه گیل بود. با توجه به توزیع رسوبات آبشوران درپیرامون خزر می توان گفت که تراز آب در آن زمان 50+ متر بوده است. پایان آبشوران همزمان با عقب نشینی بزرگ است که رسوبات ساحل قدیمی آن اکنون در ژرفای 150 متری دریا قرار دارد.

چرخه باکو: بر اساس مطالعات ترمولومینسانس، سن مطلق رسوبات باکو از 400 هزار سال (48 + هزار سال) تا 480 هزار سال (53+ هزار سال) تغییر می کند. شواهد زیادی از رسوبات ساحل باکو باقی نمانده، چرا که پیشرویهای خزر و خوالین سبب فرسایش آنها شده است.

چرخه خزر: در مرز بین باکو و خزر، دریا پیشروی داشته است. بر اساس مطالعه رسوبات ساحل قدیمی خزر می توان گفت که تراز آب دریا در آن زمان 20 - 15 متر بوده است. با سن سنجی رسوبات خزر، سن رسوبات خزر آغازی 300-250 هزار سال بدست آمده است، سن رسوبات خزر پایانی به روشهای مختلف بسیار متفاوت است و از 204 هزار سال تا 25 هزار سال تغییر می کند.

چرخه خوالین: بزرگترین پیشروی خزر در کواترنری در زمان خوالین روی داد. تراز آب در خوالین به 48_47 متر رسید.

در مجموع بررسی نوسان تراز آب خزر در زمان زمین شناسی نشان می دهد که تراز آب تاکنون روند کاهنده داشته است.

ب) نوسان تراز آب دریای خزر در دوره های تاریخی

دامنه تغییرات آن بین 22- تا 30 – متر بود. اما در آغاز شکل گیری تمدنهای انسانی (حدود 10 هزار سال پیش) تراز آب حدود 50- متر بود و پس از آن تراز آب بالا آمد و تا 14- متر نیز رسید.

ج) نوسان تراز آب در دوره اندازه گیری های دستگاهی

یکی از مسائل اساسی در مورد اندازه گیری تراز آب، جابجایی عمودی زمینی که تراز سنج بر روی آن نصب شده، می باشد.

یکی دیگر از مسایل تراز آب دریا مربوط به توپوگرافی سطح دریای خزر است. بر اساس برخی مطالعات سطح دریای خزر دارای شیب به موازات نصف النهار است. از این رو برای آنکه تراز محاسبه شده نمایانگر حوضه خزر باشد باید از اطلاعات همه سواحل آن استفاده شود. تراز بر اساس صفر دریای بالتیک سنجیده می شود. روند نوسان تراز آب در طی اندازه گیری دستگاهی نشان می دهد که تراز آب از 29- متر تا 68/26- متر تغییر کرده است.

د) پیش بینی بلند مدت نوسان تراز آب دریای خزر

تغییر تراز آب دریای خزر تحت عوامل طبیعی و تکنوژنیک دارای تقریباً یک مقدار در فاصلة زمانی ده ساله است. از اینرو برای پیش بینی بلند مدت تراز آب دریای خزر باید مؤلفه های زیر از هم تفکیک شوند.

1. تاثیر شرایط کلیماتولوژیک طبیعی حوضه بر نوسان مؤلفه های بیلان آب

2. تاثیر تغییرات تکنوژنیک اقلیم ( همانند اثر گلخانه ای) بر بیلان آب دریا

3. اثر مستقیم فعالیتهای تکنوژنیک بر بیلان آب، همانند برداشت آب در حوضه آبریز، تبخیر از سطح دریاچه سدها، باز یا بسته کردن قره بغاز و غیره.

از آنجائیکه اکنون اثر مستقیم فرایندهای تکنوژنیک بر تراز آب در حال پایدار شدن است، پیش بینی اثر عوامل طبیعی بر تراز آب در آینده نزدیک (2020- 2005) برتری دارد.

در سالهای اخیر روش های مختلفی برای پیش بینی تراز آب ارائه شده است که می توان آنها را در سه گروه تقسیم بندی کرد :

الف) پیش بینی های مبتنی بر مدلهای فیزیکی - ریاضی فرآیند نوسان تراز آب دریا

ب ) پیش بینی های مبتنی بر استفاده از همبستگی بین تراز آب حوضه و برخی پارامترهای ژئوفیزیکی و متئورولژیکی

ج) روشهای مبتنی بر تفکیک "چرخه های ناپیدا "

در نیمه دوم سده بیستم پیش بینی های مختلفی درباره نوسان تراز آب دریای خزر صورت گرفت. تا اواخر دهه هفتاد میلادی پیش بینی ها حاکی از ادامه روند کاهش تراز آب بود و به همین خاطر طرح هایی برای اتصال حوضه خزر به دیگر حوضه های مجاور مطرح بود، ولی با افزایش تراز آب پیش بینی ها تحقق نیافت از اینرو بنظر می رسد گرچه عوامل تراز آب خزر شناخته شده است، اما پیش بینی اینکه این عوامل در آینده چگونه بیلان آب و به تبع آن تراز آب را تغییر خواهند داد با دانش کنونی امکان پذیر نیست.

منبع :کتاب مقدمه ای بر ویژگی های دریای خزر، دریای خزر را بیشتر بشناسیم تا در آن غرق نشویم، تألیف حمید علیزاده.

 بازنشر: دانشنامه مرجع مهندسی ایران

نوع مطلب : مهندسی شيمی - معدنی و غذایی
نوشته شده در پنجشنبه ۵ دی ۱۳۹۲ توسط SMSM |           |