آلية تطور تراكيب المسام في الحجر الرملي تحت التأثير المشترك لدورات الرطوبة والحرارة ومحلول Na2SO4

لماذا يهم تفتت الصخور

من الخارج تبدو التلال والمنحدرات الحجرية الرملية جامدة وخالدة. ومع ذلك، في العديد من الوديان والخزانات ومناطق قطع الطرق تضعف هذه الصخور خلال سنوات قليلة فقط، مما يؤدي إلى انزلاقات صخرية وانهيارات تهدد الناس والبنى التحتية. تستقصي هذه الدراسة عن سبب هادئ لكنه قوي: دورات متكررة من البلل والتسخين بوجود ماء مالح. من خلال مراقبة كيفية تغير المسام الدقيقة داخل الحجر الرملي تحت هذه الظروف، يكشف الباحثون لماذا تفقد بعض المنحدرات قوتها تدريجياً وكيف قد يحسن المهندسون حمايتها.

المطر والشمس والملح يعملون معاً

في العديد من المناطق الجبلية، تتعرض منحدرات الحجر الرملي لإيقاع منتظم من المطر والشمس ثم مزيد من المطر. الماء في هذه البيئات نادراً ما يكون نقيّاً: غالباً ما يحمل أملاحاً مذابة، بما في ذلك كبريتات الصوديوم. ركز الفريق على حجر رملي جُمِع من منحدر في منطقة وانجو، تشونغتشينغ، الصين، وأعدّوا عينات أسطوانية صغيرة. نقعوا هذه العينات في محاليل كبريتات الصوديوم بثلاث تركيزات مختلفة، وكذلك في ماء مقطر للمقارنة. خضعت كل عينة لدورات متكررة: ساعة نقع في درجة حرارة الغرفة، ساعة تجفيف عند 60 °م—مشابهة لسطح صخري حار تحت الشمس—ثم تبريد إلى درجة حرارة الغرفة.

مراقبة تغير الصخور من الداخل إلى الخارج

بعد كل عشرة دورات، قاس الباحثون كيفية تغير الحجر الرملي. تتبعوا فقدان الكتلة مع تفتت الحبيبات الدقيقة، فحصوا صلابة السطح، استخدموا موجات صوتية لاستكشاف الصلابة الداخلية، وطبقوا رنين مغناطيسي نووي منخفض المجال لرسم تركيب المسام. خلال 50 دورة، فقدت العينات في المحاليل المالحة كتلة أكثر من تلك في الماء النقي، حيث أنتج أقوى محلول نحو 4.5% فقدان في الكتلة. انخفضت الصلابة بما يصل إلى 10%، خاصة بعد نحو 20 دورة، مما يشير إلى أن سطح الصخر أصبح أكثر رخاوة وأقل مقاومة للتآكل.

من المسام الدقيقة إلى التجاويف الكبيرة

تكشف قياسات مقياس المسام كيف يتكشف هذا الضعف. في البداية، عندما يتشرب الماء المالح ثم يتبخر، تتبلور كبريتات الصوديوم داخل أصغر المسام. في المراحل المبكرة، يمكن للبلورات أن تملأ الفراغات وتجعل الصخر يبدو أكثر تماسكاً وسرعة انتقال الموجات الصوتية عبره أعلى قليلاً. لكن مع تكرار دورات البلل والجفاف، تنمو البلورات وتتقلص مراراً وتكراراً، مما يمارس ضغطاً على جدران المسام. هذا يؤدي في النهاية إلى تمزق الجدران بين المسام المجاورة، محولاً العديد من المسام الدقيقة إلى عدد أقل لكن أكبر حجماً وحتى إلى شقوق دقيقة. ترتفع المسامية الكلية، لا سيما عند تركيزات الملح الأعلى، وتبلغ سرعة الموجة الصوتية ذروتها حول الدورة العشرين قبل أن تنخفض مع تراكم الضرر.

الملح كمحرك خفي لتلف المنحدرات

تظهر التجارب مجتمعة أن دورات الرطوبة الحاملة لكبريتات الصوديوم تشكل محركاً فعالاً لتلف الصخور. يتسلل ماء الملح أولاً إلى المسام الموجودة، ثم تعمل البلورة وإعادة البلورة تدريجياً على فتحها وربطها معاً. مع تحوّل مجموعة المسام الدقيقة نحو فراغات متوسطة وكبيرة أكثر، يصبح الحجر الرملي أخف وزنًا وأنعم وأقل قدرة على نقل الموجات—علامات على إطار داخلي أضعف. للمهندسين المصممين أو القائمين على صيانة المنحدرات القريبة من الخزانات والطرق أو المواقع التراثية، الرسالة واضحة: ليس كل الماء متساوٍ. محتوى الملح والدورات المناخية من البلل والجفاف يمكن أن يحولا بصمت ما يبدو حجراً رملياً قوياً إلى مادة أكثر هشاشة بكثير، مما يزيد مع الزمن من خطر التآكل والفشل.

الاستشهاد: Geng, J., Li, X., Wu, Y. et al. Evolution mechanism of pore structures in sandstone under coupled effect of hygrothermal cycles and Na₂SO₄ solution. Sci Rep 16, 10554 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-46746-w

الكلمات المفتاحية: تعرية الحجر الرملي, بلورة الأملاح, تركيب المسام, استقرار المنحدرات, دورات البلل والجفاف