מנגנון התפתחות מבני הנקבוביות בסנדהרון תחת השפעה משולבת של מחזורים של לחות וחום ותמיסת Na2SO4

מדוע סלע מתפורר חשוב

במבט ראשון, גבעות וסלעי סנדסטון נראים מוצקים ונצחיים. ובכל זאת, בעמקים, במאגרים ובחפירות כביש רבים, סלעים אלה נחלשים בתוך מספר שנים בלבד, מה שמעורר מפולות אדמה ונפילת סלעים שמסכנים אנשים ותשתיות. המחקר בוחן אשמה שקטה אך חזקה: מחזורים חוזרים של הרטבה וחימום בנוכחות מים מלוחים. על ידי מעקב אחר השינויים בנקבים הזעירים בתוך הסנדסטון תחת תנאים אלה, החוקרים חושפים מדוע מדרונות מסוימים מאבדים כוח בהדרגה וכיצד מהנדסים עשויים להגן עליהם טוב יותר.

גשם, שמש ומלח שפועלים יחד

באזורי הרים רבים, מדרונות של סנדסטון חשופים לקצב קבוע של גשם, שמש ועוד גשם. המים בסביבות אלה נדירים שיהיו טהורים: הם נושאים לעתים קרובות מלחים מומסים, כולל סולפט הנתרן. הצוות התמקד בסנדסטון שנלקח ממדרון במחוז וואנזו, צ'ונגלינג, סין, והכין דגימות גליליות קטנות. הם השרו דגימות אלה בתמיסות סולפט נתרן בשלוש ריכוזים שונים, וגם במים מזוקקים להשוואה. כל דגם עבר מחזור חוזר: שעה של השריה בטמפרטורת החדר, שעה של ייבוש ב-60 °C—דומה לפני סלע חמים בשמש—ואחר כך קירור חזרה לטמפרטורת החדר.

צפייה בסלע משתנה מבפנים החוצה

לאחר כל עשרה מחזורים מדדו החוקרים כיצד הסנדסטון השתנה. הם עקבו אחר אובדן מסה כאשר גרגרים זעירים נשברים ונסדקים, בדקו את הקשיחות של המשטח, השתמשו בגלי קול לבדוק את הקשיחות הפנימית, והפעילו תהודה מגנטית גרעינית שדה נמוך כדי למפות את מבנה הנקבוביות. לאורך 50 מחזורים, הדגימות בתמיסות המלוחות איבדו יותר מסה מאלו במים טהורים, כאשר התמיסה החזקה ביותר גרמה לאובדן מסה של כ-4.5%. הקשיחות ירדה עד כ-10%, במיוחד אחרי כ-20 מחזורים, סימן לכך שמשטח הסלע הפך רופף ופחות עמיד לשחיקה.

מנקבובים זעירים לחללים גדולים

המדידות בקנה מידה של נקבוביות חושפות כיצד ההיחלשות מתרחשת. בהתחלה, כאשר מים עשירים במלח משתרבים ואז מתאדים, סולפט הנתרן מתגבש בתוך הנקבוביות הקטנות ביותר. בתחילה הגבישים עשויים אפילו למלא חללים ולהפוך את הסלע לכאילו צפוף יותר ומהיר יותר להעברת גלי קול. אבל ככל שמחזורי ההרטבה והייבוש חוזרים על עצמם, הגבישים צומחים ומתכווצים שוב ושוב, ומפעילים לחץ על קירות הנקבים. בסופו של דבר זה מקרע את הקירות בין נקבוביות שכנות, והופך נקבוביות מיקרו רבות לפחות אך גדולות יותר ואף לסדקים מיקרוסקופיים. הנפיחות הכוללת של הנקבוביות עולה, במיוחד בריכוזי מלח גבוהים יותר, ומהירות גל הקול מגיעה לשיא סביב 20 מחזורים לפני שהיא יורדת ככל שהנזק מצטבר.

המלח כמנוע נסתר לנזק מדרוני

במבט כולל, הניסויים מראים שמחזורי לחות הנשאים סולפט נתרן הם מנוע יעיל לנזק לסלע. תחילה מי מלח חודרים לנקבים קיימים, ואז הגבישה וההגבשה מחדש מפרידות אותם בהדרגה ומקשרות אותם זה לזה. ככל שמספר הנקבוביות הזעירות נטה כלפי חללים בינוניים וגדולים יותר, הסנדסטון נהיה קל יותר, רך יותר ופחות מסוגל להעביר גלים—סימנים למסגרת פנימית מוחלשת. למהנדסים המתכננים או שומרים על מדרונות ליד מאגרים, כבישים או אתרי מורשת, המסר ברור: לא כל המים זהים. תכולת המלח והמחזורים המונעים על ידי אקלים של רטיבות-ייבוש יכולים בשקט להפוך סנדסטון שנראה חזק לחומר פגיע בהרבה, ולהגדיל את הסיכון לסחיפה וכישלון לאורך הזמן.

ציטוט: 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

מילות מפתח: תזדקנות סנדסטון, גבישיות מלח, מבנה נקבוביות, יציבות המדרון, מחזורי הרטבה-ייבוש