پژوهش های ژئوفرکتالی دکتر مهرنیا

The Golden Geometry of Nature is my  recent  book published  by Setayesh Publishing Co. Ltd /Tehran/Iran/2021.

Subjects & Related Topics:

Geofractals , Fibonacci Seq. Geometric Modeling,  Variofractal Algorithms and Functions.

Application:

Geohazard Analysis, Mineral Exploration.

Please contact with publisher to purchase

https://setayeshpress.com/BookView/1712766/%d9%87%d9%86%d8%af%d8%b3%d9%87-%d8%b7%d9%84%d8%a7%d9%8a%d9%8a-%d8%b7%d8%a8%d9%8a%d8%b9%d8%aa-%d8%b9%d9%84%d9%88%d9%85-%d8%b2%d9%85%d9%8a%d9%86-

دیروز پنجشنبه 29 مهر 1400 خورشیدی، خبر انتشار کتاب هندسه طلایی طبیعت (کاربرد در علوم زمین) را دریافت کردم و ساعاتی بعد، اولین نسخه هاردکپی آن را دریافت نمودم. در این کتاب که با تاکید بر پدیده هیا علوم زمین تصنیف شده است، از اصول زمین ریاضی و روش های هندسه اقلیدسی و فرکتال برای دستیابی به مدل های ترسیمی و محاسباتی استفاده شده است.

این کتاب به معرفی تاریخ هندسه طلایی آغاز میشود و پس از تبیین مبانی و مفاهیم نظری آن ، به سراغ روش های عملی جهت تولید مدل های مکانی رفته است. بخش چهارم کتاب دمشتمل بر مطالعات موردی ایران است که در دو حوزه مخاطرات طبیعی و پی جویی ذخایر معدنی تدوین شده است. در این بخش، پدیده های مخاطره آمیز فلات ایران شامل زلزله ، آتشفشان ، سیل ، ریزگرد و خشکسالی بطور موردی بررسی و تحلیل شده اند. همچنین برخی از کانسارها و آثار معدنی مرتبط با محیط های ماگمایی - گرمابی در ذیل مطالعات موردی ایران بررسی شده اند.

مفاهیم پایه هندسه طلایی طبیعت، مبتنی بر اصول هندسه اقلیدسی است اما در قالب مکانی خود متاثر از تغییرات بعد فرکتال است. این ویژگی موجب پیچیدگی خاصی شده که با استفاده از مدل های ترسیمی و محاسباتی آشکار می گردد. در روش های ترسیمی از الگوریتم های زمین آماری و  معادله نمایی تعداد-ابعاد برای شناخت ساختار توی در توی مارپیچ طلایی طبیعت استفاده میشود. اما در روش های محاسباتی از تابع پراش - مسافت و مفاهیم متناسب با اتوزیع فیبوفرکتالی جهت دستیابی به سطح توزیع براونی و تعیین رابطه این سطح با دایره های تو در توی فیثاغورث استفاده میگردد.

این کتاب با شابک 6-66-6703-622-978 و شماره کتابشناسی ملی : 8496002 توسط نشر ستایش به آدرس www.setayeshpress.com منتشر و در دست توزیع می باشد.

امروز قصد دارم درباره کاربرد هندسه طلایی در اکتشافات معدنی بنویسم. برای آنهایی که با علوم زمین و کاربرد آن در معادن آشنا هستند، مطالب امروز جالب تر و کاربردی تر است. 

در سال ۹۷ خورشیدی (دو سال پیش)، اولین الگوی هندسی از آثار دگرسانی گرمابی ایران در نمایشگاه بین المللی Gmex2018  رونمایی شد. این نقشه را بر اساس اطلاعات دورسنجی و نقشه دگرسانی سازمان زمین شناسی کشور تهیه کردم و در حال حاضر در آرشیو انجمن زمین شناسی ایران موجود است. نقشه فوق یک ابتکار تمام عیار ملی در حوزه اکتشافات معدنی است که بصورت بین رشته ای ، یافته های ماهواره ای را مورد تحلیل قرار داده و آثار دگرسانی ایران را بازبینی و باز رسم کرده است. در این نقشه، اعتبار هاله های دگرسانی بر اساس ناحیه بندی متناظر با توالی فیبوناچی است. آثاری که از الگوی معماری طبیعت تبعیت میکنند، دارای منشا درونزاد هستند و از سه دایره طلایی ، اویلر و پی (تصادفی) برخوردارند. آثار دگرسانی که از چنین الگویی برخوردار نیستند، تحت تاثیر عوامل برونزاد بوده و فاقد بخش یا بخش هایی از دوایر طلایی هستند. 

برای مشاهده و دانلود نقشه توزیع هندسی آثار دگرسانی گرمابی ایران به آدرس زیر مراجعه نمایید. 

http://geosociety.ir

نسبت طلایی فی (1.618)، مهمترین ثابت عددی سری فیبوناچی است که از رابطه زیر محاسبه‌ میشود 

Phi=Fn/Fn-1

در این فرمول، منظور از Fn ، آخرین جمله سری فیبوناچی، Fn-1، جمله ماقبل آخر و Phi، نسبت طلایی است.

علاوه بر رابطه فوق، کمیت فی با ریشه دوم عدد ۵ (2.2360) متناسب‌ است؛ یعنی:

Phi=(2.2360+1)/2

عدد فی تنها عدد مثبتی است که معکوس آن ،دقیقا یک واحد از خودش کوچکتر است:

1/Phi=Phi-1

عدد فی تنها عدد مثبتی است که مجذورش فقط یک واحد از خودش بزرگتر است 

(Phi)×(Phi)=Phi+1

همچنین بین نسبت طلایی و لگاریتم طبیعی (نپر) عدد ۵ رابطه تقریبی زیر برقرار است

Ln5=Phi

این کمیت موجب خاصیت طلایی دراشکال هندسی منتظم میشود که از مصادیق آن میتوان به مثلث های طلایی ، مستطیل طلایی، چهارضلعی بطلمیوس طلایی و دایره طلایی اشاره نمود.

مارپیچ طلایی فراوانترین شکل طبیعی که در اغلب پدیده‌های زمین شناختی مشاهده میشود. بطور مثال،  توزیع رومرکز زلزله ها، جریانات توربیدیتی کف رودخانه ها و توفان های جوی به شکا مارپیچ است. 

لازم به ذکر است که توزیع مارپیچ منحصربه‌فرد نیست و سری های عددی دیگری نظیر سری پل (Pell Series)، باعث تشکیل مارپیچ میشوند ، اما خصلت طلایی مختص به سری فیبوناچی است و منشا طبیعی دارد. بنابراین آنچه که بعنوان هندسه طلایی طبیعت خوانده میشود، نشات گرفته از سری فیبوناچی و زیرمجموعه های آن است (مانند زیر سری کرجی که با متناسب با سطح توزیع براونی در الگوهای فرکتالی است).

در هندسه طلایی طبیعت (Golden Geometry of The Nature)، اصولی وجود دارند که برگرفته از مفهوم نسبت طلایی هستند. بنابراین آنچه که بعنوان هندسه طلایی خوانده می‌شود، دربرگیرنده اصولی است که در اغلب موارد با مفاهیم هندسه اقلیدسی مغایرت دارند. مثلا در جبر کلاسیک (اقلیدسی)، سطح زیر نمودار، همواره مشتق پذیر است و با مولفه های جزیی (دیفرانسیل)، هر سطح میتوان به تابع اولیه آن رسید. در حالیکه در هندسه طبیعت، هیچ مفهومی از مشتق و دیفرانسیل قابل تعریف و تعمیم نیست. در واقع هندسه طبیعت، بر اساس قوانین فرکتال پایه ریزی شده است و تابع مارپیچ طلایی بخشی از فرآیند خودساماندهی در سری فیبوناچی است که منطبق بر سطح توزیع مولفه های متناظر است.

 برخی از متون علمی، دو نسبت طلایی و نقره‌ای را همردیف یکدبگر دانسته و مزایا و معایب آنها را مقایسه کرده اند. در حالی که، نسبت نقره ای محصول سری پل است و مصداق طبیعی ندارد (قابل مقایسه با نسبت طلایی نیست).

دوایر تو در تو (Concentric Circles) از نشانه های خمینگی (Curvature) در تابع مارپیچ طبیعت (Spiral Function of the Nature) هستند. در این دوایر،  علاوه بر نسبت (1.618) و زاویه طلایی (137.5)، رابطه فیثاغورث برقرار است.

Sqrt (pi) = Sqrt (phi) +  Sqrt (e)

در فرمول بالا،  کمیت های پی، فی و اویلر به ترتیب 3.14 ، 1.618 و 2.718  هستند و sqrt بیانگر مجذور آنهاست.

با برقراری رابطه فیثاغورث،  علاوه بر خاصیت طلایی، نظم هندسی بین شعاع ، محیط و مساحت دایره ها برقرار شده و شرایط آرمانی در الگوی معماری طبیعت بوجود می‌آید که از آن برای مدلسازی پدیده های علوم زمین (به روش ترسیمی) استفاده میشود.

در هندسه طلایی که مبتنی بر اصل فیثاغورث باشد، چهار دایره تو در تو متصور است که از کوچک به بزرگ عبارتند از: دایره مبنا (به شعاع واحد)، دایره طلایی(به شعاع  1.618)، دایره اویلر (به شعاع 2.718) ودایره تصادفی (به شعاع 3.14). اگر شعاع دایره ها را از کوچک به بزرگ با علائم R1 تا R4  نشان دهیم. روابط زیر برقرارند:

R2/R1=1.618

R3/R2=1.618

R4/R3=1.15

دیواکار ویثواناث(Viswanath, 2000)، طی مقاله ای که در آغاز قرن ۲۱ م ارائه کرد، نشان داد که علاوه بر نسبت طلایی فیبوناچی،  نسبت تصادفی 1.13 در محدوده دایره پی و بعد از آن برقرار است که از رابطه R4/R3 برآورد میگردد. در واقع مکان هندسی دایره پی، با خاتمه زیرسری کرجی مطابقت دارد و نشان دهنده کاهش نظم فرکتال در حاشیه محیط‌های آشوبناک است. ضریب ویثواناث از کاربردهای متعددی در علوم زمین برخوردار است که برخی از آنها عبارتند از:

-   تخمین مکان رویدادهای لرزه ای خارج از خوشه بندی متعارف مارپیچ طلایی (پیش بینی مکانی زلزله ها).

- تقریب خاتمه سری کرجی به روش هندسی و مقایسه آن با مدل های محاسباتی (پراش-مسافت) در اکتشافات ژئوشیمیایی. 

- تقریب مکان هندسی توزیع تصادفی میدان های ژئوفیزیکی با منشا طبیعی.

همچنین از ثابت تصادفی ویثواناث به عنوان معجزه هندسه نوین یاد می‌شود! زیرا علاوه بر توالی فیبوناچی، در سری تصادفی آن صدق مینماید. بعبارت دیگر، سری های عددی که بطور تصادفی از قاعده فیبوناچی تبعیت میکنند، در جملات نامتناهی خود به ثابت 1.13 ختم مبشوند و قانون احتمالات تاثیری در پیدایش آن ندارد. بنابراین طبق قاعده تصادفی ویثواناث، سازوکار پدیده های طبیعی ( با منشا تصادفی)، به گونه ای است که با افزایش رویدادها، به شرایط آشوبناک(Chaotic) میرسند اما در سطح توزیع خود از ثبات نسبی برخوردارند. بنابراین ثابت ویثواناث کلیدی برای حل پیچیدگی های نظریه آشوب (Chaos Theory)است، اگرچه هنوز در آغاز راه هستیم و تحقیقات با جدیت ادامه دارد ...

زیرسری کرجی (Karaji Subsequence) یک توالی خاص در سری نامتناهی فیبوناچی (Fibonacci Sequence)است که‌ در  آن نسبت طلایی فی (1.618)، به حد آرمانی خود رسیده و بدون تغییر باقی میماند. بطور تقریبی،  شروع سری کرجی از جمله ششم فیبوناچی بوده و معمولا  در شش جمله بعدی خود  (دوازدهم فیبوناچی)، به شرایط آرمانی میرسد. اما برای خاتمه آن فرمول خاصی وجود ندارد و تابع توزیع کمیت های متناظر است.

K1=F6

در رابطه بالا، منظور از K1 جمله اول سری کرجی و منظور از F6  جمله ششم توالی فیبوناچی است.

بر خلاف توالی فیبوناچی،  زیرسری کرجی، یک مجموعه متناهی از اعداد متوالی با خاصیت طلایی است که به عنوان بخش محدود اما آرمانی آن قلمداد می‌شود. نام سری کرجی،  برگرفته از نام فیلسوف شهیر ایرانی ابوبکر کرجی است که از ریاضیدانان قرن یازدهم میلادی بوده و به روایت تاریخ نگاران معتبر ، قبل از لئوناردو فیبوناچی، خاصیت اعداد طلایی طبیعت را در کتاب خود (الفخری) بررسی نموده است.

همانطور که گفته شد، تقریب جملات اول و آخر سری کرجی  وابسته به تغییرات بعد فرکتال است. لذا با استفاده از معادلات فرکتال (نظیر رابطه پراش-مسافت)، تغییرات بعد متناسب با سطح توزیع براونی (Brownian Surface) مشخص و از آن برای تعیبن جملات ابتدا و انتهای سری کرجی استفاده می‌شود.

از دیدگاه علوم زمین ،پیدایش سری کرجی نشانه توزیع کمیت های متناظر مبتنی بر روابط غیرخطی است. بطور مثال توزیع پواسونی عناصر کمیاب،  توزیع جز در کل رویدادهای لرزه ای و تغییرات نمایی ژئومغناطیسی در اطراف توده های آتشفشانی، از مصادیق پیدایش فرکتال ها در پدیده های زمین شناسی هستند. در واقع سلزوکار معماری طبیعت با شروع سری کرجی آغاز می‌شود و طی مراحل متعدد، موجب پیدایش اشکال هندسی منتظم با خاصیت طلایی میگردد. بنابرابن تشکیل دایره های فی و اویلر (Euler & Phi Circles) با پیدایش سری کرجی ارتباط داشته و موجب تغییرات بعد فرکتال در سطح توزیع براونی میگردد.

از دیدگاه زمین ریاضی (Geomathematics) ، زیر سری کرجی، یک زیرمجموعه معین و تعمدی از سری نامتناهی فیبوناچی است که در آن، تغییرات ضریب فی (1.618) به حدود آرمانی خود نزدیک شده و مکان هندسی آن (بر روی نمودارهای واریوفرکتالی)،  منطبق بر سطح توزیع براونی است. بنابراین سری کرجی مولد سطح براونی و عامل پیدایش نظم فرکتالی در خلال تحولات زمین شناختی و جغرافیایی است. 

در زیر مثالهایی از نقش سری کرجی در زمین شناسی اقتصادی و اکتشافات معدنی ذکر شده اند:

- تحولات بافتی ذخایر اپی ترمال تابع سری کرجی است. بطوریکه با افزایش خاصیت طلایی توزیع سیلیس، احتمال پیدایش بافت کلوفرمی در رگه های کوارتزی افزایش یافته و در مناطق مستعد، موجب غنی شدگی آنها از طلا، پیریت، کالکوپیریت و آرسنوپیریت میشود.

-افزایش هدایت الکتریکی کانسارهای ماسیو سولفید تابع سطح توزیع براونی کمیت ŔS بوده و پیدایش این سطح با خاصیت طلایی میدان های ژئوالکتریکی متناسب است. بنابراین در مقاطعی که با افت مقاومت ویژه مواجه هستیم، چنانچه بعد فرکتال بین ۲ و ۳ باشد (ناحیه اثر سری کرجی)، حاکی از نقش سازوکارهای الکترونی بوده و متناسب با محتوای کانه های فلزی است.

- تشکیل کولونی و هاگ زایی باکتری‌های خاکزی از قبیل باسیلوس سروس که بعنوان ردیاب ژئومیکروبیولوژیکی کانسارهای پنهان تلقی میشوند، از نسبت طلایی (سری کرجی) تبعیت میکند. بطوری که با افزایش استرس محیط (شرایط بحرانی)، تمایل به تشکیل کولونی های فرکتالی بیشتر میشود تا در سطح توزیع خود به پایداری حیاتی برسد.‌ همچنین در شرایط فوق بحرانی، از تعداد کولونی ها کاهش یافته و پدیده هاگ زایی جایگزین آن میگردد. مرحله اخیر با  توزیع تصادفی میکروارگانیسم‌ها همراه است و برخلاف مراحل قبل، مطابقتی  با سری کرجی ندارد (تعداد و ترتیب هاگ زایی بخشی از  توالی فیبوناچی است اما از شرایط آرمانی خارج شده است)

- در کانسارهای رسوبی-آتشفشانی تیپ SEDEX , ناحیه بندی ژئوشیمیایی عناصر ردیاب سرب و روی، تابع سری کرجی و وابسته به تغییرات بعد فرکتال است. بطوری که هرچه به سطح توزیع براونی نزدیک می‌شویم، نظم ژئوشیمیایی و به تبع آن، ناحیه بندی هندسی عناصر بیشتر میشود. لذا صرفا بخش معینی از توزیع عناصر از قابلیت ردیابی کانسار مورد نظر برخوردار است که حدود آن وابسته به حدود و پایداری سری کرجی است. 

علاوه بر اکتشافات معدنی، سری کرجی کاربردهای متعددی در مدلسازی خوشه های لرزه ای و تحلیل هندسی توزیع ریزگردها دارد و در نگاه کلی با همه پدیده های علوم زمین که از الگوی معماری طبیعت پیروی می کنند، در ارتباط است.

سطح توزیع براونی (Brownian Surface)، مکان هندسی پیدایش کمیت های متناظر است. تغییرات بعد فرکتالی این سطح بین ۲ تا ۳ و متناسب با زیر سری کرجی (Karaji Subsequence) در توالی فیبوناچی (Fibonacci Sequence) است.

 پیدایش اين سطح از نشانه های نظم مقطعی در حاشیه محیط‌های آشوبناک است که با افزایش تدریجی بعد فرکتال، به سطح رویدادهای تصادفی(Stochastic Surface) و نهایتا به ناحیه اثر آشوب (Chaos Reign) میرسد.

در سری نامتناهی فیبوناچی، زیرسری خاصی وجود دارد که نسبت طلایی آن واقعی (1.618) و ثابت است. جملات این زیر مجموعه از حوالی جمله ششم (F6) فیبوناچی شروع و در حوالی جمله دوازدهم به شرایط آرمانی میرسد. این زیر سری را به افتخار ریاضیدان شهیر ایرانی،  " علامه ابوبکر کرجی "، به نام سری کرجی نامیده ام (مهرنیا ۱۳۹۹). در الگوی معماری طبیعت (Architecture of the Nature)، پیدایش سری کرجی در مطابقت با مکان هندسی دوایر طلایی و اویلر بوده  و با پیدایش سطح توزیع براونی تحت ضابطه پراش- مسافت (Variance -Distance) ارتباط دارد.

بنابراین تشخیص سری کرجی در الگوبرداری از معماری طبیعت اهمیت داشته و مکان کمیت های متناظر واقع بر سطح توزیع براونی را نشان میدهد. برخی از استنتاج ها و موارد کاربردی سطح توزیع براونی عبارتند از:

- در زمین شناسی اقتصادی، سطح توزیع براونی با برخی از رویدادها و فرآیندهای منجر به کانه زایی هیپوژنیک متناسب است.

- در زلزله شناسی، سطح توزیع براونی نشان دهنده نظم هندسی رویدادهای لرزه ای بوده و  آغاز خوشه بندی در قالب اشکال طلایی است (با توزیع مارپیچی زمین لرزه ها ارتباط دارد).

- در مطالعه ریزگردها، از سطح توزیع براونی برای تعیین منشا آلاینده های جوی استفاده میشود، بطوریکه اگر تغییرات بعد فرکتال در بازه تغییرات سطح براونی باشد، نشانه ای از منشا طبیعی ریزگرد بوده و اگر از حدود متعارف براونی خارج شود (افزایش یا کاهش)،، ممکن است ناشی از اثر آلاینده های صنعتی باشند.

- الگوی زهکشی دشت های سیلابی دستخوش تغییراتی میشود که موجب بروز رفتار تصادفی در بعد فرکتالی پایانه های هیدرومورفیکی میشود. بنابراین در اغلب حوضه هایی که در مخاطره سیل قرار دارند، تغییرات بعد فرکتال از حدود متعارف براونی خارج شده و پیش نشانگر هندسی سیلاب است.

- بعد فرکتال پایانه های گسلی به دلیل افزایش فعالیت های لرزه ای، تغییر کرده و نسبت به شرایط استاتیکی، افزایش می‌یابد. بنابرابن اگر سطح توزیع براونی پایانه های گسلی را به عنوان ملاکی برای ارزیابی پتانسیل لرزه ای یک منطقه در نظر بگیریم ، افزایش بعد نشانه افزایش فعالیت های ساختمانی و  تشدید لرزه خیزی منطقه است.

- در بررسی میدان های ژئوفیزیکی (با تاکید بر مقاطع ژئوالکتریک)، پیدایش سطح براونی از نشانه های هدایت الکترونی در توده های زیرسطحی است (کانسارهای فلزی). به تجربه ثابت شده که اثر هدایت الکترولیتی آبهای زیرزمینی (و هیدروکربن ها)، بر تغییرات بعد فرکتال از نوع تصادفی است. لذا اگر با رویداد کانه زایی مواجه باشیم، احتمال پیدایش سطح توزیع براونی بیشتر از مواقعی است که رسانایی الکتریکی به دلیل حضور سیال الکترولیت است.

خودساماندهی (Self-Organizing), یک ویژگی ذاتی در پدیده های زمین شناسی است که تابع تغییرات بعد فرکتال است (FD) و طبق یک قاعده کلی، چنانچه تغییرات بعد بین ۲ و ۳ باشد، گویای سطح توزیع براونی با بیشینه مولفه های متناظر در فاز Bifurcation است.

پیدایش بافت کلوفرمی (در کوارتز و کلسیت) از مصادیق خودساماندهی کانی های سیلیس و کلسیم در فاز جوشش سیالات گرمابی (هیدروترمال) میباشد که شاهدی بر افزایش عیار طلا و عناصر همراه آن در سامانه های اپی ترمال است.

فرآیند خودساماندهی پوسته سیلیسی - آهکی نرم تنان از نمونه های بارزی است که بیانگر رابطه این پدیده با پیدایش اشکال طلایی در اسکلت جانوران است. البته توزیع مارپیچ به پوسته صدف ها محدود نمی‌شود و در خوشه بندی هندسی زلزله ها (بویژه پس لرزه ها)، شاهد توزیع مارپیچی شکل کانون های سطحی هستیم (مانند مارپیچ زلزله ازگله کرمانشاه که در سال ۱۳۹۸ خورشیدی و در پی رویداد لرزه ای این منطقه پدیدار شد) 

بطور کلی، الگوی معماری طبیعت (Architecture of Nature), منتج از خودساماندهی فرکتال ها و در ارتباط نزدیک با توالی فیبوناچی است.  سازوکار خودساماندهیمحدود و منسوب به حاشیه محیط‌های آشوبناک است و مکان هندسی آن مستقل از مقیاس مشاهدات بوده و با استفاده از تغییرات بعد فرکتال تعیین میشود. 

اغلب شکل های منتظم هندسی که با نسبت طلایی (Golden Ratio) و زاویه طلایی (Golden Angle) ارتباط دارند، تحت تاثیر عوامل اولیه و درون‌زاد بوجود آمده اند. در مقابل، تغییرات نامتعارفی که در توزیع هندسی پدیده ها رخ میدهد،  به دلیل عوامل ثانویه و برون‌زاد است. بعبارت دیگر ، محیط های اولیه (Hypogenic) تمایل زیادی به تظاهرات فرکتال داشته و در مقایسه با محیط های سطحی (Supergene)، از بعد فرکتال آرمانی و سطح براونی مطلوب برخوردارند.

در عمل، نشانه های مختلفی از چنین تمایلی در تشکیلات آذرین، گسل های پی سنگ و کانسارهای ماگمایی مشاهده میشود.بطور مثال، هاله دگرسانی ذخایر اپی ترمال و توزیع لیتوژئوشیمیایی کاتسارهای پورفیری، دارای ناحیه بندی طلایی و خودساماندهی مبتنی بر اصول فرکتال است. در حالی که اغلب ذخایر معدنی با منشا سطحی و هوازده،  فاقد سطح توزیع براونی و ناحیه بندی طلایی هستند.

مثال دیگری که بیانگر فقدان یا ضعف خودساماندهی در پدیده های محیطی است، در ارتباط با ماهیت دوگانه ریزگردها میباشد. بطوریکه اگر منشا طبیعی داشته باشند، به تبعیت از الگوی معماری طبیعت، دارای توزیع پواسونی و خودساماندهی بالا هستند. اما در صورت اختلاط با آلاینده های صنعتی (غیرطبیعی) ، از الگوی اجزای متناظر فاصله گرفته و به سمت توزیع های تصادفی (Stochastic) و آشوبناک (Chaotic) پیش میروند.

در نگاه کلی،  پدیده‌های زمین شناسی تمایل زیادی به توزیع غیرخطی دارند. از این رو، نقش توزیع پواسونی برای درک رابطه بین پدیده ها بیشتر از توابع خطی است. لذا تحلیل مراحل خودساماندهی کمیت ها به روش فرکتال و با استناد بر توابع نمایی انجام می‌شود.

در سال ۱۳۹۴، کتابی را بنام منابع زمین گرمایی (Geothermal Resources ) تالیف کردم و برای اولین بار اصول محاسبات فرکتال را در تخمین موقعیت مکانی و حجم ذخایر گرماب های زیر سطحی معرفی نمودم. این کتاب از سری کتب نشر دانشگاهی پیام نور است و ویراستاری آن را همکار عزیزم جناب آقای دکتر سید جواد مقدسی بعهده داشتند. 

در ابن کتاب پس از معرفی منابع و رخساره های زمین شناسی و زمین ساختی مرتبط با منابع زمین گرمایی، روشهای اکتشافی متداول (با تاکید بر اصول اکتشافات ژئوفیزیکی) بررسی شده اند. ویژگی مهم این کتاب، استفاده از مطالعات موردی ایران بعنوان مثال هایی از روش تحقیق و اکتشاف این منابع است که در نوع خود منحصر بفرد بوده و بر اساس یافته ها و مشاهدات مناطق مستعد ایران صورت گرفته است. 

لازم به ذکر است که بین سالهای ۱۳۷۰ تا ۱۳۷۹ ، سلسله مطالعات و بازدیدهای صحرایی را روی حوضه های ژئوترمال شمال غرب ایران، ،بویژه استان اردبیل داشتم که برخی از نتایج آن در قالب رساله کارشناسی ارشد و برخی دیگر بصورت اسناد سانا (سازمان انرژی های نو ایران) و شرکت تحقیقات ژئوداد آذربایجان شرقی محفوظ است.

در کتاب منابع زمین گرمایی،  علاوه بر پتانسیل های شمال غربی ایران به معرفی و ارزیابی استعدادهای زمین گرمایی جنوب و جنوب شرقی ایران ، ایران مرکزی و حوضه دماوند پرداخته ام و نقاط ضعف یا قدرت آنها را تبیین و مقایسه کرده ام. 

از منظر زمین شناسی اقتصادی،  منابع ژئوترمال،  رابطه نزدیکی با ذخایر طلای اپی ترمال دارند و در اکثر مناطق  دنیا، توسط زمین شناسان اقتصادی مطالعه و معرفی شده اند. آثار دگرسانی، ساختمان های گسلی، تغییرات ساخت و بافت و شواهد مینرالوژیکی، از نشانه های مشترک بین ذخایر اپی نرمال و منابع زمین گرمایی است.

هر سه روش اکتشافات زمین شناسی،، ژئوفیزیکی و ژئوشیمیایی برای پی جویی و کشف منابع زمین گرمایی بکار میروند اما استفاده از روش‌های ژئوفیزیکی بیش از سایر روشها میباشد که به دلیل سرعت بالا،  قیمت مناسب و دقت زباد آنها در فاز مقدماتی تا نیمه تفصیلی است. 

همچنین برای تحمین ذخایر تحت الاضی و تعیین نوع سیال پر انرژی (آبهای داغ)،  از روشهای فرکتال استفاده میشود. که در بخش‌هایی از کتاب منابع زمین گرمایی به این موضوع مهم پرداخته ام.

از دیدگاه تکتونوولکانیکی (زمین ساخت منجر به فعالیت های آتشفشانی)، استعداد ژئوترمال حوضه های ولکانیکی شمال غرب ایران قابل توجه است. بطور مثال حوضه آتشفشانی-زمین گرمایی سبلان از شرایط میزبانی و نفوذپذیری بالای سازندهای رسوبی برخوردار است که مجموعا استعداد پیدایش سفره های آب گرم تا داغ را فراهم نموده و در منطقه نیر (استان اردیبل) ، با آثاری از پیدایش فاز بخار ثبت شده است. نیروگاه مشکین شهر (استان اربیل)، تنها نیروگاه زمین گرمایی ایران است که به مرحله بهره برداری از انرژی ژئوترمال رسیده و به روش تزریق آب و باز تولید آن در یک سامانه منتهی به سنگ بستر داغ (Hot Dry Rock) کار میکند. 

وضعیت حوضه سهند تقریبا شبیه سبلان است اما سیکل گرمابی مناسبی برقرار نیست که نیازمند تحقیق بیشتر و شناخت حوضه هایی با نفوذپذیری و توان گرمابی بالاست. 

اشکال عمده حوضه های ژئوترمال ایران، کمبود چرخه آب (به دلیل مشکلات اقلیمی و زهکشی نامناسب) و شرایط نامطلوب سازندهای رسوبی - آتشفشانی برای هدایت آبهای سطحی به عمق حوضه و بازتولید آن بصورت منابع زمین گرمایی است. همچنین برخی از فعالیت های گسلی جوان، موجب تضعیف سامانه های ژئوترمال می شوند و سازوکار تحت الارضی آنها را مختل می‌نمایند. بنابراین حوضه های مستعدی مانند تفتان ، بزمان و دماوند، علیرغم شرایط مطلوب تکتکنوماگمایی و تعدد مظاهر آتشفشانی، از ریسک بالایی برای سرمایه گذاری و تامین منابع زمین گرمایی برخوردارند.

علاوه بر مطالب ذکر شده، منابع شناخته شده ایران از نوع آب داغ هستند نه بخار داغ. شرایط اقلیمی اطراف توده های آتشفشانی، موجب تضعیف چرخه آبهای سطحی و کاهش نفوذ آب به درون زمین میشود که متعاقبا،  پتانسیل ژئوترمال عمقی را کم می‌کند. اینگونه است که ریسک سرمایه گذاری روی ژئوترمال های ایران افزایش یافته و ادامه دوره خشکسالی ، این مسئله را تشدید می‌کند. از طرف دیگر، درجه زمین گرمابی اطراف توده های آتشفشانی بالاست و شرایط زمین ساختی ایران، این ویژگی را تشدید نموده است، بنابراین استفاده از سامانه خشک (Hot Dry Rock- HDR) برای تزریق آب به اعماق زمین (تماس با سنگ داغ) و انتقال مجدد آن به سطح زمین، راهکار عملی برای استفاده از پتانسیلهایآتشفشانی کشور است که صدالبته نیازمند تحلیل ریسک سرمایه گذاری و تامین منابع آب سطحی است. 

در مجموع توان کشور در زمینه برخورداری از منابع زمین گرمایی تردید ناپذیر است. اما داشتن چنین مواهبی ، به منزله دستیابی سریع و آسان به منابع مورد نباز صنایع ژئوترمال نیست. لذا تصمیم گیری درباره وضعیت پتناسیل ژئوترمال ایران ، نیازمند بررسی های دقیق و مبتنی بر ملاک ها و شواهد علمی بوده و باید قبل از اظهار نظرهای مبتنی بر  مظاهر آتشفشانی یک حوضه ، به ده ها متغیر تعیبن کننده دیگر توجه شود.

برای تهیه کتاب "منابع زمین گرمایی" به سایت فروش کتب الکترونیکی دانشگاه‌ پیام نور  یا سایت هاي معتبر  دیگر مراجعه نمایید.

www.pnueb.com

https://amp.taaghche.com/book/70708/منابع-زمین-گرمایی

این روزها مصادف با سالگرد یکی از زلزله های مخرب ایران است که از دید زمین شناسی، با فعالیت گسل پنهانی در حاشیه شهر تاریخی بم در ارتباط بود و به دلیل شرایط کانونی و خصوصیات تکتونیکی اش، موجب ویرانی این شهر و مرگ شمار زیادی از هموطنان عزیز شد. 

درس های زیادی از این زلزله آموختیم که سرآمدش ، عدم شناخت کافی از مکان گسل های پنهان و ابهام در سازوکار لرزه ای آنها بود‌. بنابراین بعد از زلزله بم، استراتژی جدیدی مطرح شد که بر اساس آن، اقدامات زیرساختی برای شناخت سامانه های گسلی لرزه زای پنهان (بخوانید مدفون در رسوبات عهد حاضر) مورد تاکیید قرار گرفت. اما امروز پس از گذشت سالها از حادثه دلخراش زلرله بم،  سوال این است که در پیشبرد استراتژی مورد نظر، چقدر موفق بوده ایم ؟ و برای شناخت گسل های پنهان چه کرده ایم ؟

پاسخ به این سوال دشوار است، چون از یکطرف اطلاع رسانی نسبی و مبتنی بر بستر فرهنگی جامعه، بعمل آمده که گویای نقش رسانه های مختلف در تحقق این مهم است. اما از سوی دیگر، ملزومات و امکانات مورد نیاز برای شناخت گسلهای پنهان تامین نشده اند. لابد می پرسید کدام ملزومات؟ منظورم رعایت همه استانداردهای جهانی برای برخورداری از پایگاه اطلاعات مکانی منسجم، قابل پردازش و آینده نگر است. پایگاهی که شامل حجم زیادی از اطلاعات ژئوفیزیک هوایی (به روز شده)، کتابخانه های طیفی(ملی)، بی هنجاری های محلی ژئوفیزیکی، ژئودینامیکی و ژئوشیمیایی ،  عکس نقشه های ماهواره ای و کاتالوگ بازبینی شده داده های  لرزه ای - شتاب نگاشتی ایران و منطقه باشد. پایگاهی که در حد امکان، از نقشه های زمین شناسی و زمین ساختی بزرگ مقیاس با تاکید بر مناطق با سابقه لرزه خیزی بالا برخوردار باشد. پایگاهی که یک متولی (مثل وزارت کشور) و صدها مشاور و متخصص از طیف های دانشگاهی ، انجمن های علمی ، نظام مهندسی، کارشناسان دولتی و غیردولتی داشته باشد. پایگاهی که از اشاعه اخبار نابجا و نابخردانه بپرهیزد اما رسانه محور باشد، پایگاهی که دانش پایه ، شایسته سالار و تخصص محور باشد، پایگاهی با بودجه مستقل و فراخور شرایط لرزه خیزی کشور که به دور از دغدغه ها و بحران های اقتصادی،، تنها به  بحران ناشی از زلزله های ویرانگر بیاندیشد، .... بعلاوه ده ها باید و نباید دیگر، که در این مجمل نمی گنجد !

پیش بینی من این است که در سال آینده، برنامه جدیدی برای مدیریت بحران زلزله نخواهیم داشت و طبق روال سالهای گذشته، "استراتژی مدیربت پس از رویداد" ، سرلوحه سازمان های ذیربط خواهد بود. این شیوه مدیریت سال هاست که منسوخ شده و آفت سرزمین هایی با ریسک زلزله بالاست.

 همیشه که نمی توان در لاک دفاعی فرو رفت. مدیریت تدافعی خوب است، اما شروطی دارد که با وضعیت لرزه خیزی فعلی ایران سازگار نیست. ما نیازمند اصلاحات ساختاری در مدیریت بحران زلزله هستیم و در گام نخست باید مسیر فکری و عملی خود را از مدیریت پسارویداد به مدیریت آینده نگر (پیش بینانه) تغییر دهیم. آینده نگری محصول درس گرفتن از اتفاقات گذشته است و برای کسب تجربه، به داده های منسجم،  متنوع و نااریب (بدون خطای سيستماتيک) نیاز داریم.

آیا میدانید تاکنون کتابخانه طیف ملی پدیده های زمین شناسی و زمین ساختی کشور تهیه نشده است؟ آیا از اهمیت این کتابخانه و نقش  کلیدی آن در اصلاح نقشه های موجود و تولید نقشه های بزرگ مقیاس مطلع هستید ؟ آیا میدانید که برای مدیریت بحران آینده نگر، نیازی به روش های مساحی و بازدیدهای صحرایی پر هزینه و وقت گیر نیست ؟ آیا میدانید که به روش هلی بورن یا تکنولوژی پهپاد، امکان استفاده از سنجنده های مولتی اسپکترال برای رصد فعالیت آتشفشان ها و مطالعه لرزه خیزی گسل ها فراهم شده است ؟ آیا میدانید تعیین مکان هندسی گسل ها و ویژگی های تحت الارضی آنها با استفاده از سامانه های ژئورادار (GPR) امکان پذیر است ؟ آیا میدانید همه امکانات سخت افزاری و نرم افزاری لازم برای دستیابی به کتابخانه طیف ملی فراهم است اما اراده جدی برای تحقق این مهم وجود ندارد ؟

.... و صدها آیا میدانید دیگر که برای پاسخ به آنها نیازمند تغییر روش مدیریت بحران زلزله هستیم. پس بیایید در سالروز زلزله بم، تغییر را از خودمان شروع کنبم. مردم فهیم ایران، اهمیت اطلاع رسانی موثر و مبتنی بر روش های علمی را درک کرده اند. بنابراین باید با پر رنگ کردن نقش انجمن های علمی (بویژه انجمن های زمین شناسی و مخاطره شناسی ایران)، فرهنگ مدیریت بحران زلزله را متحول کنیم. و یقین داشته باشیم که اگر مطالبات حوزه مخاطرات طبیعی از مسیر انجمن های علمی بگذرد، موجب اعتلای فرهنگ مدیریت زلزله شده و توجه بیش از پیش مسئولین و صاحبان سرمایه را جلب مینماید.

به امید روزی که همه اندیشمندان و متخصصین کشور، از فرصت های برابر برای حضور در عرصه های اجتماعی و ارائه دستاوردهای خود برخوردار باشند. به امید شکوفایی انجمن های علمی و هم افزایی تجارب و تخصص ها با تغییر مدیریت بحران زلزله در سال ۱۴۰۰ ،  الهی به امید تو.

سید رضا مهرنیا، ششم دیماه نود و نه