استخدام الخرائط الطبوغرافية في مسار التآكل، والانهيالات الأرضية، والعمليات الجيولوجية الأخرى

فهم الخرائط الطبوغرافية ومكوناتها الأساسية

والخرائط الطبوغرافية من بين أكثر الأدوات تنوعا في علوم الأرض، وتوفر تمثيلا ثنائيا للتضاريس الثلاثة الأبعاد، وعلى عكس خرائط الطرق الموحدة، تلتقط هذه الخرائط شكل سطح الأرض وارتفاعه من خلال خطوط الموضة، وارتفاع البقعة، وملامح الإغاثة المظلة، ويربط كل خط من خطوط التكتل بين نقاط الارتفاع المتساوية، مما يتيح للقراء تفسير السور، والتوجه.

وقد تراوحت المسافة الرأسية بين خطوط المخروط المتاخمة)٢٨٢( حسب نطاق الخرائط ومساحة التضاريس، وقد تستخدم خريطة للسهول الساحلية الشقيقة نسبياً فترة تبعد ٥ أقدام، بينما قد تستخدم خريطة لمدى الجبال فترات تتراوح بين ٥٠ قدماً و ١٠٠ قدم، وعندما تُعبأ خطوط التلال عن قرب، فإنها تشير إلى أن التراب الممتد من أعلى الحدود.

وبالإضافة إلى خطوط المخروط، تشمل الخرائط الطبوغرافية أيضاً سمات هيدرولوجية مثل الأنهار والبحيرات والمجاري؛ وأنواع الغطاء النباتي؛ والسمات الثقافية مثل الطرق والمباني؛ ونظم الشبكات الجغرافية مثل خط العرض أو إحداثيات أجهزة الصرف الآلي، وهذه العناصر مجتمعة تخلق صورة شاملة للمناظر الطبيعية التي يمكن استخدامها لتقييم النشاط الجيولوجي في الماضي والحاضر والمستقبل.

How Topographic Maps Reveal Erosion Patterns

والتآكل هو الارتداء التدريجي للأرض 817 821 1؛ والسطح من جانب القوات الطبيعية بما في ذلك المياه والريح والجليد والجاذبية، وفي حين أن التآكل يحدث عادة على مدى فترات طويلة، فإن الخرائط الطبوغرافية تتيح للجيولوجيين تحديد مناطق التآكل النشط وقياس التقدم الذي يحرزه مع إجراء دراسات استقصائية متكررة.

Gully and Rill Erosion

إن تآكل الجيلي هو أحد أكثر أشكال التحات التي تلتقطها الخرائط الطبوغرافية وضوحاً، فالغولايات هي قنوات عميقة تقطع في التربة بسبب تدفق المياه المركز، وفي خريطة طوبوغرافية، تظهر الغلويات النشطة كحجرات فضائية عن كثب مع وجود أنماط حادة أو من نوع V على شكل خطوط ترتفع فيها تركيزات المياه، وكثيرا ما تكشف مقارنة الخرائط من سنوات مختلفة عن أن خطوط الاحتراق حول الكتلات تساعد على التحول إلى جانب القنوات المكثفة.

ويصعب الكشف عن التآكل الحاد الذي ينطوي على قنوات ضحلة صغيرة، إلا بوصات قليلة، على الخرائط الطبوغرافية الموحدة، ولكنه يصبح مرئياً ببيانات عالية الاستبانة مثل نماذج الارتفاع الرقمي التي تستخدمها الشبكة، وهذه مجموعات البيانات الدقيقة تلتقط سمات قياسية مصغرة تشير إلى تآكل المراحل المبكرة قبل أن تتطور إلى تضخم أكثر خطورة.

Sheet Erosion

ويزيل تآكل الشيعة طبقة موحدة نسبيا من التربة من المنحدر، وغالبا ما لا يلاحظ حتى يصبح حادا، وفي الخرائط الطبوغرافية، يبدو أن تآكل الورق يُطغى بشكل عام على أنماط المخروط على المديين المتوقع أن يصل إلى 8212؛ وتزداد المنحدرات التي كانت ترتفع مرة أخرى تدريجيا، وتجعل الطبيعة الخفية لهذا التغيير من أكثر أنواع التحات تحديا، ولكن عندما يكون الجمع بين عمليات إعادة الترميم في التربة وعمليات الرصد الميدانية.

خروقات ساحلية

ولا غنى عن الخرائط الطبوغرافية على امتداد السواحل لتتبع تراجع الساحل وتآكل الخيوط، إذ أن الدراسات الاستقصائية التاريخية عن الطبوغرافية من المسح الجيولوجي بالولايات المتحدة وغيرها من الوكالات توفر خط أساس تقارن به الخرائط الحديثة، حيث تلتقي المنحدرات والزجاجات بالمحيط، وتظهر خطوط التكفير التي تتعقب بعد أن ترتفع خط الساحل بشكل ثابت، وهي معلومات حاسمة بالنسبة لإدارة المناطق الساحلية، وتقييم مخاطر الممتلكات، والتخطيط لارتفاع مستوى سطح البحر.

وكثيرا ما يتفوق علماء الجيولوجيين العاملين مع البيانات الطبوغرافية الساحلية على الخرائط التاريخية التي تجرى حاليا في إطار الدراسات الاستقصائية التي أجريت عن طريق برنامج " ليدار " ، وذلك لوضع خرائط مفصلة لمعدلات التحات، وتبرز هذه الخرائط البؤر الساخنة التي يتجاوز فيها المعتكف المتوسطات الإقليمية، وتساعد على إعطاء الأولوية للمجالات المخصصة للتدخلات الهندسية أو للتراجع المنظم.

كشف ورصد الأراضي باستخدام البيانات الطبوغرافية

وتمثل الانهيالات الأرضية بعض أكثر العمليات الجيولوجية خطورة ودراما، وهي تنطوي على سرعة انتقال الصخور والتربة والحطام، التي كثيرا ما تنجم عن سقوط الأمطار الغزيرة أو الزلازل أو النشاط البركاني أو تعديل المنحدرات البشرية، وتوفر الخرائط الطبوغرافية خط الأساس لتحديد المناطق المعرضة للانزلاق ورصد التغيرات في التربة قبل وقوع أحداث الأراضي وأثناءها وبعدها.

تحديد المناطق المعرضة للانقراض

إن أكثر استخدامات الخرائط الطبوغرافية في العلوم الأرضية هو رسم خرائط القابلية للتأثر، إذ يمكن للمهندسين الجيولوجيين، عن طريق تحليل أنماط المواسير، وحسابات الزوايا المتخلفة، وجانب المنحدرات، ووجود ملامح مائية أو متجانسة، أن يخصصوا تقديرات المخاطر النسبية لأجزاء مختلفة من المشهد الطبيعي، وتشير المنحدرات ذات التناوب المرتفع الملتوي، وتدل على وجود فروع أقل.

وتظهر الخرائط الطبوغرافية أيضاً سمات مثل الندبات والأفران ومصابيح القدم التي تشكل مؤشرات مباشرة لنشاط الانحلال الأرضي، ويبدو أن الشحوم سمة حادة ودقيقة حيث انخفض سطح الأرض مقارنة بالأرض المحيطة، وتُسقط الشققق على مساحات متقلبة أخرى، تمثل في كثير من الأحيان الجسم الرئيسي من المنحدرات الأرضية، وتُعدّل الشظايا الأرضية مناطق مجهزة.

قياس حركة تزلّ الأراضي عبر الزمن

إن إعادة المسح الطوبوغرافية هي أكثر الطرق مباشرة لقياس حركة الانحلال الأرضي، إذ يمكن للأخصائيين الجيولوجيين، من خلال مقارنة الخرائط التي أنشئت قبل وبعد حدث تلال أرضي، أو بإجراء دراسات استقصائية سنوية عن الشريحة النشطة، أن يحددوا منطقة الكتلة المشردة، والمسافة المسافية، وحجم المواد التي ينطوي عليها ذلك، وتغذي هذه القياسات نماذج تنبأ بالمسافة المدارية، ومنطقة التأثير، وإمكانية الانتقال في المستقبل.

وتتزايد استخدام برامج الرصد الحديثة للمساحات الأرضية لليدرز الأرضية والتصوير الضوئي المرتكز على الطائرات بدون طيار لتوليد خرائط طبوغرافية ذات دقة على مستوى سنتيمتر، وتتيح هذه الخرائط العالية الاستبانة الكشف عن التسلل الخفي الذي يُسبّب الفشل الكارثي، وتوفير الإنذار المبكر للمجتمعات المحلية والهياكل الأساسية في المناطق المعرضة للأراضي.

كما أن عمليات جرد الأراضي الدقيقة تتوقف على التفسير الدقيق للتغيير الطبوغرافية، إذ أن الاتحاد الدولي المعني بالانهيالات الأرضية ومنظمات مثل المسح الجيولوجي البريطاني يحتفظ بقواعد بيانات تعتمد بشدة على رسم الخرائط الطبوغرافية التاريخية والحالية لحصر الأحداث الأرضية على الصعيد العالمي، وبدون هذه الخرائط، ستظل الأنماط المكانية والزمنية لنشاط الأراضي مفهومة بشكل غير مفهوم.

عمليات جيولوجية أخرى تعقبها خرائط طبوغرافية

وفي حين أن التحات والانهيالات الأرضية من بين أكثر التطبيقات دراسة، فإن الخرائط الطبوغرافية تدعم رصد العديد من العمليات الجيولوجية الأخرى.

النشاط البركاني

فالبراكين هي تضاريس دينامية تنمو وتنهار وتفسخ بمرور الوقت، وتلتقط الخرائط الطبوغرافية هذه التغيرات بوضوح ملحوظ، فقبل انفجار، يمكن للثروة أن ترتفع تحت بركان ما، مما يسبب ارتفاعاً كبيراً في الدراسات الطبوغرافية، كما يبدو في مسوحات التموين حول القمة، وبعد انفجار، تفجر المواد من البركان أو من الشعاب الأرضية.

The U.S. Geological Survey#8217;s Hawaiian Volcano Observatory uses repeat topographic mapping to track the growth of Kīea App#8217;s Summit caldera and the evolution of its lava flow fields. These data help volcanologists estimate eruption volumes, assess hazards, and communicate risk to the public.

الحركة العالمية

وتتدفق المراحيض تحت وزنها، وتقفي الوديان التي يُشار إليها على شكل واحد، وتُودع الحبوب أثناء تقدمها وتتراجعها، وتظهر الخرائط الطبوغرافية للمناطق الجليدية مدى الغطاء الجليدي في وقت معين، وتكشف مقارنة الخرائط التاريخية مع الدراسات الاستقصائية الحالية عن معدل التراجع الجليدي أو التقدم، الذي هو أحد المؤشرات الأكثر وضوحا لتغير المناخ.

وتعتمد دائرة رصد الجليد العالمي على البيانات الطبوغرافية من جميع أنحاء العالم للحفاظ على قاعدة بياناتها لقياسات التوازن الكتلي الجليدي، وتبين هذه القياسات أن معظم غلام الجبال يفقد الكتلة بمعدل متسارع منذ منتصف القرن العشرين، مع ما يترتب على ذلك من آثار كبيرة على إمدادات المياه وارتفاع مستوى سطح البحر والنظم الإيكولوجية الجبلية.

Fluvial Geomorphology

وتوثق الخرائط الطبوغرافية هذه التغييرات، وتبين كيف يهاجر الأغبياء عبر شلالات الفيضانات، وكيف تتسع القنوات أو تضيق، وكيف تشكل البرايس أنهار في وديانها، وتعيد إجراء دراسات استقصائية طبوغرافية على طول الأنهار مثل ميسيسيبي أو براهمابوترا، وتُطلع على رسم خرائط مخاطر الفيضانات، ومشاريع ترميم الموئل، وتخطيط الهياكل الأساسية.

ومن خلال الجمع بين الخرائط الطبوغرافية والبيانات المتعلقة بالتصريف، ونقل الرواسب، وتواتر الفيضانات، يمكن لأخصائيي الجيومورفولوجيا الفلورية أن يتوقعوا كيف سيستجيب النهر للتغيرات في استخدام الأراضي، أو بناء السدود، أو التحولات التي تحركها المناخ في أنماط التهطال.

Modern Tools: LiDAR, GIS, and Digital Elevation Models

ولا تزال الخرائط الطبوغرافية التقليدية تستخدم على نطاق واسع، ولكن التكنولوجيا الحديثة قد وسعت بشكل كبير ما يمكن لتتبع العمليات الجيولوجية، وتستخدم أجهزة كشف الأشعة والارتفاع ( ]LiDAR ] ) نبضات الليزر لقياس الارتفاعات الأرضية مع نماذج غير مرئية، حتى من خلال عمليات مسحوقية ضخمة.

وتوفر نظم المعلومات الجغرافية (]]GIS]]) الإطار التحليلي لمقارنة نظم الإدارة البيئية المتعددة بمرور الوقت وحساب التغيرات في الحجم، ويشمل تدفق العمل التحليلي النموذجي اختلاف منطقتين من مناطق DEMS تمثل 8212؛ وتنتج عن ذلك قيماً إيجابية للارتقاء في المناطق من مناطق الرفع الجديدة(12).

وتوفر مصادر البيانات المفتوحة مثل مجموعة الـ 817 من مجموعة الـ 3D، وبرنامج الرفع، وبعثة الرادر لرسم الخرائط تغطية عالمية تدعم الدراسات الجيولوجية في المناطق النائية أو التي يتعذر الوصول إليها، وتتيح هذه البيانات للباحثين تحليل العمليات على نطاق القارة وتحديد أنماط واسعة قد تفتقدها الدراسات المحلية وحدها.

وتسهم أيضاً في رصد الجيولوجيا بيانات الطبوغرافية من مصادر مكتظة من منابر مثل ]OpenTopography] ومبادرات رسم الخرائط المجتمعية، وتستضيف هذه البرامج بيانات طبوغرافية عالية الاستبانة تسهم بها الجامعات والوكالات الحكومية والشركات الخاصة، مما يجعلها متاحة للبحث والتعليم.

التطبيقات العملية للجيولوجيين والمهندسين

يستخدم المهندسون الجيوتقنيون وعلماء الجيولوجيون الهندسية الخرائط الطبوغرافية يومياً لأغراض التحقيق في المواقع وتقييم المخاطر، وقبل أي مشروع تشييد رئيسي هو 8212؛ وطريقاً رئيسياً أو سد أو خطاً أو بناء 8212؛ ويعتمد المحركات على دراسات استقصائية طبوغرافية مفصلة لتحديد المخاطر الجيولوجية المحتملة، وتكشف هذه الدراسات عن قضايا الاستقرار المتخلف، وأنماط الصرف، ومناطق التحات النشطة التي يمكن أن تهدد سلامة المشروع أو سلامته(ب)(ب).

ويستخدم مخططو استخدام الأراضي خرائط طبوغرافية لتحديد شوارب الفيضانات، وتحديد المسافات الرجعية للتنمية على المحاور، والسماح أو رفض البناء المقترح في المناطق المعرضة للأراضي، ففي كاليفورنيا، على سبيل المثال، يتطلب قانون رسم خرائط المخاطر السيزمية تقييم التطورات الجديدة القريبة من الأخطاء النشطة والمناطق الساحلية باستخدام بيانات مفصلة عن الطبوغرافية والجيولوجية.

ويستخدم الخبراء الاستشاريون البيئيون الذين يقومون بإصلاح المواقع الملوثة خرائط طبوغرافية لفهم اتجاهات تدفق المياه الجوفية، وتحديد أماكن أجساد المياه السطحية، ووضع برامج لرصد المواقع، وترميزات مراقبة المواقع التي يرجح أن تهاجر فيها الملوثات، مما يجعل الخرائط الدقيقة ضرورية للتنظيف الفعال.

ويستخدم الباحثون الأكاديميون في علم الأرضيات والجيولوجيا الهيكلية وعلم الكوادر الطبوغرافية كبيانات أولية لتجربة افتراضات تطور المنظر الطبيعي، وقد أتاح توافر نظم الإدارة البيئية العالية الاستبانة دراسات تربط بين القياسات الطبوغرافية)٢٨٢( ومثال ذلك مؤشرات قياسية القناة، وكثافة الصرف، والهيبسوم المكمل للتطورات)٢٨٢(؛ والنشاط التراكمي للخلود، والمناخ.

ومن الأمثلة البارزة على ذلك استخدام التحليل الطوبوغرافية لتقييم مخاطر تدفق الحطام بعد إطلاق النار، وبعد إطلاق النار الشديد، تصبح المنحدرات المحترقة شديدة التعرض لتدفقات الحطام أثناء عواصف الأمطار، وتنتج هذه المجموعة تقييمات مخاطر طارئة تجمع بين خرائط شدة حروق البيانات الطبوغرافية لتحديد أحواض الصرف التي يحتمل أن تنتج تدفقات الحطام، وتسترشد هذه التقييمات بعمليات الإجلاء وإغلاق الطرق وجهود التعافي بعد إطلاق النار.

:: إدماج الخرائط الطبوغرافية مع البيانات الجغرافية المكانية الأخرى رقم 8212؛ بما في ذلك التصوير الجوي، والصور الساتلية، والدراسات الاستقصائية للأخطار السيزمية، وسجلات الحفر المبشرة بالثقل(#8212)؛ وتدرج مجموعة أدوات قوية لفهم العمليات السطحية الأرضية؛ ولا يقدم نوع واحد من البيانات صورة كاملة، ولكن الخرائط الطبوغرافية تستخدم باستمرار كطبقة أساسية تكون جميع المعلومات الأخرى زائدة.

خاتمة

والخرائط الطبوغرافية هي أكثر بكثير من الأدوات الملاحية، وهي أدوات علمية تلتقط شكل وهيكل الأرض 817 821؛ سطح الأرض، وتظهر التغيرات الطفيفة والكبيرة التي ينجم عنها التحات والانهيالات الأرضية والنشاط البركاني والحركة الجليدية وعمليات التدفق، ويمكن من خلال مقارنة الخرائط المستقاة من الدراسات الاستقصائية المتعاقبة، أن يقيّم علماء الجيولوجيون والمهندسون معدلات التغير في المشهد، وأن يحددوا المجالات المعرضة للخطر، وأن يصممة.

وقد فتح تطور رسم الخرائط الطبوغرافية من الدراسات الاستقصائية الميدانية اليدوية إلى نظام ليدار (LDAR) ونظم إدارة النظم الإيكولوجية التي تستخدمها السواتل، حدودا جديدة في مجال الرصد الجيولوجي، مما يجعل من الممكن الآن، بفضل الاستبانة العالية، تتبع العمليات الأرضية على النطاقات المكانية والزمنية التي لم يكن بالإمكان تصورها منذ جيل، وبما أن هذه التكنولوجيات أصبحت أكثر سهولة وأكثر تكاملا مع البرامج التحليلية، فإن قدرتنا على فهم التغيير الجيولوجي والاستجابة له ستزداد قوة.

وبالنسبة لأي شخص يعمل في علم الأرض، والهندسة المدنية، والإدارة البيئية، أو التخفيف من المخاطر، فإن الكفاءة في الخرائط الطبوغرافية لا تزال مهارة أساسية، إذ إن القدرة على قراءة خطوط المواهب، وتفسير خصائص الأراضي، وتحديد قيمة التغير الطبوغرافية ليس مجرد أكاديمية(6212)؛ وهو يدعم بشكل مباشر سلامة المجتمعات المحلية في جميع أنحاء العالم واستدامتها وقدرتها على التكيف.