وبلاگ

خشکسالی پدیده­ای اقلیمی است که به لحاظ آماری یک پدیده تصادفی محسوب می­ شود و توسط شاخص ­های متعددی مورد مطالعه قرار می­گیرد (نصری، 1387). خشکسالی معمولاً به عنوان دوره­ای از زمان که بارندگی به زیر آستانه متوسط می­رسد شناخته می­ شود و معمولاً تعیین زمان شروع آن و تعاریف آن بسیار سخت و پیچیده است(امکی و همکاران، 1993). در اغلب منابع خشکسالی پدیده­ای طولانی مدت است که گاهی در دوره­ های مرطوب نیز کشیده می­ شود (ویلهایت و گلانتز، 1985).

تعاریف خشكی و خشكسالی با یكدیگر متفاوت هستند. برخلاف خشكی كه پدیدة دائمی اقلیمی است، خشكسالی در مناطق خشك و مرطوب رخ می‌دهد و حالتی طبیعی و نرمال از اقلیم می­باشد (چو و کارلیوتیس، 1970). قبل از پرداختن به بحث خشكسالی لازم است در مورد خشكی مطالبی بیان شود.

 1-2- معیارهای تعیین خشكی

ضرایب تجربی و فرمول­های متفاوتی برای تعیین معیارهای خشكی ابداع شده است كه بر اساس پارامترهایی كه هر كدام از این روابط برای تعیین شاخص خشكی در نظر گرفته است، می­توان آن­ها را به 5 گروه تقسیم نمود (کاویانی، 1380):

– روابطی كه معرف رابطه بین بارش سالانه و مجموع دما برای یک سال و یا دوره­ های مختلف در طول فصل گرم می­باشند.

– روابطی كه بر اساس رابطه بین بارش و تبخیر استوار هستند.

– روابطی كه به وابستگی بین بارش، دما و رطوبت نسبی اهمیت بیشتری داده‌اند.

– روابطی كه كسری اشباع( كمبود رطوبت) و كسری تبخیر را مد نظر قرار داده­اند.

– روابطی‌كه رابطه بین میزان آب و مجموع دما را‌ به عنوان ضریب خشكی در نظر می‌گیرند.

انتخاب صحیح یک ضریب اقلیمی برای مناطق مختلف جهان آسان نیست، زیرا كاربرد هر رابطه اقلیمی در منطقه­ای بهترین جواب را می­دهد كه با اقلیم محل ابداع روش، شباهت و نزدیكی بیشتری داشته باشد.

از طرف دیگر محدودیت عناصر اقلیمی قابل سنجش عاملی است كه كارائی برخی روابط را تحت تأثیر قرار می­هد.

براساس روش ارائه شده توسط یونسكو كه به شاخص بیوكلیماتیک خشكی معروف است و در آن P بارندگی سالانه و ET تبخیر و تعرق بالقوه است، مناطق خشك به چهار گروه تقسیم می‌شوند (کاویانی، 1380):

1- منطقه فرا خشك:

2- منطقه خشك :

3- منطقه نیمه خشك:

4- منطقه نیمه مرطوب :

 1-3- علل خشكی

به طور كلی 5 عامل مهم باعث ایجاد خشكی می­شوند (کوک و همکاران، 1993).

– دور بودن از منبع رطوبتی (بری بودن)

– فرو رانش آنتی سیكلون­های جنب حاره‌ای دینامیك

– تأثیرات ارتفاعی

– جریان­های حاصل از آب سرد

– آلبیدو

 1-4- علل خشكسالی

به‌طوركلی امروزه پذیرفته شده است كه خشكسالی­های شدید، حاصل تغییرات چرخش اتمسفری و بی‌نظمی­های آن است (کاویانی، 1364). جابجائی رودبادها (جت استریم­ها) از مكان خود، رگبارهای باران‌زا را از برخی مناطق دور و به برخی دیگر نزدیک می­كند. به این معنی كه بی‌نظمی‌های اقلیمی در فواصل بسیار دور بر هم تأثیر می­گذارند.

تحقیقات مختلف، تأثیر متقابل اتمسفر و اقیانوس­ها در مقیاس وسیع را ثابت كرده است (کاویانی، 1364 و چنگنان، 2000). این موضوع اهمیت بی نظمی دمای سطح دریا را ثابت می­كند، چرا كه مشخص شده است این مسئله جریان گرما و رطوبت را در سطح تماس اتمسفر و اقیانوس تحت تأثیر قرار می­دهد. این تغییر در جریان گرما و رطوبت دارای الگوئی است كه به چرخه نوسان جنوبی النینو معروف است. واژه­ های النینو و لانینا دو حد این چرخه هستند و شرایط كاملاً متفاوتی را در نقاط مختلف زمین بوجود می­آورند.

1-5- تعاریف انواع خشكسالی

خشکسالی مخرب­ترین پدیده اقلیمی است که به سختی می­توان تغییرات زمانی و فضایی آن را به راحتی تعیین کرد. با توجه به تعاریف مختلف از خشکسالی و انواع آن، ارائه یک مدل پیش بینی به منظور ایجاد یک سیستم پایش و پیش بینی خشکسالی غیر ممکن است. به عنوان مثال خشکسالی هواشناسی که به عنوان اولین نشانه­ های خشکسالی شناخته می­ شود ممکن است در یک زمان بخصوص مورد توجه قرار گیرد اما تأثیرات آن در سایر منابع آب مانند دبی جریان (خشکسالی هیدرولوژیک) قابل مشاهده نباشد. از طرف دیگر کشاورزان یک منطقه با مشکل کمبود رطوبت خاک (خشکسالی کشاورزی) مواجه نباشند. اما پس از مدتی و عادی شدن وضعیت ریزش­های جوی، شاهد کاهش دبی جریان یا رطوبت خاک باشیم. شکل 1-1 متغیرهای هیدرولوژیکی یک منطقه که تحت تأثیر خشکسالی قرار می­گیرند نشان می­دهند. شکل 1-2 نیز تغییرات زمانی تأثیر خشکسالی بر متغیرهای هیدرولوژیک را نشان می­دهد.

در کشور ایران که در بخش خشک و نیمه‌ خشک کره زمین قرار دارد، آب دارای اهمیت زیادی است. هم‌اکنون تقاضای آب از امکانات منابع قابل استحصال تجاوز نموده و یا در حال گذر از این مرحله است. بنابراین در آینده‌ای نه چندان دور، محدودیت منابع آب از ابعاد مختلف و از جمله برای تولید مواد غذایی، تولیدات صنعتی، تأمین آب شرب و بهداشتی، محیط زیست و حتی ابعاد سیاسی و اجتماعی مشکلات متعددی را مطرح خواهد نمود و این در‌حالی است که از 400 میلیارد متر مکعب بارش سالانه کشور تنها 35 میلیارد مترمکعب آن به مصرف تغذیه آبخوان‌ها می‌رسد (کوثر 1372). بنابراین تغذیه سفره‌های آب زیرزمینی یکی از مهمترین موارد در امر توسعه پایدار محسوب می‌شود.

در ایران، تغذیه مصنوعی و ذخیره آب سطحی در زمین‌ها با ساختن بندسارها و دگارها سابقه‌ای طولانی دارد. در شرایط حاضر از منابع آب زیرزمینی کشور حداکثر استفاده به عمل می‌آید به طوری که به سبب برداشت اضافی از این منابع در 163 دشت کشور، سطح آب زیرزمینی افت پیدا کرده است و مشکلاتی را برای ادامه حیات کشاورزی و توسعه اقتصادی این نواحی فراهم آورده است (برزگر ریحانی 1376). با توجه به این که منابع آب‌های زیرزمینی ایران 8/77 درصد مصارف شرب، صنعت و کشاورزی را تأمین می‌کنند، ارائه طرح‌هایی که موجب استفاده بهینه منابع آبی موجود و تغذیه آبخوان‌ها گردد، دارای ضرورتی اساسی و اولویتی انکارناپذیر است (همتی‌نژاد 1376). از آنجایی‌که منابع آبی در دسترس انسان برای مصارف شرب، بهداشت، کشاورزی، صنعت و غیره محدود می‌باشد و به تناسب شرایط خاص اقلیمی هر منطقه از کره زمین متفاوت است، لذا هرگونه اقدام برای کنترل و مهار آب و استفاده بهینه از آن می‌بایستی مورد توجه برنامه‌ریزان و متولیان امور آب در کشور قرار گیرد. این مهم در کشورهای جهان سوم و در حال توسعه و به‌ویژه در مناطق با اقلیم آب و هوای خشک که از ریزش‌های جوی محدود و با پراکنش نامناسب برخوردارند، بیشتر خودنمایی می‌کند. چه در این مناطق نوع ریزش‌های جوی عموماً به صورت رگبارهای شدید بوده و باعث به وقوع پیوستن سیلاب‌های سهمگین و خسارت‌زا می‌شود، به ‌طوری‌که بعضاً در مدت زمانی کوتاه، بارشی بیش از میانگین سالانه منطقه اتفاق می‌افتد. ملاحظه می‌شود در این مناطق، که به علت تبخیر زیاد و قلت بارندگی سالانه، نیاز به وجود آب بسیار ضروری و بلکه حیاتی است، در مدت زمانی بسیار کوتاه از دسترس خارج شده و بدون استفاده به

 هامون‌های کویری منتهی می‌گردد.

امروزه روش‌های متفاوتی برای کنترل و مهار سیلاب‌ها در کشورهای دنیا بر حسب مناطق مختلف یک حوضه آبخیز مورد توجه است. احداث سدهای مخزنی طی سال‌های گذشته مخصوصاً مورد توجه دولت‌مردان قرار گرفته که همواره با هزینه‌های بسیار بالای احداث، نگهداری و تصفیه آب همراه بوده است. امروز با نگاه علمی و جامع به مدیریت منابع آب، شناسایی آبرفت‌های درشت‌دانه با ضخامت مناسب مورد توجه قرار گرفته است، تا بتوان با هزینه‌های اندک و اجرای بسیار ساده و سریع، سیلاب‌های مخرب را بر روی دشت‌های آبرفتی گستراند، و با ایجاد آرامش به آن فرصت نفوذ و تغذیه آبخوان را فراهم کرده و آب را در لابلای آبرفت‌های درشت‌دانه و به دور از طبیعت خشن و گرم مناطق کویری که تبخیر آب را موجب می‌شود و به دور از عوامل آلوده کننده، نگهداری و بهره‌برداری از آن را به سهولت امکان‌پذیر نمود.      

1.2. ضرورت اجرا

یکی از ویژگی‌های اقلیمی مناطق خشک و نیمه‌ خشک، علاوه بر کمی نزولات جوی، وقوع رگبارهای شدید و کوتاه مدت می‌باشد، که در بیشتر موارد سبب وقوع سیلاب‌های فراوان می‌شود. استفاده از سیلاب‌های فصلی و نزولات جوی علاوه بر تغذیه سفره‌های آب زیرزمینی سبب بهبود خواص خاک و احیاء مراتع می‌شود. به گونه‌ای که در حال حاضر در بسیاری از نقاط ایران طرح‌های بهره‌وری از سیلاب و تغذیه آبخوان‌ها به مرحله اجرا یا بهره‌برداری درآمده است. ورود حجم زیادی از سیلاب محتوی املاح و بار معلق که اغلب دارای برخاستگاه متفاوتی از لحاظ خاک‌شناسی و زمین‌شناسی می‌باشند، به مرور زمان‌ سبب بروز تغییراتی در خواص مختلف خاک می‌شود. بررسی روند این تغییرات و اندازه‌گیری پاره‌ای از متغیرهای خاک در طول زمان‌، تأثیر پخش سیلاب را بر خصوصیات فیزیکی خاک مشخص می کند. به‌ طوری‌که نتایج حاصل از آن در میزان نفوذپذیری خاک، نگهداشت آب در خاک، قابلیت انتقال آب در خاک و غیره تأثیرگذار است. لذا به نظر می‌آید در طول زمان‌، این پارامترها تغییر یابد. همچنین در خاک‌های با بافت درشت، ذرات معلق موجود در سیلاب ممکن است سبب کاهش نفوذپذیری خاک گردد. با توجه به برآیند نتایج متفاوت حاصل از پروژه‌های پخش سیلاب در نقاط مختلف، ضرورت دارد میزان متوسط این تغییرات و روند آن در طول زمان‌ بررسی گردد و با بهره گرفتن از نتایج بررسی‌های به عمل آمده روش یا روش‌های مناسبی در جهت افزایش بهره‌وری این طرح‌ها و ارائه پیشنهادات راهبردی مهندسی و بهینه‌سازی طراحی شبکه‌ها ارائه گردد.

. 125

5-2- مطالعات پتروگرافی و کانی­شناختی.. 125

5-3- شیمی کانی­ها 126

5-4- ژنز کرومیتیت فرومد. 127

5-5- نتیجه ­گیری.. 130

5-6- پیشنهاداتی برای مطالعات آتی.. 131

.. 132

1-1- ریشه لغوی افیولیت

اهمیت شناسایی افیولیت‌ها در، تحلیل محیط تكتونیكی، مطالعه پوسته اقیانوسی، شناسایی ذخایر اقتصادی موجود در آن‌ ها، مطالعات دیرینه شناسی و غیره است. بدین منظور باید مطالعات سنگ­شناسی، دیرینه شناسی، سن سنجی و مطالعات ساختاری و تكتونیكی صورت گرفته و سپس به تحلیل و اثبات مکانیسم‌های مرتبط با جای­گیری افیولیت­ها پرداخته شود. نام افیولیت توسط «برونیار (1827) برای توصیف سرپانتینیت‌ها ابداع شد. وی این نام را از لغت یونانی قدیمی افی به معنی مار و لیت هم که به معنی سنگ است، گرفت. پس از نام‌گذاری افیولیت‌ها توسط (برونیار، استینمن 1906) مفهوم مجموعه یا سری سنگی افیولیت را بکار برد. این مجموعه سنگی اصولاً حاوی سنگ‌های اولترامافیک (مثل کانی سرپانتینیت و پریدوتیت)، گابرو، اسپیلیت و سنگ‌های وابسته است. او همچنین مشاهده کرد که این سنگ‌ها اصولاً در چرت‌ها و رسوبات پلاژیک مستقر شده‌اند یا با آن‌ ها وابستگی دارند. در سپتامبر 1972 سازمان زمین شناسی آمریکا در مورد افیولیت کنفرانس بزرگی برگزار نمود. در همین کنفرانس قرار شد که نام افیولیت به یک مجموعه مشخص از سنگ‌های مافیک تا اولترامافیک اطلاق گردد.»

افیولیت‌ها توالی‌هایی از سنگ‌های مافیک و اولترامافیک پوسته و گوشته فوقانی هستند که در ارتباط با زون‌های فرورانش، به صورت تكتونیكی جابجا شده روی خشکی‌ها جای­گیری کرده‌اند و بخشی از پوسته اقیانوسی جوان یا حوضه پشت كمانی تلقی می‌شوند (Condie,1997). به طور كلی یک توالی ایده­آل افیولیتی به ترتیب از بالا به پایین شامل: رسوبات عمیق دریا (رسوبات بخش آبیسال، پلاژیك، یا هر دو و یا رسوبات آذر آواری)، بازالت‌های بالشی، دایك­های صفحه­ای دیابازی، گابرو متراكم (Cumulate) لایه­ای و سنگ‌های اولترامافیک یا گابرو (non-cumulate) به همراه دیوریت و پلاژیوگرانیت، تكتونیت اولترامافیک (عموماً هارزبورژیت)، می‌شود و بررسی این سکانس‌های تراست شده بر روی پوسته قاره­ای نقش مهمی را در مدل‌های تكتونیک صفحه­ای ایفا می­ کند و یكی از راه­های مطالعه لیتوسفر اقیانوسی به ویژه پوسته اقیانوسی قدیمی است (Condie,1997; Kearey and Vine, 1996).

افیولیت‌ها صفحاتی با واحدهای سنگی مشخصی هستند (Nicholson.K.N,2000) كه منشاً قیانوسی داشته و اغلب در كمربندهای تصادم صفحات اقیانوسی ایجاد می‌شوند (Kearey and Vine, 1996) ولی در اثر فرایندهای جای­گیری و گسلش­های فراوان یک توالی افیولیتی ایده آل را ندرتاً می‌توان یافت و اغلب، یا برخی از واحدها در آن‌ ها دیده نمی‌شود و یا به صورت افیولیت ملانژ (واحدهای افیولیتی به هم ریخته و همراه با میان لایه های رسوبی) دیده می‌شوند (Condie,1997) نظیر مجموعه افیولیت ملانژ Tangihua در نیوزلند (Nicholson.K.N,2000).

1-2- سن و پراکندگی کمپلکس‌های افیولیتی در جهان

شکل ‏1‑1- سن کمپلکس­های افیولیتی و میزان پراکندگی آن­ها در ادوار مختلف (اقتباس شده از Yildirim Dilek and Harald Furnes., 2011)

شکل ‏1‑2- کمربندهای افیولیتی در مناطق مختلف جهان (اقتباس شده از Yildirim Dilek and Harald Furnes., 2011

1-3- نحوه تشکیل افیولیت‌ها

وجود افیولیت‌ها و پراکندگی آن‌ ها در اغلب قاره‌های دنیا نشان می‌دهد که در جای­گیری بخش اعظم آن‌ ها پدیده تصادم قاره- قاره دخیل بوده و اقیانوس مابین دو قاره در اثر فرایند فرو رانش از بین رفته و در حین تصادم بخش‌هایی از پوسته اقیانوسی بر روی حاشیه غیر فعال رانده شده‌اند. عدم وجود دگرگونی حرارتی قابل توجه در مرز تماس آن‌ ها با رسوبات بیانگر فرورانش آن‌ ها در حالت سرد می‌باشد.

در اثر تغییرات مکرر تکتونیکی و یا در زون­­­­­­­های فرورانش پر شیب، افیولیت‌ها به ملانژهای تکتونیکی تبدیل می‌شوند و به دلیل سرپانتینی­شدن بخش اولترامافیک قاعده‌ای، واجد خاصیت پلاستیکی شده و به راحتی تغییر شکل می‌یابند. سرپانتینی­شدن به تحرک افیولیت ملانژ کمک کرده و ورود قطعات سنگ‌های درون­گیر و بیگانه به داخل سکانس افیولیتی را تسهیل می­ کند.

4- سکانس افیولیتی

امروزه افیولیت‌ها و یا کمپلکس‌های افیولیتی به مجموعه شماتیکی اطلاق می‌گردد که روند پیدایش و تکوین آن از پایین به بالا دارای ویژگی­های زیر است:

 1- پریدوتیت‌های متورق که متحمل تغییر شکل­های تکتونیکی در حالت جامد در درجه حرارت بالا و فشار بالا را شده‌اند. (HP-HT)

2- گابروها و پریدوتیت‌های لایه لایه با ساختمان­های متراکم و توده­ای (متبلور شدن مجزا و نهشته­های متوالی، چگالی مواد سازنده، بلورهای موجود در اتاق ماگما)

3- بازالت‌های بالشی یا پیلولاواها ( Pillow- lavas) یا مواد خروجی زیر دریایی، سن گدازه‌ها معمولاً قابل تشخیص است (در لابلای رسوبات دریایی).

اما سطوح مواد متراکم و توده­ای و پریدوتیت‌های متورق قابل تشخیص نمی‌باشد، برای این منظور می‌بایست سن متبلور شدن مواد ماگمایی و زمان تحولات تکتونیکی منطقه را مورد بررسی قرار داد.

به طور کلی سکانس افیولیتی یا پوسته اقیانوسی به ترتیب از پایین به بالا شامل همه یا بخشی از واحدهای ذیل می‌شوند:

تكتونیت اولترامافیك: این مجموعه دگرگونی كه در قاعده افیولیت قرار دارد و نقش اساسی را در جای­گیری آن ایفا می‌کند دارای ویژگی‌های ذیل است:

1) ضخامت 100 تا 500 متری و توسعه جانبی ده‌ها تا صدها كیلومتر (Condie,1997).

2) كاهش مشخص درجه دگرگونی از بالا به پایین (Condie,1997).

3) شدیداً تغییر شكل یافته و دارای فولیاسیون تكتونیكی مشخص (Condie,1997).

4) حاوی عدسی‌های دونیت و كرومیت می‌باشد و عموماً شامل سنگ‌های اولترامافیک نظیر هارزبورژیت و لرزولیت توده­ای، دایک‌های ورلیتی، اولیوین لایه­ای و ارتوپیروكسن گابرو، به شكل خردشده و سرپانتینیتی همراه با رسوبات دگرگونی شده است كه منشأ دگرگونی آن‌ ها دمای گوشته در زیر افیولیت و دمای جای­گیری افیولیت است (Dewandel,2003; Whattam et al 2006)، در برخی موارد نظیر افیولیت Josephine در شمال غرب كالیفرنیا سرپانتینیتی­شدن سنگ‌های قاعده­ای پیش از جای­گیری افیولیت بوده بنابراین تصور می‌شود كه موهو قدیمه (Paleo-Moho) یک مرز سرپانتینیتی بوده است (Condie,1997).

گابرو متراكم (Cumulate) لایه­ای و سنگ‌های اولترامافیك: این واحد شامل گابروهای با بافت متراكم است كه از نظر تركیب حالت لایه­ای داشته و در اثر تبلور تفریقی شكل گرفته‌اند (Condie,1997).

گابرو (non-cumulate) به همراه دیوریت و پلاژیوگرانیت: پلاژیوگرانیت­ها تونالیت­های حاوی كوارتز، پلاژیوكلاز سدیک و میزان كمی سیلیكات مافیک هستند كه به صورت سیل، دایک و یا توده­های كوچك جای­گیری کرده‌اند و همراه دیوریت­ها در اثر تبلور تدریجی در محفظه ماگما تشكیل شده‌اند (Condie,1997; Whattam et al 2006). پلاژیوگرانیت در اغلب افیولیت‌ها، به خصوص افیولیت‌های با منشأ تیغه میان اقیانوسی، وجود داشته و به دلیل داشتن كانی زیركن كه حاوی عناصر اصلی U-Pb است و در تعیین سن دقیق زمان جای­گیری افیولیت استفاده می‌شود، نقش اساسی را در بررسی افیولیت‌ها داراست.

دایک‌های صفحه­ای دیابازی و بازالت‌های بالشی: ضخامت صفحات بین 1 تا 3 متر بوده و تركیبی در بازه دیوریت تا پیروكسنیت دارند، مرز پایین این صفحات با بخش زیرین مشخص یا تدریجی و با بخش بالایی تدریجی است (Condie,1997).

بازالت‌های بالشی از چند متر تا 2 كیلومتر ضخامت داشته، به صورت جریان‌های بالشی یا برش‌های هیالوكلاستیک تشكیل شده‌اند و اغلب تركیب توله­ایتی دارند (Condie,1997; Whattam et al 2006).

1-1- ارزش اقتصادی فلزی

    افیولیت‌ها در بخش‌های عمیق (حد فاصل گوشته و پوسته) دارای ذخایر اقتصادی نظیر نیكل و سولفیدهای پلاتین و كرومیت (به شكل انبانه­ای و ستونی در میان سنگ‌هایی چون هارزبورژیت و دونیت) هستند كه احتمالاً در اثر ذوب بخشی گوشته یا تبلور بخشی در اتاق ماگمای زیر پشته­های میان اقیانوسی تشكیل شده باشند و در بخش‌های بالاتر حاوی ذخایر مس و آهن نوع قبرس است (شکل 1-5 و 1-6) (Kearey and Vine, ).

شکل ‏1‑5- ذخایر اقتصادی تشكیل شده در افیولیت‌های فرارانده (Kearey and Vine, ).

شکل ‏1‑6- توزیع نهشته های معدنی در لیتوسفر اقیانوسی (Kearey and Vine, ).

1-2- ساز و كارهای جای­گیری افیولیت‌ها

   فرایندهای جای­گیری افیولیت‌ها بر روی پوسته قاره­ای یا اقیانوسی بسیار بحث انگیز است و نیازمند تغییر شرایط حاشیه صفحه از حالت كششی و امتداد لغزی به فشارشی هستند علاوه بر این بیشتر مدل‌های ارائه شده نیاز به فرورانش لیتوسفر اقیانوسی در شرایط ژئودینامیكی متغیر دارند (Kearey and Vine, 1996; Vaughan and Scarrow, 2003). به طور كلی سه مكانیسم اصلی را می‌توان در جای­گیری افیولیت‌ها دخیل دانست (شکل 1-8).

1-2-1- فرارانش یا تراست شدن لیتوسفر اقیانوسی بر روی حاشیه غیرفعال قاره­ای یا سنگ‌های كمان

این مكانیسم تشكیل افیولیت‌ها می‌تواند بین یک پوسته اقیانوسی و قاره­ای اتفاق بیافتد و در مواردی بین یک پوسته اقیانوسی و پوسته اقیانوسی دیگر، به این دسته از افیولیت‌ها، افیولیت‌های بالای زون فرورانش[1] نیز می‌گویند (شکل 1-9) (Whattam et al ). نمونه این مكانیسم را می‌توان در افیولیت‌های Northland (شکل 1-10) (Whattam et al ; Ali and Aitchison ) مشاهده كرد.

 انتخاب گروهای گوگردی و نیتروژنی در متالو آنزیم های متنوع توجه قابل ملاحظه‌ای را در شیمی تركیبات فلزات واسطه برانگیخته است كه در این راستا، كمپلكس‌های شیف‌ باز فلزات واسطه دارای دهنده‌های گوگردی و نیتروژنی تحت بررسی های ساختاری قرار گرفته و به عنوان مشابه ‌هایی برای بررسی خواص آنزیم ها مورد مطالعه قرار گرفته ‌اند. یون های فلزات واسطه نظیر كبالت (II)، منگنز  (II)، آهن (II) و مس (II) دارای كمپلكس‌ های شیف باز دارای عملكرد های متنوعی می‌باشند. برخی از آن ها توانایی اتصال برگشت ‌پذیری با مولكول اكسیژن دارند، بنابراین به عنوان مدل هایی، در مطالعه ی تثبیت برگشت‌ پذیر اكسیژن از طریق حامل های طبیعی آن ( هموگلوبین، هموسیانین و…) به كار گرفته می‌شوند. دیگر كمپلكس‌ها  به خاطر توانایی آن ها به عنوان كاتالیست ممكن است به عنوان مدل هایی در مطالعة اكسیدازها، پراكسیدازها و مونو  و دی اكسیژنازها به كار روند. همچنین رفتار شیمیایی كمپلكس‌های شیف باز با فلزات واسطه‌ به خاطر فعالیت كاتالیزوری آن ها در برخی فرایند های صنعتی و بیوشیمیایی مورد توجه بوده‌اند. (JudithAnn R, 2004) با توجه به اهمیت شیف ‌بازها و كمپلكس‌های آن ها، هدف ما در این پروژه تهیه ی كمپلكس‌ های شیف‌باز بر پایه پیریدین-2- کربوکسالدهید  با شش اتم دهنده N4S2 با برخی از فلزات واسطه و بررسی ساختار الکترونی آن ها  با بهره گرفتن از روش های محاسباتی  تئوری عامل دانسیته DFT و  ab initio می باشد.

در فصل اول به تاریخچه شیف باز ها، روش تهیه لیگاند های شیف باز،کاربردهای آن ها و مطالعاتی که در رابطه با کمپلکس های شیف بازها با یون های فلزی نیکل،مس،کبالت وروی انجام گرفته، اشاره می شود.

1-1- تاریخچه شیف بازها[1]

   در سال 1840، یورگنسن، ورنر و اتلینگ، محصول بلوری سبز تیره ای را از واکنش مس استات (II)، سالسیل آلدئید و آمین جدا کردند. این ماده بیس (سالسیل آلدیمینو) مس (II) بود. پس از این کار در سال 1869، هوگو شیف توانست با تغییر گروه های R و استفاده از مشتقات آریل، روش تهیه طبقه بندی شده ای برای سنتز این مولکول ها و کمپلکس های آن ها ارائه دهد. این تحول بزرگ باعث شد تا نام شیف باز به این ترکیبات شیمیایی داده شود. به طوری که اولین شیف باز سنتزی را به هوگوشیف[2] درسال 1869 نسبت داده اند. [1992،Amany]

   در دو دهه اخیر، شیف باز ها به عنوان لیگاندهای کی لیت کننده، یک نقش کلیدی را در شیمی کئوردیناسیون فلزات واسطه و همچنین فلزات گروه اصلی، ایفا کرده اند. این لیگاند ها  می توانند به راحتی، کمپلکس های پایداری را با اغلب یون های فلزات واسطه ایجاد کنند. این لیگاند ها اغلب از مسیرهای سنتزی مستقیم با بازده خوب و درجه خلوص بالا حاصل می­شوند. علت اینکه این لیگاند ها بیشتر از سایر لیگاند ها مورد توجه شیمی کئوردیناسیون می باشند به خواص الکترونی و حلالیت مناسب آن ها در حلال های رایج، دسترسی ساده برای تهیه آن ها و تنوع ساختاری گسترده این ترکیبات مربوط می شود. (Ashraf M. A, 2011  )

کمپلکس های فلزات واسطه با لیگاندهای شیف باز دهنده اکسیژن و نیتروژن به خاطر توانایی شان در داشتن پیکربندی های متنوع و تنوع ساختاری از اهمیت ویژه ای برخوردارند. کمپلکس های فلزی حاصل از لیگاندهای شیف بازی که دارای هر دو نوع اتم های دهنده سخت مثل

 اکسیژن و نیتروژن و اتم‌های دهنده نرم سولفور در ساختار شان هستند، اغلب خواص فیزیکی و شیمیایی جالبی نشان می‌دهند. همچنین سنتز و استفاده از شیف بازهای نا متقارن به عنوان کاتالیزگر برای انواع واکنش ها بیش از قبل مورد توجه قرار گرفته است. Ramachandran , 2008))

ترکیب نا متقارن اجازه می دهد که هم خواص الکترونی و هم اثرات فضایی به طور هم زمان تنظیم شوند و به طور کلی عملکرد شیف باز را افزایش می دهد. در کمپلکس های شیف باز نا متقارن، فلز محیط شیمیایی مشابه با متالوپورفین را تجربه می کند و لذا می توان از لیگاند های شیف باز نا متقارن در مطالعه الگویی برای بررسی رفتار پورفیرینها، استفاده کرد. بسیاری از گروه های تحقیقاتی تلاش خود را بر سنتز و مطالعه لیگاند های شیف باز نا متقارن و کمپلکس های فلزی آن ها متمرکز کرده اند. بیشتر این لیگاندها با تراکم مرحله به مرحله دی آمین مناسب با دو ترکیب کربونیل متفاوت حاصل می شوند. این ترکیبات ممکن است به عنوان کاتالیزگر برای بسیاری از تبدیل های آلی و همچنین برای طراحی حسگرها به کار روند. (2010 , Ashrafy  )

1-2- روش تهیه لیگاند های شیف باز

لیگاند های شیف باز از تراکم آمین های نوع اول با ترکیبات کربونیل دار حاصل می شوند. گروه عاملی مشخصه شیف بازها  که آزومتین یا ایمین نامیده می شود و دارای پیوند دوگانه کربن نیتروژن  (R2C=NR  ) است. از نظر ساختاری ایمین هایی هستندکه محصول تراکمی واکنش آلدئید ها،کتون ها یا β کتون ها با آمین های نوع اول و مشتقات آن ها هستند.

شکل (1-1): فرمول تهیه لیگاند های شیف باز

ایمین های حاصله از طریق جفت الکترون های غیر پیوندی نیتروژن خود، با فلزات واسطه اتصال دارند. مشابه آلدئید ها، کتون ها نیز قادر به تشکیل لیگاند های شیف باز می باشند اگر چه لیگاند های سنتزی با کتون ها، مانند آلدئیدها متداول نیستند. Yang , 2012))

کمپلکس های فلزی حاصل از لیگاندهای شیف باز کایرال، فضاگزینی خوبی در تبادل های آلی نشان می دهند از این رو سنتز کمپلکس های کایرال، بخش مهمی از تحقیقات جدید در زمینه شیمی کئوردیناسیون را به خود اختصاص داده است. Jesmin, 2010) )

1-3- طبقه بندی لیگاند های شیف باز

سه دندانه                                   چهاردندانه                               دودندانه 

شکل (1-2):انواع لیگاندهای شیف بازچند دندانه

همچنین لیگاندهای شیف باز از لحاظ تقارن به دو دسته متقارن و نا متقارن، تقسیم بندی می شوند. شیف باز متقارن از تراکم دی آمین با دو ترکیب کربونیل یکسان و شیف باز نا متقارن از تراکم دی آمین با دو ترکیب کربونیل مختلف به دست می آید.  (Katarzyna brodowska, 2014)

1-4- اهمیت و کاربردهای مهم کمپلکس های سنتز شده با لیگاند های شیف باز

برای شیف بازها به عنوان لیگاندهایی که قادر به تشکیل کمپلکس های پایدار با بسیاری از یون­های فلزی­ اند، کاربرد های فراوانی گزارش شده است. کمپلکس ­های شیف باز تاثیر به سزایی به عنوان کاتالیزور در واکنش­هایی از قبیل اکسیداسیون  استیرن، اپوکسایش الکن­ ها، برم­ دارکردن اولفین­های
 بنزیلی، اکسایش سولفیدها به سولفوکسید  و… دارند. همچنین گزارش­ هایی در مورد استخراج و اندازه ­گیری یون های فلزات سنگین موجود در نمونه های حقیقی توسط لیگاند­ های باز شیف ارائه شده
 است. (, 2014 Katarzyna brodowska)

در مقالات کاربردهای زیادی از شیف بازها در بیولوژی گزارش شده که از جمله آن ها می توان به موارد زیر اشاره کرد.

1- خواص مغناطیسی

2- خواص کاتالیزگری

3- خواص دارویی

4- خواص فلوئورسانی

5- خواص نوری غیر خطی

6-فعالیت آنزیمی

جنس پرنگوس1 (جاشیر) متعلق به خانواده آمبلیفرا2 و شامل حدود 30 گونه است (Evans, 1989). 15 گونه از جنس پرنگوس (جاشیر) در ایران یافت می شود که 5 گونه بومی است (مظفریان،1996). برخی از گونه های پرنگوس (جاشیر) در طب سنتی بعنوان عوامل ملین، بادشکن (زرگری، 1988)، نیروبخش، ضد نفخ، دافع کرم روده، ضد قارچ و ضد باکتری استفاده می شود (زرگری، 1367؛ Baser et al., 2000 ؛ A. Ulubelen, G. Topcu, N. Tan, S. Olcal, S. Tamer, 1995). ترکیبات جنس پرنگوس (جاشیر) شامل تنوعی از کومارین ها3، آلکالوئید ها4، فلاوونوئید5، ترپنوئید6 و مشتقات گاما پایرون7 است (Chapman & Hall, London, 1998؛   Shikishima et al., 2001; Sajjadi, Zeinvand, Shokoohinia, 2009; Razavi et al., 2008).

جاشیر عضوی از جنس پرنگوس متعلق به تیره چتریان و با نام علمی پرنگوس فرولاسیا8 می باشد که گیاهی پایا و بلند است و عمدتاً به عنوان علوفه ای غنی در تغذیه دام استفاده می شود  و فراوانترین گونه پرنگوس در ایران است. از طرف دیگر اسانس های جاشیر از متابولیت ثانویه گیاهی بوده که به طور وسیعی در صنایع غذایی، دارویی و بهداشتی و به عنوان ترکیباتی با خاصیت ضد میکروبی مورد استفاده قرار می گیرد (امیری، 1386). همچنین از این گیاه به منظور درمان اختلالات گوارشی در طب سنتی ایران استفاده شده است و در بین عامه مردم به عنوان گیاهی با اثر ضد درد و ضد التهاب شناخته می شود (امام قریشی، تقوی، جاویدنیا، 1391).  درصد قابل توجهی از اسانس این گیاه را ترکیبات مونو ترپن های هیدروکربنی9 تشکیل میدهد و تنها سزکویی ترپن10 شناسایی شده در این اسانس بتاکاریوفیلن11 (1/3%) است. از میان 10 ترکیب شناسایی شده در اسانس آلفاپینن12 (6/36%)، بتاپینن13(9/31%) و بتافلاندرن14(7/11%) ترکیبات اصلی محسوب می شوند (امیری، 1386).  از نظر اجزائ تغدیه ای مشخص شده است كه میزان پروتئین خام در مراحل رشد رویشی، گلدهی و بذردهی به ترتیب 2/15، 4/9 و2/7 درصد و الیاف خام آن نیز به ترتیب 8/15، 9/27 و 2/29 بود. متوسط عناصر پر مصرف كلسیم، فسفر، سدیم و منیزیوم به ترتیب7/1 ،17/0 ، 02/0 و 31/0 درصد و متوسط عناصر كم مصرف مس و روی به ترتیب 8 و 6/32 میلی گرم در كیلوگرم اندازه گیری شد (عباسی، معروفی، 1387).

بعضی از کومارین ها جدا شده از جاشیر اثر ضد ویروس ایدز از خود نشان دادند (SHikishima, 2001). پرنگوس فرولاسیا لیندل15 گیاهی است که در مدیترانه و نواحی خاور میانه یافت می شود، به عنوان علوفه ای با انرژی بالا مورد(Martins, Ramos et al. 2013) توجه قرار گرفت. بخش های هوایی پرنگوس فرولاسیا (جاشیر) معمولا بعنوان غذای حیوان در ایران و برخی کشورها استفاده می شود (Coskun, Gulsen, Umucallar, 2004). گزارشاتی مبنی بر فعالیت های آنتی اکسیدانی و ضد باکتریایی پرنگوس فرولاسیا وجود دارد (Coruh, Sagdicoglu Celep, Ozgokce, 2007).

ماست16 از تخمیر اسیدی شیر حرارت دیده توسط فعالیت باکتری های مولد اسید لاکتیک به ویژه استرپتوکوکوس سالیواریوس تحت گونه ترموفیلوس17 و لاکتوباسیلوس دلبروکی تحت گونه بولگاریکوس18به میزان معین و درجه حرارت و زمان مشخص به دست می آید (گیتی کریم، 1388) و از پر مصرف‌ترین فرآورده‌های تخمیری شیر است، كه به دلیل ارزش تغذیه‌ای بالا تأثیر مثبتی در سلامتی انسان و اهمیت ویژه‌ای در رژیم غذایی افراد دارد (آمارنامه كشاورزی، امور دام و آبزیان،1380 ). خصوصیات ماست نظیر اسیدیته، میزان اسید چرب آزاد، تركیبات ایجاد كننده عطر و طعم (دی استیل19، استالدهید20 و استوئین21) و همچنین خصوصیات حسی و ارزش تغذیه‌ای فاكتورهای مهمی در ارزیابی محصول می‌باشند. این فاكتور‌ها تحت تأثیر عواملی از قبیل تركیب شیمیایی شیر، شرایط فرایند، افزودنیها و فعالیت باكتریهای آغازگر22در حین تخمیر قرار می‌گیرد  Tammim et al., 1999؛ Bonzer et al., 2002).

پروبیوتیك23 ها، میكروارگانیسم های غیر بیماری زایی میباشد كه اگر به تعداد كافی و به صورت زنده مورد استفاده قرار گیرند، از راه ایجاد تعادل میكروبی در روده، اثرات مفید و سلامتی بخشی بر میزبان خود اعمال می نمایند، به همین دلیل جز غذاهای فراسودمند24 محسوب می شوند.

باكتری های مولد اسید لاكتیك، به ویژه لاكتوباسیلوس ها25 و بیفیدوباكتریوم ها26، به طور عادی جزیی از اكوسیستم دستگاه گوارش هستند و پروبیوتیک محسوب میشوند ( Homayouni Rad, 2008؛ FAO/WHO, 2001).

به نظر می رسد محصولات لبنی حاملان خوبی برای تحویل پروبیوتیک ها به انسان باشند (Champagne and Gardner, 2005) که از جمله می توان به ماست اشاره کرد.

دو گروه عمده از میكروارگانیسم های پروبیوتیكی، لاكتوباسیلوس ها (Lactobacillus spp)  و  بیفیدوباكتریو م ها    (Bifidobactrium spp) هستند.

مهم ترین گونه های لاكتوباسیلوس عبارتند از:

ل. اسیدوفیلوس (L.acidophilus)، ل. سلوبیوز (L. cellobiose) ، ل. كازئی (L. casei) ، ل. كوروانتوس  (L. curvatus) ، ل. دلبروكی زیرْگونه بولگاریكوس  ،(L. delbrueckii, SS. bulgaricus) ، ل. فرمنتوم (L. fermentum)، ل. برویس (L. brevis)  ، ل. رئوتری  (L. reuteri)، ل. رامنوسوس (L. rhamnosus) و ل. پلنتاروم .(Lplantarum)

بیفیدوباكتریوم لانگوم (Bifidobacteriumlongum ) و بیفیدوباكتریوم بروه (Bifidobacterium breve) مهم ترین گونه های بیفیدوباكتریوم هستند كه به عنوان پروبیوتیک مورد استفاده قرار می گیرند (Kaur , Kuhad , Garg , Chopra, 2008). از جمله فواید پروبیوتیک ها، کمک  به درمان عدم تحمل لاکتوز، اسهال، یبوست، آلرژی ها، بیماریهای التهابی روده، سندرم روده تحریک پذیر، زخم معده، تحریک سیستم ایمنی و پیشگیری از بیماریهای خودایمن، کاهش کلسترول وخاصیت ضد سرطانی آن ها میباشد (Homayouni Rad, 2008؛ Kaur , Kuhad , Garg , Chopra, 2009)  مواد مترشحه از لاکتوباسیلوس ها عبارتند از  :  كاتابولیت های27 قندی مثل اسید های آلی (اسید استیك28، اسید لاكتیك29و اسید فرمیك30) ، كاتابولیت های اكسیژن دار نظیر پراكسید هیدروژن31، تركیبات پروتئینی مانند باكتریوسین ها32 ، پپتیدهایی33 با وزن مولكولی كم، پپتیدها و پروتئین های ضد قارچی، متابولیت های 34چربی، اسید های آمینه 35 و اسید های چرب36، فنیل لاكتیک اسید37 و هیدروكسی فنیل لاكتیک اسید38و دیگر تركیبات مانند دی استیل، آمونیاك، اتانل، دی آمین استوئین39، استالدئید، بنزوات40، لانتی بیوتیک ها41، آنتی بیوتیک ها42، رئوترین43، رئوتریساكلین44    .(Vuyst, 1995, 1996;  Laws , Gu Y, Marshall, 2008)

اثرات پروبیوتیكی كه به باكتریهای لاكتیک اسید و محصولات لبنی تخمیر شده از آن نسبت داده میشود نه تنها مربوط به میكروارگانیسم ها و اجزای دیواره سلولی شان مربوط میباشد بلكه از متابولیت هایی از قبیل پپتیدها و پلی ساكاریدهای45 خارج سلولی تولید شده در زمان تخمیر نیز ناشی می شود (Yamaguchi, Hearing, Itami, Yoshikawa, Katayama, 2009 و Ennahar, Deachamrs, 2000)). اثر بازدارندگی رشد توسط برخی از این مواد بر باکتری های مسموم کننده از طریق مواد غذایی و میكروارگانیسم های فاسد كننده نظیر لیستریاها (Strus , Pakosz, Goscinia, Mordarska,  2001) كلستریدیو م ها  و انتروكوكوس ها (Reuter, 2001) برخی از باسیلوس ها و استافیلوكوكوس ها (Strus , Pakosz, Goscinia, Mordarska, 2001) به اثبات رسیده است . لاكتوباسیل ها با منشاء انسانی اثر آنتاگونیستی46 بر بیماریزاهای47 گوارشی – روده ای  مختلف  نظیر هلیكوباكتر پیلوری،   كلستریدیوم دیفیسل، كمپیلو باكتر ژژونی و اشریشیاكلی دارند (Reuter, 2001). پروبیوتیک ها نه تنها به عنوان مكمل های غذایی و دارویی48 بلكه در تهیه فراورده های لبنی، آب میوه ها، شكلات ها و حتی فراورده های گوشتی نیز به كار می روند. میكروارگانیسم هایی به عنوان پروبیوتیک مورد توجه قرار می گیرند كه بتوانند از معده و روده عبور كنند، در مجرای گوارشی تكثیر شوند و با تولید متابولیت های آنتاگونیستی با میكروفلور ساپروفیت49 رقابت كنند . این توانایی در بین باكتری های اسید لاكتیک مانند لاكتوباسیل ها و بیفیدوباكترها وجود دارد (Ouwehand, Tuomola, Tolkko and Salminen, 2001). اگزوپلی ساكاریدهای50 ترشح شده توسط پروبیوتیک ها  دارای اثرات مثبتی همچون تحریک سیستم ایمنی51 و فعالیت ضد سرطان52 می باشند (Bujalancel, Moreno, Jimenez-Valera, Ruiz Bravo, 2007). این میكروارگانیسم ها دارای اثرات تحریک كنندگی و تقویت كنندگی بر روی سیستم ایمنی می باشند، بطور مثال در مطالعه ای كه روی موشهای مبتلا به نقص ایمنی صورت گرفت نقش پروبیوتیک ها به عنوان یک عامل موثر در تعدیل سیستم ایمنی53 و  بهبود پاسخ ایمنی54  نشان داده شده است (Oliveiraa, Sodinib, Remeufb and Corrieub, 2001). تعادل میكروبی دستگاه  گوارش می تواند تحت تاثیر عوامل زیادی از جمله بیماری ، استرس، سن ، رژیم غذایی ، شرایط جغرافیایی و برخی عوامل دیگر برهم خورده و در نتیجه اختلالاتی را در سلامت فرد به وجود آورد.  لاكتوباسیل ها و بیفیدوباكترها در حفظ این تعادل میكروبی در درجه ی اول اهمیت قرار دارند. این میكروارگانیسم ها جزو خانواد ه ی باكتری های لاكتیكی هستند كه  استفاده از آن ها پیشینه ی طولانی دارد؛ از این رو ایمن بودن آن ها كاملاً محرز گشته است . امروزه لاكتوباسیل ها و بیفیدوباكترها بخش اعظمی از كشت ها ی آغازگر پروبیوتیكی را تشكیل می دهد (Richardson, 1996) و به شكل گسترد ه ای از آن ها در تولید فرآورده های غذایی پروبیوتیكی استفاده می شود. این فرآورده ها اغلب از نوع لبنی هستند چرا كه شیر ضمن داشتن ارزش تغذیه ای فوق العاده، ماتریكس مناسبی برای این میكروارگانیسم ها فراهم می آورد (Mital and Garg, 1992; Molder, 1990; Patel, Dove, Sannabhati, and Dave, 1991). شرایط انتخاب پروبیوتیک طبق توصیه سازمان های بهداشت و سازمان خوار و بار جهانی55 این است كه پروبیوتیک ها باید قادر به اعمال اثرات مفید خود بر روی میزبان به واسطه رشد و فعالیت در بدن انسان باشند (ftp:http//ftp.fao.org/es/esn/food/probio_report_en.pdf, Accessed 27 October 2006). معیارهای اصلی در انتخاب سویه های پروبیوتیكی شامل داشتن منشاء انسانی ، مقاومت در برابر اسید و صفرای سیستم گوارش و قابلیت چسبیدن به دیوار ه ی روده و مقابله با میكروب های بیماری زای آن محیط می باشد (Bengmarks, 1995; Katherine Zeratsky, 2010; MayoClinic.com., 2010 ; David Dugdale, 2010; Duffy, Sporn, Hibberd, et al., 2010; Possemiers, Marzorati,  Verstraete, Van de Wiele. 2010). عوامل پروبیوتیک دارای ویژگی هایی هستند كه آنها را از سایر عوامل درمانی متمایز می سازد. مهمترین این ویژگی ها شامل : زنده بودن این عوامل و تاثیر آنها بر محیط زنده، آسانی تهیه و تكثیر آنها، استعمال آسان آنها، قابلیت زیست و بقاء این عوامل در شرایط داخلی محیط زنده و عدم پاسخ ایمنی بدن به آنها، قدرت تكثیر در حد بالا در بدن میزبان، بی خطر بودن استعمال آنها و نداشتن عوارض سوء جانبی ( مانند آن چیزی كه  در مورد استعمال آنتی بیوتیک ها دیده می شود ) و ارزانی تهیه این عوامل می باشد (Ejtahed, Mohtadi Nia, Homayouni Rad, Niafar, Asghari Jafarabadi, Mofid 2011; Pashapour, Hosyniyan Zakaria, 2004; Boehm, Stahl, 2003).

به منظور بهره مندی مصرف کننده از فواید پروبیوتیک ها باید روزانه (109-108 سلول بیفیدوباکتر در روز  و 20 گرم شیر اسیدوفیلوس حاوی 200 میلیون عدد لاکتوباسیلوس در هر میلی لیتر) یا بیش از 100 گرم ماست حاوی حداقل  cfu/ml 106  باکتری پروبیوتیک مصرف شود. همچنین نیمه عمر پروبیوتیک ها کوتاه می باشد لذا طی مصرف آنها حتما به تاریخ انقضای فرآورده توجه شود (خسروی دارائی و کوشکی، 1387)