نوع مقاله : مقاله پژوهشی
نویسنده
دانشیار گروه جغرافیا، دانشگاه یاسوج، یاسوج، ایران.
چکیده
کلیدواژهها
موضوعات
عنوان مقاله [English]
نویسنده [English]
Abstract
Pediments characterized by their low gradient and smooth erosion surfaces are crucial for understanding tectonic and erosion processes. These surfaces typically form as a result of the interplay between erosion and tectonic movements. This study focused on the northern highlands of Zanjan, investigating the tectonic and erosion processes involved in pediment formation with reference to King's model and Shahzidi's proposed model. This region marked by diverse tectonic activity and unique lithological conditions provides an ideal case for examining these phenomena. Employing field analyses, Digital Elevation Models (DEM), and interpretations of Google Earth satellite images, this study identified and investigated pediments. Additionally, field visits to lithological sites and geomorphological analyses were conducted to deepen our understanding of the effects of erosion and tectonics on pediment formation. In the northern areas of Zanjan, long-term erosion has been identified as the primary factor influencing pediment development, particularly in regions with less resistant lithology, such as shale. Slow tectonic activity, especially in the eastern parts of Zanjan, has resulted in the formation of concave pediments with graded slopes. Conversely, in the western regions where tectonic activity is less pronounced, stepped pediments are more prevalent. Active faults in eastern Zanjan have significantly shaped the geology and contributed to pediment formation, creating uneven terrains that have gradually transformed into smooth surfaces under erosive forces. The lithological resistance of andesitic masses amidst less resistant layers has further contributed to slope variations and the development of stepped pediments in the northern highlands of Zanjan.
Keywords: Pediment, Erosion, Tectonics, Shahzidi’s Model, King’s Model, Zanjan.
Introduction
Pediments are gently sloping, low-relief erosional surfaces that form at the base of mountain fronts often partially covered by alluvial deposits. First described by Lester C. King in 1953, pediments have long been recognized as a characteristic feature of arid and semi-arid landscapes. In these environments, prolonged erosion under tectonically stable conditions results in the retreat of mountain fronts and the development of convex-upward profiles. According to King's classical model, pediments exclusively form in tectonically quiescent settings through lateral planation driven by fluvial processes with minimal contributions from tectonic uplift.
Recent experimental and field-based models, however, challenge this perspective. Shahzeidi (2014) proposed an alternative framework based on physical modeling, suggesting that concave pediments with graded slopes can develop under conditions of slow but continuous tectonic uplift combined with long-term erosion. This model posits that even minimal uplift rates (>0.1 mm/yr) can significantly influence landform evolution by maintaining a dynamic equilibrium between rock uplift and erosion, resulting in smooth, concave profiles rather than stepped or convex ones.
The northern highlands of Zanjan situated at the intersection of the Central Iranian Block and the Alborz-Taleh zone, provide a unique natural laboratory for testing these competing geomorphological models. This region exhibits notable spatial variability in tectonic activity, including active fault systems, such as Sultanieh Fault in the south and North Zanjan Fault in the north, alongside areas of relative tectonic stability. Additionally, the presence of resistant Eocene andesitic units (Karj Formation) interbedded with weaker marls and shales creates strong lithological contrasts that significantly influence landscape evolution.
This study aimed to empirically test the predictive capabilities of King’s (1953) and Shahzeidi’s (2014) models within a real-world tectonically active environment. By analyzing 30 elevation profiles across the northern Zanjan highlands, we evaluated which model more accurately explained the observed morphologies of pediments and investigated the relative roles of tectonics, long-term erosion, and lithological resistance in shaping these landforms.
Materials & Methods
Primary data were collected through a combination of remote sensing analysis and field surveys. A high-resolution Digital Elevation Model (DEM) with a 12.5-m pixel resolution derived from ALOS PALSAR was utilized to extract 30 cross-sectional elevation profiles perpendicular to mountain fronts throughout the study area. These profiles were manually digitized by using GIS software and categorized based on their morphological characteristics: convex, concave, or stepped.
Field observations were conducted along selected profiles to validate geological structures, identify fault traces, and assess lithological variations. Rock samples were collected for petrographic analysis to confirm the composition and resistance of andesitic masses compared to softer sedimentary layers. Morphometric analyses included calculation of slope gradients, measurement of elevation differences between adjacent terraces, assessment of profile curvature, and spatial correlation with mapped fault systems and lithological units. All profiles were classified according to 3 hypotheses derived from Shahzeidi’s (2014) experimental model:
Hypothesis 1: Stepped and convex profiles indicate long-term erosion under tectonic stability.
Hypothesis 2: Stepped profiles with moderate slope changes suggest limited tectonic influence alongside predominant erosion.
Hypothesis 3: Concave profiles with gradual slopes reflect long-term erosion under slow tectonic uplift.
Statistical summaries of profile types and their spatial distribution were generated to evaluate regional patterns.
Research Findings
A total of 30 elevation profiles were analyzed across the northern highlands of Zanjan, revealing a distinct spatial pattern in pediment morphology: 46.7% (n=14) of the profiles exhibited stepped and convex forms, primarily located in the western and northwestern parts of the region, particularly near the Arman-Khan fault zone, which was characterized by low seismic activity, 40% (n=12) displayed concave profiles with graded slopes concentrated in the eastern and southeastern sectors directly aligned with active segments of Sultanieh Fault, 10% (n=3) exhibited partially convex stepped features, and 3.3% (n=1) showed a partially concave profile, indicating transitional forms.
Vertical offsets between adjacent terraces varied systematically:
In distal piedmont zones (e.g., downstream of pediment toes), offsets ranged from 30 to 70 m, suggesting advanced stages of erosion.
In mid-slope transition zones, offsets were measured 100 to 200 m, indicating interaction between tectonic forces and erosion.
Near mountain crests (e.g., Tarm Heights), offsets ranged from 250 to 400 m, reflecting early-stage development primarily influenced by tectonic uplift.
All stepped profiles, regardless of their convexity or concavity, were spatially associated with the resistant andesitic masses of Karj Formation (Eocene). These units served as remnant surfaces due to their high resistance to erosion, while the softer intervening layers (such as marls and shales) were eroded more rapidly, resulting in staircase-like features.
Spatial overlays with structural maps confirmed that concave profiles were consistently located along active fault traces, while convex profiles were found in areas with minimal faulting and lower levels of crustal deformation.
Discussion of Results & Conclusion
The findings strongly supported Shahzeidi’s (2014) model over King’s (1953) classical hypothesis. The presence of concave pediments in eastern Zanjan formed under conditions of slow tectonic uplift combined with long-term erosion aligned perfectly with the predictions of the experimental model. This result corroborated global studies indicating that even very low uplift rates (>0.1 mm/yr) can produce concave pediments. For instance, Pelletier (2008) in Arizona and Richardson et al. (2024) in South Africa identified such forms as indicators of sustained, low-amplitude tectonic activity rather than tectonic quiescence.
In contrast, the convex and stepped pediments in western Zanjan conformed to King’s model, but only as a specific case within a broader tectonically active context. Their presence reflected periods of relative tectonic stability rather than absolute stillness, underscoring the significance of local structural controls.
Lithological resistance played a crucial role in shaping micro-morphology. The alternation of resistant andesitic layers with weaker interlayers produced stepped features consistent with findings by Eppes and McFadden (2008) in arid basins, where differential erosion has led to the formation of terrace-like remnants. This "relative resistance" effect illustrated how lithology could overshadow uniform tectonic signals, resulting in diverse morphologies even under similar uplift regimes.
Moreover, the asymmetric spatial distribution—46.7% convex in the west versus 40% concave in the east—revealed significant geodynamic heterogeneity across the northern Zanjan highlands. This pattern mirrored observations by Muñoz-Farias et al. (2023) in Atacama Desert, where active tectonic settings have promoted the development of concave pediments, while stable zones have given rise to convex forms.
Crucially, this study demonstrated that erosion remained the dominant process in pediment formation; however, its manifestation was fundamentally influenced by the underlying tectonic and lithological frameworks. The evolution of pediments in this region followed a 3-phase trajectory: tectonic dominance characterized by high relief and large terrace offsets, interaction phase involving moderate uplift coupled with erosion, and erosional dominance marked by low relief, small offsets, and convex forms. Thus, the formation of pediments in northern Zanjan was best explained by a tripartite interaction among long-term erosion (as the primary agent), slow tectonics (which governed overall shape), and lithological heterogeneity (which determined microstructural features).
This research provided the first successful field validation of Shahzeidi’s (2014) experimental model in Iran, illustrating that concave pediments could form under conditions of slow tectonic uplift combined with long-term erosion. The widespread occurrence of such forms in eastern Zanjan challenged the classical notion that pediments necessitate tectonic stability, reinforcing the modern understanding that even minimal uplift can significantly shape landscapes over geological timescales. The convex and stepped pediments in the west represented sub-cases of tectonic stability within an overall active regime, aligning with King’s model but not discounting the broader role of tectonics.
The study highlighted the necessity of integrating tectonic, erosional, and lithological factors in geomorphological analyses. It also emphasized the value of combining remote sensing with fieldwork to validate theoretical models in complex terrains. These findings have practical implications for neotectonic reconstruction, geological hazard assessment in mountainous areas, and sustainable management of water and soil resources in adjacent plains. For future research, it is recommended to incorporate quantitative morphometric indices (e.g., hypsometric integral, stream length-gradient index) to expand this analytical framework into a fully quantitative domain.
کلیدواژهها [English]
مقدمه
پدیمنتها بهعنوان سطوح فرسایشی کمشیب در پایه رشتهکوهها، از عناصر کلیدی ژئومورفولوژی محیطهای خشک و نیمهخشک محسوب میشوند. از دیرباز، تشکیل این سطوح موضوع بحثهای گستردهای در ژئومورفولوژی بوده است. تغییر شکل زمین نتیجه برخی تغییرات آبوهوایی، سطح اساس یا کاربری زمین است (Phillips, 2020, p. 407). ژئومورفولوژی، شناسایی لندفرمهای موجود در سطح زمین و بررسی آنها در جهت رمزگشایی از وضعیت توپوگرافی گذشته، حال و آینده است (Sanjari et al., 2021, p. 903). ژئومورفولوژیستها برای درک چرایی اشکال زمین، به درک شکل، دینامیک و تاریخ زمین و پیشبینی تغییرات از طریق مشاهدات میدانی، آزمایشهای فیزیکی و مدلسازیهای عددی میپردازند (Gregory & Goudie, 2011, p. 3).
در کوهپایههای ارتفاعات شمالی زنجان، گسترش گستردهای از سطوح فرسایشی کمشیب (دشتسرها) مشاهده میشود که حضور اینسلبرگهای متعدد در امتداد این سطوح، بهعنوان شاهدی کلیدی از فرآیند عقبنشینی شیبهای کوهستانی و تکامل بلندمدت این لندفرمها تلقی میشود؛ با این حال، ماهیت ژنز این پدیمنتها، آیا نتیجه فرسایش خالص در شرایط تکتونیکی پایدار است یا حاصل تعامل پویای بین فرسایش، تکتونیک آرام و لیتولوژی ناهمگن؟ هنوز بهصورت جامع و تجربی بررسی نشده است. این عدم قطعیت، بیان مسئله اصلی این پژوهش را تشکیل میدهد.
اگرچه مطالعات پدیمنت از دیرباز مورد توجه ژئومورفولوژیستها بوده است، در دهههای اخیر، تحقیقات مستقیم درباره مکانیسمهای بنیادین تشکیل پدیمنت کاهش یافته است. این کاهش توجه، نه نشاندهنده بیاهمیتی این موضوع، بلکه بازتابِ جابهجایی محورهای پژوهشی در ژئومورفولوژی معاصر است. در چنین شرایطی، بازبینی تجربی مدلهای کلاسیک، مانند مدل کینگ، در محیطهای زمینساختی فعال مانند ایران مرکزی، نهتنها ضروری، دارای جنبه نوآورانه است. هدف اصلی این پژوهش، تحلیل ژئومورفولوژیکی الگوهای شکلگیری پدیمنتهای ارتفاعات شمالی زنجان با تمرکز بر سه عامل کنترلکننده اصلی: فرسایش طولانیمدت، فعالیتهای نئوتکتونیکی آرام و مقاومت لیتولوژیکی ناهمگن است. این پژوهش به دنبال پاسخ به این پرسش کلیدی است: آیا شکلگیری دشتسرهای ارتفاعات شمالی زنجان نتیجه فرسایش خالص در شرایط تکتونیکی پایدار است، یا حاصل تعامل پویای بین فرسایش و تحرکات تکتونیکی آرام در حضور لیتولوژی ناهمگن است.
مطالعات پدیمنت به اواخر قرن نوزدهم بازمیگردد؛ زمانی که گیلبرت از این اصطلاح برای توصیف ویژگیهای کوههای هنری در یوتا استفاده کرد. او براساس تحقیقات خود دربارۀ لندفرمها و فرآیندهای مرتبط با شکلگیری آنها در مناطق مختلف ایالات متحده، مجموعهای از اصول را برای توضیح ویژگیهای ژئومورفیک فرموله کرد (Corner, 1992, p. 386). پس از او، مکگی در مطالعات خود در صحرای سونوران، جنوب غربی آریزونا و شمال مکزیک، از واژه پدیمنت برای توصیف سطوح سنگی تشکیلشده توسط جریانهای صفحهای آب استفاده کرد (McGee, 1897). بریان نیز در تحقیقات خود از این اصطلاح بهره برد و به بررسی نقش فرآیندهای فرسایشی در تشکیل پدیمنتها پرداخت (Bryan, 1922).
جوهانسون به بررسی نقش فرآیندهای فرسایشی و تکتونیکی در تشکیل پدیمنتها پرداخت و نتیجه گرفت که این سطوح تحت تأثیر تعامل پیچیدهای بین فرسایش و تکتونیک قرار دارند Johnson, 1931)). در این دوره، دو چارچوب نظری بنیادین شکل گرفت: 1- ویلیام موریس دیویس (1934-1850)، ژئومورفولوژیست آمریکایی، مفهوم «چرخه جغرافیایی» را ارائه داد که در آن یک خشکی مرتفع در نهایت به دشت همواری با شیب کم (پنهپلن) تبدیل میشود. 2- در مقابل، والتر پِنک (1923-1888)، ژئومورفولوژیست آلمانی، ویژگیهای لندفرمها را نه تابع زمان، بلکه مستقیماً با فعالیت زمینساختی منطقه مرتبط میدانست (Anderson & Anderson, 2010, p. 15).
کینگ (1953-1949) بهعنوان یکی از نظریهپردازان برجسته ژئومورفولوژی، پدیمنت را عنصر اساسی دامنهها معرفی کرد و معتقد بود که پدیمنتها حاصل فرآیندهای فرسایشی طولانیمدت در اقلیمهای دو فصلی هستند. او مجموعهای از مدلهای چرخهای (مانند چرخه پدیپلن) را فرموله و ادعا کرد این مدلها در سراسر جهان تعمیمپذیرند (Twidale, 1992, p. 491).
وینست و ساده در مطالعهای جامع بر 37 پدیمنت در عربستان سعودی، با استفاده از بررسیهای تئودولیتی و تحلیل انحنای نیمرخ نشان دادند که پدیمنتهای کوتاهتر تمایل به تشکیل نیمرخهای محدب دارند؛ در حالی که پدیمنتهای بلندتر تمایل به تشکیل نیمرخهای مقعر یا خطی دارند. این یافته نشان میدهد که فرم نیمرخ تنها بازتابی از فرآیندهای تشکیل دهنده نیست، بلکه تابعی از طول عمر و تحول پدیمنت است Vincent & Sadah, 1996)).
بورن و تویدال در مطالعهای در رشتهکوه فلایندرز استرالیا نشان دادند که رودخانههای سرچشمهگرفته از سنگهای مقاوم (مانند کوارتزیت و آهک) منجر به تشکیل پدیمنت میشوند؛ در حالی که رودخانههای عبوری از سنگهای نرم (مانند رسها) حجم بالایی از رسوبات را منتقل و مخروط افکنه ایجاد میکنند. این یافته نشان میدهد که حضور تودههای مقاوم (مانند آندزیت در منطقه زنجان) نهتنها در شکلگیری پدیمنت مؤثر است، با جلوگیری از تجمع رسوبات متراکم، شرایط لازم برای حفظ سطوح فرسایشی را فراهم میکند Bourne & Twidale, 1998)). پازاگلیا در مروری جامع، تأکید میکند که اگرچه مدلهای کیفی نقش تاریخی مهمی در توسعه ژئومورفولوژی داشتهاند، مدلهای تجربی و عددی در درک دقیقتر فرآیندهای بلندمدت مؤثرتر عمل میکنند Pazzaglia, 2003)).
در این مطالعه، مدل کینگ بهعنوان یک مدل کیفی و شاهزیدی بهعنوان یک مدل تجربی-شبیهسازیشده مقایسه شدهاند (شاهزیدی، 1393؛ King, 1949). این رویکرد، همسو با چارچوب پیشنهادی پزاگلیا بر ضرورت تلفیق مدلهای کلاسیک با رویکردهای تجربی و عددی تأکید دارد Pazzaglia, 2003)). استردلی و مورای اولین کسانی بودند که تشکیل پدیمنت را بهصورت عددی مدل کردند. آنها با استفاده از مدلهای ریاضی، به بررسی تأثیر پارامترهای مختلف بر تشکیل و تکامل پدیمنتها پرداختند Strudley & Murray, 2007)). اپس و مکفادن نیز به بررسی تأثیر هوازدگی سنگ بستر بر تشکیل پدیمنتها در محیطهای خشک پرداختند. آنها به این نتیجه رسیدند که هوازدگی سنگ بستر میتواند به تشکیل پدیمنتها کمک کند Eppes & McFadden, 2008)). درمقابل، هک (1991-1913) خاطرنشان کرد چشماندازهای چندسطحی را نمیتوان براساس چرخه فرسایش چندگانه دیویس توضیح داد؛ بلکه باید آنها را براساس نظریه تعادل دینامیکی درک کرد (Anzaku & Adamu-Ja, 2023, p. 83). پیلتر با ارائه یک مدل عددی ترکیبی، نشان داد که فرسایش در رشتهکوهها میتواند از طریق واکنش ایزواستاتیک خمشی، باعث بالاآمدگی نسبی پای کوه و ایجاد سطوح فرسایشی هموار شود. این مدل همچنین تأکید میکند که برای تشکیل پدیمنت، نرخ فرسایش باید دستکم برابر نرخ تولید خاک باشد تا سطح سنگ بستر بیرون بیاید Pelletier, 2008)).
دوهرنوند و پارسونز در یکی از جامعترین بررسیهای تطبیقی، نشان دادند که پدیمنتها در طیف گستردهای از شرایط اقلیمی، از مناطق قطبی تا گرمسیری رطوبتی و بر انواع سنگهای آذرین، دگرگونی و رسوبی تشکیل میشوند Dohrenwend & Parsons, 2009)). دگورریر و همکاران در مطالعهای در اسپانیا نشان دادند که دیاپیر نمکی Estella با نرخ بالاآمدگی 05/0-07/0 میلیمتر در سال، باعث جابهجایی عمودی 40 متری پدیمنت P5 و تغییر مسیر رودخانه Ega شده است. این یافته نشان میدهد که حتی تحرکات بسیار آرام پوسته، اگر بهطولانیمدت رخ دهند، میتوانند بر شکلگیری و تحول پدیمنت تأثیر بگذارند Guerrero et al., 2023)). مونوز-فارسیس و همکاران در صحرای آتاکاما، با استفاده از تاریخگذاری ایزوتوپی، تکامل پدیمنت را بهعنوان فرآیندی طولانیمدت (تا 3/2 میلیون سال) تأیید کردند Munoz-Farias et al., 2023)). ریچاردسون و همکاران نیز با استفاده از دادههای ماهوارهای، پایداری ژئومورفیک پدیمنتها را برای دستکم ۱ میلیون سال نشان دادند. همچنین، مطالعات اخیر در مناطق تکتونیکی فعال نشان دادهاند که عقبنشینی شیب جبهه کوه تحت کنترل گسلها، منجر به تشکیل پدیمنت و سایر سطوح فرسایشی میشود Richardson et al., 2024)). بیسواس و همکاران در حوضه ریفتی بیکانر-ناگور در غرب هند نشان دادند که گسلها و خطوارهها نقش کلیدی در کنترل شبکه زهکشی و شکلگیری پدیمنتها دارند. آنها با استفاده از تحلیل منحنیهای هیپسومتریک (HC) و شاخصهای مورفومتریک، نشان دادند که بخشهایی از حوضه تحت تأثیر فعالیت تکتونیکی قرار دارند و این فعالیت منجر به تشکیل پدیمنت، دشت سیلابی و اینسلبرگ شده است Biswas et al., 2024)).
مطالعات قدیمی حضور پدیمنتها در ایران را تأیید میکنند. ویس در یکی از جامعترین مطالعات دوران نئوژن و پلیوسن در ایران، نشان داد که فرآیندهای فرسایشی مشابهی که امروز در مناطق نیمهخشک و خشک فعال هستند، در گذشته نیز مؤثر بودهاند. او تأکید میکند که پدیمنتهای ایران فاقد سطوح پلاناسیون نوع ساوانای آفریقایی (مانند مدل کینگ) هستند و بیشتر از طریق صفحهایشدگی داخلی دامنهها و عقبنشینی جبهه کوه تشکیل شدهاند. او چهار مرحله تکاملی برای پدیمنت تعریف میکند: (1) مرحله کوه-باهادا، (2) مرحله پدیمنت، (3) مرحله پدیپلن و (4) مرحله گنبدهای بیابانیWeise, 1978)). این یافته، چارچوب نظری مهمی برای درک تکامل پدیمنتهای زنجان فراهم میکند و نشان میدهد که این لندفرمها نهتنها «سطوح انتقال»، سطوحی از تخریب خودخواسته هستند؛ فرآیندی که در منطقه زنجان نیز با مقاومت نسبی آندزیتها و فرسایش لایههای نرم مشاهده شد.
المدرسی و همکاران (1390) المدرسی و همکاران به رفتار ارگودیک چشماندازهای ژئومورفیک پرداختند و زمینه نظری برای تحلیل کمّی لندفرمها فراهم آوردند. شواهد خاکشناختی از قدیمیبودن و ثبات نسبی پدیمنتها حمایت میکند. ثروتی و همکاران (1392) در مطالعهای در جنوب اهر نشان دادند که خاکهای روی پدیمنتها دارای درجه تکامل بالاتری نسبت به دشتهای سیلابی هستند. وجود بلورهای درشت و یوهیدرال گچ، پرشدگیهای کامل و هوادیدگی گسترده، نشاندهنده شرایط طولانیمدت و بدون اختلال در این محیطهاست. این یافتهها مؤید آن است که پدیمنتها محیطهایی با ثبات نسبی در برابر فعالیتهای تکتونیکی و رسوبگذاری هستند و بنابراین، فرآیند تشکیل آنها نیز باید در دورههای طولانی و تحت تعادل بین فرسایش و بالاآمدگی آرام رخ دهد؛ اما شاهزیدی (1393) مهمترین نقد نظریه کینگ در ایران را ارائه داد. او با مدلسازی آزمایشگاهی نشان داد که حتی تحرکات تکتونیکی بسیار آرام میتوانند منجر به تشکیل پدیمنتهای مقعر یا پلکانی شوند؛ در حالی که کینگ چنین نقشی را برای تکتونیک در نظر نگرفته بود. همچنین، مطالعات ژئومورفولوژیکی در ایران نیز از شواهد غیرمستقیم برای ارزیابی ثبات سطوح پدیمنتی بهره گرفتهاند. سرمست و همکاران (1394) با بررسی جلای بیابان در پدیمنتهای جیرفت، نشان دادند که سطوح پایدار دارای جلایی با ضخامت بیشتر و پرشدگیهای رسی هستند که نشاندهنده مدتزمان طولانیتر معرض هوازدگی و عدم اختلال تکتونیکی است. این یافتهها تأکید میکنند که پدیمنتها محیطهایی با ثبات نسبی هستند و تشکیل آنها نیازمند فرآیندهای فرسایشی طولانیمدت در شرایط پایدار است.
مبانی نظری پژوهشی
پدیمنتها، سطوح سنگی بستر با شیب ملایم (0-10 درجه) هستند که با روکش نازکی از رگولیت پوشانده شدهاند ( King, 1953, p. 722; Dohrenwend & Parsons 2009). معمای تشکیل پدیمنت را شاید بتوان با در نظر گرفتن اینکه چرا پدیمنت ها در امتداد بیشتر جبهههای کوهستانی تشکیل نمیشوند، به بهترین شکل درک کرد. دستکم به دو دلیل ممکن است پدیمنت ها تشکیل نشوند: نخست اینکه بیشتر پدیمنت ها بهطور یکنواخت با رسوبات مخروط افکنه پوشیده شدهاند. در نواحی با برآمدگی سریع اواخر سنوزوییک، نرخ رسوبگذاری در مخروطهای افکنه اغلب به اندازه کافی زیاد بوده است؛ بهطوری که مخروط افکنه باجاداها بهطور یکنواخت پدیمنت را میپوشانند. این واقعیت که مناطقی از حوضه و محدوده که با فعالیت نئوتکتونیکی مشخص میشوند، تمایل به پوشش آبرفتی پیوسته دارند، نشان میدهد که تشکیل پدیمنت یک فرآیند پس از تکتونیکی است. دوم، حتی اگر سنگ بستر از زیر پوشش اولیه آبرفت روی پدیمنت خارج شود، خاک یا سنگ روی آن سطح ممکن است به اندازه کافی ضخیم باشد تا از طبقهبندی سطح بهعنوان یک پدیمنت جلوگیری کند. به این ترتیب، سطح پدیمنت یکی از معیارهای تشخیص پدیمنت شناخته میشود: یک سطح فرسایشی با شیب ملایم و نسبتاً هموار (Hadley, 1967, p. 86).
برآمدگی ارتفاعات البرز نقش مهمی در تکامل ژئومورفیک مناطق مجاور و محیطهای رسوبی ایفا کرده است. این مقاله با بررسی شرایط توپوگرافیکی ارتفاعات شمالی زنجان، به تشریح و تبیین وضعیت پدیمنتهای منطقه میپردازد. برای تحلیل دقیقتر پدیمنتها، از مدلهای پیشنهادی King (1953)، المدرسی و همکاران (1390) و شاهزیدی (1393) استفاده شده است. در این مطالعه، بخشی از ارتفاعات شمالی زنجان بهصورت میدانی از نظر وجود یا عدم وجود لندفرم پدیمنت بررسی شد.
کینگ از نظریهپردازان برجسته ژئومورفولوژی، در مطالعات خود که بیشتر روی دشتسرهای آفریقا متمرکز بود، بیان میکند که دشتسرها حاصل یک دوره فرسایشی طولانی در اقلیمهای دو فصلی هستند King, 1949))؛ با این حال، شاهزیدی (1393) با ارائه یک مدل تجربی آزمایشگاهی، نظریه کینگ را نقد کرد و نشان داد که تحرکات تکتونیکی آرام نیز نقش کلیدی در تشکیل دشتسرها ایفا میکنند (جدول 1).
جدول (1) مقایسه نظرات کینگ و شاهزیدی (منبع: نویسندگان، 1404 براساس مدل پیشنهادی شاهزیدی)
Table (1) Comparison of King and Shahzaidi's views (Source: Authors, 2025 based on Shahzaidi's proposed model)
| موضوع | نظریه کینگ (1949) | نقد شاهزیدی (براساس مدلسازی آزمایشگاهی) |
|
شکل دشتسرها |
دشتسرها به شکل محدب هستند. |
دشتسرها میتوانند هم محدب و هم مقعر (concave) باشند |
|
نقش فعالیتهای تکتونیکی |
فعالیتهای تکتونیکی کم یا ناچیز هستند و نقش مهمی در تشکیل دشتسرها ندارند. |
تحرکات تکتونیکی آرام نقش کلیدی در تشکیل دشتسرها دارند |
|
فرآیند تشکیل |
دشتسرها حاصل یک دوره فرسایشی طولانی در اقلیمهای دو فصلی هستند. |
دشتسرها حاصل فرسایش طولانیمدت همراه با تحرکات تکتونیکی آرام هستند. |
|
نیمرخ دشتسرها |
نیمرخ دشتسرها محدب و بدون پلکان است. |
نیمرخ دشتسرها میتواند مقعر با شیب استدراجی یا پلکانی باشد (بسته به وجود یا عدم وجود تحرکات تکتونیکی). |
|
تأثیر فرسایش طولانیمدت |
فرسایش طولانیمدت بهتنهایی باعث تشکیل دشتسرها میشود. |
فرسایش طولانیمدت بدون تحرکات تکتونیکی باعث تشکیل دشتسرهای پلکانی میشود. |
|
تأثیر تحرکات تکتونیکی |
تحرکات تکتونیکی تأثیر چندانی ندارند. |
تحرکات تکتونیکی آرام باعث تشکیل دشتسرهای مقعر با شیب استدراجی میشوند. |
|
نتایج مدلسازی |
نظریه کینگ براساس مشاهدات میدانی و بدون مدلسازی آزمایشگاهی ارائه شده است. |
شاهزیدی با استفاده از مدلسازی آزمایشگاهی نشان داد که نظریه کینگ با واقعیت مطابقت ندارد. |
روششناسی پژوهش
منطقه مورد مطالعه در ارتفاعات شمالی استان زنجان واقع شده است و بخشی از کمربند چینخورده و راندهشده البرز غربی محسوب میشود (جعفری، 1396). این منطقه در مرز فلات ایران مرکزی و رشتهکوه البرز قرار دارد و تحت تأثیر فعالیتهای نئوتکتونیکی پیوسته در دوران کواترنری بوده است (Ehteshami-Moinabadi, 2016).
از نظر لیتولوژی، منطقه شامل تودههای آندزیتی و آذرآواری ائوسن (سازند کرج)، همراه با لایههای رسوبی نرم متعلق به دورانهای میوسن تا کواترنر (مارن، شیل و ماسهسنگ) است (نقشه زمینشناسی 1:250,000، ورقه زنجان). در دوره میوسن، منطقه در اوج توپوگرافی قرار داشته و سازند قم در آن تشکیل نشده است. در پلیوسن و کواترنر نیز، فرسایش و رسوبگذاری گسترده منجر به تشکیل دشتها و تراسهای آبرفتی شده است.
از دیدگاه ساختاری، منطقه تحت تأثیر گسلهای فعال شمالغربی-جنوبشرقی قرار دارد که بسیاری از آنها در دوران کواترنری فعال بودهاند (Ehteshami-Moinabadi, 2016). گسل طارم در شمال و گسل سلطانیه در جنوب، بهعنوان دو ساختار کنترلکننده اصلی، باعث بالاآمدگی ارتفاعات طارم و فرونشست دشت زنجان–ابهر شدهاند.
اقلیم منطقه از نوع نیمهخشک سرد با میانگین بارش سالانه ۳۰۰–۴۰۰ میلیمتر است ( Nouri et al., 2024). در چنین شرایطی، فرسایش صفحهای و سیلابی بهعنوان عامل اصلی فرسایش سطحی عمل میکند و در تشکیل پدیمنتها نقش تعیینکننده دارد. گسترش گسترده پدیمنتها در کوهپایههای شمالی زنجان، همراه با حضور متعدد اینسلبرگها، شاهدی بر فرآیند عقبنشینی شیبهای کوهستانی و تکامل بلندمدت این لندفرمهاست. مختصات جغرافیایی منطقه مورد مطالعه بین ۳۶°۰۱′ تا ۳۷°۱۱′ عرض شمالی و ۴۷°۵۰′ تا ۴۸°۵۸′ طول شرقی قرار دارد (شکل 1).
شکل 1: موقعیت جغرافیایی حوضه زنجانرود در ایران و حوضه سفیدرود (منبع: نویسندگان، 1404)
Figure 1: Geographical location of the Zanjanrud basin in Iran and the Sefidrud basin (Source: Authors, 2025)
این پژوهش از نوع توصیفیتحلیلی با رویکرد میدانی–کیفی است و هدف آن آزمون تطبیقی دو چارچوب نظری، مدل کلاسیک کینگ و مدل آزمایشگاهی شاهزیدی در شرایط زمینساختی-لیتولوژیکی ارتفاعات شمالی زنجان است (شاهزیدی، 1393؛ King, 1949). روششناسی پژوهش در پنج مرحله انجام شده است:
مرحله ۱: جمعآوری دادههای مکانی شامل 1- دادههای ارتفاعی از نوع DEM با دقت مکانی 5/12 متر از پایگاه SRTM تهیه شد. این دادهها از طریق پلتفرم USGS Earth Explorer دانلود شد. 2- دادههای DEM در محیط نرمافزار ArcGIS 10.8 مورد پیشپردازش (حذف نوفههای ارتفاعی، پر کردن سلولهای خالی با روش کریجینگ) قرار گرفتند. 3- از تصاویر ماهوارهای گوگل ارث پرو برای شناسایی اولیه پدیمنتها و عوارض ژئومورفولوژیکی استفاده شد.
مرحله ۲: بازدیدهای میدانی و نمونهبرداری: 1- در طی سه مرحله بازدید میدانی، 30 نقطه کلیدی در امتداد کوهپایههای شمالی زنجان با استفاده از دستگاه GPS دستی با دقت ±3 متر ثبت شدند. 2- در هر نقطه، لیتولوژی، نوع سطح (سنگ بستر یا آبرفت)، و شواهد فرسایشی (مانند حضور اینسلبرگها) ثبت شد.
مرحله ۳: استخراج و تحلیل نیمرخهای ارتفاعی: 1- با استفاده از نرمافزار گلوبال مپر 24، از هر یک از 30 موقعیت میدانی، یک نیمرخ ارتفاعی عمود بر جبهه کوهستان با طول متوسط 5 کیلومتر استخراج شد. 2- برای طبقهبندی کیفی نیمرخها، روش تحلیل هندسی بصری بهکار گرفته شد: الف) یک خط مستقیم بین دو نقطه انتهایی نیمرخ (پایه کوه و انتهای پدیمنت) ترسیم شد. ب) اگر تمامی نقاط نیمرخ در بالای این خط قرار میگرفتند، نیمرخ محدب در نظر گرفته شد. ج) اگر تمامی نقاط در پایین خط قرار میگرفتند، نیمرخ مقعر تشخیص داده شد. د) در صورت وجود تغییرات پلکانی مکرر در امتداد نیمرخ، نیمرخ پلکانی طبقهبندی شد. د) این روش براساس معیارهای کلاسیک توصیف شکل پدیمنت در مطالعات کینگ و تویدال استوار است ( King, 1949; Twidale, 1992).
مرحله ۴: پیادهسازی مدلهای نظری: 1- در مدل کینگ، فرض شد که در شرایط تکتونیکی پایدار، نیمرخهای محدب یا پلکانی بدون تقعر تشکیل میشوند. 2- در مدل شاهزیدی، فرض شد که در شرایط تکتونیک آرام (بالاآمدگی کم)، نیمرخهای مقعر با شیب استدراجی یا پلکانی با تقعر جزئی رخ میدهند. 3- هر نیمرخ با توجه به این دو چارچوب، به یکی از چهار گروه (محدب، مقعر، پلکانی محدب، پلکانی مقعر) اختصاص یافت.
مرحله ۵: اعتبارسنجی و تحلیل فضایی: 1- نتایج طبقهبندی با مشاهدات میدانی مستقل در 10 نقطه غیرنمونهای بازبینی شد. 2- نیمرخها در محیط GIS با نقشه زمینشناسی 1:250,000 (ورقه زنجان، سازمان زمینشناسی ایران، 1399) و نقشه گسلهای فعال همپوشانی شد تا رابطه بین ساختارهای تکتونیکی و شکل پدیمنت تحلیل شود.
نتایج و بحث
۱. تطبیق یافتهها با چارچوبهای نظری، تأیید مدل شاهزیدی در محیط واقعی: یافتههای این پژوهش نشان میدهد که مدل آزمایشگاهی شاهزیدی (1393) در تبیین شکلگیری پدیمنتهای ارتفاعات شمالی زنجان برتری درخور توجهی نسبت به مدل کلاسیک کینگ دارد. در شرق و جنوبشرقی زنجان، جایی که گسلهای فعال (مانند گسلهای شرق سلطانیه) باعث بالاآمدگی آرام پوسته شدهاند، پدیمنتهای مقعر با شیب استدراجی رخ دادهاند؛ الگویی که دقیقاً در مدل شاهزیدی پیشبینی شده است. این نتیجه مستقیماً مدل کینگ را بهچالش میکشد؛ زیرا وی فرض میکرد پدیمنتها تنها در شرایط تکتونیکی پایدار و با نیمرخ محدب تشکیل میشوند.
در مقابل، نمودارهایی با فرم پلکانی و فاقد نیمرخ مقعر که در ارتفاعات مختلف و با دورههای نسبتاً ثابتی ظاهر شدهاند، بهوضوح با پیشفرض اول مطابقت دارند. این ویژگیها نشاندهنده دورههای فرسایشی طولانیمدتی است که بدون تغییرات عمده در میزان بالاآمدگی چکاد رخ داده است. بالاآمدگی آرام و تدریجی چکاد باعث ایجاد پلکانها شده است؛ اما نیمرخ مقعری در این مناطق شکل نگرفته است.
همچنین، در مواردی که تعداد پلکانهای قابل مشاهده بیشتر بوده و فاصله و وسعت پلکانها افزایش یافته است، نشاندهنده یک دوره فرسایش طولانیتر و پیچیدهتر است. این ویژگی بهطور کامل با پیشفرض دوم مطابقت دارد که به تأثیر مدت زمان فرسایش بر افزایش تعداد و وسعت پلکانها اشاره میکند.
از سوی دیگر، در نمودارهایی که دارای شیب تدریجی و نیمرخ مقعری هستند، پلکانهای محدودی دیده میشود؛ اما شیب کلی نرمتر و هموارتر است. این نیمرخها نشاندهنده یک دوره فرسایش طولانیمدت همراه با بالاآمدگی آرام چکاد است که باعث ایجاد شیب تدریجی و مقعری میشود. این ویژگیها بهطور کامل با پیشفرض سوم مطابقت دارد که به نیمرخ مقعر دشتسرها اشاره میکند. در این حالت، نیمرخهای مقعری با شیب یکنواخت و نرمتر و عدم وجود پلکانهای مشخص، بهوضوح نشاندهنده یک دوره فرسایش طولانی همراه با بالاآمدگی آرام چکاد است.
در نهایت، اگر تعداد پلکانهای قابل مشاهده بسیار زیاد باشد و شیب کلی نسبتاً یکنواخت باشد، با پلکانهایی که در فاصلههای متفاوتی گسترش یافتهاند، نشاندهنده یک دوره فرسایش بسیار طولانی است که طی آن وسعت پهنه پلکانها نیز به مرور زمان افزایش یافته است. اینگونه نمودارها بهطور کامل با پیشفرض دوم منطبق هستند که در آن مدت زمان فرسایش مستقیماً بر تعداد و وسعت پلکانها تأثیر دارد.
بنابراین، این مطالعه اولین آزمون تجربی موفق مدل شاهزیدی در یک محیط زمینساختی واقعی در ایران محسوب میشود و نشان میدهد که نظریههای ژئومورفولوژیک باید در شرایط تکتونیک فعال (نه فقط پایدار) ارزیابی شوند.
۲. تفسیر فضایی نیمرخها: نقش گسلها و لیتولوژی در کنترل مورفولوژی: همپوشانی نیمرخهای ترسیمشده در شکل (۲) با نقشه زمینشناسی و موقعیت گسلها، رابطه علّی بین ساختارهای تکتونیکی و شکل پدیمنت را آشکار میسازد:
شکل 2. موقعیت مکانی پروفیلهای ارتفاعی در لایه رقومی ارنفاع و در لایه زمین شناسی حوضه زنجانرود (منبع: نویسندگان، 1404)
Figure 2. Location of elevation profiles in the digital elevation layer and in the geological layer of the Zanjanroud Basin (Source: Authors, 2025)
علاوه بر تکتونیک، لیتولوژی نقش کلیدی در شکلگیری ریزساختارهای پدیمنت داشته است. تمامی نیمرخهای پلکانی (چه محدب و چه مقعر) با تودههای آندزیتی (سازند کرج، ائوسن) همراستا هستند. این تودهها بهدلیل مقاومت بالا در برابر فرسایش، بهعنوان سطوح باقیمانده عمل کردهاند؛ در حالی که لایههای میانی (مارن، شیل) بهسرعت فرسایش یافتهاند.
۳. توزیع فضایی و تفسیر ژئودینامیکی: جدول (۲) نشان میدهد که 67/46% نیمرخها محدب و 40% مقعر هستند. این توزیع نامتقارن نشاندهنده ناهمگنی ژئودینامیکی در ارتفاعات شمالی زنجان است:
جدول 2. تحلیل نیمرخها با توجه به پیشفرضها (منبع: نویسندگان، 1404)
Table 2. Analysis of profiles according to assumptions (Source: Authors, 2025)
|
نوع نیمرخ |
نوعپدیمنت |
تعداد |
درصد |
توضیحات |
|
پلکانی تا حدودی محدب |
1 |
3 |
10 |
تطابق جزئی با پیشفرض اول. ترکیب فرسایش و بالا مدن چکاد |
|
پلکانی محدب |
2 |
14 |
67/46 |
تطابق با پیشفرض اول و دوم. نشاندهنده فرسایش بدون تحرک چکاد |
|
پلکانی مقعر |
3 |
12 |
40 |
انطباق با پیشفرض سوم (شیب تدریجی و مقعر). نشاندهنده فرسایش طولانی با چکاد در حال بالاآمدن |
|
پلکانی تا حدودی مقعر |
4 |
1 |
33/3 |
تطابق جزئی با پیشفرض سوم. تا حدودی فرسایش طولانی با چکاد در حال بالاآمدن |
نتایج این تحلیلها بهطور کلی نشان میدهد که فرسایش بهعنوان فرآیند غالب در شکلگیری نیمرخهای ارتفاعی منطقه مورد مطالعه نقش اساسی داشته است؛ با این حال، در برخی مناطق، تأثیرات محدود تکتونیکی نیز در کنار فرسایش مشاهده میشود.
۴. تحلیل اختلاف ارتفاع تراسها، شاخصی از تکامل ژئومورفیک: تحلیل اختلاف ارتفاع بین تراسهای مجاور، شاخصی کیفی از مراحل تکامل ژئومورفیک منطقه است:
شکل 3. نمونهای از نیمرخهای ارتفاعی ترسیمشده در ارتفاعات شمالی زنجان: (الف) پلکانی تا حدودی محدب، (ب) پلکانی محدب، (ج) پلکانی مقعر، (د) پلکانی تا حدودی مقعر
Figure 3. Example of elevation profiles drawn in the northern heights of Zanjan: (a) partially convex staircase, (b) convex staircase, (c) concave staircase, (d) partially concave staircase
این یافته که پدیمنتهای مقعر نشانهای از بالاآمدگی آرام و بلندمدت تکتونیکی هستند، نه عدم فعالیت تکتونیکی، با شواهد متعددی از محیطهای خشک و نیمهخشک جهان همخوانی دارد. پیلتر در آریزونا نشان داد که حتی نرخهای بسیار پایین بالاآمدگی (بیش از 1/0 میلیمتر در سال) میتوانند منجر به تشکیل پدیمنتهای مقعر شوند، به شرطی که فرسایش طولانیمدت همراه باشد Pelletier, 2008)). به همین ترتیب، ریچاردسون و همکاران در آفریقای جنوبی تأکید کردند که نیمرخهای مقعر پدیمنت، شاخصی از تکتونیک آرام بلندمدت هستند، نه ثبات کامل پوسته. این همخوانی، مدل شاهزیدی را از یک آزمایشگاهی محلی به یک چارچوب تحلیلی قابل تعمیم تبدیل میکند Richardson et al., 2024)). همچنین، نقش لیتولوژی در شکلگیری ریزساختارهای پدیمنت، دقیقاً با یافتههای اپس و همکاران در محیطهای خشک همراستاست: تودههای مقاوم (مانند آندزیت) به عنوان سطوح باقیمانده، عمل و پلکانهای مداومی ایجاد میکنند؛ در حالی که لایههای نرم (مارن، شیل) به سرعت فرسایش مییابند Eppes & McFadden, 2008)). این الگوی «مقاومت نسبی» نشان میدهد که لیتولوژی میتواند حتی در شرایط تکتونیکی مشابه، مورفولوژی پدیمنت را متفاوت کند. توزیع فضایی نامتقارن پدیمنتها (مقعر در شرق، محدب در غرب) نیز با مطالعات مونوز-فارسیس و همکاران در صحرای آتاکاما همراستاست که نشان دادند در مناطق با تکتونیک فعال، تمایل به تشکیل نیمرخهای مقعر وجود دارد؛ در حالی که در مناطق پایدار، نیمرخهای محدب غالب هستند Munoz-Farias et al., 2023)). این شباهتهای زمینشناختی، اهمیت تحلیل ترکیبی تکتونیک، فرسایش و لیتولوژی را در مطالعات ژئومورفولوژیک تأکید میکند و نشان میدهد که مدلهای کلاسیک مانند کینگ تنها در زیرمجموعهای از شرایط اجراشدنی هستند.
این تحلیل نشان میدهد که با گذشت زمان، تأثیر تکتونیک کاهش یافته و فرسایش به عامل غالب تبدیل شده است. این مطالعه نشان میدهد که شکلگیری پدیمنتهای ارتفاعات شمالی زنجان نتیجه تعامل سهجانبه بین: فرسایش طولانیمدت (عامل غالب)، تکتونیک آرام (عامل کنترلکننده کلی شکل نیمرخ) و لیتولوژی ناهمگن (عامل کنترلکننده ریزساختار پلکانی) است. این یافتهها اعتبار مدل شاهزیدی را در شرایط واقعی زمینشناسی ایران تأیید میکند و نشان میدهد که مدل کینگ تنها در زیرمجموعهای از شرایط (مناطق با تکتونیک بسیار پایدار) اجراشدنی است. همچنین، این پژوهش بر اهمیت تحلیل ترکیبی تکتونیک، فرسایش و لیتولوژی در مطالعات ژئومورفولوژیک تأکید میکند، رویکردی که میتواند به درک بهتر تکامل چشماندازهای طبیعی در کمربندهای کوهستانی فعال کمک کند.
نتیجهگیری
این پژوهش با هدف آزمون دو چارچوب نظری رقیب در تشکیل پدیمنت، مدل کلاسیک کینگ و مدل نوین شاهزیدی، در ارتفاعات شمالی زنجان انجام شد. تحلیل 30 نیمرخ ارتفاعی نشان داد که پدیمنتهای مقعر با شیب استدراجی در شرق و جنوبشرق منطقه، نتیجه تعامل بین فرسایش طولانیمدت و بالاآمدگی آرام تکتونیکی هستند و نه محصول فرسایش خالص در شرایط پایدار. این یافته، فرض اصلی مدل کینگ مبنی بر بیتأثیری تکتونیک در شکلگیری پدیمنت را به چالش میکشد. درمقابل، پدیمنتهای پلکانی محدب در غرب و شمالغربی زنجان با مدل کینگ سازگارند، اما تنها بهعنوان یک حالت خاص در مناطقی با فعالیت تکتونیکی کم و نسبتاً پایدار. توزیع فضایی نامتقارن پدیمنتها (67/46% محدب در غرب و شمالغربی در مقابل 40% مقعر در شرق و جنوبشرق) نشاندهنده ناهمگنی ژئودینامیکی منطقه است و بر اهمیت تحلیل محلی در مطالعات ژئومورفولوژیک تأکید میکند. مقاومت لیتولوژیکی تودههای آندزیتی (سازند کرج، ائوسن) نیز نقش کلیدی در شکلگیری ریزساختارهای پلکانی داشته است. این موضوع نشان میدهد که حتی در شرایط تکتونیکی مشابه، لیتولوژی میتواند مورفولوژی پدیمنت را متفاوت کند. از دیدگاه روششناختی، این مطالعه نخستین آزمون میدانی موفق مدل شاهزیدی در ایران محسوب میشود و نشان میدهد که نظریههای ژئومورفولوژیک باید در محیطهای تکتونیکی فعال، نه فقط پایدار، ارزیابی شوند. هدف اصلی تحقیق، آزمون مدلهای کینگ و شاهزیدی و شناسایی عوامل کنترلکننده شکلگیری پدیمنت، بهطور کامل محقق شد. یافتههای این پژوهش نهتنها درک ما از تکامل ژئومورفیک ایران را ارتقا میدهد، کاربردهای عملی در بازسازی تاریخچه نئوتکتونیکی منطقه، ارزیابی خطرات زمینشناسی و مدیریت منابع آب و خاک در دشتهای مجاور دارد. برای مطالعات آینده، پیشنهاد میشود از شاخصهای کمّی مورفومتریک استفاده شود تا این چارچوب تحلیلی بهصورت کمّی گسترش یابد.
)