آب زیرزمینی: گنج پنهان زمین
آب زیرزمینی از کجا میآید؟ سفر آب از آسمان به زیر زمین
آب روی زمین در یک چرخهٔ پیوسته در حرکت است. بارش باران و برف (Precipitation) آغازگر این سفر است. وقتی باران میبارد، بخشی از آن در رودخانهها جاری میشود، بخشی تبخیر میگردد و بخش مهم دیگری به داخل زمین نفوذ میکند. به این فرآیند نفوذ[3] میگویند.
میزان نفوذ آب به عوامل مختلفی بستگی دارد. برای مثال، زمین شنی و دارای پوشش گیاهی، آب را مانند یک اسفنج به راحتی جذب میکند، در حالی که زمینهای رسی سفت یا سنگفرششده، اجازهٔ نفوذ کمی میدهند و باعث رواناب[4] بیشتر میشوند.
| عامل | تأثیر بر نفوذ | توضیح ساده |
|---|---|---|
| جنس خاک (بافت) | خیلی زیاد | خاک شنی با ذرات درشت، فضاهای خالی بیشتری دارد. خاک رسی با ذرات ریز، فضاهای خالی کمتری دارد. |
| شیب زمین | زیاد | در زمینهای پرشیب، آب فرصت کمتری برای نفوذ دارد و سریعتر جاری میشود. |
| پوشش گیاهی | زیاد | ریشههای گیاهان راههایی در خاک ایجاد میکنند و برگهای مرده مانند اسفنج عمل میکنند. |
| شدت بارش | متوسط | باران ملایم زمان برای نفوذ دارد. باران تند ممکن است باعث فرسایش و رواناب شود. |
سفره آب زیرزمینی: مخزن طبیعی آب
آبی که به داخل زمین نفوذ میکند، به سمت پایین حرکت میکند تا به یک لایه غیرقابل نفوذ برسد. این لایه معمولاً از سنگ بستر فشرده یا خاک رس بسیار متراکم تشکیل شده است. آب در بالای این لایه، در منافذ خاک و سنگهای متخلخل جمع میشود. به این تودهٔ آبی، سفره آب زیرزمینی میگویند.
سطح بالایی آب درون سفره را سطح ایستابی[5] مینامند. اگر چاهی حفر کنیم و به این سطح برسیم، چاه پر از آب میشود. عمق سطح ایستابی در فصلهای مرطوب (بهار) کمتر و در فصلهای خشک (پایان تابستان) بیشتر میشود.
$V = A \times h \times \phi$
در این فرمول: V حجم آب، A مساحت سفره، h ضخامت لایهٔ اشباع از آب و $\phi$ (فی) تخلخل[6] خاک یا سنگ است. تخلخل درصد فضای خالی موجود در مواد است. مثلاً اگر تخلخل $\phi = 0.2$ یا 20% باشد، یعنی در هر مترمکعب از خاک، 0.2 مترمکعب فضای خالی وجود دارد که میتواند پر از آب باشد.
چگونه آب زیرزمینی را استخراج و استفاده میکنیم؟
انسانها از دیرباز برای دسترسی به آب زیرزمینی، چاه حفر میکردهاند. چاههای معمولی به سطح ایستابی میرسند و آب با نیروی گرانش وارد چاه میشود. اما اگر آب زیر فشار باشد (سفره تحت فشار[7])، با حفر چاه، آب خودبهخود به بالا فوران میکند که به آن چاه آرتزین[8] میگویند.
امروزه از پمپ برای برداشت آب از چاهها استفاده میشود. این آب مصارف مختلفی دارد:
- کشاورزی:~70% برداشت جهانی آب زیرزمینی برای آبیاری زمینهای کشاورزی است.
- شرب: در بسیاری از شهرها و روستاها، آب آشامیدنی از چاههای عمیق تأمین میشود.
- صنعت: برای خنککاری، شستوشو و در فرآیندهای تولید.
یک روش طبیعی و قدیمی دیگر برای بهرهبرداری، استفاده از قنات[9] است. قنات، کانالی زیرزمینی با شیب ملایم است که آب را از دامنههای کوهستانی (محل تغذیه سفره) به مناطق پستتر و خشکتر هدایت میکند. این فنآوری هوشمندانه، نمونهای درخشان از استفادهٔ پایدار از آب زیرزمینی در تمدنهای قدیم مانند ایران است.
تهدیدات مهم برای آب زیرزمینی: چه خطراتی این گنج را تهدید میکند؟
برداشت بیش از حد و آلودگی، دو تهدید اصلی برای منابع آب زیرزمینی هستند.
برداشت بیش از حد: اگر آب بیشتری از چاهها پمپاژ کنیم نسبت به آبی که به طور طبیعی از طریق نفوذ باران جایگزین میشود، سطح ایستابی پایین میرود. این پدیده کشیدهشدن آبخوان[10] نام دارد. عواقب آن شامل خشکشدن چاههای کمعمق، افزایش هزینهٔ پمپاژ، نشست زمین[11] و در نواحی ساحلی، پیشروی آب شور[12] به داخل سفرههای آب شیرین است.
آلودگی (افت کیفیت): آب زیرزمینی میتواند از طریق منابع مختلف آلوده شود. آلایندهها از سطح زمین به سمت پایین نشت میکنند و به سفره میرسند. از آنجایی که حرکت آب زیرزمینی بسیار کند است و خود زمین بهندرت میتواند این آلودگیها را تصفیه کند، پاکسازی یک سفرهٔ آلوده بسیار دشوار و پرهزینه است.
| منبع آلودگی | نمونههای آلاینده | وضعیت خطر |
|---|---|---|
| فعالیتهای کشاورزی | کودهای شیمیایی (نیترات[13])، سموم دفع آفات | هشدار زیاد |
| فاضلاب خانگی و صنعتی | مواد شوینده، فلزات سنگین (سرب، جیوه)، ترکیبات آلی | هشدار زیاد |
| دفن زباله و پسماند | شیرابه[14] حاوی انواع مواد شیمیایی | هشدار زیاد |
| نشت از مخازن سوخت | بنزین، نفت، مواد نفتی | هشدار زیاد |
اشتباهات رایج و پرسشهای مهم
پاسخ: خیر. آب زیرزمینی یک منبع محدود و تجدیدپذیر با سرعت کم است. اگر برداشت از آن بیشتر از سرعت تغذیه طبیعی باشد، مانند یک حساب بانکی میشود که بیش از اندازه از آن برداشت کنیم و سرانجام خالی شود. بنابراین باید به صورت پایدار مدیریت شود.
پاسخ: به دو دلیل اصلی: اولاً حرکت کند آب در زیر زمین (شاید تنها چند متر در سال) باعث میشود آلودگی به آرامی پخش شود و مدت زیادی در همان محل بماند. ثانیاً، دسترسی دشوار است. برای پاکسازی باید آلودگی را از عمق دهها یا صدها متری زمین خارج کنیم که فناوری پیچیده و هزینههای هنگفتی نیاز دارد. پیشگیری، بهترین و ارزانترین راه است.
پاسخ: خیر. چاه فقط وقتی آب دارد که به سطح ایستابی برسد. اگر چاهی در جایی حفر شود که لایههای زیرین آن کاملاً غیرقابل نفوذ و فاقد تخلخل باشند (مثلاً در یک توده سنگ گرانیتی یکپارچه)، یا اگر سطح ایستابی به دلیل خشکسالی یا برداشت زیاد بسیار پایین رفته باشد، چاه ممکن است خشک باشد.
پاورقی
[1] آب زیرزمینی (Groundwater)
[2] سفره (Aquifer) : لایه یا سازند زمینشناختی که قابلیت ذخیره و انتقال آب را دارد.
[3] نفوذ (Infiltration)
[4] رواناب (Runoff)
[5] سطح ایستابی (Water Table)
[6] تخلخل (Porosity)
[7] سفره تحت فشار (Confined Aquifer)
[8] چاه آرتزین (Artesian Well)
[9] قنات (Qanat, Kariz)
[10] کشیدهشدن آبخوان (Overdraft)
[11] نشست زمین (Land Subsidence)
[12] پیشروی آب شور (Saltwater Intrusion)
[13] نیترات (Nitrate)
[14] شیرابه (Leachate)
