منطقه اشباع: ناحیه‌ای که تمام فضاهای خالی آن از آب پر شده است

منطقه اشباع: زمانی که دیگر جایی برای آب نیست!

زمین مانند یک کیک لایه‌ای

برای درک منطقه اشباع، بهتر است زمین زیر پای خود را مانند یک کیک چند لایه تصور کنیم. هر لایه جنس و ویژگی متفاوتی دارد. بالاترین لایه، خاکی است که گیاهان در آن رشد می‌کنند. پایین‌تر، لایه‌هایی از شن، ماسه، سنگ‌ریزه و سنگ‌های سفت قرار دارند. بین ذرات این مواد، فضای خالی کوچکی وجود دارد. این فضاهای خالی می‌توانند پر از هوا یا آب باشند.

وقتی باران می‌بارد یا زمین را آبیاری می‌کنیم، آب به درون این فضاهای خالی نفوذ می‌کند. آب ابتدا لایه‌های بالایی را مرطوب می‌کند. اما با ادامهٔ نفوذ، به عمق خاصی می‌رسد که همهٔ فضاهای خالی بین ذرات، از آب پر شده‌اند. به این عمق و لایه‌های پایین‌تر از آن، منطقه اشباع می‌گویند. در واقع، اشباع به معنای پر شدن کامل است.

سفره‌های آب زیرزمینی: مخزن‌های نامرئی طبیعت

مهم‌ترین نمونه از منطقه اشباع در طبیعت، سفره آب زیرزمینی^[1] است. سفره‌های زیرزمینی لایه‌هایی از سنگ‌های متخلخل^[4] (مانند شن و ماسه) یا سنگ‌های شکاف‌دار (مانند سنگ آهک) هستند که کاملاً از آب پر شده‌اند. این آب‌ها منبع مهمی برای آشامیدن، کشاورزی و صنعت به شمار می‌روند.

مرز بالایی منطقه اشباع در یک سفره آب زیرزمینی را سطح ایستابی^[2] می‌نامند. اگر چاهی حفر کنیم و به سطح ایستابی برسیم، چاه پر از آب می‌شود. عمق سطح ایستابی ثابت نیست و با فصل‌های پرباران یا خشک، بالا و پایین می‌رود.

از اسفنج حمام تا فیلتر قهوه: اشباع در زندگی روزمره

شما هر روز با پدیده اشباع سر و کار دارید، بدون آن که بدانید! وقتی یک اسفنج خشک را زیر شیر آب می‌گیرید، ابتدا بخشی از آن خیس می‌شود (منطقه تهویه). اما پس از چند لحظه، زمانی که اسفنج دیگر نمی‌تواند قطره‌ای آب بیشتر جذب کند و آب از آن می‌چکد، در واقع اسفنج به منطقه اشباع رسیده است. تمام حفره‌های ریز آن پر از آب شده‌اند.

مثال دیگر، فیلتر کاغذی قهوه است. وقتی آب داغ را روی پودر قهوه می‌ریزید، آب فضای بین ذرات قهوه و خلل و فرج کاغذ فیلتر را پر می‌کند (منطقه اشباع در مقیاس کوچک) و سپس از آن عبور کرده و به پایین می‌ریزد. در کشاورزی نیز آبیاری زیاد باعث می‌شود خاک اطراف ریشه گیاه اشباع شود و اگر این حالت طول بکشد، هوا به ریشه نرسیده و گیاه از بین می‌رود.

پرسش‌های مهم و اشتباهات رایج

پاورقی

^[1] سفره آب زیرزمینی (Aquifer): لایه‌ای از سنگ یا خاک متخلخل که آب را در خود ذخیره و منتقل می‌کند.

^[2] سطح ایستابی (Water Table): مرز بین منطقه تهویه و منطقه اشباع. سطحی که فشار آب در آن برابر با فشار جو است.

^[3] منطقه تهویه (Vadose Zone) یا منطقه غیراشباع: ناحیه‌ای بین سطح زمین و سطح ایستابی که فضاهای خالی آن حاوی هم آب و هم هواست.

^[4] متخلخل (Porous): داشتن حفره‌ها یا فضاهای خالی ریز در ماده.

^[5] تخلخل (Porosity): نسبت حجم فضاهای خالی به حجم کل ماده، معمولاً به صورت درصد بیان می‌شود. $\phi = (V_{voids} / V_{total}) \times 100\%$