منابع آب آشامیدنی: گنجینه‌های پنهان سیاره ما
چرخه آب: موتور حیات بخش زمین
همه آب‌های کره زمین در یک سفر بی‌پایان و شگفت‌انگیز قرار دارند که به آن چرخه آب یا چرخه هیدرولوژیک می‌گویند. این چرخه بدون کمک انسان و تنها با انرژی خورشید کار می‌کند. فرآیندهای اصلی این چرخه عبارتند از:
- تبخیر: گرمای خورشید باعث می‌شود آب از سطح اقیانوس‌ها، دریاچه‌ها و رودخانه‌ها به شکل بخار آب نامرئی درآید.
- تعرق: گیاهان نیز از طریق برگ‌های خود آب را به صورت بخار به هوا پس می‌دهند. به این مجموعه «تبخیر-تعرق» می‌گویند.
- میعان: بخار آب در ارتفاعات بالاتر جو که سرد است، سرد شده و به قطرات ریز آب یا بلورهای یخ تبدیل می‌شود. این قطرات با جمع شدن به هم، ابر تشکیل می‌دهند.
- بارش: هنگامی که قطرات آب در ابر به اندازه کافی بزرگ و سنگین شوند، به شکل باران، برف، تگرگ یا نم نم باران به زمین می‌بارند.
- نفوذ: بخشی از آب باران و ذوب برف به داخل خاک نفوذ می‌کند و آب‌های زیرزمینی را تغذیه می‌کند.
- رواناب: بخش دیگر آب بر روی سطح زمین جاری می‌شود و به سمت رودخانه‌ها، دریاچه‌ها و در نهایت اقیانوس‌ها حرکت می‌کند و دوباره چرخه تکرار می‌شود.
این چرخه تضمین می‌کند که آبِ سیاره ما دائماً در حال پالایش و توزیع مجدد است. برای مثال، آبی که امروز می‌نوشید، ممکن است هزاران سال پیش توسط یک دایناسور نوشیده شده باشد!
انواع اصلی منابع آب شیرین
منابع آب شیرین مورد استفاده انسان را می‌توان به دو دسته اصلی تقسیم کرد: آب‌های سطحی و آب‌های زیرزمینی.
الف) آب‌های سطحی
این منابع شامل آب‌هایی می‌شوند که به راحتی روی سطح زمین قابل مشاهده و دسترسی هستند.
- رودخانه‌ها: جریان‌های آب شیرینی که در بسترهای طبیعی به سمت دریا، اقیانوس یا دریاچه دیگری جاری هستند. بسیاری از تمدن‌های باستانی مانند مصر در کنار رودخانه‌هایی مانند نیل شکل گرفتند.
- دریاچه‌ها: پهنه‌های آبی محصور در خشکی که معمولاً آب راکدی دارند. دریاچه‌هایی مانند دریاچه ارومیه (که اکنون با مشکل خشکی مواجه است) یا دریاچه زریوار نمونه‌هایی از این منابع هستند.
- مخازن سدها: انسان‌ها با ساختن سد بر روی رودخانه‌ها، دریاچه‌های مصنوعی بزرگی ایجاد می‌کنند تا آب را برای مصارف آشامیدنی، کشاورزی و تولید برق ذخیره کنند. سدهای بزرگی مانند سد کرخه یا سد دز در ایران این کارکرد را دارند.
ب) آب‌های زیرزمینی
این منبع پنهان و عظیم، آب‌هایی هستند که در خلل و فرج خاک، شن و ماسه و شکاف‌های سنگ‌ها ذخیره شده‌اند.
- سفره‌های آب زیرزمینی: لایه‌های زیرزمینی از سنگ یا خاک هستند که آب می‌تواند در آن‌ها حرکت کند. به بالاترین سطح آب در یک سفره، سطح ایستابی می‌گویند.
- چاه‌ها انسان‌ها با حفر چاه به عمق سفره آب زیرزمینی، آب را به سطح زمین پمپاژ می‌کنند. بسیاری از روستاها و شهرها و بخش عظیمی از کشاورزی ایران به آب چاه‌ها وابسته است.
- قنات‌ها (کاریز): یک سیستم سنتی و هوشمندانه ایرانی برای استخراج آب از دل زمین بدون نیاز به پمپ است. در این سیستم، یک چاه مادر در بالادست حفر می‌شود و یک کانال زیرزمینی با شیب ملایم، آب را به سطح زمین می‌رساند. این روش یکی از شاهکارهای مهندسی باستانی است.
| ویژگی | آب‌های سطحی | آب‌های زیرزمینی |
|---|---|---|
| دسترسی | آسان و نسبتاً ارزان | نیاز به حفر چاه یا قنات دارد (گران‌تر) |
| حساسیت به آلودگی | بسیار بالا (مستقیم در معرض فاضلاب، زباله، کود) | کمتر (لایه‌های خاک به عنوان فیلتر طبیعی عمل می‌کنند) |
| تأثیرپذیری از خشکسالی | بسیار سریع (سطح رودخانه‌ها و دریاچه‌ها سریع پایین می‌رود) | کند (اثرات برداشت بی‌رویه با تأخیر ظاهر می‌شود) |
| حجم کل | نسبتاً کم (حدود 0.3% آب شیرین جهان) | بسیار زیاد (حدود 30% آب شیرین جهان) |
از منبع تا شیر: سفر پاکسازی آب
آبی که از رودخانه یا چاه استخراج می‌شود، معمولاً حاوی ناخالصی‌هایی است و نمی‌توان مستقیماً آن را نوشید. به همین دلیل، آب قبل از رسیدن به خانه‌های ما، مراحل مختلفی را در یک تصفیه‌خانه آب طی می‌کند تا برای آشامیدن سالم شود.
- غربالگری و آشغال‌گیری: در اولین مرحله، آب از میان صفحات مشبک یا توری‌های بزرگ عبور داده می‌شود تا برگ، چوب، زباله و سایر مواد درشت جدا شوند.
- انعقاد و لخته‌سازی: مواد شیمیایی خاصی به آب اضافه می‌شوند که باعث می‌شوند ذرات ریز و معلق بسیار کوچک (مانند گل و لای) به هم بچسبند و توده‌های بزرگ‌تری به نام «لخته» تشکیل دهند.
- ته‌نشینی آب به آرامی در استخرهای بزرگی به نام «حوضچه ته‌نشینی» جریان می‌یابد. در اینجا، به دلیل وزن زیاد، لخته‌ها به کف استخر رسوب می‌کنند.
- فیلتراسیون آب نسبتاً زلال شده از لایه‌های ضخیمی از شن و ماسه و زغال سنگ عبور داده می‌شود. این لایه‌ها ذرات ریز باقی‌مانده، باکتری‌ها و حتی برخی طعم‌ها و بوها را حذف می‌کنند.
- گندزدایی در آخرین و مهم‌ترین مرحله، یک ماده ضدعفونی‌کننده (معمولاً کلر) به آب اضافه می‌شود تا هرگونه باکتری، ویروس یا انگل بیماری‌زای باقی‌مانده از بین برود. این مرحله از شیوع بیماری‌هایی مانند وبا جلوگیری می‌کند.
حتی می‌توانیم این فرآیند را در یک فرمول ساده نشان دهیم. کارایی حذف آلاینده در یک فرآیند تصفیه اغلب به صورت درصد بیان می‌شود. برای مثال، اگر یک فیلتر بتواند 90% از یک آلاینده را حذف کند، کارایی آن به این صورت است: $ \text{راندمان حذف} = \frac{C_{\text{ورودی}} - C_{\text{خروجی}}}{C_{\text{ورودی}}}} \times 100\% $ که در آن $ C $ غلظت آلاینده است.
نمک‌زدایی: نوشیدن از آب دریا
با کاهش منابع آب شیرین در بسیاری از مناطق جهان، کشورهای خشک و کم‌آب (مانند کشورهای حاشیه خلیج فارس) به سمت منبع عظیم اقیانوس‌ها روی آورده‌اند. اما آب دریا شور است و برای آشامیدن باید نمک آن را بگیریم. به این فرآیند نمک‌زدایی یا شیرین‌سازی آب دریا می‌گویند. رایج‌ترین روش نمک‌زدایی، اسمز معکوس [1] است.
در این روش، آب دریا با فشار بسیار زیادی از میان یک غشای نیمه‌تراوا (مانند یک صافی بسیار ریز) عبور داده می‌شود. این غشا فقط به مولکول‌های آب اجازه عبور می‌دهد و یون‌های نمک و سایر ناخالصی‌ها را پشت سر خود به دام می‌اندازد. نتیجه، تولید آب شیرین از یک منبع به ظاهر بی‌پایان است. البته این فرآیند دو چالش بزرگ دارد: مصرف انرژی بسیار بالا و تولید پساب بسیار شور که باید به دریا بازگردانده شود و می‌تواند به اکوسیستم [3] دریایی آسیب برساند.
چالش‌های پیش روی منابع آب و راه‌های مقابله
منابع آب شیرین جهان تحت فشارهای زیادی قرار دارند که آن‌ها را تهدید می‌کند.
- آلودگی: ورود فاضلاب خانگی، پساب صنعتی (حاوی مواد شیمیایی سمی) و رواناب[3] کشاورزی (حاوی کود و سموم دفع آفات) به رودخانه‌ها و آب‌های زیرزمینی، کیفیت آب را به شدت کاهش می‌دهد و تصفیه آن را پرهزینه‌تر می‌کند.
- برداشت بی‌رویه: زمانی که آب بیشتری از چاه‌ها پمپاژ می‌شود نسبت به آبی که توسط بارش مجدداً جایگزین می‌شود، سطح آب زیرزمینی پایین می‌رود. این امر منجر به خشک شدن چاه‌ها، نشست زمین و شور شدن آب در مناطق ساحلی (نفوذ آب دریا به سفره‌های آب شیرین) می‌شود.
- تغییر اقلیم: تغییر الگوهای بارش، ذوب سریع‌تر یخچال‌های طبیعی و افزایش دفعات خشکسالی، دسترسی به آب قابل اعتماد را در بسیاری از مناطق دشوار می‌کند.
راه‌حل‌ها چیست؟ همه ما می‌توانیم در حفظ این منبع ارزشمند نقش داشته باشیم:
- صرفه‌جویی در مصرف: دوش‌های کوتاه‌تر، تعمیر شیرآلات چکه‌کن، استفاده از ماشین لباسشویی و ظرفشویی فقط با ظرفیت کامل.
- کاهش آلودگی: دور نریختن روغن خوراکی در سینک، استفاده نکردن از کود و سموم شیمیایی بیش از حد نیاز، و دفع صحیح زباله‌ها و باتری‌ها.
- استفاده از فناوری‌های نو: توسعه روش‌های آبیاری قطره‌ای به جای غرقابی، بازیافت و استفاده مجدد از آب (آب خاکستری) برای آبیاری فضای سبز، و سرمایه‌گذاری در سیستم‌های تصفیه فاضلاب پیشرفته.
پرسش‌های متداول درباره آب آشامیدنی
لزوماً نه. آب معدنی از منابع زیرزمینی محافظت‌شده استخراج می‌شود و معمولاً املاح معدنی خاصی دارد. اما آب لوله‌کشی شهری نیز طبق استانداردهای سخت‌گیرانه‌ای تصفیه و گندزدایی می‌شود و برای آشامیدن کاملاً سالم است. انتخاب بین آن‌ها اغلب به سلیقه و ترجیح طعم بستگی دارد.
آب سخت آبی است که حاوی مقادیر نسبتاً بالایی از املاح کلسیم و منیزیم است. این املاح از عبور آب از لایه‌های سنگ آهک و گچ در سفره‌های زیرزمینی ناشی می‌شوند. اگرچه نوشیدن آن معمولاً برای سلامتی مضر نیست، اما می‌تواند در کتری [4] و لوله‌ها رسوب ایجاد کند و با صابون نیز کف نکند.
کل حجم آب روی زمین ثابت است و طبق چرخه آب در گردش است. بنابراین، آب به معنای واقعی «تمام» نمی‌شود. اما مشکل، کمبود آب شیرین سالم و در دسترس در مکان و زمان مورد نیاز است. تغییر اقلیم، آلودگی و مصرف ناپایدار می‌توانند دسترسی به آب سالم را برای میلیاردها نفر در سراسر جهان با مشکل مواجه کنند.
پاورقی
[1]اسمز معکوس (Reverse Osmosis - RO): یک روش تصفیه آب که در آن با اعمال فشار، آب را از طریق یک غشای نیمه‌تراوا به جریان می‌اندازند تا نمک‌ها و ناخالصی‌ها حذف شوند.
[2]Ecosystem (اکوسیستم): یک community[5] زیستی از موجودات زنده به همراه محیط فیزیکی اطرافشان که با هم در تعامل هستند.
[3]Runoff (رواناب): آبی که در اثر بارش بر روی سطح زمین جاری می‌شود و به جای نفوذ به داخل خاک، به سمت مناطق پست‌تر حرکت می‌کند.
[4]Kettle (کتری): یک وسیله خانگی برای جوشاندن آب.
[5]Community (اجتماع): در ecology[6]، به گروهی از جمعیت‌های مختلف از گونه‌های مختلف که در یک مکان جغرافیایی خاص زندگی می‌کنند، گفته می‌شود.
[6]Ecology (بوم‌شناسی): شاخه‌ای از biology[7] که به مطالعه روابط بین موجودات زنده و محیط فیزیکی آن‌ها می‌پردازد.
[7]Biology (زیست‌شناسی): علم مطالعه حیات و موجودات زنده.