درسنامه آموزشی زمین شناسی کلاس یازدهم رشته ریاضی و تجربی با پاسخ فصل 3: منابع آب و خاک
فضانوردان، زمین را یک سیاره آبی و بسیار زیبا توصیف کردهاند. آب با حالتهای جامد، مایع و گاز، باعث تغییرات وسیعی در لایۀ سطحی و پیرامون کرۀ زمین میشود. آب، نماد زندگی است و در سفری پایانناپذیر بین سنگ کره و هوا کره، سبب تغییر پوسته زمین، فرسایش، تغییرات اقلیمی و... میشود.
آیا میتوان بدون آب به زندگی ادامه داد؟ سطح زمین بدون آب، چه منظرهای خواهد داشت؟ در آینده نزدیک، با افزایش روز افزون جمعیت و توسعه کشاورزی و صنعت، گرم شدن کره زمین و... بشر با چه چالشهایی برای تأمین آب شیرین روبهرو خواهد شد؟
آیا میتوان بدون خاک به زندگی ادامه داد؟ خاک، چه نقشی در زندگی گیاهان و جانوران دارد؟ آیا میدانید خاک، چگونه و از چه موادی تشکیل میشود؟
زندگی انسان و سایر جانداران، بدون آب امکانپذیر نیست. آب موردنیاز، از منابع آبهای سطحی و زیرزمینی تأمین میشود. بارشهای جوی در تأمین این منابع، نقش اساسی دارند. بخشی از بارشها در یک حوضه آبریز، قبل از رسیدن به سطح زمین، توسط شاخ و برگ گیاهان گرفته میشود و برگاب را به وجود م آورد (شکل 1-3-الف) که مقداری از آن بهصورت تبخیر، مجدداً به هوا کره بر میگردد. بخشی دیگر که به سطح زمین میرسد، یا تبخیر میشود، یا بهصورت رواناب، به سوی مناطق پستتر حوضه آبریز جریان مییابد. بخشی از رواناب به داخل زمین، نفوذ و منابع آب زیرزمینی را تغذیه میکند. بخش عمده آب زیرزمینی، سرانجام از طریق چشمه، چاه یا قنات، مجدد به سطح زمین راه مییابد (شکل 1-3-ب).
با هم بیندیشید (صفحه 42 کتاب درسی)
چه عواملی بر مقدار برگاب و رواناب مؤثرند؟
میزان پوشش گیاهی و میزان بارش رابطهٔ مستقیمی با برگاب دارند.
میزان بارندگی، شیب زمین، تراکم خاک، وسعت شهرسازی و پوشش گیاهی رابطهی مستقیم با رواناب و میزان پوشش گیاهی و نفوذپذیری خاک نیز رابطه عکس با رواناب دارند.
تبخیر در چه بخشهایی از چرخۀ آب صورت میگیرد؟
1- تبخیر در مرحلهی برگاب 2- تبخیر در مرحلهی رواناب 3- تبخیر از سطح چشمه، رودها، اقیانوسها و دریاها
مقدار تبخیر در جاهای مختلف با هم اختلاف زیادی دارد ولی اساساً تبخیر در دریاها و اقیانوسها موجب تشکیل ابرها و بارش در خشکیها میشود.
آب جاری
آب جاری، با آنکه در مقایسه با حجم کل آب کره، بسیار ناچیز است اما، در تغییرات سطح زمین و تشکیل منابع آب جهت مصارف گوناگونی همچون آب آشامیدنی، کشاورزی، صنعت، تولید برق و ... اهمیت زیادی دارد.
جمعآوری اطلاعات (صفحه 43 کتاب درسی)
شکل زیر، شش حوضۀ آبریز اصلی ایران را نشان میدهد. با جستجو در منابع معتبر، یک یا دو رودخانه اصلی در هر حوضه را مشخص کنید.
حوضه آبریز دریای مازندران: ارس، اترک، سفید رود، چالوس، گرگان
حوضه آبریز دریاچه ارومیه: آجی چای، زرینه رود، سیمینه رود
حوضه آبریز سرخس: رود تجن، کشف رود، هریرود
حوضه آبریز هامون: هیرمند، کال شور قائن
حوضه آبریز فلات مرکزی: زاینده رود، رود کُر
حوضه آبریز خلیج فارس و دریای عمان: کرخه، کارون، مند، میناب، رود نهنگ، دز
آبدهی:
سرعت حرکت آب در نقاط مختلف یک رود، متغیر است. اندازهگیری سرعت آب و آبدهی رود، بهصورت روزانه و یا در دورههای زمانی طولانیتر و به روشهای مختلف انجام میشود. با تعیین سرعت آب در یک رود یا آبراهه و اندازهگیری سطح مقطع آن، میتوان مقدارآبدهی (دبی) را با استفاده از رابطه زیر محاسبه کرد. (شکل 2-3)
Q=A×VQ=A×V
QQ: دبی برحسب متر مکعب بر ثانیه
AA: مساحت سطح مقطع جریان آب بر حسب متر مربع
VV: سرعت جریان آب برحسب متر بر ثانیه
به بیان دیگر آبدهی (دبی) عبارت است از، حجم آبی که در واحد زمان (ثانیه) از مقطع عرضی رودخانه عبور میکند.
پیوند با ریاضی (صفحه 43 کتاب درسی)
آب در رودی با سطح مقطع 100 مترمربع و با سرعت متوسط 2 متر بر ثانیه در جریان است. آبدهی رود را محاسبه کنید.
در یک ثانیه 2 متر مکعب آب عبور میکند، در یک دقیقه 120 متر مکعب و در یک ساعت 7200 متر مکعب و در یک شبانه روز 172800 متر مکعب آب عبور میکند.
اگر این رود به یک تالاب منتهی شود، در طی یک هفته، چند متر مکعب آب را وارد تالاب میکند؟
172800 ضرب در 7 میشود 1209600 متر مکعب در یک هفته.
آبدهی رود، در بهار، به علت ذوب برفها و افزایش بارندگی، افزایش مییابد. در ادامه در طول تابستان، معمولاً آبدهی رود کاهش مییابد. در مناطق مرطوب، که مقدار بارندگی زیاد و تبخیر، کم است، رودها از نوع دائمی هستند. در این رودها، بخشی از آب که همیشه جریان دارد، آبدهی پایه را تشکیل میدهد. آب این رودها، در زمانی که بارندگی نیست، از ذوب برف و یخ نواحی مرتفع و یا از ورود آبهای زیرزمینی به داخل آنها تأمین میشود. در مناطق گرم و خشک که مقدار بارندگی کم و تبخیر زیاد است، بیشتر رودها، موقتی و فصلی هستند.
فکر کنید (صفحه 44 کتاب درسی)
1- مقدار رسوبگذاری و فرسایش را در نقاط AA و A′A′ مقایسه کنید.
در A به دلیل سرعت کمتر آب نسبت به قسمت ′A رسوب گذاری انجام میشود.
در ′A به دلیل سرعت بیشتر آب نسبت به قسمت A عمل فرسایش انجام میشود.
2- هر یک از نیمرخهای الف و ب و پ مربوط به کدام مقطع رود میباشد؟
نیم رخ الف مربوط به مقطع CC′CC′
نیم رخ ب مربوط به مقطع BB′BB′
نیم رخ پ مربوط به مقطع AA′AA′
آب زیرزمینی
انسانهای نخستین، از آب زیرزمینی برای آشامیدن و پختن غذا استفاده میکردند. به تدریج، با گذشت زمان از این آب، برای کشاورزی و گردش آسیابها نیز بهره میبردند. مردم ایران زمین، از قدیم، آبهای زیرزمینی را با احداث قنات به سطح زمین میآوردند و به روستاها و شهرهای خود میرساندند. آب زیرزمینی، آبی است که در منافذ و فضاهای خالی لایههای نزدیک به سطح زمین جمع میشود و از طریق چاه، چشمه و قنات، قابل بهرهبرداری میگردد.
جمعآوری اطلاعات (صفحه 44 کتاب درسی)
قدیمیترین قنات جهان، در کدام استان کشور قرار دارد و نام آن چیست؟ قنات قصبه در شهرستان گناباد استان خراسان رضوی
حدود 40000 رشته قنات در کشور ما وجود دارد. بیشترین تعداد قنات، در کدام یک از شش حوضه آبریز اصلی ایران حفر شدهاند؟ دلیل آن چیست؟ بیشتر در حوضه آبریز داخلی (فلات مرکزی) به دلیل بارش کم و کمبود آب در این منطقه
آب زیرزمینی قابل بهرهبرداری، گرچه فقط حجم کمی از آب کره را تشکیل میدهد، ولی همین مقدار، بزرگترین ذخیره آب شیرینِ قابل بهرهبرداری در خشکیها است.
سطح ایستابی:
در هنگام نفوذ آب به داخل زمین، بخشی از آب نفوذی به سطح ذرات خاک یا سنگ میچسبد، به طوری که منافذ و فضاهای خالی، توسط آب و هوا پر میشود و منطقۀ تهویه شکل میگیرد. بخشی از آب نفوذی، به طرف عمق بیشتر حرکت میکند تا به سنگ بستر برسد، و منطقۀ اشباع را ایجاد میکند. تمام فضاهای خالی منطقه اشباع، توسط آب پرشده است. سطح بالایی این منطقه، سطح ایستابی است. (شکل 3-3)
پیوند با فیزیک (صفحه 45 کتاب درسی)
- چه نیرویی باعث تشکیل حاشیۀ مویینه میشود؟ به علت جاذبه مولکولی بین آب و سنگ و هم چنین جاذبه بین خود ذرات
- اندازۀ ذرات خاک، چه تأثیری بر ضخامت حاشیه مویینه دارد؟ هر چه رسوبات دانه ریزتر باشند حاشیهی مویینه بیشتر میشود. ضخامت منطقه مویینه بین چند سانتی متر تا 2 الی 3 متر است.
- هنگامی که عمق سطح ایستابی کم باشد به طوری که حاشیه مویینه، به سطح زمین برسد، چه اتفاقی میافتد و چه مشکلاتی ایجاد میکند؟ در مناطق خشک و کویری آبهای شور موجود در حاشیه مویینه به سطح زمین رسیده و بر اثر تبخیر، در سطح زمین لایههای نمکی رسوب میکند و شوره زارها را پدید میآورد.
عمق سطح ایستابی در مناطق مختلف، متفاوت است. در بعضی مناطق ممکن است تا صدها متر برسد. سطح ایستابی، تقریباً از توپوگرافی (عارضه نگاری) سطح زمین تبعیت میکند. هنگامی که سطح ایستابی با سطح زمین برخورد کند، آب زیرزمینی بهصورت چشمه و گاهی بهصورت برکه در سطح زمین ظاهر میشود و در صورتی که سطح ایستابی بر سطح زمین منطبق شود یا در نزدیک آن قرار گیرد، باتلاق یا شورهزار تشکیل میشود (شکل 4-3).
یادآوری (صفحه 46 کتاب درسی)
- در سالهای گذشته در مورد عمق سطح ایستابی خوانده بودید. چه عواملی بر تغییرات سطح ایستابی مؤثر است؟
1- میزان بارش سالانه و فصلی: با افزایش بارش میزان عمق سطح ایستابی کاهش مییابد و با کاهش بارندگی سالانه میزان عمق سطح ایستابی افزایش مییابد.
2- میزان نفوذ آب به داخل زمین (تغذیه): هر چقدر آب بیشتری به داخل زمین نفوذ کند میزان عمق سطح ایستابی کمتر میشود و بالعکس.
3- تغییرات میزان بهرهبرداری: با افزایش میزان بهرهبرداری از آبهای زیرزمینی سطح ایستابی پایینتر میرود و در نهایت آب شور میشود.
- در مورد عوامل مؤثر بر تغییرات عمق سطح ایستابی در استان محل زندگی خود مطالبی تهیه کرده و در کلاس ارائه دهید.
تخلخل و نفوذپذیری:
برای تشکیل آبخوان، لازم است رسوبات و سنگها، دارای فضاهای خالی باشند. این فضاهای خالی یا منافذ اولیه هستند که از ابتدای تشکیل در آنها وجود داشتهاند، یا پس از تشکیل سنگ بهصورت ثانویه بر اثر شکستگی، هوازدگی، انحلال یا عوامل دیگر در آن به وجود آمدهاند. درصد فضاهای خالی (تخلخل) رسوب یا سنگ، طبق رابطۀ زیر، محاسبه میشود.
پیوند با ریاضی (صفحه 46 کتاب درسی)
- بر اثر بهرهبرداری از یک آبخوان در یک دشت به مساحت 200×106200×106 متر مربع و تخلخل 30 درصد، سطح ایستابی 10 متر افت کرده است. چه حجمی از آب تخلیه شده است؟
حجم آبخوان V=200×106×10=2×109m3V=200×106×10=2×109m3
حجم فضای خالی (تخلیه شده)30=x2×109×100x=60×107m2
- چنانچه این حجم آب در طی 30 روز پمپاژ شده باشد، میانگین آبدهی چاهها چقدر بوده است؟
(60×107)÷(30×24×3600)=231/48m3S
هر چه درصد تخلخل خاک یا سنگ بیشتر باشد، آب بیشتری را میتواند در خود نگه دارد. اما لزوماً باعث عبور آب نمیشود. مثلاً سنگ پا، بسیار متخلخل است اما، آب از آن عبور نمیکند. رسها بسیار متخلخلاند، ولی به علت ریز بودن ذرات، نفوذپذیری بسیار اندکی دارند. میزان نفوذپذیری خاک به میزان ارتباط و اندازۀ منافذ بستگی دارد. برخی خاکها، دارای تخلخل زیاد و نفوذپذیری کم هستند و عبور آب از درون آنها، به دشواری صورت میگیرد. درصد تخلخل آبخوان، بیانگر مقدار آبی است که میتواند در آن ذخیره شود و نفوذپذیری، نشانگر توانایی آبخوان در انتقال و هدایت آب میباشد.
یادآوری (صفحه 47 کتاب درسی)
- در سالهای گذشته، با آبخوان و انواع آن آشنا شدید. در اینباره به پرسشهای زیر پاسخ دهید:
1- آبخوان چیست؟ به لایه یا لایههایی که آب میتواند در داخل آنها به راحتی حرکت کند، آبخوان میگویند.
2- در شکل زیر، نوع آبخوانهای الف و ب را مشخص کنید. الف) آبخوان آزاد ب) آبخوان تخت فشار
3- چاههای شمارۀ 1 و 2 چه تفاوتی با یکدیگر دارند؟
چاه 2 سطح پیزومتریک بالای سطح زمین قرار دارد و آرتزین است یعنی آب خود به خود فوران دارد، زیرا چاه به لایه تحت فشار وصل شده است ولی چاه 1 سطح ایستایی دارد، چاه به آب خوان آزاد متصل شده است و این آبخوان تحت فشار نیست. در این چاه سطح پیزومتریک پایینتر از سطح زمین است و آب خود به خود بالا نمیآید.
4- کدام چاه از نوع آرتزین است؟ چاه شماره 2
آبخوان:
سنگها و رسوبات مختلف از نظر تشکیل آبخوان و میزان آبدهی، ویژگیهای متفاوتی دارند. آبرفتها و سنگهای آهکی حفرهدار (آهک کارستی) قابلیت تشکیل آبخوان را دارند ولی، شیلها، سنگهای دگرگونی و آذرین، آبخوان خوبی تشکیل نمیدهند به طوری که، معمولاً یا چشمهای در آنها به وجود نمیآید یا در صورت تشکیل، چشمههایی با آبدهی بسیار کم و فصلی دارند. در حالی که در سنگهای آهکی حفرهدار، معمولاً چشمههای پر آب و دائمی ایجاد میشود (شکل 6-3). افزون بر آن، عواملی مانند شرایط آب و هوایی، میزان نفوذپذیری، تخلخل، شیب زمین و ساختمان زمینشناسی محل بر نوع آبخوان تأثیر دارد. اگر چاهی در یک لایه آبدار آزاد حفر شود، تراز آب در چاه، نمایانگر سطح ایستابی و در لایه آبدار تحت فشار، سطح پیزومتریک است.
حرکت آب زیرزمینی:
آب برای حرکت در داخل زمین، نیاز به انرژی دارد. آب زیرزمینی بهطور کلی، از مکانی با انرژی بیشتر (سطح ایستابی بالاتر) به مکانی با انرژی کمتر در مسیری منحنی شکل حرکت میکند. این حرکت خیلی کندتر از حرکت آب در رودخانه است. حرکت آب در داخل آبخوان، از کمتر از یک متر تا صدها متر در روز تغییر میکند.
ترکیب آب زیرزمینی:
ترکیب آب زیرزمینی از محلی به محل دیگر تغییر میکند. آب زیرزمینی، بهطور عمده، حاوی کلریدها، سولفاتها و بی کربناتهای کلسیم، منیزیم، سدیم، پتاسیم و آهن است. بسیاری از عناصر و مواد دیگر نیز به مقدار بسیار کم در آب زیرزمینی وجود دارد. غلظت نمکهای حل شده در آب زیرزمینی به جنس کانیها و سنگها، سرعت نفوذ آب، دما و مسافت طی شده توسط آب بستگی دارد. آب، ضمن حرکت آهسته در زیرِ زمین، فرصت زیادی برای انحلال کانیهای مسیر خود دارد.
مقدار نمکهای محلول در آب زیرزمینی موجود در سنگهای آذرین و دگرگونی، بهطور معمول کم و برای آشامیدن مطلوب است. سنگهای تبخیری مانند سنگ نمک و سنگ گچ، انحلالپذیری زیادی دارند و از این رو، آب این گونه آبخوانها، عموماً دارای املاح فراوان هستند. آب موجود در سنگهای کربناتی، معمولاً از نوع آبهای سخت است، یعنی درصد یونهای کلسیم و منیزیم بیشتری دارد. این گونه آبها، به خوبی با صابون کف نمیکنند و رسوباتی را در لولهها و ظرفها تهنشین میکنند، به همین جهت، استفاده از آنها در صنعت و آشامیدن دارای محدودیتهایی است.
لایههای آبدار موجود در رسوبات رودخانهای و آبرفتی بهطور معمول، حاوی آب شیرین هستند. در نواحی خشک، مانند مناطق کویری ایران، در برخی نقاط، شوری آب چنان زیاد است که برای بسیاری از موارد، نامناسب است.
گفتوگو کنید (صفحه 48 کتاب درسی)
در مناطق خشک، هر چقدر بهرهبرداری از آبهای زیرزمینی بیشتر باشد، کیفیت آب، نامطلوبتر است. دلیل آن را توضیح دهید.
در سفرههای آب زیر زمینی همیشه آب شور به دلیل سنگینتر بودن در زیر منابع آب شیرین قرار دارند. با افزایش بهرهبرداری بیرویه از آبهای زیرزمینی، منابع آب شیرین تمام شده و آب شورتر و شورتر میشود.
در شهرهایی که نزدیک سواحل دریاها قرار دارند با پایین آمدن سطح ایستابی، چه مشکلاتی را ایجاد میکند؟
آب دریا که دارای املاح بیشتری است وارد آبهای زیر زمینی میشود.
پیوند با شیمی ( صفحه 48 کتاب درسی)
- سختی آب، به علت نمکهای محلول در آن است. یونهای کلسیم و منیزیم، به عنوان فراوانترین یونهای موجود در آب، ملاک تعیین سختی آب هستند.
TH=2/5Ca2++4/1Mg2+
TH: سختی کل (میلی گرم در لیتر)
- نمونۀ آبی دارای 50 میلی گرم در لیتر، یون کلسیم و 35 میلی گرم در لیتر، یون منیزیم است. سختی کل آب چقدر است؟ تحقیق کنید که آیا این آب برای شرب مناسب است؟
با توجه به عدد به دست آمده و جدول میزان سختی آب، این آب برای شرب اصلاً مناسب نیست.
TH=(2/5×50)+(4/1×35)TH=125+143/5⇒268/5
فکر کنید (صفحه 48 کتاب درسی)
مقدار املاح موجود در آب دو چاه 1 و 2، در شکل زیر را با هم مقایسه کنید.
چاه شماره 2 به دلیل نزدیک بودن به نواحی کوهستانی و منطقه تغذیه مقدار املاح معدنی کمتری دارد و شیرینتر است ولی چاه شماره 1 به دلیل دور بودن از منطقه تغذیه و حرکت آب در مسیر طولانی و ترکیب شدن املاح معدنی در طول مسیر، مقدار املاح معدنی آن بیشتر است.
تجدیدپذیری آب:
در مدیریت منابع آب، ذخایر آب به دو دسته تجدیدپذیر و تجدیدناپذیر تقسیم میشوند. آب تجدیدپذیر، آبی است که در مقیاس زمانی معین، پس از مصرف انسان، از طریق چرخۀ آب، جایگزین میشود. بخشی از ذخایر آب که پس از مصرف، جایگزین نمیشود، آب تجدیدناپذیر است. برای جلوگیری از ایجاد بحران آب، باید میزان بهرهبرداری از منابع آب، کمتر از میزان تغذیه آن منابع باشد. عدم رعایت این مورد، در طی سالهای گذشته، منجر به کاهش شدید ذخایر آب زیرزمینی کشور ما شده است. بنابراین توجه به میزان مصرف منابع آبی کشور، بسیار مهم و حیاتی است. امروزه در برخی از کشورهای کم آب، بهرهبرداری از آبهای فسیلی مطرح شده است.
آبهای فسیلی:
به آبهایی گفته میشود که در طی چند هزار سال گذشته در اعماق زیاد محبوس شدهاند و در چرخۀ آب قرار ندارند.
تفسیر کنید (صفحه 49 کتاب درسی)
نمودار زیر، تغییرات سرانه آب تجدیدپذیر و جمعیت کشور در صد سال اخیر را نشان میدهد. نمودار را تفسیر کنید. سرانه مصرف آب ارتباط مستقیم با افزایش جمعیت در کشور دارد، در طی سالهای گذشته جمعیت بسیار افزایش داشته است و سرانه آب تجدیدپذیر نیز به شدت کاهش یافته است.
بیلان (ترازنامه) آب:
محاسبۀ بیلان آب یک لایۀ آبدار، از بسیاری جهات، مشابه بررسی بیلان هزینه یک خانواده یا هر واحد اقتصادی است که کمک میکند تا میزان درآمد و هزینهها با هم مقایسه شوند. در مدیریت و بهرهبرداری از منابع آب نیز، برای آنکه نوسانات حجم ذخیره منابع آب یک منطقه تعیین شود، بیلان آب محاسبه میشود.
توازن آب بر اساس اصل بقای جرم است. بین مقدار آب ورودی (I) به آبخوان و آب خروجی از آن (O) و تغییراتی که در حجم ذخیره آب به وقوع میپیوندد (ΔS)، رابطه زیر برقرار است:
ΔS=I−O
به عبارتی، تغییراتی که در حجم آب داخل آبخوان اتفاق میافتد، با اختلاف آب ورودی و خروجی از آن برابر است. اگر مقدار آب ورودی به آبخوان، بیشتر از مقدار آب خروجی باشد، بیلان، مثبت و اگر کمتر از آن باشد، بیلان، منفی است.
در طی سالهای گذشته به علت بهرهبرداری زیاد از منابع آبی، بیلان منابع آب در کل کشور و در بیش از 609 دشت کشور، منفی بوده است. بر این اساس، بسیاری از دشتهای کشور از نظر توسعۀ بهرهبرداری آبهای زیرزمینی، به عنوان دشت ممنوعه اعلام شده است.
جمعآوری اطلاعات (صفحه 50 کتاب درسی)
در منابع معتبر جستجو کنید و به پرسش های زیر پاسخ دهید:
- پرمصرفترین و کم مصرفترین استان کشور از نظر مصرف آب تجدیدناپذیر، کدام استانها هستند؟ استانهای تهران و خوزستان
- آیا محل سکونت شما در محدودۀ دشتهای ممنوعه واقع شده است؟
منظور از دشتهای ممنوعه، دشتهایی است که اجازهی حفر چاه و برداشت آب از آن وجود ندارد، زیرا در اثر بهرهبرداری بسیار زیاد از این مناطق سطح آب زیرزمینی به شدت افت کرده است که در ایران رو به گسترش است. رنگ قرمز در تصویر زیر نشان گر این مناطق است که استانهایی مانند مازندران، تهران، قم، مرکزی، همدان، خراسان شمالی، فارس و... را بهصورت تقریباً کامل در بر میگیرد.
گفتوگو کنید (صفحه 50 کتاب درسی)
1- شکلهای زیر، گسترش مخروط افت چاه در اثر بهرهبرداری و تلاقی آن با یک لایه نفوذناپذیر و یک رود را نشان میدهد. در مورد تأثیر آنها بر روی شکل مخروط افت و میزان آب ورودی به چاه گفتوگو کنید.
اگر در این چاه آب را به شدت پمپاژ شود موجب جریان انحنایی آب های زیرزمینی از اطراف بهطرف چاه میشود و باعث میشود آب رودخانه هم از طریق جریان انحنایی به طرف چاه شده و آب رود را کم میکند واگر پمپاژ آب در چاه ادامه یابد به دلیل برخورد چاه به یک لایه نفوذ ناپذیر کم کم سطح ایستابی آب خوان پایین رفته و میزان آب چاه کاهش مییابد تا جایی که چاه خشک میشود.
2- اگر مخروط افت چاه با یک منبع آلاینده مانند یک چاه فاضلاب برخورد کند، چه اتفاقی میافتد؟
در اثر جریان انحنایی آب که از چاه فاضلاب به طرف رأس مخروط افت چاه انجام میشود فاضلاب وارد چاه شده و موجب آلودگی آب چاه و آبخوان میشود.
فرونشست زمین:
یکی از پیامدهای برداشت بیرویۀ آب زیرزمینی، فرونشست زمین است. این وضعیت در بسیاری از دشتهای کشور ما که با بیلان منفی آب زیرزمینی روبهرو هستند، مشاهده میشود.
فرونشست زمین یا بهصورت سریع، به شکل فروچاله ایجاد میشود (شکل 7-3- الف) و یا آرام و نامحسوس بهصورت نشست سطح وسیعی از منطقه و ایجاد ترک و شکاف در سطح زمین نمایان میشود (شکل 7-3- ب). فرونشست زمین میتواند خسارتهای فراوان به زیربناها و انواع سازهها و زمینهای کشاورزی وارد کند. برای کاهش میزان فرونشست زمین، باید بهرهبرداری از منابع آب زیرزمینی کاهش یابد و با تغذیۀ مصنوعی آبخوانها تقویت شوند.
فکر کنید (صفحه 51 کتاب درسی)
- فرونشست دشتها، چه پدیدههای مخربی را میتواند به همراه داشته باشد؟
تخریب اراضی کشاورزی، تخریب سازههایی مانند پل، ساختمان و راهها، تاثیر بر روی الگوی جریانهای زیرزمینی، کاهش کیفیت آبهای زیرزمینی و افزایش نمک این آبها، کاهش ظرفیت مخازن آبخوانها، خراب شدن ساختمان چاهها و پمپهای نواحی مستعد فرونشست، ناتوانی چاه آبدهی و ایجاد پدیده لولهزایی (پدیدهای است که در آن به دلیل نشست زمین قسمتی از لوله چاه به خارج از سطح زمین رانده میشود.)
- تغذیه مصنوعی چیست و چگونه انجام میشود؟
مجموعه عملیاتی که در جهت افزایش آب ورودی (جریان ورودی) به آبخوان (سطح آب زیرزمینی) انجام میشود، تغذیه میگویند. در بیلان (Artificial Recharge) مصنوعی آبهای زیرزمینی عمل تغذیه بهصورت طبیعی انجام میشود، لیکن در شرایطی نیاز به تغذیه بیشتر سفره میباشد و این عمل با کمک در تغذیه بیشتر از طرق خاص صورت میپذیرد.
روشهای تغذیه مصنوعی
1- روشهای افزایش تراوش: در این روش با انجام عملیاتی که بر روی ناهمواری سطح زمین، شیب، پوشش گیاهی و ... انجام میگردد میزان تراوش آب به زمین افزایش داده میشود.
2- روشهای پخش سطحی: در این روش آب به سمت حوضچهها یا استخرهای ساخته شده منحرف میشود تا از کف نفوذپذیر آنها به داخل زمین تراوش کند.
3- تغذیه مصنوعی به وسیله چاهها: در این روش آب از طریق چاههای آب کشی معمولی یا چاههای تغذیهای که به همین منظور حفر میشود، وارد زمین میگردد و باعث بالا آمدن سطح ایستابی میشود.
4- تغذیه مصنوعی به وسیله قناتها: تغذیه مصنوعی به روش تزریق کردن آب در مجاری قناتهای خشک شده انجام میگیرد.
5- تغذیه و اداری: تأسیسات استخراج آب زیرزمینی بهصورت یک گالری یا رشتهای از چاههای کم عمق در فاصله نسبتاً نزدیکی از یک رودخانه یا دریاچه و به موازات آن قرار داده میشود و با استخراج آب از این تأسیسات، سطح ایستابی پایین میرود و در نتیجه موجب واداشتن حرکت آب به طرف سفره آب زیرزمینی میشود.
آلودگی منابع آب زیرزمینی:
کیفیت آب زیرزمینی، بستگی به مقدار املاح موجود در آن دارد. افزون بر املاح آب، برخی آلودگیها توسط انسان به آن وارد میشود. منابع آلاینده آب زیرزمینی، بهصورت نقطهای و یا غیرنقطهای هستند. در حالت نقطهای، مواد آلودهکننده از یک نقطه مشخص، مانند یک چاه فاضلاب (چاه جذبی)، بهطور مستقیم وارد آب زیرزمینی میشوند. در حالت غیر نقطهای، مواد آلودهکننده به وسیله روانابهای آلوده از سطح مراتع، و یا زمینهای کشاورزی به زمین نفوذ کرده و وارد آب زیرزمینی میشوند.
حریم منابع آب:
کیفیت منابع آب زیرزمینی به وسیله کودهای کشاورزی، فاضلابهای صنعتی و شهری و همچنین کمیّت آنها از طریق بهرهبرداری زیاد، در معرض تهدید است. بنابراین حفاظت از این منابع، دارای اهمیت زیادی است. یکی از روش های حفاظت از منابع آب زیرزمینی، تعیین حریم برای آنها است. بر این اساس، حریم کمّی و کیفی تعریف میشود. حریم کمّی، بر اساس شعاع تأثیر دو چاه در نظر گرفته میشود که حدود 500 متر است. حریم کیفی چاههای تأمینکننده آب شرب، بهصورت پهنههای حفاظتی تعریف میشود. منظور از پهنههای حفاظتی، محدودهای در اطراف چاه است که آلاینده قبل از رسیدن به چاه از بین میرود. پهنههای حفاظتی، معمولاً شامل سه بخش داخلی، میانی و بیرونی است (شکل 8-3)
جدول زیر را کامل کنید.
ردیف | حریم | فعالیتهای ممنوع |
---|---|---|
1 | بیرونی | |
2 | میانی | |
3 | داخلی |
منابع خاک
در کتابهای درسی علوم تجربی آموختید که خاک، حاصل هوازدگی و خرد شدن سنگها است (شکل 9-3). خاک، محیط مناسبی برای کشت گیاهان و محلی برای زندگی برخی موجودات زنده است. خاک به عنوان سطحیترین قشر زمین و بستر تولید محصول کشاورزی شناخته میشود که بهطور دائمی در معرض تغییرات فیزیکی، شیمیایی و زیستی است.
یادآوری (صفحه 52 کتاب درسی)
در گذشته، با هوازدگی و انواع آن آشنا شدید. در این باره به پرسشهای زیر پاسخ دهید:
1- جنبههای مثبت و منفی هوازدگی را بیان کنید.
جنبه مثبت هوازدگی: ایجاد خاک - ایجاد کان سارهایی که از طریق هوازدگی ایجاد میشوند مانند بوکسیت.
جنبه منفی: تأثیر مخرب بر نمای ساختمانها و آثار باستانی
2- عوامل مؤثر بر هوازدگی فیزیکی و شیمیایی کداماند؟
عوامل موثر بر هوازدگی فیزیکی: آب، باد، گیاهان، جانوران، کاهش بار لایههای فوقانی، تفاوت دما
عوامل موثر بر هوازدگی شیمیایی: آب، کربن دی اکسید، رطوبت
3- هر یک از تصاویر زیر، کدام نوع هوازدگی را نشان میدهد؟
الف) هوازدگی فیزیکی
ب) هوازدگی شیمیایی با باران اسیدی
پ) هوازدگی زیستی با حیوانات
خاک و فرسایش
خاک، از دو بخش آلی (هوموس) و معدنی تشکیل شده است. بخش معدنی، شامل برخی کانیها مانند کانیهای رسی و کوارتز که حاوی عناصری از قبیل نیتروژن، فسفر، کلسیم و... میباشد، البته عوامل تشکیل و ترکیب خاکها، متغیر است و به عواملی مانند نوع سنگ مادر، شیب زمین، فعالیت جانداران و اقلیم منطقه بستگی دارد.
ذرات تشکیلدهنده خاک، بر حسب اندازه، به سه دسته اصلی درشت دانه (خاکهای شنی)، متوسط دانه (ماسه و لای) و ریزدانه (خاکهای رسی) تقسیم میشوند. معمولاً خاکهای طبیعی، ترکیبی از آنها است.
مقدار آبی که خاکها میتوانند از خود عبور دهند، بستگی به اندازه ذرات خاک دارد. هر چه ذرات خاک، ریزتر باشد، آب بیشتری را در خود نگه میدارد و مقدار کمتری را عبور میدهد. خاک رس، بسیار ریزدانه است، بنابراین فضای بین ذرات آن بسیار کوچک است به طوری که گردش آب و هوا به خوبی صورت نمیگیرد و برای رشد گیاهان مناسب نیست. در خاکهای شنی، آب به راحتی از میان ذرات عبور میکند یعنی، زهکشی خوبی دارد، اما برای رشد گیاهان مناسب نمیباشد، چون آب و مواد مغذی را در خود نگه نمیدارد. مخلوط مناسب خاک ماسهای و رسی و استفاده از کود مناسب یا گیاخاک، ترکیب مناسبی است که موجب حاصلخیزی خاک میشود. بهطور کلی، خاک لوم که ترکیبی از ماسه، لای و رس است، خاک دلخواه کشاورزان و باغبانها میباشد.
نیم رخ خاک:
به مقطع عمودی خاک از سطح زمین تا سنگ بستر که افقهای مختلف خاک در آن قابل مشاهده میباشد، نیم رخ خاک میگویند. معمولاً در نیم رخ خاک، افقهای زیر وجود دارد (شکل 10-3).
افق A، بالاترین لایه خاک است. ریشۀ گیاهان در آن رشد میکنند. این افق، معمولاً حاوی گیاخاک (هوموس) به همراه ماسه و رس است. وجود مواد آلی باعث رنگ خاکستری تا سیاه این افق میشود. در افق B یا خاک میانی، رس، ماسه، شن، املاح شسته شده از افق A و مقدار کمی گیاخاک وجود دارد. افق C، خاک زیرین است و در آن، مواد سنگی به میزان کم، تخریب و تجزیه شدهاند، در نتیجه سنگ اولیه تغییر زیادی نکرده و بهصورت قطعات خرد شده است. در زیر این افق، سنگ بستر قرار دارد که تخریب و یا تجزیهای در آن صورت نگرفته است.
اگر چه این افقها در بسیاری از نیم رخ خاکها مشاهده میشود ولی، خاکهای مناطق مختلف از نظر رنگ، بافت، ضخامت و ترکیب شیمیایی متفاوت هستند. خاک حاصل از تخریب سیلیکاتها و سنگهای فسفاتی، از نظر کشاورزی و صنعتی ارزش زیادی دارد. در صورتی که خاکهای حاصل از تخریب سنگها دارای کانیهای مقاوم (مانند کوارتز) که غالباً شنی و ماسهای میباشند، فاقد ارزش کشاورزی هستند. در کشاورزی، خاکی را حاصلخیز میگویند که موجب رشد بیشتر گیاه شود مانند مناطق گرم و مرطوب که هوازدگی شیمیایی اهمیت بیشتری دارد.
فرایند تشکیل خاک، بسیار کُند است. در شرایط طبیعی، بهطور میانگین 300 سال زمان لازم است تا خاکی به ضخامت 25 میلیمتر تشکیل شود.
فکر کنید (صفحه 54 کتاب درسی)
دربارۀ خاک مناطق مختلف آب و هوایی، جدول زیر را با کلمات (کم، زیاد) کامل کنید.
خاک مناطق | مقدار گیاخاک | ضخامت خاک |
---|---|---|
معتدل | زیاد | زیاد |
استوایی | کم | زیاد |
قطبی | کم | کم |
بیابانی | کم | کم |
بیشترین محصولات کشاورزی از مناطق معتدل به دست میآید. علت این امر چیست؟
به علت بارندگی زیاد و خاک حاصلخیز این مناطق باعث میشود که محصولات کشاورزی از آب مناسب و خاک حاصلخیز و شرایط جوی مساعد بهره ببرند و به نحو احسن رشد کنند و به بار بنشینند.
فرسایش:
فرسایش، فرایندی مداوم است که طی آن، ذرات خاک از بستر اصلی خود جدا و به کمک عوامل انتقالدهنده به مکان دیگری حمل میشود. فعالیتهای انسانی آن را کاهش یا افزایش میدهد اما نمیتواند آن را کاملاً متوقف کند. مقدار فرسایشپذیری خاک، معمولاً در ایام مختلف سال، ثابت نیست.
فرسایش بهطور طبیعی و توسط عواملی مانند آبهای جاری، باد، یخچال، نیروی جاذبه و آبهای زیرزمینی و بدون دخالت انسان و به آرامی، یا با سرعت زیاد انجام میشود. فعالیتهای انسانی مانند کشاورزی، معدن کاری، جادهسازی و سایر فعالیتهای عمرانی، فرسایش طبیعی را تشدید میکنند. افزون بر انسان، سایر جانداران نیز، در افزایش این فرسایشها نقش دارند.
فکر کنید (صفحه 55 کتاب درسی)
در هر یک از تصاویر زیر، که نمونههایی از فرسایش زمین را نشان میدهد، کدام عامل فرسایشی، دخالت بیشتری دارد؟
|
|
باد | آب جاری |
گفتوگو کنید (صفحه 56 کتاب درسی)
دربارۀ نقش فعالیتهای انسان در افزایش و کاهش فرسایش خاک گفتوگو کنید.
اثرات منفی: زمینهای کشاورزی مفرط، آبیاری زمینهای زراعی و روشهای نادرست کشاورزی، چریدن بیش از حد دامها در مراتع، جنگلزدایی و..
اثرات مثبت: بیابانزدایی و کشت گیاهان در سراشیبیها مانع از فرسایش زیاد آنها میشود.
فرسایش آبی:
در نقاطی که آب بر روی خاک بدون پوشش گیاهی، در جریان باشد، مقداری از ذرّات خاک از بستر، جدا و با آب حمل میشوند. مهمترین ویژگی بارندگی که در فرسایش زمین مؤثر میباشد، شدت و مدت بارش است. هنگامی که جریان آب، شدت پیدا کند، باعث فرسایش خندقی و از بین رفتن زمینهای با ارزش کشاورزی میشود. پیدایش خندقها، علاوه بر آنکه از ارزش زمینهای کشاورزی میکاهد، باعث تخریب جادّهها، پلها و ساختمانها میشود. در اغلب شرایط میتوان با ساخت کانال و ایجاد پوشش گیاهی، انرژی جریان آب را کاهش داد (شکل 11-3).
فکر کنید (صفحه 56 کتاب درسی)
هر یک از پیامدهای زیر، مربوط به کدام نوع بارندگی (آرام و کوتاه - آرام و طولانی - شدید و کوتاه - شدید و طولانی) است؟
- نفوذ آب به آبخوان: آرام و کوتاه
- فرسایش خاک: شدید
- وقوع سیل: شدید
- ایجاد رواناب: آرام و طولانی
قدرت فرسایندگی رواناب، بستگی به سرعت و میزان مواد معلق موجود در رواناب دارد. هر چه سرعت رواناب، جرم و میزان مواد معلق بیشتر باشد، انرژی جنبشی آب، و در نتیجه، قدرت فرسایندگی آن بیشتر میشود. قدرت فرسایندگی آب خالص، کمتر از آب دارای مواد معلق است. وقتی میزان مواد معلق، بیشتر از توان حمل رواناب باشد و یا از سرعت آب جاری کاسته شود، رسوبگذاری رود شروع میگردد.
جمعآوری اطلاعات (صفحه 56 کتاب درسی)
در مورد فرسایش خاک و عوامل مؤثر بر آن، اطلاعاتی جمعآوری کنید و به پرسشهای زیر پاسخ دهید.
1- برای افزایش نفوذپذیری خاک، به منظور کاهش رواناب، چه اقدامی میتوان انجام داد؟ افزایش پوشش گیاهی در منطقه و جلوگیری از تخریب پوشش گیاهی در آن.
2- آتش زدن زمینهای کشاورزی، پس از برداشت محصول، چه تأثیری بر فرسایش خاک دارد؟ با کاهش نفوذپذیری خاک باعث افزایش فرسایش خاک میگردد. از سوی دیگر با از بین رفتن پوشش گیاهی فرسایش خاک افزایش مییابد.
فرسایش خاک، باعث کاهش سطح زیر کشت و کاهش حاصلخیزی زمینها میشود. همچنین با تهنشینی مواد در آبراههها و مخازن سدها و کاهش ظرفیت آبگیری آنها، خسارتهای فراوانی را ایجاد میکند.
حفاظت آب و خاک:
آب و خاک برای هر کشور، به عنوان سرمایههای ارزشمند، اهمیت فراوان دارد زیرا، آب و خاک از عوامل ضروری برای رشد گیاه و افزایش محصولات کشاورزی، باغی و جنگلی است. حفاظت از منابع آب به منظور استفادۀ بهینه از این منابع و رسیدن به توسعۀ پایدار است. حفاظت آب و خاک در جلوگیری از آلودگی هوا و فرسایش خاک، تأثیر فراوانی دارد. هدف از حفاظت خاک، جلوگیری از تخریب تدریجی خاک است. زمانی این هدف تحقق مییابد که سرعت فرسایش خاک، کمتر از سرعت تشکیل آن باشد.