درسنامه آموزشی علوم تجربی کلاس هفتم

آب‌های زیرزمینی در همه جای کرهٔ زمین وجود دارند و بعد از یخچال‌ها بزرگ‌ترین ذخیره آب شیرین زمین محسوب می‌شوند. این ذخایر آبی در مناطق کم آب مانند استان‌های مرکزی ایران اهمیت بیشتری دارند. بخش عمدهٔ آب مصرفی کشور ما از آب‌های زیرزمینی تأمین می‌شود. در این فصل با آب‌های زیرزمینی آشنا می‌شوید.

آب‌های زیرزمینی

آیا می‌دانید آب مصرفی خانوادهٔ شما از کجا تأمین می‌شود؟ آیا اهمیت آب‌های زیرزمینی را می‌دانید؟ در درس گذشته آموختید، وقتی بارش صورت می‌گیرد، بخشی از آن تبخیر می‌شود، مقداری در سطح زمین جریان می‌یابد و بقیه به داخل زمین نفوذ می‌کند. نفوذ آب به زمین، از بستر رودها، دریاچه‌ها و آب حاصل از ذوب برف‌ها و یخ‌ها، در تشکیل آب‌های زیرزمینی نقش دارند. بهره‌برداری از آب‌های زیرزمینی در کشور ما از قدیم رواج داشته است. حفر چاه و قنات از رایج‌ترین راه‌های دستیابی به منابع آب های زیرزمینی است.

خاک از ذره‌هایی با اندازه‌های متفاوت تشکیل شده است. اندازۀ ذره‌های خاک در ویژگی‌های آن تأثیر دارد؛ مثلاً میزان فضاهای خالی و چگونگی نفوذ آب در خاک به اندازۀ ذرات آن بستگی دارد. اگر مقدار ماسۀ خاک، نسبت به رس آن بیشتر باشد، آب را در خود نگه نمی‌دارد و آب با سرعت به لایه‌های زیرین می‌رود؛ اما اگر در خاک، مقدار رس بیشتر باشد، آب به راحتی به درون زمین نفوذ نمی‌کند. به نظر شما در خاک مناسب کشاورزی، مقدار رس و ماسه باید چگونه باشد؟

بعضی از مواد مانند شن و ماسه به راحتی آب را از خود عبور می‌دهند که به این قابلیت، نفوذپذیری می‌گویند در حالی که برخی مواد مانند رس، آب را به راحتی از خود عبور نمی‌دهند؛ یعنی این مواد نفوذپذیری خیلی کمی دارند.

آب‌های سطحی پس از نفوذ به درون زمین، فضاهای خالی بین ذره‌های تشکیل دهندهٔ رسوبات و سنگ‌ها را پر می‌کنند و ذخایر آب‌های زیرزمینی را به‌وجود می‌آورند. آب‌ها در زیرزمین حرکت می‌کنند. سرعت حرکت آنها از 0/5 متر تا 500 متر در سال متغیّر است. جهت حرکت آب از شیب سطح زمین پیروی می‌کند.سرعت حرکت آب‌های زیرزمینی در رسوبات دانه درشت، مانند آبرفت‌ها، زیاد و در رسوبات دانه ریز، مانند رس‌ها، بسیار ناچیز است. آب‌های زیرزمینی هنگام نفوذ در سنگ‌های آهکی، آنها را در خود حل و فضاهای خالی ایجاد می‌کنند. با ادامهٔ این فرایند فضاهای خالی بیشتر و بزرگ‌تر می‌شوند و غارهای آهکی به‌وجود می‌آیند.

میزان فضای خالی و نفوذپذیری در سنگ‌ها و رسوبات مختلف، متفاوت است؛ برای مثال در آبرفت‌ها، میزان فضاهای خالی و نفوذپذیری زیاد است. بنابراین برای تشکیل ذخیرۀ آب‌های زیرزمینی مناسب هستند؛ در حالی که رس‌ها، گرچه دارای فضای خالی‌اند؛ اما به دلیل دانه ریز بودن برای بهره‌برداری از آب‌های زیرزمینی مناسب نیستند.

بخشی از آب‌های سطحی که به درون زمین نفوذ می‌کنند، به حرکت خود تا رسیدن به یک لایۀ نفوذناپذیر ادامه می‌دهند و فضاهای خالی رسوبات و سنگ‌ها را پر می‌کنند. همان‌طور که در فعّالیت بالا دیدید، داخل ظرف شیشه‌ای دو منطقه وجود دارد: یکی منطقه‌ای که در آن فضاهای خالی بین ذره‌ها توسط رطوبت و هوا پر شده است و دیگری منطقۀ اشباع که زیر آن واقع شده و فضاهای خالی بین ذره‌ها در آن کاملاً توسط آب پر شده است. به سطح بالایی منطقۀ اشباع، سطح ایستابی گفته می‌شود (شکل سمت راست)؛ به عبارت دیگر سطح ایستابی مرز بین منطقۀ اشباع و منطقۀ بالایی آن است؛ هرچه عمق چاه، بیشتر باشد، عمق سطح ایستابی نیز زیادتر خواهد بود (شکل سمت چپ).

عمق چاه‌های آب در همه جا یکسان نیست. در منطقه‌های نزدیک دریا این عمق کم است و امکان دارد شما با چند متر حفر کردن چاه به سطح ایستایی برسید. اما در ناحیه‌های خشک داخلی کشور، این عمق زیاد است و امکان دارد بیش از 150 متر باشد.

سفره‌های آب زیرزمینی (آبخوان) به طور کلی به دو نوع تقسیم‌بندی می‌شوند:

1- سفره‌های آب زیرزمینی آزاد

در این نوع سفره‌ها یک لایهٔ نفوذپذیر روی یک لایهٔ نفوذ ناپذیر قرار دارد. این نوع آبخوان‌ها بیشتر در دشت‌ها و دامنهٔ کوه‌ها ایجاد می‌شوند. از آب موجود در این آبخوان‌ها با حفر چاه و قنات بهره‌برداری می‌کنند. در صورتی که اگر در منطقه‌های شیب‌دار آب‌های زیرزمینی به‌طور طبیعی به سطح زمین برسند و جاری شوند، چشمه به وجود می‌آید. اغلب چشمه‌های آب گرم در اطراف آتشفشان‌ها ایجاد می‌شوند.

2- سفره‌های آب زیرزمینی تحت فشار

این نوع سفرۀ آب زیرزمینی جایی تشکیل می‌شود که یک لایۀ نفوذپذیر بین دو لایۀ نفوذناپذیر قرار بگیرد. این سفره بیشتر در نواحی کوهستانی و شیب‌دار ایجاد می‌شود.

آب‌های زیرزمینی غالباً بی‌رنگ، بی‌بو و بدون مواد تیره‌کننده‌اند. از ویژگی‌های دیگر آنها ترکیب شیمیایی و دمای ثابت آنهاست. میزان آلودگی‌های میکروبی آنها نسبت به آب‌های سطحی کمتر و املاح معدنی محلول در آنها بیشتر است.

کلسیم و منیزیم از مهم‌ترین املاح موجود در آب‌های زیرزمینی‌اند. در صورتی که میزان این دو عنصر در آب زیاد باشد، به آن «آب‌سخت» گفته می‌شود. اگر املاح آب از حدّ معمول بیشتر باشد، برای سلامتی ما نیز مضر است.

قنات (کاریز)

در جهان، ایرانیان نخستین کسانی بودند که برای بهره‌برداری از آب‌های زیرزمینی قنات حفر کردند. آنها با حفر قنات در زمین‌های شیب‌دار از آب‌های زیرزمینی استفاده می‌کردند.

چرخۀ آب

در سفر آب روی زمین و درون زمین دریافتید که آب دائماً در حال گردش است و پیوسته بین اقیانوس‌ها، دریاها، هواکره و خشکی‌ها مبادله می‌شود. به این جریان آب در طبیعت، چرخۀ آب گفته می‌شود.

همانطور که می‌دانیم حدود 75درصد کرهٔ زمین را آب فرا گرفته است، اما مقدار بسیار ناچیزی از آن آب شیرین است که برای کشاورزی و آشامیدن مورد استفاده قرار می‌گیرد. حال در نظر بگیرید که کشور ما به علت واقع شدن در بخش خشک و نیمه خشک کره زمین، سهم ناچیزی از این بخش را در اختیار دارد.