آب های زیرزمینی بخش مهمی از چرخه هیدرولوژیکی زمین را تشکیل می دهند و منبعی حیاتی برای تأمین آب شرب، کشاورزی و صنعت در بسیاری از نقاط جهان به شمار می روند. این آب ها نتیجه فرآیندی پیوسته چند مرحله ای هستند که از بارش باران یا ذوب برف آغاز می شود و در نهایت به ذخیره شدن آب در لایه های زیرین زمین می انجامد. برخلاف تصور رایج، آب زیرزمینی به صورت دریاچه یا رودخانه ای در زیر زمین جریان ندارد، بلکه در فضاهای خالی میان ذرات خاک و سنگ یا در شکاف های سنگی جای می گیرد. در ادامه به بررسی مراحل تشکیل آبهای زیرزمینی می پردازیم.
مراحل تشکیل آب های زیرزمینی؛ از نفوذ آب باران تا سفره های زیرزمینی
شناخت مراحل تشکیل آبهای زیرزمینی نه تنها برای زمین شناسان و مهندسان منابع آب اهمیت دارد، بلکه برای مدیریت پایدار منابع آبی در مناطق خشک و نیمه خشک نیز ضروری است. در این بخش، مراحل تشکیل آبهای زیرزمینی به ترتیب از نفوذ باران تا شکل گیری سفره های آبی مورد بررسی قرار می گیرد.
نزول باران و آغاز فرآیند نفوذ
نخستین گام در تشکیل آب های زیرزمینی، بارش باران یا ذوب برف بر سطح زمین است. بخشی از این آب بلافاصله پس از رسیدن به زمین، به صورت رواناب سطحی به سمت رودخانه ها و دریاچه ها جریان می یابد. بخش دیگر از طریق تبخیر مستقیم یا جذب توسط گیاهان از چرخه خارج می شود. تنها بخشی از باران که به آن نفوذ گفته می شود، وارد خاک شده و مسیر خود را به سمت اعماق زمین آغاز می کند. میزان این نفوذ به عواملی مانند شیب زمین، نوع پوشش گیاهی و بافت خاک بستگی دارد. این مرحله، دروازه ورود آب به سامانه زیرزمینی محسوب می شود.
عبور آب از منطقه غیر اشباع
پس از نفوذ به خاک، آب وارد لایه ای می شود که به آن منطقه غیر اشباع یا منطقه هوادار گفته می شود. در این ناحیه، فضای خالی میان ذرات هم از آب و هم از هوا پر شده است. آب در این مرحله تحت تأثیر نیروی جاذبه به آرامی به سمت پایین حرکت می کند و بخشی از آن توسط ریشه گیاهان جذب می شود. ضخامت این لایه در مناطق مختلف متفاوت است و می تواند از چند سانتی متر تا چندین متر متغیر باشد. سرعت عبور آب از این منطقه به تخلخل و نفوذپذیری خاک بستگی دارد. این مرحله زمان بر است و احتمال دارد هفته ها تا ماه ها طول بکشد.
رسیدن به منطقه اشباع و شکل گیری آبخوان
آب پس از عبور از منطقه غیر اشباع، سرانجام به لایه ای می رسد که تمام فضای خالی پر از آب است؛ این ناحیه منطقه اشباع نام دارد. سطح بالایی این منطقه را سطح ایستابی می گویند که مرز میان منطقه خشک و اشباع محسوب می شود. لایه سنگی یا خاکی که قابلیت ذخیره و انتقال آب را دارد، آبخوان نامیده می شود. آبخوان ها معمولا موادی از مانند شن، ماسه، سنگ آهک متخلخل یا سنگ های شکسته تشکیل شده اند. هر چه تخلخل و نفوذپذیری این مواد بیشتر باشد، ظرفیت ذخیره سازی آبخوان نیز بالاتر خواهد بود. این مرحله نقطه آغاز واقعی تشکیل ذخیره آب های زیرزمینی است.
نقش لایه های نفوذپذیر و نفوذناپذیر
ساختار زمین شناسی هر منطقه نقش تعیین کننده ای در نحوه ذخیره سازی آب زیرزمینی دارد. لایه نفوذپذیر مانند شن و ماسه اجازه عبور آسان آب را می دهند و به همین دلیل آبخوان های خوبی محسوب می شوند. در مقابل، لایه های نفوذناپذیر مانند رس یا سنگ های متراکم، مانع از حرکت آب به اعماق بیشتر می شوند. وجود یک لایه نفوذناپذیر در زیر لایه نفوذپذیر باعث می شود آب در آن محبوس شده و سفره آبی تشکیل شود. این چیدمان لایه ای است که تعیین می کند آب زیرزمینی در چه عمقی و با چه حجمی ذخیره خواهد شد. مهندسان منابع آب برای حفره چاه، ابتدا این لایه بندی را بررسی می کنند.
تشکیل سفره های آب زیرزمینی آزاد
سفره های آب زیرزمینی آزاد، نوعی از سفره است که سطح ایستایی آن مستقیما در تماس با فشار هوای جو قرار دارد. این نوع سفره ها معمولا در نزدیکی سطح زمین قرار گرفته و از طریق نفوذ باران به طور مستقیم تغذیه می شوند. سطح آب در این سفره ها با تغییرات فصلی بارش، بالا و پایین می رود. به همین دلیل، این سفره ها نسبت به خشکسالی و برداشت بیش از حد آسیب پذیرتر هستند. اغلب چاه های سنتی و نیمه عمیق از همین نوع سفره ها آب برداشت می کنند. کیفیت آب این سفره ها نیز به دلیل نزدیکی به سطح، بیشتر در معرض آلودگی قرار دارد.
تشکیل سفره های آب زیرزمینی تحت فشار
برخلاف سفره های آزاد، سفره های تحت فشار یا محصور، میان دو لایه نفوذناپذیر محبوس شده اند. آب در این نوع سفره ها تحت فشار قرار دارد، زیرا فضایی برای انبساط آزاد ندارد. هنگامی که چاهی در این سفره حفر شود، فشار داخلی می تواند آب را تا سطح زمین یا حتی بالاتر از آن بالا بیاورد که به آن چاه آرتزین گفته می شود. تغذیه این سفره ها معمولا از مناطق دوردست و از طریق نقاطی صورت می گیرد که لایه های نفوذناپذیر رخنمون دارند. این سفره ها به دلیل عمق زیاد، معمولا کیفیت آب پایدارتر و آلودگی کمتری دارند. زمان تشکیل و تغذیه این نوع سفره ها به مراتب طولانی تر از سفره های آزاد است.
حرکت و جریان آب در داخل آبخوان
پس از ذخیره شدن آب در آبخوان، این آب به طور کامل ساکن نمی ماند، بلکه به آرامی در جهت شیب سطح ایستایی حرکت می کند. سرعت این جریان بسیار کمتر از جریان آب های سطحی است و حتی امکان دارد تنها چند متر در سال یا حتی کمتر باشد. عواملی مانند نفوذپذیری سنگ ها، شیب هیدرولیکی و ساختار زمین شناسی سرعت این حرکت را تعیین می کنند. جریان آب زیرزمینی معمولا از مناطق مرتفع به سمت مناطق پست تر مانند دره ها یا سواحل صورت می گیرد. این حرکت آهسته باعث می شود آلاینده ها نیز به کندی در آبخوان پخش شوند. درک این فرآیند برای پیش بینی مسیر آلودگی احتمالی اهمیت زیادی دارد.
تخلیه طبیعی آب های زیرزمینی
آب زیرزمینی پس از طی مسیر خود در آبخوان، سرانجام از طریق نقاطی به سطح زمین باز می گردد که به آن تخلیه طبیعی گفته می شود. یکی از رایج ترین اشکال این تخلیه، چشمه ها هستند که در نقاطی که سطح ایستابی با سطح زمین تلاقی می کند، شکل می گیرند. بخشی از آب زیرزمینی نیز به طور مستقیم وارد بستر رودخانه ها می شود و جریان پایه آن ها را در فصول خشک تأمین می کند. تالاب ها و دریاچه ها نیز می توانند نقطه تخلیه طبیعی آب های زیرزمینی باشند. در مناطق ساحلی، بخشی از این آب مستقیما به دریا تخلیه می شود. این چرخه تخلیه، تعادل طبیعی میان تغذیه و خروج آب را حفظ می کند.
عوامل مؤثر بر میزان تغدیه آبخوان ها
میزان تغذیه آب های زیرزمینی در هر منطقه به عوامل متعددی وابسته است که مهم ترین آن ها اقلیم و میزان بارندگی است. پوشش گیاهی نیز نقش دوگانه ای دارد؛ از یک سو با ریشه دواندن به نفوذ آب کمک می کند و از سوی دیگر بخشی از آب را جذب کرده و سپس تعریق می کند. نوع خاک و سنگ بستر منطقه، تعیین کننده سرعت و حجم نفوذ آب به اعماق است. فعالیت های انسانی مانند شهرسازی و آسفالت کردن سطوح، با کاهش سطح نفوذپذیر، میزان تغذیه طبیعی را کاهش می دهند. توپوگرافی منطقه نیز بر مسیر حرکت آب باران و میزان نفوذ آن تأثیرگذار است. ترکیب این عوامل در نهایت مشخص می کند که یک آبخوان با چه سرعتی تغذیه و بازسازی می شود.
تعادل میان تغذیه و برداشت آب زیرزمینی
پایداری منابع آب زیرزمینی به برقراری تعادل میان میزان تغذیه طبیعی و میزان برداشت انسانی وابسته است. در صورتی که برداشت آب از طریق چاه های عمیق و نیمه عمیق بیش از ظرفیت تغذیه طبیعی باشد، سطح ایستابی به تدریج کاهش می یابد. این افت سطح آب می تواند منجر به خشک شدن چاه ها، فرونشست زمین و کاهش کیفیت آب باقی مانده شود. مدیریت صحیح منابع آب زیرزمینی نیازمند پایش مستمر سطح ایستابی و کنترل حجم برداشت است. در بسیاری از کشورها، سیاست های حفاظتی برای جلوگیری از برداشت بی رویه اجرا می شود. این تعادل، تضمین کننده دسترسی نسل های آینده به این منبع حیاتی است.
امیدواریم مطالب این مقاله برای شما مفید بوده باشد، در پایان به شما پیشنهاد می کنیم مقالات کاهش مصرف آب، مراحل تشکیل رود و آب باران برای گیاهان را نیز مطالعه فرمایید.
منبع : آرگا
