آب زیرزمینی چیست و چگونه زیر پای ما حرکت می‌کند؟

مقدمه

وقتی روی زمین خشک قدم می‌زنیم، شاید به نظر برسد زیر پایمان چیزی جز خاک و سنگ وجود ندارد. اما بخشی از آب چرخه طبیعت از سطح زمین پایین می‌رود و در فضاهای بسیار کوچک میان دانه‌های رسوب، منافذ سنگ‌ها و شکستگی‌های آن‌ها جای می‌گیرد. این آب پنهان، «آب زیرزمینی» است. نکته مهم این است که آب زیرزمینی در بیشتر مناطق شبیه یک رودخانه یا دریاچه بزرگ درون غار نیست؛ زمین معمولاً همچنان از خاک و سنگ پر است و آب، فضاهای خالی میان آن‌ها را اشغال می‌کند.

آب زیرزمینی چیست؟

از نظر علمی، هر آبی که در زیر سطح زمین دیده می‌شود الزاماً «آب زیرزمینی» به معنای دقیق هیدروژئولوژی نیست. در بخش‌های نزدیک سطح، خاک و سنگ می‌توانند هم آب و هم هوا داشته باشند؛ به این قسمت «منطقه غیراشباع» گفته می‌شود. پایین‌تر، جایی که فضاهای خالی و شکاف‌ها از آب پر شده‌اند، «منطقه اشباع» قرار دارد و آب موجود در این بخش همان چیزی است که معمولاً آب زیرزمینی می‌نامیم. بنابراین آب زیرزمینی بخشی از یک محیط جامدِ پر از منافذ و شکاف است، نه یک فضای خالی عظیم پر از آب.

آیا زیر زمین رودخانه بزرگی جریان دارد؟

در بیشتر محیط‌های زمین‌شناسی، نه. آب زیرزمینی معمولاً از میان منافذ به‌هم‌پیوسته رسوبات و سنگ‌ها یا از مسیر شکستگی‌ها حرکت می‌کند. البته در بعضی مناطق کارستی و غارهای آهکی، مجراهای بزرگ و جریان‌های زیرزمینی واقعی هم وجود دارند؛ اما این حالت را نباید به همه آب‌های زیرزمینی تعمیم داد. تشبیه یک اسفنج خیس می‌تواند برای تصور فضای خالی مفید باشد، به شرط آنکه بدانیم سنگ و خاک واقعاً «اسفنج» نیستند و ویژگی‌هایشان بسیار متفاوت است.

آب چگونه وارد زمین می‌شود؟

بخش مهمی از آب زیرزمینی با «نفوذ» آغاز می‌شود. وقتی باران می‌بارد یا برف ذوب می‌شود، همه آب روی سطح جاری نمی‌شود؛ مقداری از آن وارد خاک می‌شود. بخشی از این آب در لایه‌های کم‌عمق خاک باقی می‌ماند و می‌تواند در اختیار ریشه گیاهان قرار گیرد. اگر شرایط خاک و سنگ اجازه دهد، بخشی دیگر پایین‌تر حرکت می‌کند و در نهایت به منطقه اشباع می‌رسد؛ این فرایند یکی از راه‌های اصلی «تغذیه» آب زیرزمینی است. در بعضی مناطق، آب رودخانه‌ها، دریاچه‌ها یا سامانه‌های تغذیه مصنوعی نیز می‌تواند به آب زیرزمینی اضافه شود.

آب زیر زمین کجا ذخیره می‌شود؟

زیر زمین الزاماً خالی نیست. بین دانه‌های شن و ماسه، در منافذ بعضی سنگ‌ها و در شکستگی‌های سنگ فضای خالی وجود دارد. در منطقه غیراشباع، بخشی از این فضاها آب و بخشی هوا دارند. در منطقه اشباع، فضاهای خالی قابل دسترس عمدتاً از آب پر هستند. در یک آبخوان آزاد، مرز بالایی منطقه اشباع را «سطح ایستابی» می‌نامند. عمق این سطح ثابت نیست و می‌تواند با تغذیه، فصل، برداشت آب و شرایط محلی بالا یا پایین برود.

آبخوان چیست و چه تفاوتی با آب زیرزمینی دارد؟

«آب زیرزمینی» نام خودِ آب است؛ اما «آبخوان» به لایه یا مجموعه‌ای از مواد زمین‌شناسی گفته می‌شود که می‌تواند آب را در خود ذخیره کند و آن را به اندازه‌ای عبور دهد که مثلاً یک چاه یا چشمه بتواند از آن آب دریافت کند. پس هر بخش مرطوب زیر زمین الزاماً یک آبخوان مناسب نیست. ممکن است ماده‌ای فضای خالی داشته باشد، اما ارتباط میان این فضاها آن‌قدر کم باشد که آب به‌سختی از آن عبور کند.

آب زیرزمینی چگونه حرکت می‌کند؟

آب زیرزمینی معمولاً بسیار آرام‌تر از جریان آب در یک رودخانه دیده‌شده حرکت می‌کند، اما سرعت آن در همه جا یکسان نیست. جهت حرکت به اختلاف «هد هیدرولیکی» وابسته است؛ به زبان ساده، آب از نواحی با هد بیشتر به سمت نواحی با هد کمتر حرکت می‌کند. هد هیدرولیکی به ارتفاع و فشار آب مرتبط است. شکل و اندازه فضاهای خالی، پیوستگی آن‌ها و جنس مواد زمین‌شناسی نیز تعیین می‌کنند آب با چه آسانی عبور کند. به همین دلیل نمی‌توان یک سرعت ثابت برای همه آب‌های زیرزمینی گفت.

تخلخل و نفوذپذیری چه فرقی دارند؟

«تخلخل» نشان می‌دهد چه بخشی از حجم یک خاک یا سنگ را فضای خالی تشکیل می‌دهد؛ اما «نفوذپذیری» به این مربوط است که این فضاها تا چه اندازه به هم متصل‌اند و آب با چه آسانی می‌تواند از میان آن‌ها عبور کند. بنابراین داشتن فضای خالی زیاد به‌تنهایی کافی نیست. بعضی مواد می‌توانند آب زیادی در فضاهای بسیار ریز نگه دارند، اما عبور آب از آن‌ها کند باشد؛ در مقابل، در موادی با مسیرهای باز و متصل، آب آسان‌تر حرکت می‌کند.

چاه و چشمه چه ارتباطی با آب زیرزمینی دارند؟

چاه راهی است که انسان برای دسترسی به آب زیرزمینی ایجاد می‌کند؛ اگر چاه به یک لایه آبده مناسب برسد، آب می‌تواند با پمپ یا در برخی شرایط تحت فشار به بالا آورده شود. چشمه برعکس، محل خروج طبیعی آب زیرزمینی به سطح زمین است؛ مثلاً جایی که مسیر جریان زیرزمینی یا سطح ایستابی با دامنه یک تپه، کف دره یا سطح زمین برخورد می‌کند. روش‌های حفاری چاه و انواع چشمه‌ها در W043 و W044 جداگانه بررسی می‌شوند.

چرا آب زیرزمینی مهم است؟

آب زیرزمینی فقط یک ذخیره پنهان برای برداشت انسان نیست. در بسیاری از مناطق، بخشی از آب رودخانه‌ها و تالاب‌ها از خروج آب زیرزمینی تأمین می‌شود و این پیوند می‌تواند به حفظ جریان و زیستگاه‌های آبی کمک کند. انسان نیز از آب زیرزمینی برای مصارف خانگی، کشاورزی و صنعتی استفاده می‌کند. چون این ذخیره دیده نمی‌شود، تغییرات آن هم همیشه به‌آسانی قابل مشاهده نیست؛ به همین دلیل شناخت تغذیه، حرکت و سطح آب زیرزمینی برای مدیریت منابع آب اهمیت دارد.

آیا آب زیرزمینی و آب‌های سطحی از هم جدا هستند؟

چرخه آب میان سطح زمین و زیرزمین مرز بسته‌ای ندارد. آب رودخانه ممکن است در بخشی از مسیر به زمین نفوذ کند و آبخوان را تغذیه کند؛ در جای دیگری آب زیرزمینی می‌تواند وارد رودخانه شود و به جریان آن کمک کند. به همین دلیل، تغییر در یکی از این دو بخش می‌تواند بر دیگری اثر بگذارد.

فعالیت کوتاه: آب واقعاً کجای «زمین» جا می‌گیرد؟

یک ظرف شفاف بردار و آن را با سنگ‌ریزه و شن پر کن؛ سپس به‌آرامی از کنار ظرف آب اضافه کن. دقت کن که آب، فضاهای خالی میان سنگ‌ریزه‌ها یا دانه‌ها را پر می‌کند. اگر سطح آب بالا بیاید، می‌توانی به‌صورت شماتیک تصور کنی که پایین آن ناحیه اشباع و بالای آن ناحیه غیراشباع است.

منابع و مراجع

منابع فارسی

سازمان پژوهش و برنامه‌ریزی آموزشی، وزارت آموزش و پرورش. علوم تجربی پایه هفتم، فصل هفتم: سفر آب درون زمین.

صدری خانلو، شهره. «منابع آب زیرزمینی؛ بحرانی پنهان». مجلات رشد، دفتر انتشارات و فناوری آموزشی.

منابع بین‌المللی

U.S. Geological Survey (USGS). Groundwater.

U.S. Geological Survey (USGS). Aquifers and Groundwater.

U.S. Geological Survey (USGS). Infiltration and the Water Cycle.

U.S. Geological Survey (USGS). Groundwater Storage and the Water Cycle.

U.S. Geological Survey (USGS). Groundwater Flow and the Water Cycle.