محیط زیست و مشکلات ان در جهان

چرخه آب

 چرخه آب چيست؟

چرخه آب، که  با نام چرخه‌ي هيدرولوژي نيز شناخته مي‌شود، وجود و حرکت آب را در رو و زير زمين و بالاي سطح زمين نشان مي‌دهد. آب در زمين هميشه در حال حرکت است و هميشه در حال تغيير شکل مي‌باشد، از مايع به بخار،‌به يخ و دوباره بازگشت به حالت اول. چرخه آب ميلياردها سال است که در حال کار است و زندگي همه چيز روي زمين به آب بستگي دارد؛ زمين بدون آب غير قابل سکونت خواهد شد.

توده‌هاي هوا، ابرها را در اطراف زمين به حرکت درمي‌آورند. قطعات ابر با يکديگر برخورد کرده، رشد مي‌کنند و به شکل بارش به سمت پايين مي‌آيند. قسمتي از اين بارش به شکل برف بر روي توده‌هاي برفي و يخچال‌ها تجمع مي‌يابند. برف در نقاط گرم‌تر ذوب شده و به شکل نهر جاري مي‌شود و تبديل به برفاب مي‌شوند. بارش‌ها بر روي سطح اقيانوس‌ها ريخته مي‌شوند و قسمت ديگري از آن نيز بر روي زمين مي‌بارند که در اثر جاذبه روي سطح زمين جاري شده و تبديل به رواناب سطحي مي‌شوند.

بعضي از رواناب‌هاي سطحي وارد رودخانه‌ها شده و در نهايت به سمت اقيانوس‌ها حرکت مي‌کنند؛ برخي ديگر نيز به صورت آب شيرين در درياچه‌ها و رودخانه‌ها تجمع پيدا مي‌کنند. تمام رواناب‌هاي بر روي سطح زمين جاري نمي‌شوند و قسمت زيادي از آنها به زير زمين فرو مي‌روند (نفوذ). بخشي از اين آب نفوذ يافته، به اعماق پايين‌تر رفته و آبخوان‌ها را تغذيه مي‌کنند (سنگ‌هاي زيرسطحي اشباع از آب) و حجم زيادي از آب شيرين را براي مدت‌هاي مديد نگهداري مي‌کنند.

بخشي از آب زيرزميني نيز نزديک به سطح زمين باقي مي‌ماند و مجدداً به شکل تراوش به بدنه‌هاي آبي (و اقيانوس‌ها) باز مي‌گردند و مانند تخليه آب زيرزميني عمل مي‌کنند. برخي ديگر نيز به صورت چشمه‌هاي آب شيرين از زير زمين بيرون مي‌آيند. در طول زمان، اين حجم آب در حال حرکت است و هر از چند گاهي بخشي از آن به اقيانوس‌ها ختم مي‌يابند که همان نقطه شروع است، و باز مجدداً اين مسير طي مي‌شود.

دفتر بررسي‌هاي زمين‌ شناسي آمريکا 16 جزء براي چرخه آب يافته است:

آب در اقيانوس‌ها

اقيانوس‌ها انبارهاي آب هستند.

در اقيانوس‌ها حجم زيادي از آب "ذخيره شده" براي مدت بسيار طولاني در چرخه آب در حال چرخش بوده‌است. تخمين زده مي‌شود که از کل حجم آب دردنيا به ميزان 1،386،000،000 کيلومتر مکعب، حجمي برابر با 1338000000 کيلومتر مکعب در اقيانوس‌ها ذخيره شده‌اند، يعني حدود 96.5 درصد از کل حجم آب در دنيا در اقيانوس‌ها مي‌باشد. همچنين تخمين زده مي‌شود که حدود 90 درصد از کل تبخير آب موجود در چرخه آب در جهان منشأيي به نام اقيانوس‌ها دارند. براي اينکه حجم‌هاي گفته شده را بتوانيد تجسم کنيد بايد گفت که حجم اتاق خواب شما حدوداً فقط 36 مترمکعب (0.000000036 کيلومتر مکعب) مي‌باشد.

در طي دوره‌هاي سردتر آب و هوايي در کره زمين، توده‌‌هاي يخي و يخچال‌هاي طبيعي افزايش مي‌يابند، بنابراين بخش بزرگ‌تري از آب موجود در چرخه آب تبديل به يخ شده و بخش مايع آن (که همان آب مي‌باشد) کاهش مي‌يابد. برعکس اين اتفاق در سالها و دوره‌هاي گرم‌تر حادث مي‌شود. در طي آخرين دوره يخي حدود يک سوم کره زمين پوشيده از يخ شد و در نتيجه اقيانوس‌ها 122 متر پائين ‌تر از سطح فعلي بودند. حدود 3 ميليون سال قبل، وقتي که کره زمين گرم‌تر شد، اقيانوس‌ها 50 متر بالاتر آمدند.

اقيانوس‌ها در حال حرکتند

جريان‌هايي در اقيانوس‌ها وجود دارد که اين حجم عظيم از آب را دور کره‌ي زمين به حرکت وامي‌دارد. اين حرکت تأثير بزرگي بر روي چرخه‌ي آب و روي آب و هوا دارد. گلف استريم که جريان معروف آب گرم در اقيانوس آتلانتيک است، از خليج مکزيکو تمام عرض اقيانوس را طي کرده تا به بريتانياي کبير برسد. با سرعت 97 کيلومتر در روز، گلف استريم 100 برابر حجم تمام آب رودخانه‌هاي جهان را در بر دارد. به دليل اين‌که اين جريان، آب گرم است، در وضعيت آب و هوايي نقاط مختلفي از زمين به خصوص در غرب انگلستان، تأثيرات فراواني دارد.

تبخير: تبديل آب از مايع به بخار

تبخير و چگونگي وقوع آن

تبخير پديده‌اي است که آب از مايع تبديل به بخار مي‌شود. تبخير اولين راه بازگشت آب مايع به چرخه آب به شکل بخار آب در اتمسفر مي‌باشد. مطالعات نشان داده است که تبخير از اقيانوس‌ها، درياها، درياچه‌ها و رودخانه‌ها نزديک به 90 درصد رطوبت اتمسفرمان را تشکيل مي‌دهند و 10 درصد باقي‌مانده از تعرق گياهان مي‌باشد.

گرما (انرژي) براي انجام تبخير لازم است. براي شکسته شدن پيوند‌هاي بين مولکولي در آب نياز به صرف انرژي است، بنابراين دليل تبخير آسان آب در دماي 100 درجه سلسيوس و تبخير بسيار کم  در دماي انجماد معلوم مي‌شود. وقتي که رطوبت نسبي هوا 100 درصد است که به آن وضعيت اشباع مي‌گويند، تبخير ديگر متوقف مي‌شود. فرآيند تبخير گرما را از محيط اطراف کسب مي‌کند و به همين دليل است که هنگام تبخير از روي پوست،‌شما احساس خنکي مي‌کنيد.

تبخير و چرخه‌ي آب

تبخير از اقيانوس‌ها، اولين راه رسيدن آب به اتمسفر مي‌باشد. سطح عظيم اقيانوس‌ها (بيش از 70 درصد سطح کره‌ي زمين پوشيده از اقيانوس‌ها مي‌باشد) امکان تبخير در مقياس‌هاي بسيار بزرگ را فراهم نموده است. در مقياس جهاني، حجم آب تبخير شده از روي زمين، تقريباً برابر حجم آب بارش بر روي زمين است، اما مکان جغرافيايي آن متفاوت است. در اقيانوس‌ها بيشتر تبخير و بر روي خشکي‌ها بيشتر بارندگي اتفاق مي‌افتد. بيشتر آب تبخير شده از سطح اقيانوس‌ها به شکل بارندگي به اقيانوس‌ها باز مي‌گردد و تنها 10 درصد آب تبخير شده به شکل بارش به سطح زمين انتقال مي‌يابد. بعد از تبخير، يک مولکول آب حدود 10 روز در هوا باقي مي‌ماند.

تصعيد: تبديل برف و يخ به بخار آب بدون عمل ذوب شدن

در چرخه‌ي آب، تصعيد عملي است که در آن برف و يخ به بخار آب تبديل مي‌شوند، بدون اين‌که اول به صورت مايع ذوب شوند. تصعيد راز ناپديد شدن برف نيز مي‌باشد.

عمل تصعيد را نمي‌توان به چشم ديد و يا حداقل براي يخ نمي‌توان اين ‌کار را انجام داد. راه مشاهده‌ي اثر تصعيد را مي‌توان در آويزان کردن يک لباس خيس در سرماي زير صفر ديد چون يخ روي لباس ناپديد مي‌شود. اما بهترين راه ديدن تصعيد، استفاده از يخ خشک (دي اکسيد کربن منجمد) مي‌باشد. اين ماده‌ي جامد در دماي منهاي 78.5 درجه‌ي سلسيوس تصعيد شده و تبديل به گاز مي‌شود. دودي که شما در اين تصوير مي‌بينيد مخلوطي از هواي مرطوب سرد و گاز دي‌اکسيد کربن سرد مي‌باشد که بر اثر تصعيد يخ خشک بوجود آمده است.

در هواي داراي رطوبت نسبي کم و باد خشک، تصعيد بهتر شکل مي‌گيرد. همچنين اين مسئله در ارتفاعات بالاتر، در جايي که فشار هوا کمتر است اتفاق مي‌افتد. انرژي، که در خورشيد مي‌باشد، نيز براي اين عمل لازم مي‌باشد. اگر قرار باشد بهترين جايي که بر روي زمين تصعيد اتفاق مي‌افتد انتخاب شود، مي‌توان ضلع جنوبي کوه اورست را انتخاب کرد. درجه حرارت کم، بادهاي قوي، نور خورشيد متراکم، هواي با فشار بسيار کم، همگي محيط را براي تصعيد آماده مي‌سازند.

تبخير و تعرق: فرآيند تخليه‌ي بخار آب به اتمسفر از طريق تبخير از سطح خاک و تعرق از سطح گياهان مي‌باشد.

اگرچه برخي از تعريف‌هاي تبخير و تعرق شامل تبخير از سطح بدنه‌هاي آبي مانند درياها و يا حتي اقيانوس‌ها هستند، اما در اين نوشته تبخير و تعرق، حرکت آب به اتمسفر از سطح زمين مي‌باشد. تبخير، همچنين از سطح لوله‌هاي موئين آب زيرزميني، تعرق آب زيرزميني از طريق ارسال آن از سطح آب زيرزميني به برگ‌هاي گياهان در اثر عمل فتوسنتز نيز مي‌باشد.

تعرق و برگ‌هاي گياهان

تعرق فرآيندي است که گياهان رطوبت را از ريشه‌ها گرفته و به برگ‌ها مي‌رسانند تا از طريق منافذ کوچک روي برگ‌ها، آب به بخار تبديل ‌شده و به اتمسفر ‌رود. تعرق در ذات هر برگ گياه نهفته شده است. تخمين زده مي‌شود که حدود 10 درصد از کل رطوبت اتمسفر به دليل تعرق گياهان مي‌باشد.

تعرق گياهان پديده‌ايي نامرئي است، چراکه شما نمي‌توانيد تنفس گياهان از طريق برگ‌هايشان را ببينيد. در طي فصل رويش، يک برگ بيش از وزن خود آب را تبخير مي‌کند، به عنوان مثال يک درخت بزرگ بلوط حدود 151000 ليتر در سال آب را تبخير مي‌کند (هر شيشه شير 1 ليتر است!).

عوامل اتمسفري مي‌توانند بر روي تعرق تأثير بگذارند

مقدار آبي که توسط گياهان تعرق پيدا مي‌کند در زمان‌هاي مختلف و شرايط جغرافيايي مختلف، متفاوت مي‌باشد. فاکتورهايي که مي‌توانند با آنها مقدار تعرق را تخمين زد، عبارتند از:

" درجه‌ي حرارت: تعرق با افزايش درجه‌ي حرارت، افزايش مي‌يابد، به خصوص در زمان فصل رشد وقتي که هوا گرم‌تر مي‌شود و گياهان در حال رشد هستند.

" رطوبت نسبي: وقتي که رطوبت نسبي در هواي اطراف گياهان افزايش مي‌يابد، مقدار تعرق گياهان کاهش مي‌يابد. تبخير آب در هواي خشک راحت‌تر صورت مي‌گيرد تا در هواي مرطوب.

" باد و جابجايي هوا: باد و جابجايي بيشتر هوا، باعث افزايش تعرق بيشتر مي‌شود.

" نوع گياهان: ميزان تعرق براي گياهان مختلف، متفاوت مي‌باشد. بعضي از گياهاني که در مناطق گرم رشد مي‌کنند مانند کاکتوس‌ها، آب ارزشمند براي بقاي خود را بيشتر حفظ مي‌کنند و کمتر از گياهان ديگر تعرق مي‌کنند. 

ذخيره‌ي آب در اتمسفر به شکل بخار، ابر و رطوبت

اتمسفر مملو از آب است اگرچه اتمسفر يک انبار ذخيره‌ي بزرگ براي آب نيست، اما يک "بزرگراه عظيم" براي حرکت آب در کره‌ي زمين محسوب مي‌شود که هميشه آب داخل آن وجود دارد. ابرها، قابل ديدن‌ترين شکل آب در اتمسفر مي‌باشند، اما حتي در شرايط بدون ابر نيز، اتمسفر داراي آب است- ذرات کوچکي که غير قابل ديدن هستند. حجم آب در اتمسفر در هر زمان حدود 12900 کيلومتر مکعب مي‌باشد. اگر تمام آب داخل اتمسفر به يک‌باره روي زمين ببارد، تمام سطح زمين را حدود 2.5 سانتي‌متر آب فرا مي‌گيرد.

تراکم: تغيير آب از بخار به مايع

 تراکم فرآيندي است که در طي آن بخار آب تبديل به آب مايع مي‌شود. تراکم به‌دليل تشکيل ابرها مهم مي‌باشد. ابرها توليد بارش مي‌نمايند که اصلي‌ترين راه بازگشت آب به زمين مي‌باشد. بنابراين تراکم عملي برعکس تبخير مي‌باشد.

تراکم، همچنين باعث ايجاد مه، ايجاد قطرات آب روي عينک شما وقتي که از يک اتاق سرد به گرماي بيرون مي‌رويد، روزهاي مرطوب، ايجاد قطرات آب روي بدنه‌ي ليوان نوشيدني خنک و بخار جمع شده روي پنجره‌هاي خانه‌ها در زمستان مي‌باشد.

تراکم در هوا

حتي در يک هواي آبي و صاف بدون ابر، آب به شکل بخار آب و قطرات بسيار کوچک آب يافت مي‌شوند. مولکول‌هاي آب تشکيل يافته از ذرات بسيار کوچک گرد و غبار، نمک و دود در هوا مي‌باشند که تشکيل قطرات ابر را مي‌دهند و پس از رشد و توسعه به شکل ابر نمايان مي‌شوند. وقتي که قطرات آب در کنار يکديگر جمع مي‌شوند و اندازه‌ي آنها افزايش مي‌يابد، ابرها توسعه پيدا کرده و بارش اتفاق مي‌افتد.

ابرها در اتمسفر تشکيل مي‌شوند، چرا که هوا پر از بخار آب شده، به سمت بالا مي‌رود و سرد مي‌شود. خورشيد، هواي نزديک زمين را گرم مي‌کند و هوا سبک‌تر شده و به سمت بالا، جايي که درجه‌ي حرارت کمتر است مي‌رود. وقتي هوا سردتر مي‌شود، تراکم بيشتري صورت مي‌گيرد و درنتيجه ابرها مي توانند شکل بگيرند.

بارندگي: بيرون آمدن آب از ابرها

بارش، خروج آب از ابرها به شکل باران، باران يخ‌زده، برف و يا تگرگ مي‌باشد. بارش اصلي‌ترين راه بازگشت آب از اتمسفر به سطح زمين مي‌باشد. بيشتر بارش به شکل باران مي‌باشد.

چگونه قطرات باران شکل مي‌گيرند؟

ابرهاي بالاي سر ما،‌شامل بخار آب و قطرات ابر هستند که براي بارش بسيار کوچک هستند،‌اما تعداد آنها آن‌قدر زياد هست که مي‌توان به شکل ابر آنها را ديد. براي آن‌که باران اتفاق بيافتد، ابتدا بايد قطرات آب متراکم شده و تشکيل قطرات بزرگ‌تر و به ميزان کافي سنگين را بدهند تا به دليل وزن خود به سمت زمين به شکل باران ريزش نمايند. بنابراين ممکن است ميليون‌ها قطره‌ي ابر در کنار هم جمع شوند تا تشکيل يک قطره باران را بدهند.

ميزان بارش با زمان و مکان تغيير مي‌کند

ميزان بارش در دنيا، در يک کشور و يا حتي در يک شهر نيز يکسان نيست. مثلاً در تابستان ممکن است در آستارا بارندگي وجود داشته باشد ولي در تهران و يا حتي شهر‌هاي ديگر شمال ايران بارش وجود نداشته باشد. بيشترين ميزان بارش در دنيا در کوه واياليله در هاوايي به ميزان 1140 سانتي‌متر در سال مي‌باشد، همچنين در منطقه‌اي به نام آريکا در شيلي به مدت 14 سال، هيچ بارشي اتفاق نيافتد.

در نقشه‌ي زير ميزان بارش در دنيا به صورت ميانگين سالانه به ميلي‌متر و اينچ (هر اينچ 2.45سانتي‌متر است) نشان داده شده است. مناطقي که با رنگ سبز روشن نشان داده‌شده‌اند "صحرا" هستند. ممکن است که شما فکر کنيد که صحراي آفريقا يک صحراي واقعي است اما آيا مي‌دانيد که بخش‌هاي بزرگي از گرينلند و قطب جنوب نيز صحرا هستند؟

آب ذخيره شده در يخ، يخچال‌ها و برف:

توده‌هاي يخ در اطراف دنيا

آب براي مدت زمان طولاني در يخ، برف و يخچال‌ها به عنوان بخشي از چرخه‌ي آب ذخيره مي‌شود. قسمت بزرگي از يخ روي زمين ، حدود 90 درصد، در قطب جنوب قرار دارد و 10 درصد آن نيز در گرينلند مي‌باشد. در گرينلند ضخامت متوسط يخ حدود 1500 متر مي‌باشد، اما در برخي نقاط به 4300 متر نيز مي‌رسد.

يخ و يخچال‌ها مي‌آيند و مي‌روند

وضعيت اقليمي در دنيا در حال تغيير است، اگرچه اين تغييرات آن قدر سريع نيست که قابل مشاهده و احساس براي مردم باشد (البته طي چند ده سال اخير به خاطر مسئله‌ي گرم شدن زمين، اين تغييرات بارزتر شده‌اند). دوره‌هاي گرم زيادي در زمان‌هاي قديم‌تر وجود داشته است، مانند زماني‌که دايناسورها در حدود 100 ميليون سال قبل زندگي مي‌کرده‌اند و دوره‌هاي سرد زيادي نيز مانند عصر يخي، حدود 20000 سال پيش وجود داشته است. در طي آخرين دوره‌ي عصر يخي بخش بزرگي از نيمکره‌ي شمالي از يخ و يخچال پوشيده شد.

برخي از مشخصات و موارد مربوط به توده‌هاي يخ و يخچال‌ها

" يخچال‌ها حدود 10 تا 11 درصد کل خشکي‌ها را پوشانده‌اند.

" اگر همه‌ي يخچال‌ها امروز آب بشوند، حدود 70 متر ارتفاع آب‌هاي دنيا افزايش مي‌يابد (منبع: مرکز ملي داده‌ي برف و يخ)

" در طي آخرين عصر يخي ارتفاع آب درياها 122 متر پايين‌تر از سطح فعلي بوده‌است و يخچال‌ها بيش از يک سوم سطح خشکي را پوشانده بودند.

" در طي آخرين دوره‌ي گرما، 125000 سال پيش، ارتفاع آب درياها 5/5 متر بالاتراز سطح فعلي بوده است و حدود 3 ميليون پيش نيز سطح آب درياها 50 متر بالاتر بود.

رواناب ذوب برف به نهرها

در تمام دنيا، ذوب برف قسمت بزرگي از جابجايي آب در طبيعت است. در اقليم سردتر بخش زيادي از جريان چشمه‌ها و جريان رودخانه‌ها از ذوب برف و يخ مي‌باشد. هنگام سيلاب، ذوب سريع برف باعث لغزش زمين‌و جريان‌هاي غليظ مي‌شود.

راه مناسب براي فهم تأثير ذوب برف بر جريان رودخانه‌ها نگاه کردن به آبنمود يا هيدروگراف زير است که جريان متوسط روزانه‌(ميانگين جريان در هر روز) براي چهار سال در رودخانه‌ي نورث فورک در محل سد نورث فورک در کاليفرنياي آمريکا نشان مي‌دهد. هيدروگراف، نموداري است که نشان مي‌دهد در هر زمان چه شدت جرياني آب در يک رودخانه در يک محل مشخص وجود دارد. ضمناً واحد شدت جريان مترمکعب در ثانيه (حجم در واحد زمان) مي‌باشد. قله‌ي اين نمودار که حداکثر شدت جريان را نشان مي‌دهد به دليل ذوب شدن برف مي‌باشد. در فروردين ماه سال 2000 ميلادي شدت جريان حدود 34 مترمکعب در ثانيه مي‌باشد در صورتي که در مرداد ماه که تمام برف‌ها ذوب شده‌اند،‌جريان آب در رودخانه کاهش مي‌يابد و به حدود 1.6 تا 2.1متر مکعب در ثانيه مي‌رسد.

جريان ناشي از ذوب برف در فصل‌هاي مختلف و سال‌هاي مختلف متفاوت مي‌باشد. حداکثر جريان در سال 2000 را با حداکثر جريان در سال 2001 مقايسه کنيد. به نظر مي‌رسد که يک خشکسالي شديد در منطقه‌ي کاليفرنيا در سال 2001 اتفاق افتاده است. کمبود حجم ذخيره‌ي آب برف در زمستان کمتر از مقدار آب دردسترس در بقيه‌ي سال مي‌باشد. اين موضوع بر روي حجم آب داخل مخازن پايين‌دست تأثير مي‌گذارد و اين موضوع نيز يعني حجم آب کمتر براي کشاورزي، شرب و بهداشت مردم.

جريان آب سطحي (رواناب): آب بارندگي که بر روي سطح خاکي حرکت مي‌کند و به رودخانه‌ها مي‌روند

رواناب سطحي بارندگي روي سطح زمين مي‌باشد بسياري از مردم فکر مي‌کنند که بارندگي‌ها بر روي خشکي‌ها مي‌ريزند، روي آنها جريان مي‌يابند(رواناب) و به سمت رودخانه‌ها مي‌روند و در نهايت به داخل اقيانوس‌ها تخليه مي‌شوند. اما واقعاً قضيه کمي پيچيده‌تر مي‌باشد، چون‌که رودخانه‌ها دائم در حال گرفتن آب و دادن آب به زمين مي‌باشند. اما به هرحال، باز هم بيشتر آب داخل رودخانه‌ها مستقيماً از بارندگي‌ها و رواناب آنها مي‌باشد.

معمولاً بخشي از باران به زمين نفوذ مي‌کند، اما وقتي باران به زمين کاملاً خيس يا غير قابل نفوذ برخورد مي‌کند، مانند جاده‌ي آسفالته و يا پشت‌بام خانه‌ها، شروع به جاري شدن در جهت ارتفاع کمتر خواهد کرد. در طي يک باران با شدت زياد، شايد شما رگه‌هاي کوچک جريان آب را که به سمت سراشيبي مي‌روند را ديده باشيد. اين شکل نشان مي‌دهد که چگونه رواناب وارد يک نهر کوچک مي‌شود. رواناب در اين شرايط روي زمين لخت حرکت مي‌کند و رسوب‌و دانه‌هاي خاک را نيز با خود حمل مي‌کند و به داخل رودخانه مي‌آورد (که براي کيفيت آب مناسب نيست). اين رواناب راه خود را براي بازگشت به اقيانوس شروع کرده است.

مانند تمام اجزاي ديگر چرخه‌ي آب ارتباط بين رواناب سطحي و بارندگي در زمان و مکان مختلف، متفاوت مي‌باشد. تقريباً رگبارهاي جنگل آمازون و صحراي جنوب‌غربي ايالات متحده همانند هم هستند اما الگوهاي مختلفي از رواناب را ايجاد مي‌کنند. رواناب‌هاي سطحي توسط عوامل هواشناسي، زمين‌شناسي و عوارض زمين (پستي‌ها و بلندي‌ها) متأثر مي‌شوند. فقط حدود يک سوم بارندگي روي خشکي‌ها به نهرها و رودخانه‌ها مي‌رسند و از آنجا به اقيانوس‌ها باز مي‌گردند. دو سوم ديگر، تبخير مي‌شوند، تعرق پيدا مي‌کنند و يا به داخل آب‌هاي زيرزميني نفوذ مي‌يابند. رواناب‌هاي سطحي همچنين توسط انسان‌ها براي موارد مختلف مصرف مي‌شوند.

جريان آب: حرکت آب در رودخانه‌ها

دفتر بررسي‌هاي زمين‌شناسي ايالات متحده آمريکا از کلمه "جريان آب" به منظور حجم آب جاري در رودخانه‌ها، نهرها يا جوي‌ها استفاده مي‌نمايد.

اهميت رودخانه‌ها

آب زيرسطحي

وقتي که آب بارندگي به سطح زيرين خاک نفوذ پيدا مي‌کند، معمولاً دو لايه‌ي غير اشباع و اشباع بوجود مي‌آورد. در منطقه‌ي غير اشباع، مقداري آب در بازشدگي‌هاي بين سنگ‌ها وجود دارد ولي در زير آن آبي وجود ندارد. در بالاي منطقه‌ي غير اشباع، لايه‌ي خاک وجود دارد. لايه‌ي خاک داراي فواصلي است که به وسيله‌ي ريشه‌ي گياهان بوجود آمده و باعث خواهد شد تا بارندگي‌ها از آن نفوذ نمايند. آب در اين ناحيه توسط ريشه‌ي گياهان به مصرف مي‌رسد. زير منطقه‌ي غير اشباع، منطقه‌ي اشباع وجود دارد که آب کاملاً فضاي بين سنگ‌ها و ذرات خاک را پر کرده‌است. انسان مي‌تواند با حفر چاه تا اين منطقه آب را پمپاژ کند.

ذخيره آب زيرزميني: آب براي مدت‌هاي طولاني در زير سطح زمين وجود دارد

آب ذخيره شده، بخشي از چرخه‌ي آب مي‌باشد

مقدار زيادي از آب در زير زمين ذخيره شده است. اين آب،‌اما هنوز مي‌تواند حرکت کند، هر چند خيلي آرام، ولي هنوز به عنوان بخشي از چرخه‌ي عظيم آب به شمار مي‌رود. بخش بزرگي از آب زيرزميني داراي منشاء بارندگي مي‌باشد که به سطح زيرين خاک نفوذ يافته‌. بالاترين لايه‌ي خاک، منطقه‌ي غير اشباع مي‌باشد، جايي که مقدار آب در آن در طي زمان تغيير مي‌کند، اما خاک را خيس نمي‌کند. زير اين لايه، منطقه‌ي اشباع وجود دارد که تمام خلل وفرج، ترک‌ها، فاصله‌ي بين سنگ‌ها و ذرات خاک پر از آب مي‌باشد. کلمه‌ي "آب زيرزميني" به اين منطقه اتلاق مي‌شود. حجم آب زيادي در اين آبخوان‌ها ذخيره مي‌شود و زندگي بسياري از مردم در دنيا به آب زيرزميني بستگي دارد.

سطح ايستابي

مثلاً در يک عمق مشخص، در زير زمين، همه‌جا از آب اشباع است، منتها اگر به اندازه‌ي کافي خاک نفوذ‌پذير باشد و اجازه‌ي داخل شدن آب به حفره را بدهد. سطح بالايي اين منطقه را سطح ايستابي مي‌گويند. سطح آب در اين حفره برابر سطح آب در دريا است. اگر شما اين حفره را در کنار درياي آزاد و يا ساحل اقيانوس‌ها حفر مي‌کرديد، به دليل جذر و مد سطح آب دريا و يا اقيانوس بالا و پايين مي‌رفت و درنتيجه سطح آب در اين حفره نيز بالا و پايين مي‌رفت.

اين حفره مثال خوبي براي آب زير‌زميني است. اگر در اين حفره آب شيرين بود، آن وقت مي‌شد با يک سطل از آن براي مصارف مختلف آب برداشت کرد. خوب، حالا سعي کنيد با يک سطل اين حفره را از آب خالي کنيد. اما مي‌بينيد که بلافاصله از آب پر مي‌شود، چون ماسه‌ي ساحل بسيار نفوذپذير است و آب موجود در دريا سريعاً به حفره مي‌رسد (که البته براي چاه‌هاي آب شرب کنار ساحل اين موضوع اصلاً خوب نيست، زيرا بجاي آب شيرين، آب شور جاي آن را مي‌گيرد). به اين چاه‌ها که سريعاً پر مي‌شوند، چاه با آبدهي بالا مي‌گويند. براي رسيدن به آب شيرين کافي است که يک چاه به اندازه‌اي عميق حفر شود که به آبخوان برسد. اين چاه ممکن است که چندين ده متر و يا چند صد متر عمق داشته باشد، اما مهم اين است که اصول آبدهي آنها همگي شبيه همان حفره‌ي کنار ساحل مي‌باشد، دسترسي به آب در منطقه‌ي اشباع و جايي که تمام فضاهاي بين سنگ‌ها و ذرات خاک پر از آب است.

تخليه آب زيرزميني: خارج شدن آب از زير زمين

شما هميشه بخشي از آب را که به چشم مي‌توان ديد را تجربه کرده‌ايد، آب درياچه‌ها و رودخانه‌ها، يخ، باران و برف. اما حجم بزرگي از آب قابل ديدن نيست، جريان آبي که در زير زمين در حال حرکت است. انسان هزاران سال است که از آب زيرزميني استفاده کرده‌است و اين کار براي آب شرب و آبياري اراضي کشاورزي کماکان ادامه دارد. زندگي بر روي زمين به همان اندازه که به آب سطحي وابسته است، به آب زيرزميني نيز بستگي دارد.

آب زيرزميني در زيرزمين جريان دارد

بخشي از بارش که روي زمين اتفاق مي‌افتد، به زير زمين نفوذ کرده و تبديل به آب زيرزميني مي‌شود. بخشي از اين آب بسيار نزديک به سطح است و تبديل به نشت آب به نهرها و يا رودخانه مي‌شوند، اما بخش بزرگتري از آن به دليل جاذبه‌ي زمين، به اعماق زمين نفوذ مي‌کند.

همان‌طور که در شکل نشان داده شده است، جهت و سرعت آب در زير زمين بستگي به مشخصات آبخوان و لايه‌هاي زير زمين دارد (در سنگ‌هاي متراکم، آب زمان زيادي براي حرکت در بين آنها نياز خواهد داشت). حرکت آب در زير زمين بستگي به نفوذپذيري (آب تا چه ميزان راحت‌تر و يا سخت‌تر مي تواند در بين لايه‌هاي خاک حرکت کند) و تخلخل (مقدار فضاي باز در بين خاک و سنگ) دارد. اگر سنگ و خاک به آب اجازه بدهند که نسبتاً آزاد در بين لايه‌ها حرکت نمايد، آب زيرزميني مي‌تواند فواصل طولاني را درمدت چند روز طي نمايد. اما آب زيرزميني همچنين مي‌تواند به اعماق پايين‌تر نفوذ کند و در نتيجه هزاران سال طول مي‌کشد تا اين آب مجدداً به زمين بازگردد.

چشمه‌ها: جايي که آب زيرزميني به سطح زمين تخليه مي‌شود

چشمه چيست؟

يک چشمه، نتيجه‌ي پر شدن يک آبخوان و سرريز شدن آن به سطح زمين است. ابعاد و اندازه‌ي چشمه‌ها از چشمه‌هاي کوچک آب که بعد از يک بارندگي ايجاد مي‌شوند تا چشمه‌هاي بزرگي که منشاء رودخانه‌هاي بزرگ مانند کارون مي‌شوند متغير است.

چشمه‌ها در هر نوع سنگي مي‌توانند شکل بگيرند، اما معمولاً آنها را مي‌توان در سنگ‌آهک‌ها و دولوميت (نوعي سنگ آهک) که به راحتي مي‌شکنند و مي‌توانند در بارندگي‌ها حل بشوند وتوليد اسيد کنند،‌يافت مي‌شوند. وقتي که سنگ حل مي‌شود و شکسته مي‌شود، آب در فضاي بوجود آمده در سنگ‌ها جريان مي‌يابد. اگر آب به شکل افقي جريان يابد، بالاخره در يک نقطه به سطح زمين مي‌رسد و يک چشمه بوجود مي‌آيد.

آب چشمه‌ها هميشه تميز و شفاف نيستند

آب چشمه‌ها معمولاً شفاف و بي‌رنگ است. اما برخي از چشمه‌ها، گاهي داراي رنگ چاي هستند، مثل همان چشمه که در عکس ديده شد. رنگ قرمز و يا قهوه‌ايي آن نشان مي‌دهد که آب در ارتباط با مواد معدني در زير زمين بوده است، مانند آهن. از طرف ديگر مي‌توان به اين نتيجه رسيد که آب جريان يافته به جاي عبور از خلل وفرج، از يک کانال بزرگ بدون فيلتر شدن  در خاک براي حذف مواد رنگي عبور کرده است که به آن کارست مي‌گويند.

چشمه‌هاي آبگرم

چشمه‌هاي آبگرم، چشمه‌هاي معمولي هستند که در آنها آب خروجي گرم و يا در برخي نقاط،‌آب جوش و به همراه حباب‌هاي گل است مانند چشمه‌هاي موجود در پارک ملي يلوستون، ويومينگ ايالات متحده آمريکا. بسياري از چشمه‌هاي آبگرم، در مناطقي هستند که فعاليت‌هاي آتشفشاني جديد داشته‌اند و آب به دليل نزديکي به سنگ‌هاي داغ زير سطح زمين، گرم مي‌شود. سنگ‌ها هر چه داراي عمق بيشتري باشند، گرم‌تر مي‌شوند و هنگامي‌که آب به عمق فرو رفته به يک شکاف بزرگ برسد،‌راهي براي رسيدن به سطح زمين پيدا مي‌کند و در نتيجه تبديل به يک چشمه آبگرم خواهد شد. چشمه‌هاي آبگرم، در تمام نقاط دنيا اتفاق مي‌افتند و حتي همزيستي با کوه‌هاي يخي دارند، چنانچه که در گرينلند مي‌توان مشاهده کرد.

توزيع جهاني آب

براي توضيح نسبتاً کامل براي مقدار آب در جهان، مي‌توانيد به نمودار و جدول زير نگاه کنيد. حالا، شما مي‌دانيد که چرخه‌ي آب تشريح حرکت آب در دنيا است، بنابراين نمودار و جدول زير وضعيت آب در يک نقطه که وضع فعلي مي‌باشد را نشان مي‌دهد و اگر شما به هزاران و يا ميليون‌ها سال پيش بازگرديد، اين اعداد ممکن است متفاوت باشند.

توجه کنيد که 96 درصد از کل حجم 1386 ميليون کيلومتر مکعب (يعني به اندازه‌ي 46 ميليون و 200 هزار برابر اتاق خواب شما!)آب شور مي‌باشد. از 4 درصد باقي‌مانده، بيش از 68 درصد در يخ و يخچال‌هاي طبيعي مي‌باشد. منابع آب شيرين، مانند رودخانه‌ها و درياچه‌ها، فقط 93100 کيلومتر مکعب که فقط 1 قسمت از 700 قسمت کل آب مي‌باشد. اما با اين وجود، رودخانه‌ها و درياچه‌ها مهمترين منبع آب تمامي مردم روي زمين مي‌باشند.

مقادير تخميني توزيع آب در جهان:

منابع:

پروفسور گليک، 1996: منابع آب. در دائرةالمعارف آب و هوا و اقليم، مؤلف اشنايدر، چاپ دانشگاه آکسفورد، نيويورک، جلد دوم، صفحات 817 تا 823

This translation was provided by Mehdi Mirzaee, PhD in Water Resources Management, faculty of Water Research Institute and Azad University, Central Tehran Branch. You can visit his Personal Website: http://www.iwrm.ir/

 The Water Research Institute (WRI) is the Iranian National Institute which is commenced activities in 1967 with the aim of hydraulic modeling of dams and hydraulic structures. Later on, the Institute expanded its activities under different titles. The main objectives of the WRI involve the:

" Advancement of research and technology in water resources

" Achievement of modern technologies in the field of water

" Capacity building for new approaches in optimum utilization of water resources

In this Institute there are the following Centers:

" Department of Hydro-Environment

" Department of Water Resources

" Caspian Sea Research Centre- (Located in Sari)

" Karstic Resources Research Centre-(Located in Shiraz)

" Cloud- Seeding Research Centre- (Located in Yazd)

" Wastewater Research Centre

For more information visit its Website: http://www.wri.ac.ir/

The translator wishes to thank T.Lavasani (15) and P.Mohammadi (13), both from Tehran for their contributions.

Accessibility FOIA Privacy Policies and Notices

  U.S. Department of the Interior | U.S. Geological Survey

URL: http://ga.water.usgs.gov/edu/watercyclefarsi.html

Page Contact Information: Howard Perlman