پرش به محتوای اصلی

فصل 07 (علوم تجربی هفتم)

بخشی از بانک سؤال طبقه‌بندی‌شده‌ی این مبحث در کوئیز سنتر — رایگان و بدون نیاز به ثبت‌نام

خلاصه‌ی درسنامه

این خلاصه‌ی 30 درصدی درسنامه اصلی است. متن کامل با همه‌ی نکته‌ها، مثال‌های حل‌شده و جمع‌بندی، با ثبت‌نام رایگان در دسترست قرار می‌گیرد.

فصل 07 (علوم تجربی هفتم)

فصل قبل سفر آب را روی زمین دیدیم؛ حالا می‌رویم زیر زمین: آب چطور وارد خاک می‌شود، کجا می‌ماند و چطور بیرون می‌آید.

چرا آب زیرزمینی مهم است؟

آب‌های زیرزمینی همه‌جای زمین هستند و بعد از یخچال‌ها دومین ذخیره‌ی بزرگ آب شیرین زمین‌اند. برای ایران که در نوار خشک و نیمه‌خشک است اهمیتشان بیشتر است: بخش عمده‌ی آب مصرفی کشور از همین منابع می‌آید؛ تغذیه‌شان هم از نفوذ باران، بستر رودخانه‌ها و ذوبِ برف است.

نفوذپذیری: کلید ورود آب به زمین

نفوذپذیری یعنی توانایی یک ماده برای عبور دادنِ آب.

ماده نفوذپذیری دلیل
شن و ماسه زیاد ذرات درشت، فضای خالی زیاد
آبرفت زیاد ترکیب شن و ماسه‌ی دانه‌درشت
سنگ آهک متوسط تا زیاد آب حلش می‌کند و حفره می‌سازد
خاک رس بسیار کم ذرات ریز، فضاها بسیار تنگ

نکته‌ی کلیدی: رس فضای خالی دارد، ولی چون ذراتش خیلی ریزند این فضاها تنگ‌اند و آب به‌سختی رد می‌شود. پس «ذراتِ ریزتر» یعنی نفوذپذیریِ بیشتر، حرف درستی نیست.

آبرفت بهترین ذخیره‌گاه است: هم فضای خالیِ زیاد دارد و هم نفوذپذیر است، پس آب هم در آن جمع می‌شود، هم می‌شود بیرونش کشید.

حرکت آب در زیرزمین

آب زیرِ زمین از شیب سطح زمین پیروی می‌کند و سرعتش بین ۰.۵ تا ۵۰۰ متر در سال است — در آبرفت سریع، در رس بسیار کند. آب رودخانه در هر ساعت چند کیلومتر جابه‌جا می‌شود؛ یعنی آب زیرزمینی هزاران برابر کندتر است، و همین کندی آلودگی را سال‌ها ماندگار می‌کند.

آب زیرزمینی هنگام عبور از سنگ آهک آن را حل می‌کند؛ حفره‌ها کم‌کم بزرگ‌تر می‌شوند و غار آهکی شکل می‌گیرد.

سطح ایستابی و ساختار زیرزمین

وقتی آب نفوذ می‌کند و به لایه‌ی نفوذناپذیر می‌رسد، دو ناحیه پدید می‌آید:

  • منطقه‌ی غیراشباع (بالا): فضاهای خالی از هوا و رطوبت پر شده‌اند.
  • منطقه‌ی اشباع (پایین): فضاهای خالی کاملاً پر از آب‌اند — آب زیرزمینی همین‌جاست.

سطح ایستابی مرزِ بین این دو ناحیه است؛ نزدیک دریا کم‌عمق (چند متر) و در مناطق خشکِ داخلی عمیق است، گاهی بیش از ۱۵۰ متر.

دو نوع سفره (آبخوان)

ویژگی سفره‌ی آزاد سفره‌ی تحت فشار
لایه‌ی نفوذناپذیر یکی، در زیر دوتا، بالا و پایین
محل دشت‌ها و دامنه‌ی کوه مناطق کوهستانی و شیب‌دار
برداشت چاه و قنات چاه آرتزین

در سفره‌ی آزاد اگر آب در جای شیب‌داری خودش به سطح برسد چشمه درست می‌شود (چشمه‌های آب‌گرم بیشتر اطراف آتشفشان‌ها). در سفره‌ی تحت فشار آب محبوس و زیر فشار است، پس در چاه آرتزین بدون پمپ به سطح می‌جوشد.

ویژگی‌های آب زیرزمینی

معمولاً بی‌رنگ و بی‌بوست، دمای ثابت دارد (نوسان دمای هوا به عمق نمی‌رسد) و آلودگی میکروبیِ کمتری دارد، ولی املاح معدنیِ بیشتری دارد، چون مدت طولانی با سنگ‌ها در تماس بوده.

آب سخت آبی است که کلسیم (Ca) و منیزیم (Mg) زیادی دارد؛ در کتری و سماور رسوب می‌گذارد و بیش از حدِ معمولش مضر است. رسوبش را با سرکه پاک می‌کنند، چون سرکه اسیدی است و کربنات کلسیم را حل می‌کند.

قنات (کاریز)

ایرانیان نخستین مردمی بودند که قنات حفر کردند. قنات تونلی تقریباً افقی و کم‌شیب است: آب از منطقه‌ی تغذیه در ارتفاعات، فقط با نیروی جاذبه و بدون هیچ پمپی، تا دشت جریان می‌یابد. فناوریِ پایداری با بیش از ۳۰۰۰ سال قدمت که هنوز در خراسان، یزد و کرمان استفاده می‌شود.

چرخه‌ی آب

همه‌ی مسیرهایی که خواندیم بخشی از یک چرخه‌ی بی‌پایان‌اند:

تبخیر ← تراکم ← بارش ← جریان سطحی یا نفوذ زیرزمینی ← بازگشت به دریا

موتور این چرخه تابشِ خورشید (تبخیر) و جاذبه‌ی زمین (جریان و بارش) است.

اشتباه‌های رایج

  • «آب زیرزمینی یعنی دریاچه‌ی زیرزمینی». جز در غارهای آهکی، آب در فضاهای ریزِ بین ذرات پخش است — مثل اسفنجِ خیس، نه استخر.
  • «سطح ایستابی و منطقه‌ی اشباع دو چیزند». سطح ایستابی همان مرزِ بالاییِ اشباع است.
  • «قنات هم نوعی چاه است». چاه گودالی عمودی است و آب را باید بالا کشید؛ قنات تونلی شیب‌دار است و آب خودش می‌آید.
  • «آب سخت یعنی آب کثیف». سختی فقط یعنی کلسیم و منیزیمِ زیاد؛ چنین آبی می‌تواند از نظر میکروبی کاملاً سالم باشد.

نمونه سؤال با پاسخ

سؤال: یک قنات از منطقه‌ی تغذیه‌ای شروع می‌شود که ارتفاعش نسبت به دشتِ مقصد ۶۰ متر بیشتر است.
الف) چرا این قنات به پمپ نیاز ندارد؟
ب) اگر دبیِ آبِ خروجی از دهانه‌ی قنات ۵ لیتر بر ثانیه باشد، در ۲۴ ساعت چند لیتر آب خارج می‌شود؟

پاسخ:
الف) چون منطقه‌ی تغذیه ۶۰ متر بالاتر از دشت است، آب با نیروی جاذبه خودش در تونلِ رو به پایین جریان می‌یابد — مثل آب در یک لوله‌ی شیب‌دار.
ب) اول زمان را به ثانیه می‌بریم: ۲۴ × ۳۶۰۰ = ۸۶٬۴۰۰ ثانیه. حجم = دبی × زمان = ۵ × ۸۶٬۴۰۰ = ۴۳۲٬۰۰۰ لیتر (یعنی ۴۳۲ متر مکعب).

جمع‌بندی

  • آب زیرزمینی = دومین ذخیره‌ی بزرگ آب شیرین زمین
  • نفوذپذیری: آبرفت و شن زیاد، رس بسیار کم؛ سطح ایستابی = مرز اشباع و غیراشباع
  • سفره‌ی آزاد ← چاه و قنات | سفره‌ی تحت فشار ← چاه آرتزین (بدون پمپ)
  • آب سخت = کلسیم و منیزیمِ زیاد ← رسوب
  • قنات: جریان فقط با جاذبه؛ چرخه‌ی آب با خورشید و جاذبه می‌چرخد

نمونه تست

پاسخنامه‌ی تحلیلی سه‌بخشی برای هر سؤال

  • چرا گزینه‌ی درست، درست است
  • چرا هر گزینه‌ی دیگر غلط است
  • تله‌ی تستی‌ای که باید بشناسی

1. برخلاف خاک رس که نفوذپذیری بسیار کمی دارد، سنگ آهک با وجود ذرات ریز اولیه، نفوذپذیری قابل توجهی پیدا می‌کند. دلیل اصلی این تفاوت چیست؟

  • ذرات سنگ آهک پس از تشکیل، بر اثر فشار و دما به یکدیگر جوش خورده و فضاهای خالی بزرگتری ایجاد می‌شود.
  • آب‌های زیرزمینی اسیدی، کربنات کلسیم سنگ آهک را حل کرده و به تدریج حفره‌ها و کانال‌های به هم پیوسته در آن ایجاد می‌کنند.
  • سنگ آهک به دلیل ماهیت شیمیایی خود، همواره دارای درزها و شکاف‌های طبیعی است.
  • نفوذپذیری سنگ آهک ناشی از وجود دانه‌های درشت کانی کلسیت در ساختار آن است که فضاهای خالی زیادی بین آن‌هاست.

پاسخنامه‌ی تحلیلی

«آب‌های زیرزمینی اسیدی، کربنات کلسیم سنگ آهک را حل کرده و به تدریج حفره‌ها و کانال‌های به هم پیوسته در آن ایجاد می‌کنند.» درست است زیرا بر اساس متن، برخلاف رس، نفوذپذیری آهک به اندازه ذرات اولیه ربطی ندارد و آب کمی اسیدی به مرور کربنات کلسیم را حل کرده و حفره می‌سازد که نفوذپذیری اکتسابی ایجاد می‌کند. «ذرات سنگ آهک پس از تشکیل، بر اثر فشار و دما به یکدیگر جوش خورده و فضاهای خالی بزرگتری ایجاد می‌شود.» رد می‌شود زیرا فشار و دما معمولاً فضاهای خالی را کاهش می‌دهد. «سنگ آهک به دلیل ماهیت شیمیایی خود، همواره دارای درزها و شکاف‌های طبیعی است.» رد می‌شود زیرا نفوذپذیری آهک اکتسابی است و همواره درز ندارد. «نفوذپذیری سنگ آهک ناشی از وجود دانه‌های درشت کانی کلسیت در ساختار آن است که فضاهای خالی زیادی بین آن‌هاست.» رد می‌شود زیرا دانه‌های کلسیت معمولاً ریزند و نفوذپذیری اولیه کمی دارند. تلهٔ تستی این سؤال آن است که دانش‌آموز با مقایسه سطحی با رس، ممکن است گزینهٔ «دانه‌های درشت» را انتخاب کند، در حالی که علت اصلی فرایند انحلال شیمیایی است.

2. در یک منطقه، سرعت حرکت آب زیرزمینی در لایه آبرفت va=300m/yearv_a = 300\,\text{m/year} و در لایه رسی vr=0.6m/yearv_r = 0.6\,\text{m/year} است. نسبت vavr\frac{v_a}{v_r} کدام است؟

  • 600
  • 200
  • 300
  • 500

پاسخنامه‌ی تحلیلی

«500» درست است زیرا 3000.6=500\frac{300}{0.6}=500 است. «200» رد می‌شود زیرا حاصل تقسیم 300 بر 0.6 برابر 500 است نه 200. «300» رد می‌شود زیرا حاصل تقسیم 300 بر 0.6 برابر 500 است نه 300. «600» رد می‌شود زیرا حاصل تقسیم 300 بر 0.6 برابر 500 است نه 600. تلهٔ تستی این سؤال آن است که دانش‌آموز ممکن است به اشتباه 300 را بر 0.6 تقسیم کند و 500 را به‌دست نیاورد (مثلاً با جابه‌جایی ممیز) و گزینهٔ 300 یا 200 را انتخاب کند.

3. در یک سفره تحت فشار، اگر ارتفاع منطقه تغذیه 200m200\,\text{m} از سطح چاه آرتزین بیشتر باشد، آب درون چاه تا چه ارتفاعی بالا می‌آید؟

  • تا 100m100\,\text{m} بالاتر از سطح چاه، یعنی نصف اختلاف ارتفاع.
  • تا سطحی برابر با ارتفاع منطقه تغذیه، طبق اصل ظروف مرتبط.
  • تا 200m200\,\text{m} پایین‌تر از سطح چاه، نه بالاتر.
  • تا ارتفاعی کمتر از سطح منطقه تغذیه، به علت افت فشار در مسیر.

پاسخنامه‌ی تحلیلی

«تا سطحی برابر با ارتفاع منطقه تغذیه، طبق اصل ظروف مرتبط.» درست است زیرا در سفره تحت فشار، فشار آب را تا سطحی معادل ارتفاع منطقه تغذیه بالا می‌برد. «تا 200m200\,\text{m} پایین‌تر از سطح چاه، نه بالاتر.» رد می‌شود چون جهت درست برعکس است؛ آب بالا می‌آید نه پایین می‌رود. «تا ارتفاعی کمتر از سطح منطقه تغذیه، به علت افت فشار در مسیر.» رد می‌شود زیرا در شرایط ایده‌آل بدون افت، آب تا همان ارتفاع تغذیه می‌رسد. «تا 100m100\,\text{m} بالاتر از سطح چاه، یعنی نصف اختلاف ارتفاع.» رد می‌شود چون عدد و منطق محاسبه‌اش نادرست است. تلهٔ تستی این سؤال آن است که دانش‌آموز افت فشار مسیر را در محاسبه دخالت دهد، در حالی که اختلاف ارتفاع به‌تنهایی سطح نهایی آب را تعیین می‌کند.

4. چرا پاک‌سازی آب زیرزمینی آلوده معمولاً بسیار دشوارتر از پاک‌سازی آب یک رودخانه آلوده است؟

  • زیرا آب زیرزمینی حاوی املاح معدنی فراوان است که آلودگی را جذب کرده و تثبیت می‌کند.
  • زیرا سفره‌های آب زیرزمینی توسط لایه‌های نفوذناپذیر پوشیده شده‌اند و آلودگی نمی‌تواند خارج شود.
  • زیرا آب زیرزمینی در معرض نور خورشید نیست و فرایند فتوسنتز در آن انجام نمی‌شود.
  • زیرا سرعت جریان آب زیرزمینی بسیار کم است و آب آلوده به کندی جابه‌جا و رقیق می‌شود.

پاسخنامه‌ی تحلیلی

«زیرا سرعت جریان آب زیرزمینی بسیار کم است و آب آلوده به کندی جابه‌جا و رقیق می‌شود.» درست است زیرا سرعت آب زیرزمینی بسیار کم است (متر در سال) و آلودگی برای مدت طولانی باقی می‌ماند. «زیرا آب زیرزمینی در معرض نور خورشید نیست و فرایند فتوسنتز در آن انجام نمی‌شود.» رد می‌شود زیرا تجزیه آلودگی عمدتاً توسط میکروب‌ها صورت می‌گیرد و نور خورشید عامل اصلی نیست. «زیرا آب زیرزمینی حاوی املاح معدنی فراوان است که آلودگی را جذب کرده و تثبیت می‌کند.» رد می‌شود زیرا املاح معدنی لزوماً آلودگی را تثبیت نمی‌کنند. «زیرا سفره‌های آب زیرزمینی توسط لایه‌های نفوذناپذیر پوشیده شده‌اند و آلودگی نمی‌تواند خارج شود.» رد می‌شود زیرا سفره آزاد لایه نفوذناپذیر بالایی ندارد. تلهٔ تستی این سؤال آن است که دانش‌آموز گزینه‌های مربوط به نور یا املاح را به دلیل ارتباط با تصفیه طبیعی انتخاب کند در حالی که علت اصلی کندی جریان است.

5. آب سخت به آبی گفته می‌شود که ...

  • مقدار زیادی مواد آلی در خود داشته باشد.
  • دارای غلظت بالایی از کلسیم و منیزیم باشد.
  • دارای آلودگی میکروبی فراوان باشد.
  • دمای آن نسبت به آب سطحی بالاتر باشد.

پاسخنامه‌ی تحلیلی

«دارای غلظت بالایی از کلسیم و منیزیم باشد.» درست است زیرا آب سخت به آبی گفته می‌شود که مقدار کلسیم و منیزیم آن زیاد باشد. «دارای آلودگی میکروبی فراوان باشد.» رد می‌شود زیرا آب سخت از نظر میکروبی می‌تواند سالم باشد. «دمای آن نسبت به آب سطحی بالاتر باشد.» رد می‌شود زیرا دمای آب زیرزمینی معمولاً ثابت است نه لزوماً بالاتر. «مقدار زیادی مواد آلی در خود داشته باشد.» رد می‌شود زیرا سختی به املاح معدنی مربوط است. تلهٔ تستی این سؤال آن است که دانش‌آموز ممکن است تصور کند آب سخت آلوده یا ناسالم است، در حالی که سختی به املاح کلسیم و منیزیم مربوط است.

مباحث مرتبط

ادامه‌ی این مبحث رو ببین

با ثبت‌نام رایگان، به بانک کامل سؤال، شبیه‌ساز کنکور و تحلیل پیشرفت دسترسی داری

ثبت‌نام رایگان