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