آبخوان، که گاهی به آن سفره آب هم می‌گویند، مانند یک انبار یا مخزن بزرگ آب در زیر زمین است. این مخزن در لایه‌های سنگی یا خاکی قرار دارد که آب می‌تواند در آن نفوذ کند و ذخیره شود.
آب چگونه به آبخوان می‌رسد؟
آب باران و آب حاصل از ذوب برف‌ها به داخل زمین نفوذ می‌کند. این آب به آرامی از بین ذرات خاک و سنگ عبور می‌کند تا به یک لایه غیرقابل نفوذ برسد که مانند یک سد عمل می‌کند و مانع از رفتن آب به اعماق بیشتر می‌شود. آب در بالای این لایه جمع می‌شود و سفره آب را تشکیل می‌دهد.
انواع اصلی آبخوان‌ها:
۱. آبخوان آزاد:
این نوع، متداول‌ترین نوع سفره آب است. در این حالت، یک لایه غیرقابل نفوذ در زیر زمین وجود دارد و لایه‌ای از آب در بالای آن جمع می‌شود. سطح بالایی این آب، “سطح ایستابی” نام دارد. وقتی چاه می‌زنند تا به این لایه آب برسند، سطح آب در چاه دقیقاً در همین سطح ایستابی قرار می‌گیرد.
۲. آبخوان تحت فشار:
این نوع، شبیه به یک لوله آب پرفشار در زیر زمین است. در این حالت، یک لایه آب بین دو لایه غیرقابل نفوذ به دام افتاده است. به دلیل این ساختار، آبی که در این لایه قرار دارد تحت فشار است. وقتی چاهی به این لایه حفر شود، آب به دلیل فشار طبیعی، خود به خود به سمت بالا می‌آید و حتی ممکن است از چاه فوران کند. به این چاه‌ها، “چاه آرتزین” می‌گویند.
چرا آبخوان‌ها مهم هستند؟
این مخازن زیرزمینی، منبع بسیار مهمی برای تأمین آب آشامیدنی، آب کشاورزی و آب صنعتی هستند. در بسیاری از مناطق جهان، مردم برای انجام کارهای روزمره خود به آب این سفره‌ها وابسته‌اند.
توجه به این نکته ضروری است که این منابع زیرزمینی بی‌نهایت نیستند. اگر آب بیشتری از آن‌ها برداشت شود نسبت به آبی که از طریق بارش دوباره جایگزین می‌شود، این سفره‌ها خشک خواهند شد. بنابراین، حفاظت و استفاده درست از آن‌ها برای ادامه زندگی بسیار حیاتی است.
آبخوان چیست؟
لایه‌های آبدار یا سفره‌های آب زیرزمینی، بخشی از زمین هستند که در آن، فضاهای خالی بین سنگ‌ها و خاک کاملاً از آب پر شده است. در ادامه، بیشتر با این لایه‌های آبدار آشنا می‌شویم.
وقتی باران به طور مداوم می‌بارد، آب از طریق منافذ و شکاف‌های سنگ‌ها به داخل زمین نفوذ می‌کند. وقتی این آب به لایه‌هایی مانند سنگ‌های رسی می‌رسد که آب نمی‌تواند از آن‌ها عبور کند، در همان جا جمع می‌شود. سپس این آب‌های جمع‌شده ممکن است به صورت چشمه‌هایی به سطح زمین راه پیدا کنند.
وقتی آب از این چشمه‌ها خارج می‌شود، سطح آب‌های زیرزمینی پایین می‌رود. معمولاً در فصل‌های پرباران، سطح آب‌های زیرزمینی بالا می‌آید و در فصل‌های خشک، پایین می‌رود. اما این سطح هیچ‌گاه از یک حد مشخص بالاتر یا پایین‌تر نمی‌رود. به پایین‌ترین سطح آب زیرزمینی در هر منطقه، سطح آب دائمی آن منطقه گفته می‌شود.
لایه‌های آبدار حدود ۲۰ درصد از آب‌های شیرین زمین را در خود نگه می‌دارند. آب آن‌ها معمولاً بی‌رنگ، بی‌بو و بدون مواد تیره است. ترکیب شیمیایی و دمای آب در این لایه‌ها ثابت است و آلودگی کمتری نسبت به آب‌های سطحی دارد. با این حال، مقدار املاح معدنی مانند کلسیم و منیزیم در آب‌های زیرزمینی بیشتر است.
این لایه‌های آبدار، بخش بزرگی از آب مصرفی ما را تأمین می‌کنند و در مناطقی مانند نواحی مرکزی ایران که با کم‌آبی روبرو هستند، اهمیت بسیار زیادی دارند. با حفر چاه یا قنات می‌توان به این آب‌های زیرزمینی دسترسی پیدا کرد.
انواع آبخوان یا سفره آب
⇐ آبخوان آزاد
در این نوع آبخوان، هیچ فشاری به سطح آب زیرزمینی وارد نمی‌آید.
⇐ آبخوان تحت فشار
در این نوع آبخوان، فشاری که آب در زیر زمین تحمل می‌کند، از فشار هوای محیط بیشتر است.
⇐ آبخوان کم تراوا
لایه‌ای از زمین که به طور کامل از آب اشباع شده، اما در شرایط عادی، اجازه عبور مقدار زیادی آب را نمی‌دهد، آبخوان با نفوذپذیری کم نامیده می‌شود.
سطح پیرومتریک چیست؟
سطحی فرضی است که در لایه‌های زیرزمینی تحت فشار تعریف می‌شود و نشان‌دهنده ارتفاعی است که آب در هر منطقه به صورت طبیعی از چاه فوران می‌کند.
سطح ایستابی چیست؟
قسمتی از خاک که تمام فضاهای خالی آن از آب انباشته شده، ناحیه اشباع نام دارد. مرز میان این ناحیه و لایه خشک بالایی آن، سطح آب زیرزمینی خوانده می‌شود. هرچه این سطح بالاتر باشد، برای دسترسی به آب باید چاه عمیق‌تری حفر کرد. در مناطق ساحلی نزدیک به دریا، سطح آب زیرزمینی معمولاً پایین‌تر و در نواحی خشک و دور از دریا، این سطح بالاتر است.
منشأ آب‌های زیرزمینی
درباره چگونگی تشکیل آب‌های زیرزمینی، نظریه‌های گوناگونی وجود دارد. مهم‌ترین آن‌ها نظریه نفوذ آب به درون زمین است. بر اساس این نظریه، بخش عمده‌ای از بارش‌های آسمانی مانند باران و برف، به داخل زمین نفوذ می‌کند و وقتی به لایه‌های سنگی غیرقابل نفوذ برخورد می‌کند، در آنجا جمع شده و مخازن آب زیرزمینی را به وجود می‌آورد.
این نظریه را اولین بار یک فیزیکدان فرانسوی به نام ماریوت در قرن هجدهم میلادی مطرح کرد و کمی بعد، لومونوسوف نیز آن را تأیید نمود. او اضافه کرد که ترکیب شیمیایی این آب‌ها پس از نفوذ به زمین ثابت نمی‌ماند و بسته به نوع سنگ‌هایی که از آن‌ها عبور می‌کند، تغییر می‌یابد.
این نظریه برای مدتی پذیرفته شده بود، اما در مورد مناطقی که آب زیرزمینی داشتند ولی بارش قابل توجهی در آن‌ها رخ نمی‌داد، پاسخگو نبود. به همین خاطر، در پایان قرن نوزدهم، فردی به نام ولگر نظریه جدیدی ارائه داد. او معتقد بود که منشأ این آب‌ها، نفوذ آب باران نیست، بلکه بخار آب موجود در هواست که در بین سنگ‌ها نفوذ کرده و متراکم می‌شود و به آب تبدیل می‌گردد. به این ترتیب، نظریه «تراکم آب» پدید آمد.
اما بسیاری از دانشمندان با این نظریه مخالفت کردند و آن را غیرواقعی دانستند. زیرا مقدار بخار آب در هوا به اندازه‌ای نیست که بتواند این حجم عظیم از آب‌های زیرزمینی را تشکیل دهد.
در آغاز قرن بیستم، دانشمندی اتریشی به نام E Suess نظریه دیگری به نام «آب‌های ابتدایی» را مطرح کرد که مورد استقبال بسیاری از متخصصان آب قرار گرفت. بر اساس این نظریه، بخارها و گازهایی که از مواد مذاب درون زمین (ماگما) خارج می‌شوند، هنگام نزدیک شدن به سطح زمین سرد و متراکم شده و به آب تبدیل می‌شوند. با این حال، آزمایش‌های بعدی این نظریه را نیز رد کردند.
در نهایت، نظریه «آب‌های فسیلی» مطرح شد. این نظریه، آب‌های زیرزمینی در اعماق زیاد را باقی‌مانده از دریاچه‌ها یا حوضه‌های آبی قدیمی می‌داند که در طول زمان زیر لایه‌های رسوبی مدفون شده‌اند.
پس از بررسی همه این نظریه‌ها توسط کارشناسان سراسر جهان، تقریباً اکثر متخصصان، نظریه اول یعنی «نفوذ آب باران» را به عنوان منشأ اصلی آب‌های زیرزمینی پذیرفته‌اند.
آب پس از نفوذ در زمین، تا زمانی که به یک لایه غیرقابل نفوذ برخورد کند، به حرکت خود ادامه می‌دهد. وقتی به این لایه‌ها می‌رسد، در حفره‌ها و منافذ سنگ‌ها جمع می‌شود و «سفره‌های آبدار» یا مخازن زیرزمینی آب را تشکیل می‌دهد.
از آنجایی که در اعماق زمین، معمولاً لایه‌های نفوذپذیر و غیرقابل نفوذ به صورت متناوب روی هم قرار گرفته‌اند، ممکن است در یک منطقه، چندین سفره آبدار روی هم وجود داشته باشد.
به سفره‌های آبی که نزدیک به سطح زمین هستند و چاه‌های معمولی به آن‌ها می‌رسند، «سفره‌های سطحی» می‌گویند. به سفره‌های پایین‌تر نیز «آب‌های عمیق» گفته می‌شود. آن دسته از سفره‌هایی که در اعماق بسیار زیاد و بین لایه‌های غیرقابل نفوذ محصور شده‌اند، «آب‌های محصور» یا «سفره‌های محاط» نامیده می‌شوند.
مقدار آب در مخازن سطحی، با تغییرات بارندگی و دمای هوای بیرون، به سرعت تغییر می‌کند. به همین دلیل، میزان آب چاه‌هایی که از این مخازن تغذیه می‌کنند، به سرعت کم و زیاد می‌شود. اما چاه‌های عمیق که از سفره‌های پایین‌تر (منطقه همیشه پرآب) آب می‌گیرند، مقدار آب ثابت‌تری دارند. علاوه بر این، از نظر بهداشتی، آب چاه‌های عمیق – به ویژه در مناطق مسکونی – پاک‌تر و سالم‌تر از آب چاه‌های سطحی است.
پستی و بلندی‌های سطح زمین باعث می‌شوند سطح آب زیرزمینی (سطح ایستایی) در همه جا یکسان و افقی نباشد. برای مثال، در نزدیکی دره‌ها که نیروی جاذبه سنگ‌ها کمتر است و مقاومت کمتری در برابر جریان آب وجود دارد، سطح ایستایی پایین‌تر می‌رود. به این ترتیب، سطح آب زیرزمینی معمولاً در کنار دره‌ها انحنا پیدا می‌کند و به سمت بالا برآمدگی دارد.
همان‌طور که بلندی‌های سطح زمین، حوضه‌های آبی سطحی را از هم جدا می‌کنند، چین‌خوردگی لایه‌های غیرقابل نفوذ در عمق زمین نیز باعث جدایی حوضه‌های مختلف آب زیرزمینی از یکدیگر می‌شود. این جدایی باعث می‌شود تغییرات آب یک مخزن، بر مخزن کناری آن تأثیری نداشته باشد.
پیشنهاد: درباره چشمه، قنات و چاه تحقیق کنید.