انواع آب در زمین

آب‌های سیاره زمین به چهار گروه مختلف تقسیم می‌شوند كه یكی از آنها آب‌های جوی است و سه گروه دیگر عبارتند از: آب‌های ماگمایی یا آب‌های جوان، آب‌های فسیل و آب‌های دگرگونی. شناسایی و تفكیک انواع آب از یكدیگر با استفاده از نوع اكسیژن و هیدروژن موجود در آنها امكان‌پذیر است. اتم‌های اكسیژن و هیدروژن دارای ایزتوپ‌های سنگین و سبک هستند و تعداد ایزوتوپ‌های سنگین در آب‌های جوی كمترین میزان را نسبت‌به سایر انواع آب دارد.
آب‌های ماگمایی، به آب‌های جوان نیز معروف هستند و بر اثر انجماد ماگما تبدیل شدن آنها به سنگ‌های آذرین ایجاد می‌شوند و یكی از محصولات نهایی انجماد ماگما محسوب می‌شوند. این آب‌ها به‌دلیل اینكه برای اولین بار ایجاد شده‌اند و وارد چرخه آب شده‌اند، به آب‌های جوان نیز مشهور هستند. این نوع آب را می‌توان در بخاراتی كه در دهانه آتشفشان‌ها خارج می‌شوند مشاهده كرد. برای تعیین نسبت حضور ایزتوپ‌های اكسیژن و هیدروژن در آب‌ها، با آزمایش نمونه‌های متعدد از آب‌های اقیانوسی، نتیجه حاصل به‌عنوان یک عدد استاندارد برای مقایسه همه آب‌ها قرار می‌گیرد. از این رو میانگین آب‌های اقیانوسی به‌عنوان صفر لحاظ شده و سایر موارد یا سنگین‌تر یا سبک‌تر خواهند شد لذا در آب‌های ماگمایی نسبت حضور ایزوتوپ سنگین اكسیژن به ایزوتوپ سبک آن بیشتر و درمورد هیدروژن این رابطه معكوس است.
آب‌های فسیل كه به آب‌های سازندی هم مشهور هستند شامل آب‌هایی می‌شوند كه همزمان با رسوبگذاری در دریاها به همراه ذرات رسوبی مدفون می‌شوند و درواقع از چرخه آب اقیانوس‌ها خارج می‌شوند و دارای دامنه بسیار متغیری از نظر ایزوتوپی هستند. این آب‌ها اغلب دارای شوری زیادی هستند و در لایه‌‌های پایینی زمین وجود دارند و آب‌های همراه با ذخایر نفت و گاز جزو این دسته محسوب می‌شوند. این آب‌ها قبل از اسارت توسط سنگ‌ها جزو آب‌های جوی بودند ولی به‌دلیل این رخداد به‌تدریج تركیب آنها نیز عوض شد.
آب‌های دگرگونی نیز بر اثر فرایندهایی كه منجر به تغییر و دگرگونی در سنگ‌ها می‌شود به‌وجود می‌آیند. هنگامی كه سنگ‌ها بر اثر افرایش دما و فشار تغییر ماهیت می‌دهند و به سنگ‌های جدیدی تبدیل می‌شوند، محصولات متعددی از آنها ایجاد می‌شود كه یكی از آنها آب است. خصوصاً هنگامی كه رس‌ها تحت شرایط دگرگونی قرار می‌گیرند به‌دلیل اینكه در ساختار مولكولی آنها اكسیژن و هیدروژن زیادی وجود دارد. لذا درنتیجه شكسته شدن این پیوندها و ایجاد كانی جدید مقادیر زیادی آب ایجاد می‌شود. این آب از نظر تغییرات ایزوتوپی هم با آب‌های فسیل و هم با آب‌های ماگمایی، فصل مشترك زیادی دارد.

آب‌های جوی نیز به‌دلیل تغییرات محیطی و تأثیراتی كه از شرایط مختلف می‌پذیرند دارای دامنه زیادی از تغییرات هستند كه به‌صورت خطی نشان داده شده است. آب‌های زیرزمینی جزو این دسته از آب‌ها هستند.
منشأ آب‌های زیرزمینی، آب‌های جوی هستند. بیش از 90 درصد از آب آشامیدنی كل جهان از آب زیرزمینی تأمین می‌شود. مقدار آب زیرزمینی در یک منطقه به عواملی مانند میزان بارش سالانه، تعداد دفعات بارش، نفوذ پذیری، تراكم پوشش گیاهی، شیب توپوگرافی و رطوبت قبلی موجود در میان ذرات بستگی دارد. به‌عنوان مثال، در منطقه‌ای كه بارش سالانه‌ آن حدود 500 میلیمتر در سال باشد و این حجم از بارش در یک بازه زمانی دو تا سه‌ماهه ببارد به‌دلیل اینكه مجالی برای نفوذ در زمین پیدا نمی‌كند، تبدیل به سیلاب می‌شود ولیكن اگر این حجم از بارش در طول سال ببارد، در تغذیه سفره آب زیر‌زمینی نقش به‌سزایی خواهد داشت. بارش‌های برف و باران مهم‌ترین منشأ آب‌های زیرزمینی هستند. آب باران مستقیماً و گاه از طریق رودخانه‌ها و دریاچه‌ها به زمین نفوذ می‌كند.

آب در فضاهای خالی بین شكستگی سنگ‌ها و دانه‌های رسوبات را پر می‌كند. این فضای خالی موجود در رسوبات یا سنگ‌ها را تخلخل می‌گویند. قابلیت یک رسوب یا سنگ در عبور دادن سیال را نفوذپذیری یا تراوایی می‌گویند. وقتی یك سنگ متخلخل، فضاهای خالی آن به یكدیگر متصل نباشند، سیال از میان آنها حركت نمی‌كند. درنتیجه، در كنار ویژگی تخلخل، تراوایی نیز در انتقال آب بسیار مهم است.

سطح ایستابی

وقتی از سطح زمین به عمق یک چاه حفر كنیم، ابتدا وارد منطقه‌ای می‌شویم كه بین دانه‌های رسوبات هوا وجود دارد و فقط سطح دانه كمی به آب آغشته است (البته این حالت در همه مناطق دیده نمی‌شود). این منطقه را به‌دلیل وجود هوا بین دانه‌ها به منطقه تهویه و یا منطقه غیراشباع می‌گویند. با ادامه حفر چاه كه به‌تدریج وارد آب می‌شود، بین دانه‌ها را تماماً آب اشغال كرده است كه به آن منطقه اشباع گفته می‌شود.
سطح فوقانی منطقه اشباع را سطح ایستابی می‌گویند. این سطح برخلاف سطح آب‌های آزاد، الزاماً افقی نیست و با تغییرات توپوگرافی یک منطقه، سطح آن نیز متغیر است. به‌طور كلی، شكل سطح ایستابی غالباً از شكل سطح زمین پیروی می‌كند. به‌طور معمول در مناطق پرباران و در دشت‌ها سطح ایستابی بالا و در مناطق خشک و كوهستانی پایین است. در مناطق مرطوب سطح ایستابی ممكن است تا نزدیك سطح زمین بالا بیاید.

سفره آب زیرزمینی

سفره آب به لایه یا منطقه قابل‌نفوذی كه اشباع از آب است، گفته می‌شود. سفره آب همچنین باید قابلیت آب دهی (تراوایی) خوبی داشته باشد. حد بالایی سفره‌های آزاد، همان سطح فوقانی منطقه اشباع است. مقدار فشار در سطح ایستابی سفره‌های آزاد برابر فشار اتمسفر است. سطح ایستابی بسته به مقدار تغذیه یا تخلیه آن، آزادانه تغییر می‌كند، زیرا لایه غیرقابل‌نفوذی در بالای آن قرار ندارد. درمقابل سفره‌های تحت فشار در محلی تشكیل می‌شود كه آب زیر‌زمینی به‌وسیله لایه‌ایی نسبتاً نفوذ ناپذیر از بالا محدود شود و درنتیجه تحت فشار است. علت آنكه در سفره‌های تحت فشار، آب از محل خود بالاتر می‌آید آن است كه منطقه‌ای كه از طریق آن آب سفره تأمین می‌شود، در ارتفاعی بالاتر از سطح فوقانی منطقه اشباع در محل حفر چاه قرار دارد. اگر چاهی در هر نقطه از سفره تحت فشار حفر كنیم در آن آب فوران می‌كند و جهت سنجش آن از ارتفاع صعود یا فوران آب چاه در آن نقطه استفاده می‌شود.

برای ادامه، به کتاب مراجعه کنید.