◘پیش از مشاهده مطالب چرخه آب در طبیعت ، برای درک بیشتر چرخه آب ویدیوی زیر را حتما مشاهده کنید.◘
(چرخه آب در طبیعت)
چرخه آب چيست؟ چرخه آب، كه با نام چرخه‌ي هيدرولوژي نيز شناخته مي‌شود، وجود و حركت آب را در رو و زير زمين و بالاي سطح زمين نشان مي‌دهد. آب در زمين هميشه در حال حركت است و هميشه در حال تغيير شكل مي‌باشد، از مايع به بخار،به يخ و دوباره بازگشت به حالت اول. چرخه آب ميلياردها سال است كه در حال كار است و زندگي همه چيز روي زمين به آب بستگي دارد؛ زمين بدون آب غير قابل سكونت خواهد شد.
تودههاي هوا، ابرها را در اطراف زمين به حركت درمي‌آورند. قطعات ابر با يكديگر برخورد كرده، رشد مي‌كنند و به شكل بارش به سمت پايين مي‌آيند. قسمتي از اين بارش به شكل برف بر روي تودههاي برفي و يخچال‌ها تجمع مي‌يابند. برف در نقاط گرم‌تر ذوب شده و به شكل 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 كه 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 حركت مي‌كنند؛ برخي ديگر نيز به صورت آب شيرين در درياچه‌ها و رودخانه‌ها تجمع پيدا مي‌كنند. 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 مي‌كنند (سنگ‌هاي زيرسطحي اشباع از آب) و حجم زيادي از آب شيرين را براي مدت‌هاي مديد نگهداري مي‌كنند.
بخشي از آب زيرزميني نيز نزديك به سطح زمين باقي مي‌ماند و مجدداً به شكل تراوش به بدنه‌هاي آبي (و اقيانوس‌ها) باز مي‌گردند و مانند تخليه آب زيرزميني عمل مي‌كنند. برخي ديگر نيز به صورت چشمه‌هاي آب شيرين از زير زمين بيرون مي‌آيند. در طول زمان، اين حجم آب در حال حركت است و هر از چند گاهي بخشي از آن به اقيانوس‌ها ختم مي‌يابند كه همان نقطه شروع است، و باز مجدداً اين مسير طي مي‌شود.
اجزاي چرخه آب
دفتر بررسي‌هاي زمين‌شناسي آمريكا 16 جزء براي چرخه آب يافته است:
- ذخيره آب در اقيانوس‌ها
- تبخير
- تصعيد
- تبخير و تعرق
- آب در اتمسفر
- ميعان
- بارش
- ذخيره آب در برف و يخ
- رواناب ناشي از برف به داخل نهرها
- رواناب سطحي
- جريان رودخانه
- ذخيره آب شيرين
- نفوذ
- ذخيره آب زيرزميني
- جريان آب زيرزميني
- چشمه‌ها
توزيع آب در دنيا
پيدا كنيد چه مقدار آب روي (و زير) زمين وجود دارد و در كجا هستند.
..............................................................................................................................................................
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 كه از كل حجم آب دردنيا به ميزان ١،٣٨٦،٠٠٠،٠٠٠ كيلومتر مكعب، حجمي برابر با ١،٣٣٨،٠٠٠،٠٠٠ كيلومتر مكعب در اقيانوس‌ها ذخيره شده‌اند، يعني حدود ٥/٩٦ درصد از كل حجم آب در دنيا در اقيانوس‌ها مي‌باشد. همچنين تخمين زده مي‌شود كه حدود ٩٠ درصد از كل تبخير آب موجود در چرخه آب در جهان منشأيي به نام اقيانوس‌ها دارند. براي اينكه حجم‌هاي گفته شده را بتوانيد تجسم كنيد بايد گفت كه حجم اتاق خواب شما حدوداً فقط ٣٦ مترمكعب (٠٠٠٠٠٠٠٣٦/٠ كيلومتر مكعب) مي‌باشد.
در طي دوره‌هاي سردتر آب و هوايي در كره 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 (كه همان آب مي‌باشد) كاهش مي‌يابد. برعكس اين اتفاق در سالها و دوره‌هاي گرم‌تر حادث مي‌شود. در طي آخرين دوره يخي حدود يك سوم كره زمين پوشيده از يخ شد و در نتيجه اقيانوس‌ها ١٢٢ متر پائين تر از سطح فعلي بودند. حدود ٣ ميليون سال قبل، وقتي كه كره زمين گرم‌تر شد، اقيانوس‌ها ٥٠ متر بالاتر آمدند.
اقيانوس‌ها در حال حركتند
جريان‌هايي در اقيانوس‌ها وجود دارد كه اين حجم عظيم از آب را دور كره‌ي زمين به حركت وامي‌دارد. اين حركت تأثير بزرگي بر روي چرخه‌ي آب و روي آب و هوا دارد. گلف استريم كه جريان معروف آب گرم در اقيانوس آتلانتيك است، از خليج مكزيكو تمام عرض اقيانوس را طي كرده تا به بريتانياي كبير برسد. با سرعت ٩٧ كيلومتر در روز، گلف استريم ١٠٠ برابر حجم تمام آب رودخانه‌هاي جهان را در بر دارد. به دليل اينكه 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 كه آب از مايع تبديل به بخار مي‌شود. تبخير اولين راه بازگشت آب مايع به چرخه آب به شكل بخار آب در اتمسفر مي‌باشد. مطالعات نشان داده است كه تبخير از اقيانوس‌ها، درياها، درياچه‌ها و رودخانه‌ها نزديك به ٩٠ درصد رطوبت اتمسفرمان را تشكيل مي‌دهند و ١٠ درصد باقي‌مانده از تعرق گياهان مي‌باشد.
گرما (انرژي) براي انجام تبخير لازم است. براي شكسته شدن پيوند‌هاي بين مولكولي در آب نياز به صرف انرژي است، بنابراين دليل تبخير آسان آب در دماي ١٠٠ درجه سلسيوس و تبخير بسيار كم در دماي انجماد معلوم مي‌شود. وقتي كه رطوبت نسبي هوا ١٠٠ درصد است كه به آن وضعيت اشباع مي‌گويند، تبخير ديگر متوقف مي‌شود. فرآيند تبخير گرما را از محيط اطراف كسب مي‌كند و به همين دليل است كه هنگام تبخير از روي پوست، شما احساس خنكي مي‌كنيد.
تبخير و چرخه‌ي آب
تبخير از اقيانوس‌ها، اولين راه رسيدن آب به اتمسفر مي‌باشد. سطح عظيم اقيانوس‌ها (بيش از ٧٠ درصد سطح كره‌ي زمين پوشيده از اقيانوس‌ها مي‌باشد) امكان 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 مكان جغرافيايي آن متفاوت است. در اقيانوس‌ها بيشتر تبخير و بر روي خشكي‌ها بيشتر بارندگي اتفاق مي‌افتد. بيشتر آب تبخير شده از سطح اقيانوس‌ها به شكل بارندگي به اقيانوس‌ها باز مي‌گردد و تنها ١٠ درصد آب تبخير شده به شكل بارش به سطح زمين انتقال مي‌يابد. بعد از تبخير، يك مولكول آب حدود ١٠ روز در هوا باقي مي‌ماند.
..............................................................................................................................................................
تصعيد: تبديل برف و يخ به بخار آب بدون عمل ذوب شدن
در چرخه‌ي آب، تصعيد عملي است كه در آن برف و يخ به بخار آب تبديل مي‌شوند، بدون اينكه 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 كار را انجام داد. راه مشاهده‌ي اثر تصعيد را مي‌توان در آويزان كردن يك لباس خيس در سرماي زير صفر ديد چون يخ روي لباس ناپديد مي‌شود. اما بهترين راه ديدن تصعيد، استفاده از يخ خشك (دي اكسيد كربن منجمد) مي‌باشد. اين ماده‌ي جامد در دماي منهاي ٥/٧٨ درجه‌ي سلسيوس تصعيد شده و تبديل به گاز مي‌شود. دودي كه شما در اين تصوير مي‌بينيد مخلوطي از هواي مرطوب سرد و گاز دي‌اكسيد كربن سرد مي‌باشد كه بر اثر تصعيد يخ خشك بوجود آمده است.
در هواي داراي رطوبت نسبي كم و باد خشك، تصعيد بهتر شكل مي‌گيرد. همچنين اين مسئله در ارتفاعات بالاتر، در جايي كه فشار هوا كمتر است اتفاق مي‌افتد. انرژي، كه در خورشيد مي‌باشد، نيز براي اين عمل لازم مي‌باشد. اگر قرار باشد بهترين جايي كه بر روي زمين تصعيد اتفاق مي‌افتد انتخاب شود، مي‌توان ضلع جنوبي كوه اورست را انتخاب كرد. درجه حرارت كم، بادهاي قوي، نور خورشيد متراكم، هواي با فشار بسيار كم، همگي محيط را براي تصعيد آماده مي‌سازند.
..............................................................................................................................................................
تبخير و تعرق: فرآيند تخليه‌ي بخار آب به اتمسفر از طريق تبخير از سطح خاك 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، حركت 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 كه گياهان رطوبت را از ريشه‌ها گرفته و به برگ‌ها مي‌رسانند تا از طريق منافذ كوچك روي برگ‌ها، آب به بخار تبديل شده و به اتمسفر رود. تعرق در ذات هر برگ گياه نهفته شده است. تخمين زده مي‌شود كه حدود ١٠ درصد از كل رطوبت اتمسفر به دليل تعرق گياهان مي‌باشد.
تعرق گياهان پديده‌ايي نامرئي است، چراكه شما نمي‌توانيد تنفس گياهان از طريق برگ‌هايشان را ببينيد. در طي فصل رويش، يك برگ بيش از وزن خود آب را تبخير مي‌كند، به عنوان مثال يك درخت بزرگ بلوط حدود ١٥١٠٠٠ ليتر در سال آب را تبخير مي‌كند (هر شيشه شير ١ ليتر است!).
عوامل اتمسفري مي‌توانند بر روي تعرق تأثير بگذارند
مقدار آبي كه توسط گياهان تعرق پيدا مي‌كند در زمان‌هاي مختلف و شرايط جغرافيايي مختلف، متفاوت مي‌باشد. فاكتورهايي كه 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 كه هوا گرم‌تر مي‌شود و گياهان در حال رشد هستند.
- رطوبت نسبي: وقتي كه رطوبت نسبي در هواي اطراف گياهان افزايش مي‌يابد، مقدار تعرق گياهان كاهش مي‌يابد. تبخير آب در هواي خشك 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 كه در مناطق گرم رشد مي‌كنند مانند كاكتوس‌ها، آب ارزشمند براي بقاي خود را بيشتر حفظ مي‌كنند و كمتر از گياهان ديگر تعرق مي‌كنند.
- ..............................................................................................................................................................
ذخيره‌ي آب در اتمسفر به شكل بخار، ابر و رطوبت
اتمسفر مملو از آب است
اگرچه اتمسفر يك انبار ذخيره‌ي بزرگ براي آب نيست، اما يك ”بزرگراه عظيم“ براي حركت آب در كره‌ي زمين محسوب مي‌شود كه هميشه آب داخل آن وجود دارد. ابرها، قابل ديدن‌ترين شكل آب در اتمسفر مي‌باشند، اما حتي در شرايط بدون ابر نيز، اتمسفر داراي آب است- ذرات كوچكي كه غير قابل ديدن هستند. حجم آب در اتمسفر در هر زمان حدود ١٢٩٠٠ كيلومتر مكعب مي‌باشد. اگر تمام آب داخل اتمسفر به يك‌باره روي زمين ببارد، تمام سطح زمين را حدود ٥/٢ سانتي‌متر آب فرا مي‌گيرد.
..............................................................................................................................................................
تراكم: تغيير آب از بخار به مايع
تراكم فرآيندي است كه در طي آن بخار آب تبديل به آب مايع مي‌شود. تراكم به‌دليل تشكيل ابرها مهم مي‌باشد. ابرها توليد بارش مي‌نمايند كه اصلي‌ترين راه بازگشت آب به زمين مي‌باشد. بنابراين تراكم عملي برعكس تبخير مي‌باشد.
تراكم، همچنين باعث ايجاد مه، ايجاد قطرات آب روي عينك شما وقتي كه از يك اتاق سرد به گرماي بيرون مي‌رويد، روزهاي مرطوب، ايجاد قطرات آب روي بدنه‌ي ليوان نوشيدني خنك و بخار جمع شده روي پنجره‌هاي خانه‌ها در زمستان مي‌باشد.
تراكم در هوا
حتي در يك هواي آبي و صاف بدون ابر، آب به شكل بخار آب و قطرات بسيار كوچك آب يافت مي‌شوند. مولكول‌هاي آب تشكيل يافته از ذرات بسيار كوچك گرد و غبار، نمك و دود در هوا مي‌باشند كه تشكيل قطرات ابر را مي‌دهند و پس از رشد و توسعه به شكل ابر نمايان مي‌شوند. وقتي كه قطرات آب در كنار يكديگر جمع مي‌شوند و اندازه‌ي آنها افزايش مي‌يابد، ابرها توسعه پيدا كرده و بارش اتفاق مي‌افتد.
ابرها در اتمسفر تشكيل مي‌شوند، چرا كه هوا پر از بخار آب شده، به سمت بالا مي‌رود و سرد مي‌شود. خورشيد، هواي نزديك زمين را گرم مي‌كند و هوا سبك‌تر شده و به سمت بالا، جايي كه درجه‌ي حرارت كمتر است مي‌رود. وقتي هوا سردتر مي‌شود، تراكم بيشتري صورت مي‌گيرد و درنتيجه ابرها مي توانند شكل بگيرند.
..............................................................................................................................................................
بارندگي: بيرون آمدن آب از ابرها
بارش، خروج آب از ابرها به شكل باران، باران يخ‌زده، برف و يا تگرگ مي‌باشد. بارش اصلي‌ترين راه بازگشت آب از اتمسفر به سطح زمين مي‌باشد. بيشتر بارش به شكل باران مي‌باشد.
چگونه قطرات باران شكل مي‌گيرند؟
ابرهاي بالاي سر ما،شامل بخار آب و قطرات ابر هستند كه براي بارش بسيار كوچك هستند،اما تعداد آنها آن‌قدر زياد هست كه مي‌توان به شكل ابر آنها را ديد. براي آن‌كه باران اتفاق بيافتد، ابتدا بايد قطرات آب متراكم شده و تشكيل قطرات بزرگ‌تر و به ميزان كافي سنگين را بدهند تا به دليل وزن خود به سمت زمين به شكل باران ريزش نمايند. بنابراين ممكن است ميليون‌ها قطره‌ي ابر در كنار هم جمع شوند تا تشكيل يك قطره باران را بدهند.
ميزان بارش با زمان و مكان تغيير مي‌كند
ميزان بارش در دنيا، در يك كشور و يا حتي در يك شهر نيز يكسان نيست. مثلاً در تابستان ممكن 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 كوه واياليله در هاوايي به ميزان ١١٤٠ سانتي‌متر در سال مي‌باشد، همچنين در منطقه‌اي به نام آريكا در شيلي به مدت ١٤ سال، هيچ بارشي اتفاق نيافتد.
در نقشه‌ي زير ميزان بارش در دنيا به صورت ميانگين سالانه به ميلي‌متر و اينچ (هر اينچ ٥٤/٢ سانتي‌متر است) نشان داده شده است. مناطقي كه با رنگ سبز روشن نشان داده شده‌اند ”صحرا“ هستند. ممكن است كه شما فكر كنيد كه صحراي آفريقا يك صحراي واقعي است اما آيا مي‌دانيد كه 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 ٩٠ درصد، در قطب جنوب قرار دارد و ١٠ درصد آن نيز در گرينلند مي‌باشد. در گرينلند ضخامت متوسط يخ حدود ١٥٠٠ متر مي‌باشد، اما در برخي نقاط به ٤٣٠٠ متر نيز مي‌رسد.
يخ و يخچال‌ها مي‌آيند و مي‌روند
وضعيت اقليمي در دنيا در حال تغيير است، اگرچه اين تغييرات آن قدر سريع نيست كه 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 زماني‌كه دايناسورها در حدود ١٠٠ ميليون سال قبل زندگي مي‌كرده‌اند و دوره‌هاي سرد زيادي نيز مانند عصر يخي، حدود ٢٠٠٠٠ سال پيش وجود داشته است. در طي آخرين دوره‌ي عصر يخي بخش بزرگي از نيمكره‌ي شمالي از يخ و يخچال پوشيده شد.
برخي از مشخصات و موارد مربوط به تودههاي يخ و يخچال‌ها
- يخچال‌ها حدود ١٠ تا ١١ درصد كل خشكي‌ها را پوشانده‌اند.
- اگر همه‌ي يخچال‌ها امروز آب بشوند، حدود ٧٠ متر ارتفاع آب‌هاي دنيا افزايش مي‌يابد (منبع: مركز ملي داده‌ي برف و يخ)
- در طي آخرين عصر يخي ارتفاع آب درياها ١٢٢ متر پايين‌تر از سطح فعلي بوده‌است و يخچال‌ها بيش از يك سوم سطح خشكي را پوشانده بودند.
- در طي آخرين دوره‌ي گرما، ١٢٥٠٠٠ سال پيش، ارتفاع آب درياها ٥/٥ متر بالاتراز سطح فعلي بوده است و حدود ٣ ميليون پيش نيز سطح آب درياها ٥٠ 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 زمين و جريان‌هاي غليظ مي‌شود.
راه مناسب براي فهم تأثير ذوب برف بر جريان رودخانه‌ها نگاه كردن به آبنمود يا هيدروگراف زير است كه جريان متوسط روزانه (ميانگين جريان در هر روز) براي چهار سال در رودخانه‌ي نورث فورك در محل سد نورث فورك در كاليفرنياي آمريكا نشان مي‌دهد. هيدروگراف، نموداري است كه نشان مي‌دهد در هر زمان چه شدت جرياني آب در يك رودخانه در يك محل مشخص وجود دارد. ضمناً واحد شدت جريان مترمكعب در ثانيه (حجم در واحد زمان) مي‌باشد. قله‌ي اين نمودار كه حداكثر شدت جريان را نشان مي‌دهد به دليل ذوب شدن برف مي‌باشد. در فروردين ماه سال ٢٠٠٠ ميلادي شدت جريان حدود ٣٤ مترمكعب در ثانيه مي‌باشد در صورتي كه در مرداد ماه كه تمام برف‌ها ذوب شده‌اند، جريان آب در رودخانه كاهش مي‌يابد و به حدود ٦/١ تا ١/٢ متر مكعب در ثانيه مي‌رسد.
جريان ناشي از ذوب برف در فصل‌هاي مختلف و سال‌هاي مختلف متفاوت مي‌باشد. حداكثر جريان در سال ٢٠٠٠ را با حداكثر جريان در سال ٢٠٠١ مقايسه كنيد. به نظر مي‌رسد كه يك خشكسالي شديد در منطقه‌ي كاليفرنيا در سال ٢٠٠١ اتفاق افتاده است. كمبود حجم ذخيره‌ي آب برف در زمستان كمتر 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 كمتر براي كشاورزي، شرب و بهداشت مردم.
..............................................................................................................................................................
جريان آب سطحي (رواناب): آب بارندگي كه بر روي سطح خاكي حركت مي‌كند و به رودخانه‌ها مي‌روند
رواناب سطحي بارندگي روي سطح زمين مي‌باشد
بسياري از مردم فكر مي‌كنند كه بارندگي‌ها بر روي خشكي‌ها مي‌ريزند، روي آنها جريان مي‌يابند(رواناب) و به سمت رودخانه‌ها مي‌روند و در نهايت به داخل اقيانوس‌ها تخليه مي‌شوند. اما واقعاً قضيه كمي پيچيده‌تر مي‌باشد، چون‌كه 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 مي‌كند، اما وقتي باران به زمين كاملاً خيس يا غير قابل نفوذ برخورد مي‌كند، مانند جاده‌ي آسفالته و يا پشت‌بام خانه‌ها، شروع به جاري شدن در جهت ارتفاع كمتر خواهد كرد. در طي يك باران با شدت زياد، شايد شما رگه‌هاي كوچك جريان آب را كه به سمت سراشيبي مي‌روند را ديده باشيد. اين شكل نشان مي‌دهد كه چگونه رواناب وارد يك نهر كوچك مي‌شود. رواناب در اين شرايط روي زمين لخت حركت مي‌كند و رسوب و دانه‌هاي خاك را نيز با خود حمل مي‌كند و به داخل رودخانه مي‌آورد (كه براي كيفيت آب مناسب نيست). اين رواناب راه خود را براي بازگشت به اقيانوس شروع كرده است.
مانند تمام اجزاي ديگر چرخه‌ي آب ارتباط بين رواناب سطحي و بارندگي در زمان و مكان مختلف، متفاوت مي‌باشد. تقريباً رگبارهاي جنگل آمازون و صحراي جنوب‌غربي ايالات متحده همانند هم هستند اما الگوهاي مختلفي از رواناب را ايجاد مي‌كنند. رواناب‌هاي سطحي توسط عوامل هواشناسي، زمين‌شناسي و عوارض زمين (پستي‌ها و بلندي‌ها) متأثر مي‌شوند. فقط حدود يك سوم بارندگي روي خشكي‌ها به نهرها و رودخانه‌ها مي‌رسند و از آنجا به اقيانوس‌ها باز مي‌گردند. دو سوم ديگر، تبخير مي‌شوند، تعرق پيدا مي‌كنند و يا به داخل آب‌هاي زيرزميني نفوذ مي‌يابند. رواناب‌هاي سطحي همچنين توسط انسان‌ها براي موارد مختلف مصرف مي‌شوند.
..............................................................................................................................................................
جريان آب: حركت آب در رودخانه‌ها
دفتر بررسي‌هاي زمين‌شناسي ايالات متحده آمريكا از كلمه ”جريان آب“ به منظور حجم آب جاري در رودخانه‌ها، نهرها يا جوي‌ها استفاده مي‌نمايد.
اهميت رودخانه‌ها
رودخانه‌ها نه تنها براي انسان‌ها ، بلكه براي زنده‌ماندن همه چيز و در همه جا مهم هستند. رودخانه‌ها نه تنها براي تفريح كردن بلكه براي تأمين آب شرب، آبياري كشاورزي، توليد برق، حمل و نقل رودخانه‌ايي (مثل رودخانه كارون)، تهيه‌ي غذا و حمل آلودگي‌ها (كه خوشبختانه يك قسمت از اين آلودگي‌ها را مي‌توانند پالايش كنند) مورد استفاده قرار مي‌گيرند. رودخانه‌ها براي همه نوع گياهان و جانوران مهم هستند. رودخانه‌ها به آب‌هاي زيرزميني نيز از طريق نفوذ آب از بستر خود كمك مي‌كنند تا هميشه آب كافي داشته باشند.
حوزه‌هاي آبريز و رودخانه‌ها
وقتي كه در مورد رودخانه‌ها فكر مي‌كنيد، خيلي مهم است كه در مورد حوزه‌هاي آبريز نيز فكر كنيد. حوزه‌ي آبريز چيست؟ هر جا كه هستيد بايستيد و به سمتي نگاه كنيد كه هنگام بارندگي آب روي زمين به همان سمت مي‌رود. با اين‌كار شما در يك نقطه‌ي حوزه‌ي آبريز (از نوع شهري) نزديك به خانه خود هستيد و به سمت نقطه‌ي انتهايي نگاه مي‌كنيد. حوزه‌ي آبريز بخشي از يك خشكي است كه تمام آب بارش يافته و يا آب جاري شده در اين خشكي به يك نقطه‌ي انتهايي برسند. حوزه‌ي آبريز مي‌تواند به كوچكي يك جاي پا و يا به بزرگي يك كشور باشد. حوزه‌ي آبريز مركزي ايران حدود دو سوم كل ايران را دربر مي‌گيرد. همچنين يكي از حوزه‌هاي آبريز در استراليا كمي از كل مساحت ايران كوچك‌تر است. هر حوزه‌ي آبريز بزرگ از چندين حوزه‌ي آبريز كوچك تشكيل شده است. حوزه‌هاي آبريز مهم هستند چراكه جريان آب و كيفيت آب يك رودخانه به تمام اجزاي داخل حوزه‌ي آبريز و تأثير انسان‌ها در آن دارد. با آنچه كه تعريف شد، مي‌توان به اين نتيجه رسيد كه داخل حوزه‌هاي آبريز جاده‌ها، جنگل‌ها و حتي شهر‌ها نيز قرار دارند. مثلاً شهر تبريز داخل حوزه‌ي آبريز آجي‌چاي (تلخه رود) مي‌باشد و يا اهواز داخل حوزه‌ي آبريز رودخانه‌ي كارون مي‌باشد.
جريان رودخانه‌ها دائماً تغيير مي‌كنند
جريان آب دائماً در حال تغيير است، روزانه و حتي دقيقه به دقيقه اين تغيير ادامه دارد. البته، مهمترين عامل در اين تغييرات رواناب ناشي از بارندگي مي‌باشد. بارندگي باعث خواهد شد تا آب داخل رودخانه‌ها بالا بيايد و برعكس، فقط هنگامي سطح آب در داخل يك رودخانه بالا مي‌آيد كه در نقاط مرتفع و بالايي يك حوزه‌ي آبريز، بارندگي شده باشد. تقريباً مي‌توان گفت كه اندازه‌ي رودخانه‌ها بستگي به اندازه‌ي حوزه‌ي آبريز آنها دارد. رودخانه‌هاي بزرگ، حوزه‌هاي آبريز بزرگ دارند؛ رودخانه‌هاي كوچك نيز حوزه‌هاي آبريز كوچك‌تر دارند. به همين صورت، ابعاد مختلف رودخانه‌ها در برابر بارندگي‌ها نيز عكس‌العمل مختلف دارند. رودخانه‌هاي بزرگ افزايش و كاهش سطح آب آرام‌تري نسبت به يك رودخانه‌ي كوچك‌تر دارند. در يك حوزه‌ي آبريز كوچك، سطح آب در رودخانه در عرض چند ساعت و يا حتي چند دقيقه افزايش و كاهش مي‌يابد. اما در رودخانه‌هاي بزرگ، روزها طول خواهد كشيد تا سطح آب بالا بيايد و روزها نيز بايد سپري شود تا سطح آب به حالت اوليه خود برگردد.
ذخيره‌ي آب شيرين: آب شيرين روي سطح زمين وجود دارد
يكي از بخش‌هاي مهمي كه در چرخه‌ي آب وجود دارد و براي حيات انسان‌ها ضروري است، آب شيرين موجود بر روي سطح زمين است. مي‌گوييد نه؟! خوب كافيست كه از همسايه‌تان، از يك گوجه فرنگي، از يك ماهي قزل‌آلا و بالاخره از يك پشه‌ي مزاحم بپرسيد كه رودخانه‌ها چقدر مهم هستند!! جريان آب سطحي شامل نهرها، آبگير‌ها، درياچه‌ها، مخازن (درياچه‌هاي ساخته دست بشر) و آب شيرين داخل تالاب‌ها هستند.
ميزان آب داخل رودخانه‌ها و درياچه‌ها با توجه به ورود و خروج آب آنها، متفاوت مي‌باشد. ورودي آب به آنها مي‌تواند از بارش، رواناب‌هاي سطحي اطراف، نشت آب از آب زيرزميني به آب سطحي و انشعاب‌هاي وارد شده به رودخانه در مسير آن باشد. خروجي‌هاي آب از درياچه‌ها و رودخانه‌ها نيز عبارتند از تبخير و ورود آب به آب‌هاي زيرزميني. همچنين انسان نيز براي مصارف مختلف آب را مورد بهره‌برداري قرار مي‌دهد. از طرف ديگر محل آب‌هاي سطحي نيز در طول زمان و مكان دچار تغيير مي‌شود.
آب‌هاي سطحي براي ادامه‌ي زندگي
همان‌طور كه در عكس دلتاي نيل در مصر ديده مي‌شود، زندگي مي‌تواند حتي در صحرا با حضور آب سطحي (و يا زيرزميني) شكوفا شود. آب روي زمين حقيقتاً باعث پايداري و ثبات زندگي خواهد شد. وقتي آب سطحي به سمت پايين حركت مي‌كند، باعث ورود آب به آب زيرزميني خواهد شد و آبخوان‌ها به وجود مي‌آيند. شايد فكر كنيد كه ماهي‌ها مي‌توانند در آب شور درياها زندگي كنند و نيازي به آب شيرين ندارند ولي اگر آب شيرين به اقيانوس‌ها بازنگردد، به‌دليل تبخير، آب اقيانوس‌ها آن‌قدر شور خواهد شد كه حتي ديگر ماهي‌ها نيز قادر به ادامه‌ي حيات نخواهند شد.
آب شيرين به طور نسبي در دنيا كمياب است. فقط حدود ٣ درصد از كل آب‌هاي دنيا آب شيرين هستند و درياچه‌ها و تالاب‌هاي آب شيرين در دنيا فقط حدود ٢٩/٠ درصد از آب‌هاي شيرين در دنيا را تشكيل مي‌دهند. ٢٥ درصد از كل آب شيرين در دنيا در درياچه‌ي بايكال در جنوب سيبري و در روسيه مي‌باشد. ٢٥ درصد ديگر آب شيرين در دنيا در درياچه‌ي بزرگ ( كه شامل درياچه‌هاي هورون، ميشيگان، سوپريور، اري و اونتاريو مي‌باشد) در مرز ايالات متحده و كانادا ذخيره شده است. رودخانه‌ها تنها ٠٠٦/٠ درصد از كل آب شيرين در دنيا را شامل مي‌شوند. با اين شرايط مي‌توان تصور كرد كه زندگي روي زمين زنده به چيزي است كه فقط يك قطره در يك ديگ است!
..............................................................................................................................................................
نفوذ: حركت به سمت پايين آب از سطح زمين به زيرزمين
آب زيرزميني از بارندگي شروع مي‌شود
در هرجايي از دنيا، بخشي از آب كه به شكل باران و برف بارش مي‌يابند به سطح زيرين خاك و سنگ نفوذ مي‌يابند. مقدار اين نفوذ بستگي به عوامل متعددي دارد. نفوذ آب به درون يخ‌هاي گرينلند تقريباً صفر است، در صورتي‌كه در عكس بالا ديديد كه يك نهر به شكل كامل داخل يك غار نفوذ مي‌كند.
بخشي از آبي كه نفوذ مي‌كند در لايه‌ي سطحي كم عمق مي‌ماند و ممكن است به درون يك نهر يا رود نشت پيدا كند. بخش ديگري از آب ممكن است به اعماق پايين‌تر برود و آبخوان‌هاي زيرزميني را تغذيه نمايد. اگر آبخوان‌ها به اندازه كافي متخلخل باشند كه آب بتواند به داخل آنها نفوذ كند، مردم مي‌توانند با حفر چاه از آب اين آبخوان‌ها استفاده نمايند. آب مي‌تواند مسافت زيادي را در زير زمين سفر كند و به‌عنوان ذخيره‌ي آب زيرزميني براي مدت طولاني بدون بازگشت به سطح زمين و يا نشت به يك بدنه‌ي آبي ديگر مثل اقيانوس‌ها و يا رودخانه‌ها به حساب آيد.
آب زيرسطحي
وقتي كه آب بارندگي به سطح زيرين خاك نفوذ پيدا مي‌كند، 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 خاك وجود دارد. لايه‌ي خاك داراي فواصلي است كه 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 كه آب كاملاً فضاي بين سنگ‌ها و ذرات خاك را پر كرده‌است. انسان مي‌تواند با حفر چاه تا اين منطقه آب را پمپاژ كند.
..............................................................................................................................................................
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 حركت كند، 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 كه به سطح زيرين خاك نفوذ يافته. بالاترين لايه‌ي خاك، منطقه‌ي غير اشباع مي‌باشد، جايي كه مقدار آب در آن در طي زمان تغيير مي‌كند، اما خاك را خيس نمي‌كند. زير اين لايه، منطقه‌ي اشباع وجود دارد كه تمام خلل وفرج، ترك‌ها، فاصله‌ي بين سنگ‌ها و ذرات خاك پر از آب مي‌باشد. كلمه‌ي ”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.
براي پيدا كردن آب، زير پاي خودتان را ببينيد..... سطح ايستابي
اميدوارم كه قدر زحمات يك ساعته‌ي من براي سوراخ كردن زمين در زير آفتاب سوزان ساحل را بدانيد! اين بهترين راه براي نشان دادن برخي از مسايل است. مثلاً در يك عمق مشخص، در زير زمين، همه‌جا از آب اشباع است، منتها اگر به اندازه‌ي كافي خاك 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 كنار درياي آزاد و يا ساحل اقيانوس‌ها حفر مي‌كرديد، 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 يك سطل از آن براي مصارف مختلف آب برداشت كرد. خوب، حالا سعي كنيد با يك سطل اين حفره را از آب خالي كنيد. اما مي‌بينيد كه بلافاصله از آب پر مي‌شود، چون ماسه‌ي ساحل بسيار نفوذپذير است و آب موجود در دريا سريعاً به حفره مي‌رسد (كه البته براي چاه‌هاي آب شرب كنار ساحل اين موضوع اصلاً خوب نيست، زيرا بجاي آب شيرين، آب شور جاي آن را مي‌گيرد). به اين چاه‌ها كه سريعاً پر مي‌شوند، چاه با آبدهي بالا مي‌گويند. براي رسيدن به آب شيرين كافي است كه يك چاه به اندازه‌اي عميق حفر شود كه به آبخوان برسد. اين چاه ممكن است كه چندين ده متر و يا چند صد متر عمق داشته باشد، اما مهم اين است كه اصول آبدهي آنها همگي شبيه همان حفره‌ي كنار ساحل مي‌باشد، دسترسي به آب در منطقه‌ي اشباع و جايي كه تمام فضاهاي بين سنگ‌ها و ذرات خاك پر از آب است.
..............................................................................................................................................................
تخليه آب زيرزميني: خارج شدن آب از زير زمين
شما هميشه بخشي از آب را كه به چشم مي‌توان ديد را تجربه كرده‌ايد، آب درياچه‌ها و رودخانه‌ها، يخ، باران و برف. اما حجم بزرگي از آب قابل ديدن نيست، جريان آبي كه در زير زمين در حال حركت است. انسان هزاران سال است كه از آب زيرزميني استفاده كرده‌است و اين كار براي آب شرب و آبياري اراضي كشاورزي كماكان ادامه دارد. زندگي بر روي زمين به همان اندازه كه به آب سطحي وابسته است، به آب زيرزميني نيز بستگي دارد.
آب زيرزميني در زيرزمين جريان دارد
بخشي از بارش كه روي زمين اتفاق مي‌افتد، به زير زمين نفوذ كرده و تبديل به آب زيرزميني مي‌شود. بخشي از اين آب بسيار نزديك 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 مي‌كند.
همان‌طور كه در شكل نشان داده شده است، جهت و سرعت آب در زير زمين بستگي به مشخصات آبخوان و لايه‌هاي زير زمين دارد (در سنگ‌هاي متراكم، آب زمان زيادي براي حركت در بين آنها نياز خواهد داشت). حركت آب در زير زمين بستگي به نفوذپذيري (آب تا چه ميزان راحت‌تر و يا سخت‌تر مي تواند در بين لايه‌هاي خاك حركت كند) و تخلخل (مقدار فضاي باز در بين خاك و سنگ) دارد. اگر سنگ و خاك به آب اجازه بدهند كه نسبتاً آزاد در بين لايه‌ها حركت نمايد، آب زيرزميني مي‌تواند فواصل طولاني را درمدت چند روز طي نمايد. اما آب زيرزميني همچنين مي‌تواند به اعماق پايين‌تر نفوذ كند و در نتيجه هزاران سال طول مي‌كشد تا اين آب مجدداً به زمين بازگردد.
..............................................................................................................................................................
چشمه‌ها: جايي كه آب زيرزميني به سطح زمين تخليه مي‌شود
چشمه چيست؟
يك چشمه، نتيجه‌ي پر شدن يك آبخوان و سرريز شدن آن به سطح زمين است. ابعاد و اندازه‌ي چشمه‌ها از چشمه‌هاي كوچك آب كه بعد از يك بارندگي ايجاد مي‌شوند تا چشمه‌هاي بزرگي كه منشاء رودخانه‌هاي بزرگ مانند كارون مي‌شوند متغير است.
چشمه‌ها در هر نوع سنگي مي‌توانند شكل بگيرند، اما معمولاً آنها را مي‌توان در سنگ‌آهك‌ها و دولوميت (نوعي سنگ آهك) كه به راحتي مي‌شكنند و مي‌توانند در بارندگي‌ها حل بشوند وتوليد اسيد كنند،يافت مي‌شوند. وقتي كه سنگ حل مي‌شود و شكسته مي‌شود، آب در فضاي بوجود آمده در سنگ‌ها جريان مي‌يابد. اگر آب به شكل افقي جريان يابد، بالاخره در يك نقطه به سطح زمين مي‌رسد و يك 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 كه در عكس ديده شد. رنگ قرمز و يا قهوه‌ايي آن نشان مي‌دهد كه آب در ارتباط با مواد معدني در زير زمين بوده است، مانند آهن. از طرف ديگر مي‌توان به اين نتيجه رسيد كه آب جريان يافته به جاي عبور از خلل وفرج، از يك كانال بزرگ بدون فيلتر شدن در خاك براي حذف مواد رنگي عبور كرده است كه به آن كارست مي‌گويند.
چشمه‌هاي آبگرم
چشمه‌هاي آبگرم، چشمه‌هاي معمولي هستند كه در آنها آب خروجي گرم و يا در برخي نقاط، آب جوش و به همراه حباب‌هاي گل است مانند چشمه‌هاي موجود در پارك ملي يلوستون، ويومينگ ايالات متحده آمريكا. بسياري از چشمه‌هاي آبگرم، در مناطقي هستند كه فعاليت‌هاي آتشفشاني جديد داشته‌اند و آب به دليل نزديكي به سنگ‌هاي داغ زير سطح زمين، گرم مي‌شود. سنگ‌ها هر چه داراي عمق بيشتري باشند، گرم‌تر مي‌شوند و هنگامي‌كه آب به عمق فرو رفته به يك شكاف بزرگ برسد،راهي براي رسيدن به سطح زمين پيدا مي‌كند و در نتيجه تبديل به يك چشمه آبگرم خواهد شد. چشمه‌هاي آبگرم، در تمام نقاط دنيا اتفاق مي‌افتند و حتي همزيستي با كوه‌هاي يخي دارند، چنانچه كه در گرينلند مي‌توان مشاهده كرد.
..............................................................................................................................................................
توزيع جهاني آب
براي توضيح نسبتاً كامل براي مقدار آب در جهان، مي‌توانيد به نمودار و جدول زير نگاه كنيد. حالا، شما مي‌دانيد كه چرخه‌ي آب تشريح حركت آب در دنيا است، بنابراين نمودار و جدول زير وضعيت آب در يك نقطه كه وضع فعلي مي‌باشد را نشان مي‌دهد و اگر شما به هزاران و يا ميليون‌ها سال پيش بازگرديد، اين اعداد ممكن است متفاوت باشند.
توجه كنيد كه ٩٦ درصد از كل حجم ١٣٨٦ ميليون كيلومتر مكعب (يعني به اندازه‌ي ٤٦ ميليون و ٢٠٠ هزار برابر اتاق خواب شما!)آب شور مي‌باشد. از ٤ درصد باقي‌مانده، بيش از ٦٨ درصد در يخ و يخچال‌هاي طبيعي مي‌باشد. منابع آب شيرين، مانند رودخانه‌ها و درياچه‌ها، فقط ٩٣١٠٠ كيلومتر مكعب كه فقط ١ قسمت از ٧٠٠ قسمت كل آب مي‌باشد. اما با اين وجود، رودخانه‌ها و درياچه‌ها مهمترين منبع آب تمامي مردم روي زمين مي‌باشند.
(مدیریت چرخه آب)
مدیریت چرخه آب شامل تمامی مواردی می‌شود که مربوط به برنامه ریزی، گسترش استراتژی، تصمیمات عملی و مرحله‌ای برای استفاده حداکثری از چرخه آب به منظور دستیابی به اهداف انسانی یا محیط زیستی هستند. این اصطلاح در سازمان‌های مختلف، مدیریت بخش‌های مختلفی را در زیر مجموعه‌های مختلف کلیت چرخه آب در بر می‌گیرد. در استرالیا این اصطلاح به معنای کلی آب شیرین و بازیافت آب از فاضلاب به کار می‌رود. در جاهای دیگر این اصطلاح بیشتر معنایی تاریخی در رابطه با چرخه آب می‌دهد. در مدیریت چرخه آب علوم و فناوری‌های مهندسی مختلفی بکار می‌رود که از جمله عبارتند از:
- هواشناسی که با پیش بینی و اندازه‌گیری میزان بارندگی سروکار دارد.
- مدیریت منابع آب که با مدیریت منابع آب شیرین موجود در مناطق مشخص سروکار دارد.
- هیدرولوژی یا آب‌شناسی که به اندازه‌گیری جریان آب در رودخانه‌ها و آب‌های سطحی می‌پردازد و الگوهای جریان آب را با استفاده از اطلاعات هواشناسی و مدل‌های ریاضی پیش بینی می‌کند.
- مهندسی آب که اقدام به تصفیه آب، فاضلاب و تصفیه آن به منظور تهیه آب پاک برای مصارف خانه‌ها و ادارات می‌کند.
- نگهداری آب که عمدتاً به استفاده از شیوه‌ها و عملکردها در جهت به حداقل رساندن مصرف آب و بالا بردن راندمان آن می‌پردازد.
- رصد محیط زیست که به تهیه اطلاعات و روندهایی می‌پردازد که بر سیاست‌های مدیریت چرخه آب و اکو سیستم‌ها اثر می‌گذارد. به عنوان نمونه می‌توان از اثر کم شدن جریان آب رودخانه‌ها بر زندگی ماهی‌ها نام برد.