دليل شامل عن المياه الجوفية

المياه الجوفية هي أكبر مصدر للمياه العذبة للبشرية، فيما أدى العدد المتزايد لسكان العالم، إلى جانب الزراعة المكثفة والاستخدامات الصناعية المتزايدة، إلى زيادة الطلب على المياه الجوفية.

عوامل تكون المياه الجوفية

يتأثر مستوى المياه الجوفية بالعديد من العوامل الطبيعية المحيطة، وأهمها التغير في المناخ، حيث يؤثر تغير المناخ بشكل مباشر على مستوى المياه الجوفية من خلال هطول الأمطار وكذلك كميات التبخر، وهناك أهم عاملان رئيسيان مسؤولان عن وجود المياه الجوفية هما:

الجاذبية الأرضية

تتسرب المياه تحت تأثير جاذبية الأرض إلى طبقات الأرض، فتقوم الجاذبية على سحب الماء الموجود على سطح الأرض، أو على القشرة الخارجية من الأرض إلى باطنها، لينزلق بين الغبار والقشور للوصول إلى موقعه المخزن بالداخل.

نوع الصخور

يعتبر نوع الصخور الموجودة تحت سطح الأرض العامل الأكبر في تكوين المياه الجوفية، حيث قد يكون من الصعب على الجاذبية التأثير على المياه وجعلها تتخلل وتتحرك لأسفل عبر الصخور الكثيفة الصلبة، لكن الصخور الموجودة تحت سطح الأرض تتنوع بين الصخور الرملية والجرانيت والحجر الجيري، وتختلف عن بعضها في كمية الفراغات التي يمكن أن تتجمع فيها المياه، وقد تزداد الفراغات بسبب تكسر الصخور، مما يعطي الماء المزيد من المساحات للبقاء فيها، وقد يذوب الماء بعض الصخور مثل الحجر الرملي مما يزيد من حجم الفراغات وبالتالي يزيد من كمية المياه المخزنة، وفي بعض المناطق قد تظهر طبقات من الصخور الرسوبية بوضوح عند النظر إلى مقطع عرضي من الأرض.

نجد طبقات تتكون من صخور ذات مسامية أعلى من الصخور الأخرى، مما يسمح للماء بالتحرك بحرية أكبر خلالها، وفي حالة هذه الطبقات المسامية فوق الطبقات nsisting الصخور الكثيفة مثل الجرانيت، أو طبقات الطين التي لا تسمح بمرور المياه، ويقتصر الماء على الطبقات المسامية، ويتحرك أفقيًا عبر الخزان الجوفي حتى يجد مخرجًا يتدفق منه، مثل النهر، وتعتمد كمية الماء التي يمكن أن تحتفظ بها التربة على مساميتها، كما أن كمية الماء التي تتخلل التربة تعتمد على نفاذية التربة من الأمور المهمة التي يرصدها العلماء، لأن تناقصها يتسبب في زيادة كمية المياه المتبقية على السطح، مما يزيد من احتمال حدوث فيضانات تزداد عادة في الشتاء وأوائل الربيع، بسبب تجمد التربة وعدم نفاذيتها لسطح، مما يتسبب في بقاء مياه الأمطار والمياه الجليدية الذائبة على السطح لتكوين مياه سطحية جارية.

الخزانات الجوفية

لا تزال العديد من الدول تعتمد على المياه الجوفية كمصدر للمياه، وتنفق ملايين الدولارات سنويًا من أجل استكشاف الخزانات الجوفية، وتعد آبار المياه الجوفية من ركائز المجتمعات الحضرية والمشاريع الهندسية الكبرى،  يقوم الباحثون بتجميع أنواع طبقات المياه الجوفية

الخزانات الحرة (غير المقيدة)

عندما لا يتم فصل مستوى الماء فيه عن الضغط الجوي، في هذه الحالة يتم تحديد الحد العلوي للخزان بواسطة سطح مستوى الماء نفسه، أي أنه يتم تحديده من خلال الحد العلوي جزء من التكوين الجيولوجي المشبع بالماء.

الخزانات المقيدة (الارتوازية)

عندما يقع الخزان الجوفي بين طبقتين غير منفذين من الأعلى والأسفل، فإن كلاً من طبقة المياه الجوفية والمياه التي تحتويها تسمى محصورة أو ارتوازية، وبسبب تقييد الخزان من الأعلى، يتم فصل الماء الموجود فيه عن الضغط الجوي، وبالتالي يوجد داخل مسام المادة الصخرية للخزان الجوفي، ويكون تحت ضغط أكبر من الضغط الجوي، وعند حفر بئر في خزان من النوع المقيد، يرتفع الماء في البئر إلى مستوى أعلى من السطح العلوي للخزان، ويمثل مستوى الماء في هذه البئر الضغط الارتوازي للخزان، وضغط الماء أو عمود الماء تكون عند أي نقطة داخل الخزان مساوية للمسافة الرأسية من مستوى الماء إلى هذه النقطة، يُعرف المستوى الذي يرتفع إليه سطح الماء في البئر بالمستوى البيزومتري.

الخزانات شبه مُقيدة

في هذا النوع من طبقات المياه الجوفية، يوجد فوق الطبقة المنفذة طبقة شبه صماء، وفي الأسفل توجد طبقة صلبة.

الخزانات المُعلقة

بعض التكوينات الكتيمة التي تعرقل أو تمنع حركة الماء نحو الطبقة السفلية، تخترق الطبقة الحاملة المنفذة، وذلك على عمق معين ولمسافة محدودة، وهذه لا تعتبر تشكيلات تحمل، بل هي تسمى الطبقات الجاثمة أو المعلقة.

خصائص الخزانات الجوفية

يؤدي الخزان الجوفي وظيفتين ضروريتين، إحداهما التخزين والأخرى موصلة، حيث تعمل الفتحات الموجودة في الطبقة الحاملة للمياه كمساحات تخزين المياه، وفي نفس الوقت تعمل بمثابة شبكة من الأنابيب لمرور المياه هذا الماء.

التخزين

ترتبط وظيفة تخزين الخزان الجوفي بخاصيتين مهمتين، وهما المسامية والمحصول المحدد، والمسامية هي تلك المساحة من حجم المادة الصخرية التي تشغلها الفتحات الخلالية (الفراغات)، ويتم التعبير عنها كنسبة مئوية من الحجم الكلي للمادة الصخرية.

التوصيل المائي

تسمى خاصية الخزان الجوفي المتعلقة بوظيفته الموصلة بالماء، أو التوصيل الهيدروليكي ويتم تعريفه على أنه قدرة المادة المسامية على تمرير الماء، والتي تعتمد على حجم وشكل ودرجة تلامس المسافات البينية في المادة الصخرية، وكذلك على الخصائص الطبيعية للماء مثل الكثافة واللزوجة، وبما أن هذه الخصائص تختلف باختلاف درجة حرارة الماء، فإن توصيل الماء يجب تحديدها عند درجة حرارة معينة.

أهمية المياه الجوفية

تعتبر المياه الجوفية مصدرًا طبيعيًا مهمًا للمياه العذبة، حيث تمثل 30٪ من المياه العذبة في العالم، وتتوزع النسبة المتبقية بين المياه على شكل جليد وثلج وتمثل 69٪ ، و 1٪ فقط من المياه العذبة توجد في الأنهار والبحيرات، وتعتمد على حوالي ثلث الاستهلاك البشري من المياه العذبة إلى المياه الجوفية، وفي بعض المناطق يتم الاعتماد عليها بشكل كامل، وتلعب المياه الجوفية دورًا مهمًا في الاقتصاد وري المحاصيل وصناعة الأغذية. 

من حيث أهميتها للبيئة، تلعب المياه الجوفية دورًا مهمًا في الحفاظ على منسوب المياه في الأنهار والبحيرات والأراضي الرطبة، عندما تتدفق إليها من داخل الأرض خاصة في مواسم الجفاف عندما تنخفض التغذية المباشرة لمياه الأمطار، وهذا يساهم في الحفاظ على الحياة الفطرية والنباتات المعتمدة عليها، ودورها في الحفاظ على منسوب المياه في مواسم الجفاف يحافظ على حركة الملاحة عبر المياه الداخلية والأنهار، ويتم تخزين المياه الجوفية في طبقات عميقة تحت سطح الأرض مما يحافظ على جودتها ويحميها من التلوث، لذا فهي مناسبة للاستهلاك المباشر دون الحاجة إلى تكاليف عالية لاستخراجها أو معالجتها، ولكن من المهم الحفاظ على هذا المورد الحيوي من النضوب أو التلوث. 

طرق البحث عن المياه الجوفية

كانت الطرق المستخدمة في البحث عن المياه الجوفية طرقًا بسيطة تعتمد على مهارة بعض الأشخاص وقدرتهم على التحليل، قد تكون هذه الأساليب صحيحة وخاطئة، ولكن مع تطور العلم والأدوات العلمية، توصلوا إلى طرق علمية دقيقة للكشف عن خزانات المياه. 

الطرق الجيولوجية

يعتقد الكثير من الناس أنه يمكن الحصول على المياه الجوفية من خلال الحفر في أي مكان، ولكن في الواقع لا توجد المياه الجوفية إلا في الظروف الجيولوجية والمناخية المناسبة، ويستخدم الجيولوجيون (علماء الجيولوجيا المائية) طرقًا مختلفة في التنقيب عن المياه الجوفية تسمى الطرق الجيولوجية، تساعد هذه الأساليب الطبوغرافية في الكشف عن الأماكن التي تتجمع فيها المياه الجوفية من خلال عدة ملاحظات، وأول هذه الملاحظات هو ضباب الأرض، ويظهر هذا الضباب على سطح الأرض حيث يمكن رؤيته من بعيد وتختلف كثافته، بسبب التبخر المختلف للمياه الجوفية، وتكون الدلالات والطرق والاساسيات على النحو الآتي:

ظهور الضباب على سطح الأرض

تختلف كثافة الضباب حسب تبخر الماء، يمكن أيضًا اكتشاف وجود الضباب عن طريق وضع أطباق كبيرة قطريًا فوق سطح الأرض وتركها طوال الليل في الصباح، سيلاحظ بخار ماء كثيف على السطح الداخلي للأطباق.

ظهور المياه على سطح الأرض

عندما تكون المياه الجوفية قريبة من سطح الأرض، يتم ترشيح كمية من المياه إلى السطح عن طريق عمل شعري، لذلك نرى أن الأراضي الرطبة التي تظهر عليها المياه على سطح المياه الجوفية.

ارتفاع سطح الأرض

من المعروف للجيولوجيين أن مستوى المياه الجوفية أقرب إلى سطح الأرض، في المناطق الواقعة تحت الوديان، ويوجهون بذلك إلى أنسب المواقع لحفر الآبار.

المناطق الشاطئية والكثبان الرطبة

طبقة من المياه العذبة تتراكم فوق المياه المالحة تحت سطح الأرض، أو بالقرب من الشواطئ، أو المناطق المغطاة بالكثبان الرملية.

الطرق الجيوفيزيائية

استخدام التأثير الحراري أو الكهربائي أو الإشعاعي للتمكن من معرفة موائل مياه الينابيع الساخنة أو المالحة أو المياه المشعة، حيث يتم استخدام أجهزة مثل، موازين الحرارة وعدادات جيجر، واستخدام الأساليب اللاسلكية للكشف عن المياه الجوفية الموجودة داخل التجاويف في الأرض، تتأثر موجات الراديو بوجود هذه الفجوات أثناء انتقالها في الأرض، واستخدام الطرق الزلزالية والمغناطيسية والكهربائية اعتمادًا على الكثافة، أو المرونة أو المغناطيسية أو التوصيل الكهربائي للصخور.

تلوث المياه الجوفية

تتأثر المياه الجوفية بأنشطة سطحية مختلفة قد تؤدي إلى تلوث حسب موقعها، وتزداد احتمالية تلوث المياه الجوفية إذا تم العثور على الخزان الجوفي بحرية وبالقرب من مستوى الماء على سطح الأرض، وإذا كان الخزان يقع في منطقة صخرية متصدعة أو بمكونات حصوية منتظمة الحبيبات ذات نفاذية عالية، بينما تقل قابليتها للتلوث إذا كان الخزان الجوفي يقع على عمق كبير، حيث يقلل الجزء غير المشبع من الماء تركيز الملوثات وقدرتها على الترسب، كما تنخفض قابلية المياه الجوفية للتلوث إذا كان الخزان يقع تحت سطح سطحي، وطبقة من الطين ووجود الماء في الخزان تحت الضغط هيدروليك، وسوف نذكر أهم الأسباب التي تؤدي إلى تلوث المياه الجوفية.

• الأنشطة الزراعية: تتمثل الأنشطة الزراعية في إضافة المبيدات والأسمدة وغسل التربة وتبخرها، حيث تؤدي هذه الأنشطة إلى ظهور العديد من الملوثات مثل المبيدات والأملاح الذائبة.
• الأنشطة البشرية: تؤدي الأنشطة البشرية في بعض الأحيان إلى تلوث المياه الجوفية نتيجة تسرب المخلفات العضوية من شبكات الصرف الصحي، أو خزانات التجميع والحفر الامتصاصية تحت الأرض، والتي تتواجد بكثرة في القرى البعيدة عن وسائل الخدمات وشبكات الصرف الصحي حيث تحتوي النفايات العضوية على مركبات النيتروجين بنسب متفاوتة، (الأمونيا أو النيتروجين العضوي).
• الأنشطة الصناعية: تمثل الأنشطة الصناعية أخطر مصادر تلوث المياه الجوفية، ويعتمد مدى تأثيرها على نوع الصناعة وطريقة التخلص من منتجاتها، وبالتأكيد معظم المصانع لا تتخلص من مخلفاتها ومخلفاتها في باطن الأرض بشكل مباشر لكنها قد تتخلص منها في مياه النهر أو البحر، مما يؤدي الى التلوث وتسرب العناصر الثقيلة مثل الرصاص والزنك والكروم إلى الخزان الجوفي، وبالتالي يحدث تلوث للمياه الجوفية.
• السحب المفرط للمياه الجوفية: يؤدي السحب المفرط للمياه الجوفية إلى تلوث طبقة المياه الجوفية، عن طريق رفع درجة ملوحة المياه، خاصة إذا تم سحبها من طبقات المياه الجوفية بالقرب من المكونات الجيولوجية التي تحمل مياه شديدة الملوحة مثل الصخور الجيرية أو بالقرب من البحر ساحل.

أسئلة عن المياه الجوفية

أين توجد المياه الجوفية؟

توجد المياه الجوفية في أي نوع من الصخور الرسوبية أو النارية أو المتحولة، سواء كانت هذه الصخور متماسكة أو مفككة، بشرط أن تكون المادة الصخرية مسامية وقابلة للاختراق بدرجة كافية، وتعتمد التكوينات الجيولوجية في قدرتها على حمل الماء على وجود ثقوب في مادتها الصخرية، وتحتوي جميع المواد الصخرية تقريبًا على فتحات يمكن تقسيمها إلى عدة أنواع، مثل: 

• الفتحات البينية، والشقوق والمفاصل، والفجوات والكهوف.
• الفتحات بين جزيئات المواد الصخرية السائبة مثل، التكوينات الرملية أو الحصوية.
• الصدوع والشقوق وتشققات الصخور المتماسكة والصلبة التي تنشأ من تكسير تلك الصخور.
• ذوبان الأخاديد والكهوف في الحجر الجيري، والفتحات الناتجة عن انكماش بعض الصخور عندما تتبلور أو تنطلق الغازات من الحمم البركانية والبراكين.

فيديو عن المياه الجوفية