Skip to main content
Global

13.1: إمدادات المياه العذبة ودورة المياه

  1. Last updated
  2. Save as PDF
  • Page ID
    169185

    • \( \newcommand{\vecs}[1]{\overset { \scriptstyle \rightharpoonup} {\mathbf{#1}} } \) \( \newcommand{\vecd}[1]{\overset{-\!-\!\rightharpoonup}{\vphantom{a}\smash {#1}}} \)\(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\)\(\newcommand{\AA}{\unicode[.8,0]{x212B}}\)

    الماء والهواء والغذاء هي أهم الموارد الطبيعية للناس. يمكن للبشر أن يعيشوا بضع دقائق فقط بدون أكسجين، وأقل من أسبوع بدون ماء، وحوالي شهر بدون طعام. الماء ضروري أيضًا للأكسجين والإمدادات الغذائية. تقوم النباتات بتفكيك المياه واستخدامها لإنتاج الأكسجين أثناء عملية التمثيل الضوئي.

    يحتوي الأطفال من البشر على حوالي 75٪ من الماء، والبالغون يحصلون على 60٪ من الماء. يحتوي دماغنا على حوالي 85٪ من الماء، والدم والكلى من الماء بنسبة 83٪، والعضلات هي 76٪ من الماء، وحتى العظام هي 22٪ من الماء. نفقد الماء باستمرار عن طريق العرق. في المناخات المعتدلة، يجب أن نشرب حوالي 2 لتر من الماء يوميًا، ويجب على الأشخاص في المناخات الصحراوية الحارة شرب ما يصل إلى 10 لترات من الماء يوميًا. عادة ما يؤدي فقدان 15٪ من مياه الجسم إلى الوفاة.

    خزانات مياه

    الماء هو المادة الشائعة الوحيدة التي تحدث بشكل طبيعي على الأرض في ثلاثة أشكال: الصلبة والسائلة والغازية. الغلاف المائي هو منطقة الأرض التي تحدث فيها حركة المياه وتخزين المياه. خزانات المياه هي المواقع التي يتم تخزين المياه فيها. (لاحظ أن هذا المصطلح يمكن أن يشير أيضًا إلى البحيرات الاصطناعية التي أنشأتها السدود.) يوجد الماء كسائل على السطح (الأنهار والبحيرات والمحيطات) وتحت السطح (المياه الجوفية)، كجليد (أغطية جليدية قطبية وأنهار جليدية)، وكبخار ماء في الغلاف الجوي. \(\PageIndex{a}\)يوضح الشكل متوسط الوقت الذي قد يقضيه جزيء الماء الفردي في خزانات المياه الرئيسية للأرض. وقت الإقامة هو مقياس لمتوسط الوقت الذي يبقى فيه جزيء الماء الفردي في خزان معين.

    رسم بياني شريطي لمتوسط وقت بقاء المياه في خزانات مياه الأرض
    الشكل\(\PageIndex{a}\): متوسط وقت الإقامة الذي تبقى فيه المياه في كل خزان. يبقى الماء في الكائنات الحية لمدة أسبوع تقريبًا، في الغلاف الجوي لمدة 1.5 أسبوعًا، في الأنهار لمدة أسبوعين، كرطوبة التربة من أسبوعين إلى عام، في المستنقعات لمدة 1-10 سنوات، في البحيرات لمدة 10 سنوات، في المحيطات والبحار لمدة 4000 عام، كمياه جوفية لمدة أسبوعين إلى 10000 سنة، وفي الأنهار الجليدية أو كجليد دائم لـ من 1 إلى 10 آلاف سنة. صورة من أوبنستاإكس (CC-BY).

    الأرض هي حقًا كوكب الماء. إن وفرة المياه السائلة على سطح الأرض تميزنا عن الأجسام الأخرى في النظام الشمسي. تغطي المياه حوالي 71٪ من سطح الأرض، وما يقرب من نصف سطح الأرض تحجبه السحب (المصنوعة أيضًا من الماء) في أي وقت. هناك كمية كبيرة جدًا من المياه على كوكبنا، حوالي 1.4 مليار كيلومتر مكعب (كم 3) = 330 مليون ميل مكعب، أو حوالي 53 مليار جالون لكل شخص على الأرض. يمكن أن تغطي جميع مياه الأرض الولايات المتحدة حتى عمق 145 كم (90 ميل).

    على الرغم من الكميات الهائلة من المياه على الأرض، فإن 2.5٪ فقط هي المياه العذبة (الشكل\(\PageIndex{b}\))، ولا يتوفر سوى 0.01٪ فقط ليستخدمها البشر. إذا تقلصت كل مياه العالم إلى حجم جالون واحد، فإن الكمية الإجمالية للمياه العذبة ستكون حوالي 1/3 كوب، وستكون كمية المياه العذبة القابلة للاستخدام بسهولة 2-3 ملاعق كبيرة. الكثير من المياه العذبة على الأرض محصورة في الأنهار الجليدية والغطاء الجليدي القطبي (الشكل\(\PageIndex{c}\))، وتقع هذه المياه في مكان غير ملائم، ومعظمها في أنتاركتيكا وغرينلاند. تعد المياه الجوفية الضحلة (المياه الموجودة تحت سطح الأرض) أكبر خزان للمياه العذبة القابلة للاستخدام. تعتمد العديد من الكائنات الحية على المياه السطحية، مثل البحيرات والأنهار، والتي تشكل جزءًا صغيرًا من المياه العذبة على الأرض. يمكن أن يكون لنقص هذه المياه السطحية آثار سلبية على النظم البيئية.

    الرسوم البيانية الشريطية التي تحمل عنوان «أين مياه الأرض؟» يُظهر الأول كل الماء، والثاني المياه العذبة، والثالث المياه السطحية.
    الشكل\(\PageIndex{b}\): مخطط شريطي لتوزيع مياه الأرض، بما في ذلك إجمالي المياه العالمية والمياه العذبة والمياه السطحية. المحيطات هي أكبر خزانات المياه على الأرض، و2.5٪ فقط من مياه الأرض هي مياه عذبة. وتوجد معظم هذه المياه العذبة (68.7%) في الأنهار الجليدية والغطاء الجليدي، و30.1% في المياه الجوفية، و1.2% في المياه السطحية والمياه العذبة الأخرى. من بين هذه النسبة 1.2٪، يوجد 3.0٪ في الغلاف الجوي، و 0.26٪ في الكائنات الحية، و 0.49٪ في الأنهار، و 2.6٪ في المستنقعات والمستنقعات، و 3.8٪ كرطوبة التربة، و 20.9٪ في البحيرات، و 69.0٪ في صورة الجليد الأرضي والتربة الصقيعية. صورة من USGS/إيغور شيكلومانوف (المجال العام).
    يبدو الجبل الجليدي في الأرجنتين وكأنه حوض كبير مليء بالجليد
    الشكل\(\PageIndex{c}\): الجبل الجليدي في الأرجنتين. الأنهار الجليدية هي أكبر خزان للمياه العذبة، ولكن لا يتم استخدامها كثيرًا كمورد مائي مباشرة من قبل المجتمع بسبب بعدها عن معظم الناس. المصدر: لوكا غالوزي - www.galuzzi.it

    دورة المياه

    تُظهر دورة المياه (الدورة الهيدرولوجية) حركة المياه عبر الخزانات المختلفة، والتي تشمل المحيطات والغلاف الجوي والأنهار الجليدية والمياه الجوفية والبحيرات والأنهار والكائنات الحية (الشكل\(\PageIndex{d}\)). تعمل الطاقة الشمسية، التي تعمل على تدفئة المحيطات والمياه السطحية الأخرى، والجاذبية على دفع حركة الماء في دورة المياه. وهذا يؤدي إلى تبخر (الماء السائل إلى بخار الماء) للمياه السطحية السائلة، وتسامي الماء المجمد (الثلج إلى بخار الماء)، والنتح (فقدان الماء من النباتات إلى الغلاف الجوي). عندما تمتص جذور النباتات الماء الموجود في التربة، فإنه يتحرك عبر أنابيب النبات (نظام الأوعية الدموية)، ويتبخر داخل مساحة الورقة، وينتقل عبر الثغور (فتحات المجهر الصغيرة) للأوراق. يجمع علماء البيئة بين النتح والتبخر في مصطلح واحد يصف الماء العائد إلى الغلاف الجوي: التبخر والنتح. وهكذا تنتقل كميات كبيرة من الماء إلى الغلاف الجوي على شكل بخار ماء.

    تُظهر دورة المياه كل عملية (التبخر والنتح، وهطول الأمطار، والتكثيف، وما إلى ذلك) موسومة بسهم أثناء تحرك المياه بين الخزانات
    الشكل\(\PageIndex{d}\): دورة المياه. تُصور السهام حركة المياه إلى خزانات مختلفة تقع فوق سطح الأرض وعنده وتحته. يضيف التبخر والنتح الماء إلى الغلاف الجوي، حيث يتكثف ليشكل السحب. وهكذا يتم تخزين المياه في الغلاف الجوي. من خلال هطول الأمطار، تعود المياه إلى سطح الأرض. عندما يحدث هطول الأمطار على ارتفاعات عالية، يتم تخزين المياه على شكل ثلج أو جليد. عندما يذوب الثلج، يمكن أن يضيف الجريان السطحي الناتج إلى التدفقات. يمكن أن تتسرب المياه من هطول الأمطار أيضًا لتجديد تخزين المياه الجوفية أو تكوين جريان سطحي. يتدفق تصريف المياه الجوفية والمياه من الجداول والجريان السطحي إلى مسطحات المياه العذبة والمحيطات. المصدر: هيئة المسح الجيولوجي الأمريكية

    يمكن لبخار الماء في الغلاف الجوي أن ينتقل لمسافات طويلة من المحيط إلى الأرض عن طريق الرياح السائدة. فوق المحيط أو الأرض، يمكن أن يبرد الهواء ويتسبب في تكاثف الماء مرة أخرى إلى ماء سائل. يحدث هذا عادةً في شكل قطرات ماء صغيرة جدًا تتشكل حول قطعة مجهرية من الغبار أو الملح تسمى نوى التكثيف. يمكن رؤية قطرات الماء الصغيرة هذه على شكل سحابة. تتراكم السحب وبمجرد أن تصبح قطرات الماء كبيرة بما يكفي، فإنها تسقط على الأرض كهطول للأمطار (المطر أو الثلج أو البرد أو الصقيع)، مما يعيد الماء إلى سطح الأرض.

    يمكن أن تعود الأمطار التي تصل إلى الأرض على الفور إلى الغلاف الجوي، أو تضيف إلى المياه الجوفية، أو تشكل جريانًا سطحيًا. في معظم البيئات الأرضية الطبيعية، يواجه المطر الغطاء النباتي قبل أن يصل إلى سطح التربة. تتبخر نسبة كبيرة من الماء على الفور من أسطح النباتات أو مباشرة من سطح التربة. يتم تجديد المياه الجوفية عندما تتسرب المياه إلى التربة وتملأ أخيرًا مساحات المسام بين الجسيمات في الأوساخ والرمل والحصى أو في الشقوق في الصخور. تتحرك المياه الجوفية ببطء عبر الصخور والمواد غير المجمعة ويصل بعضها في النهاية إلى السطح مرة أخرى، حيث يتم تصريفها على شكل ينابيع وفي الجداول والبحيرات والمحيط. تتدفق العديد من التدفقات ليس لأنها تتجدد من مياه الأمطار مباشرة ولكن لأنها تتلقى تدفقًا مستمرًا من المياه الجوفية أدناه. كما يمكن أن تتسرب المياه السطحية في الجداول والبحيرات مرة أخرى لإعادة شحن المياه الجوفية. لذلك، ترتبط أنظمة المياه السطحية والمياه الجوفية. يمكن أن تتدفق المياه الجوفية أيضًا في نهاية المطاف إلى المحيط من خلال تدفق المياه الجوفية تحت سطح الأرض، ولكن بعض المياه الجوفية توجد في أعماق حجر الأساس ويمكن أن تستمر هناك لآلاف السنين. الجريان السطحي هو تدفق المياه العذبة فوق الأرض إما من المطر أو الجليد الذائب. يمكن أن يشق الجريان السطحي طريقه عبر الجداول والبحيرات إلى المحيطات. لن يحدث الجريان السطحي إلا إذا أصبحت التربة مشبعة بالماء في هطول الأمطار الغزيرة.

    يتم شرح خطوات دورة المياه في الفيديو أدناه.

    الملوحة ودورة المياه

    جزء مهم من دورة الماء هو كيفية اختلاف المياه في الملوحة، وهي وفرة الأيونات الذائبة في الماء. تتميز المياه المالحة في المحيطات بدرجة عالية من الملوحة، حيث تحتوي على حوالي 35000 ملغ من الأيونات الذائبة لكل لتر من مياه البحر. التبخر هو عملية تقطير تنتج مياه نقية تقريبًا بدون أيونات مذابة تقريبًا. عندما يتبخر الماء، فإنه يترك الأيونات الذائبة في المرحلة السائلة الأصلية. في النهاية، يؤدي التكثيف إلى تكوين السحب وأحيانًا هطول الأمطار. بعد سقوط مياه الأمطار على الأرض، تعمل على إذابة المعادن في الصخور والتربة، مما يزيد من ملوحة المياه. يعتبر المطر والجريان السطحي من الطرق الرئيسية التي يتم من خلالها تدوير المعادن، بما في ذلك الفوسفور والكبريت، من الأرض إلى الماء. تمت مناقشة الآثار البيئية للجريان السطحي في الدورات البيوجيوكيميائية. تتميز المياه العذبة (مثل البحيرات والأنهار والمياه الجوفية القريبة من السطح) بملوحة منخفضة نسبيًا.

    التفاعلات البشرية مع دورة المياه

    يغير البشر دورة المياه عن طريق استخراج كميات كبيرة من المياه العذبة من المياه السطحية وكذلك المياه الجوفية (انظر استخدام المياه). بالإضافة إلى ذلك، فإن التغييرات في استخدام الأراضي، مثل إزالة الغابات والزراعة والتحضر، تقلل الغطاء النباتي، مما يقلل من التسرب ويزيد من الجريان السطحي. (يحبس الغطاء النباتي بشكل طبيعي هطول الأمطار عند هبوطه، ويبطئ جريان سطح التدفق، ويزيد من معدل التسرب.) ويؤدي ذلك إلى تكثيف الفيضانات وتفاقم التآكل، مما يؤدي إلى انخفاض جودة التربة والتسبب في تلوث الرواسب في المياه. بالإضافة إلى ذلك، يعيد البشر توجيه تدفق المياه عن طريق بناء السدود والقنوات (الشكل\(\PageIndex{e}\)). تتم إزالة الكثير من المياه أو إعادة توجيهها من نهر كولورادو في غرب الولايات المتحدة، على الرغم من حجمه الكبير، إلا أنه يجف في بعض السنوات قبل الوصول إلى البحر في المكسيك. في مثال متطرف، انخفض بحر آرال في آسيا الوسطى إلى 10٪ فقط من حجمه الأولي بعد تحويل المياه للزراعة (انظر دراسة الحالة هذه لمزيد من التفاصيل).

    تبدو قناة كاليفورنيا وكأنها نهر عاصف اصطناعي تحده الخرسانة
    الشكل\(\PageIndex{e}\): تنقل قناة كاليفورنيا المياه اللازمة للزراعة من شمال كاليفورنيا إلى جنوب كاليفورنيا. الصورة من قبل USGS (المجال العام).

    موارد المياه

    يتم تجديد موارد المياه العذبة في النهاية عن طريق هطول الأمطار. يمكن بعد ذلك الحصول على هذه المياه من المياه السطحية، مثل الأنهار والبحيرات، ومن طبقات المياه الجوفية، التي تخزن المياه الجوفية.

    موارد المياه العذبة الأولية: هطول الأمطار

    يتم توزيع مستويات هطول الأمطار بشكل غير متساو في جميع أنحاء العالم، مما يؤثر على توافر المياه العذبة (الشكل\(\PageIndex{f}\)). بشكل عام، بسبب التسخين غير المتكافئ للأرض وخلايا دوران الهواء العالمية الناتجة عن دوران الأرض، يرتفع الهواء بالقرب من خط الاستواء وبالقرب من خط العرض 60 درجة شمالًا وجنوبًا ويغرق عند القطبين وخط عرض 30 درجة شمالًا وجنوبًا. كما تمت مناقشته في تأثيرات المناخ على المناطق الأحيائية، فإن ضوء الشمس الشديد عند خط الاستواء يسخن الهواء، مما يؤدي إلى ارتفاعه وبرودته، مما يقلل من قدرة الكتلة الهوائية على الاحتفاظ ببخار الماء ويؤدي إلى عواصف ممطرة متكررة. عند حوالي 30 درجة شمالًا وجنوبًا، تنتج ظروف الهواء الهابطة هواءًا أكثر دفئًا، مما يزيد من قدرته على الاحتفاظ ببخار الماء وينتج عنه ظروف جافة. تساعد كل من ظروف الهواء الجاف ودرجات الحرارة الدافئة لأحزمة العرض هذه على التبخر.

    يمكن أن يؤثر حجم القارات والجبال والرياح السائدة وأنماط دوران المحيطات وحتى القرب من المسطحات المائية على أنماط المناخ المحلية. على سبيل المثال، عندما تهب الرياح الباردة عبر بحيرة Great Salt Lake الدافئة نسبيًا، ترتفع درجة حرارة الهواء، مما يؤدي إلى التقاط الرطوبة. قد تسقط هذه الزيادة المحلية في محتوى الرطوبة في الهواء في نهاية المطاف على شكل ثلوج أو أمطار على الجبال القريبة، وهي ظاهرة تعرف باسم «هطول الأمطار بتأثير البحيرة».

    خريطة العالم مع البلدان المشفرة بالألوان بناءً على هطول الأمطار السنوي في عام 2014
    الشكل\(\PageIndex{f}\): متوسط هطول الأمطار السنوي حسب البلد في عام 2014. البلدان ذات أعلى هطول للأمطار (3000-3500 ملم) هي نيكاراغوا وكوستاريكا وبنما وكولومبيا وسيراليون (في غرب إفريقيا) وبنغلاديش والعديد من الجزر تقع في جنوب شرق آسيا. الدول ذات أقل هطول للأمطار (0-100 ملم) هي المملكة العربية السعودية والعديد من دول شمال إفريقيا. الولايات المتحدة لديها أمطار متوسطة (500-750 ملم). تنمو الغابات المطيرة في العالم في المناطق ذات الأمطار الغزيرة بينما المناطق ذات الأمطار القليلة جدًا هي الصحاري. تم تعديل الصورة من عالمنا في البيانات/البنك الدولي (CC-BY).

    في الولايات المتحدة، يمثل خط الطول رقم 100 تقريبًا الحدود بين الأجزاء الرطبة والجافة من البلاد (الشكل\(\PageIndex{g}\)). الري مطلوب لزراعة المحاصيل غرب خط الطول 100. في الغرب، يتم تخزين المياه السطحية في الخزانات (البحيرات الاصطناعية) وكتل الثلج الجبلية ويتم إطلاقها بشكل استراتيجي من خلال نظام من القنوات في أوقات الاستخدام العالي.

    خريطة للولايات المتحدة توضح توزيع هطول الأمطار مع المناطق الأكثر جفافاً في الغرب. يمتد خط الطول رقم 100 من داكوتا الشمالية عبر تكساس.
    الشكل\(\PageIndex{g}\): توزيع هطول الأمطار في الولايات المتحدة. يعد خط الطول 100 تقريبًا المكان الذي ينتقل فيه متوسط هطول الأمطار من الرطب نسبيًا إلى الجاف. معظم الولايات الشرقية خضراء، مما يشير إلى هطول أمطار أكبر من معظم الولايات الغربية، والتي تكون برتقالية أو حمراء بشكل أساسي (مما يشير إلى انخفاض هطول الأمطار). (المصدر: هيئة المسح الجيولوجي الأمريكية)

    المياه السطحية: الأنهار والبحيرات

    تعتبر الأنهار موردًا مائيًا مهمًا لري الأراضي الزراعية ومياه الشرب للعديد من المدن حول العالم. تدخل المياه المتدفقة من المطر والثلوج الذائبة على الأرض قنوات الأنهار عن طريق الجريان السطحي (الشكل\(\PageIndex{h}\)) والتسرب من الأراضي المحيطة. تسمى المنطقة الجغرافية التي يجففها النهر وروافده بمستجمعات المياه. تضم مستجمعات المياه في نهر المسيسيبي حوالي 40٪ من الولايات المتحدة، وهو مقياس يشمل مستجمعات المياه الأصغر، مثل نهر أوهايو ونهر ميسوري التي تساعد على استيعابها. تشمل الأنهار التي شهدت نزاعات دولية حول إمدادات المياه كولورادو (المكسيك وجنوب غرب الولايات المتحدة) والنيل (مصر وإثيوبيا والسودان) والفرات (العراق وسوريا وتركيا) والغانج (بنغلاديش والهند) والأردن (إسرائيل والأردن وسوريا).

    يتجمّع الجريان السطحي في منخفض عشبي ويتدفق إلى مصرف مياه الأمطار
    الشكل\(\PageIndex{h}\): الجريان السطحي، جزء من التدفق البري في دورة المياه المصدر: جيمس إم بيز في ويكيميديا كومنز

    بالإضافة إلى الأنهار، يمكن أن تكون البحيرات أيضًا مصدرًا ممتازًا للمياه العذبة للاستخدام البشري. عادة ما يتلقون المياه من الجريان السطحي والمياه الجوفية. من خلال بناء السدود، يقوم الناس بإنشاء بحيرات صناعية (خزانات).

    موارد المياه الجوفية

    على الرغم من أن معظم الناس في العالم يستخدمون المياه السطحية، فإن المياه الجوفية هي خزان أكبر بكثير من المياه العذبة الصالحة للاستخدام، وتحتوي على أكثر من 30 مرة من المياه من الأنهار والبحيرات مجتمعة. تعتبر مساحة كبيرة من الوحدات الصخرية الجوفية المسامية أو الرواسب التي تحتوي على مياه جوفية قابلة للاستخراج بمثابة طبقة مياه جوفية. المنطقة المشبعة من طبقة المياه الجوفية هي المكان الذي تملأ فيه المياه الجوفية مساحات المسام بالكامل في المواد الأرضية. منسوب المياه الجوفية هو المستوى الأعلى الذي تكون فيه المسام مشبعة بالكامل بالماء (الشكل\(\PageIndex{i}\)).

    مقطع من الأرض يُظهر الغطاء النباتي في الأعلى والمنطقة غير المشبعة الواقعة تحت المنطقة المشبعة من طبقة المياه الجوفية.
    الشكل\(\PageIndex{i}\): المناطق غير المشبعة والمشبعة من طبقة المياه الجوفية التي تخزن المياه الجوفية. منسوب المياه هو المستوى العلوي للمنطقة المشبعة. سطح الأرض مغطى بالنباتات، والجزء العلوي من المياه السطحية متصل مع منسوب المياه الجوفية. يُظهر الجزء السفلي من الصورة الصخور المتشققة (على اليسار) والحصى (على اليمين)، وكلاهما يحتوي على مساحات لتخزين الهواء والماء. فوق منسوب المياه الجوفية، يتم الاحتفاظ بالمياه (وليس المياه الجوفية) عن طريق الجذب الجزيئي وتحيط بأسطح جزيئات الصخور. جميع الفتحات الموجودة أسفل منسوب المياه مليئة بمنسوب المياه. صورة من USGS (المجال العام)

    إن الجمع بين مكان لوضع الماء (المسامية) والقدرة على تحريك الماء (النفاذية) يجعل طبقة المياه الجوفية جيدة. المسامية هي مقياس للمساحة المفتوحة في الصخور - يتم التعبير عنها كنسبة مئوية من المساحة المفتوحة التي تشكل الحجم الإجمالي للصخور أو مادة الرواسب. النفاذية هي مقياس لترابط المسام في الصخور أو الرواسب. تسمح الوصلات بين المسام لتلك المادة بنقل الماء. المسامية والنفاذية هي وظائف تكوين جزيئات التربة. على سبيل المثال، يحتوي الطين عمومًا على مسامية عالية جدًا، لكن المسام غير متصلة بشكل جيد، مما يتسبب في انخفاض النفاذية.

    عادة ما يتم حفر طبقات المياه الجوفية وتركيب الآبار لتوفير المياه للزراعة والاستخدام الشخصي. في كثير من الحالات يتم استنزاف طبقات المياه الجوفية بشكل أسرع من تجديدها عن طريق تسرب المياه من الأعلى. تعتبر المياه الجوفية موردًا مهمًا بشكل خاص في المناخات القاحلة، حيث قد تكون المياه السطحية نادرة. بالإضافة إلى ذلك، تعد المياه الجوفية مصدر المياه الرئيسي لأصحاب المنازل الريفية، حيث توفر 98٪ من هذا الطلب على المياه في الولايات المتحدة.

    عندما يتم ضخ المياه الجوفية من آبار المياه، عادة ما يكون هناك انخفاض موضعي في منسوب المياه حول البئر يسمى مخروط الاكتئاب (الشكل\(\PageIndex{j}\)). عندما يكون هناك عدد كبير من الآبار التي تضخ المياه لفترة طويلة، يمكن أن ينخفض منسوب المياه الإقليمي بشكل كبير. وهذا ما يسمى بتعدين المياه الجوفية، والذي يمكن أن يجبر على حفر آبار أعمق وأكثر تكلفة والتي عادة ما تواجه المزيد من المياه الجوفية المالحة. يمكن أيضًا استنفاد الأنهار والبحيرات والبحيرات الاصطناعية (الخزانات) بسبب الإفراط في الاستخدام. تجف بعض الأنهار الكبيرة، مثل كولورادو في الولايات المتحدة والأصفر في الصين، في بعض السنوات.

    مقطع من الأرض يظهر غمسًا في منسوب المياه حيث تستخرج البئر المياه.
    الشكل\(\PageIndex{j}\): عندما يتم استخراج المياه الجوفية من البئر، ينخفض منسوب المياه الجوفية في طبقة المياه الجوفية، مكونًا مخروطًا من المنخفض. يتم السحب بين منسوب المياه الجوفية ومخروط الاكتئاب. يتم تمثيل هطول الأمطار بواسطة قطرات الماء التي تسقط من السحابة. ينقع في الأرض ويعيد شحن طبقة المياه الجوفية. في الجزء السفلي من طبقة المياه الجوفية توجد وحدة العزل، وهي غير منفذة للماء. الصورة بواسطة تارا جروس/USGS (المجال العام).

    مشكلة موارد المياه الأخرى المرتبطة بتعدين المياه الجوفية هي تسرب المياه المالحة، حيث يؤدي الإفراط في ضخ طبقات المياه الجوفية بالقرب من سواحل المحيط إلى دخول المياه المالحة إلى مناطق المياه العذبة. يمكن أن يؤدي انخفاض منسوب المياه الجوفية حول مخروط منخفض في طبقة المياه الجوفية إلى تغيير اتجاه تدفق المياه الجوفية الإقليمي، مما قد يؤدي إلى حدوث تلوث قريب نحو بئر الضخ بدلاً من الابتعاد عنه. أخيرًا، يمكن أن تتطور مشاكل الهبوط (الغرق التدريجي لسطح الأرض على مساحة كبيرة) والمجاري (الغرق السريع لسطح الأرض على مساحة صغيرة) بسبب انخفاض منسوب المياه الجوفية. نظرًا لانهيار المسام في طبقة المياه الجوفية عند حدوث الهبوط، فإن هذا يقلل بشكل دائم من قدرة طبقة المياه الجوفية على الاحتفاظ بالمياه في المستقبل.

    يتم تجديد المياه الجوفية من خلال التسرب والتسرب من المياه السطحية (البحيرات والأنهار والخزانات والمستنقعات) والمياه السطحية التي يتم ضخها عمدًا إلى الأرض والري وأنظمة معالجة مياه الصرف الصحي تحت الأرض (خزانات الصرف الصحي). مناطق إعادة التغذية هي المواقع التي تتسرب فيها المياه السطحية إلى الأرض بدلاً من الجري إلى الأنهار أو التبخر (الشكل\(\PageIndex{k}\)). تعد مناطق التغذية عمومًا أعلى موقع طبوغرافي لطبقة المياه الجوفية. تتميز بتيارات تقع تحت منسوب المياه والرواسب أو الصخور التي تسمح بالتسلل إلى باطن الأرض. الأراضي الرطبة، على سبيل المثال، هي مناطق تغذية ممتازة. تمثل مناطق إعادة التغذية بداية مسارات تدفق المياه الجوفية.

    يمكن أن تحدث التغذية من خلال ممارسة إدارة طبقة المياه الجوفية لتخزين المياه الجوفية واستعادتها. تسمح آبار الحقن للبشر بزيادة معدل التغذية في نظام طبقة المياه الجوفية عن طريق ضخ المياه إلى طبقة المياه الجوفية (الشكل\(\PageIndex{k}\)). يتم تنظيم آبار الحقن من قبل حكومات الولايات والحكومات الفيدرالية لضمان عدم تأثير المياه المحقونة سلبًا على جودة أو إمدادات المياه الجوفية الموجودة في طبقة المياه الجوفية. بعض طبقات المياه الجوفية قادرة على تخزين كميات كبيرة من المياه، مما يسمح لمديري المياه باستخدام نظام طبقة المياه الجوفية مثل الخزان السطحي. يتم تخزين المياه في طبقة المياه الجوفية خلال فترات انخفاض الطلب على المياه وارتفاع إمدادات المياه ويتم استخراجها لاحقًا في أوقات ارتفاع الطلب على المياه وانخفاض إمدادات المياه.

    مقطع من الأرض يُظهر إعادة التغذية الطبيعية لطبقة المياه الجوفية من هطول الأمطار والتيار. في بئر الحقن يقوم أيضًا بإعادة شحن المياه الجوفية.
    الشكل\(\PageIndex{k}\): يمكن تجديد المياه الجوفية من خلال مناطق التغذية الطبيعية وكذلك آبار الحقن الاصطناعية. في هذا الرسم البياني، يظهر هطول الأمطار من سحابة عاصفة. يتم غسل بعض المياه كجريان، وتتسرب بعض المياه عبر الرمال (إعادة التغذية الطبيعية من هطول الأمطار). تملأ المياه الرمال والحصى في طبقة المياه الجوفية (المسمى خزان المياه الجوفية). تحت طبقة المياه الجوفية يوجد حجر الأساس، وهو غير منفذ للماء. مصدر طبيعي آخر لإعادة الشحن هو من التدفقات. من خلال بئر إعادة شحن اصطناعي، يتدفق الماء من الأنبوب عبر صمام التحكم إلى أنبوب الحقن. هذا يضيف أيضًا إلى المياه الجوفية. الصورة من قبل USGS (المجال العام).

    الإسناد