من الأمثلة على الصخور ذات المسامية العالية والنفاذية القليلة

من الأمثلة على الصخور ذات المسامية العالية والنفاذية القليلة

صخور بركانية حويصليّة وخير مثال على صخرة مع المسامية العالية والمنخفضة نفاذية هو البركانية حويصلية الصخور ، حيث فقاعات أنه بمجرد الغاز الواردة تعطي الصخور و المسامية العالية ، ولكن نظرا لعدم وترتبط هذه الثقوب لبعضها البعض الصخور لها نفاذية منخفضة .

كما تعلمنا ، فإن المياه الجوفية هي ببساطة المياه الموجودة تحت الأرض. ومع ذلك ، لا يزال هناك الكثير من المفاهيم الخاطئة حول تصور الناس للمياه الجوفية. يتصور الكثيرون بحيرات وأنهارًا جوفية كبيرة ، وعلى الرغم من وجودها ، إلا أنها تمثل نسبة صغيرة جدًا من جميع المياه الجوفية. بشكل عام ، توجد المياه الجوفية في المسام بين حبيبات التربة والصخور. تخيل اسفنجة مملوءة بالماء. جميع الثقوب في تلك الإسفنج مملوءة بالماء. من خلال عصر هذا الإسفنج ، نجبر الماء على الخروج ، وبالمثل ، عن طريق ضخ طبقة المياه الجوفية ، نجبر الماء على الخروج من المسام.

هناك الكثير من المصطلحات في الجيولوجيا المائية ، معظمها بسيط للغاية ، لكنه ضروري. فيما يلي بعض من كبار الشخصيات ومعانيها.

المسامية

المسامية هي خاصية جوهرية لكل مادة. يشير إلى مقدار المساحة الفارغة داخل مادة معينة. في التربة أو الصخرة توجد المسامية (المساحة الفارغة) بين حبيبات المعادن. في مادة مثل الحصى ، تكون الحبيبات كبيرة وهناك الكثير من المساحات الفارغة بينها لأنها لا تتلاءم معًا جيدًا. ومع ذلك ، في مادة مثل خليط الحصى والرمل والطين ، تكون المسامية أقل بكثير حيث تملأ الحبيبات الأصغر الفراغات. ترتبط كمية الماء التي يمكن للمادة الاحتفاظ بها ارتباطًا مباشرًا بالمسامية لأن الماء سيحاول ملء الفراغات الفارغة في المادة. نقيس المسامية من خلال النسبة المئوية للمساحة الفارغة الموجودة داخل وسط مسامي معين.يُظهر اليسار دوائر كبيرة محاطة بالمياه.  يُظهر اليمين نفس الدوائر الكبيرة المحاطة بالمياه ، ولكن هذه المرة هناك أيضًا العديد من الدوائر الصغيرة التي تشغل جزءًا من مساحة الماء.

الشكل 2. المسامية في وسيطين مختلفين. الصورة على اليسار تشبه الحصى بينما تملأ الجسيمات الصغيرة على اليمين بعض المسام وتزيح الماء. لذلك ، المحتوى المائي للمادة الموجودة على اليمين أقل. (المصدر: ويكيبيديا)

نفاذية

الشكل 3. مقطع فيديو يوضح مدى نفاذية المسام المتصلة ويمكنها نقل المياه بسهولة.  لاحظ أن بعض المسام معزولة ولا يمكنها نقل المياه المحتبسة بداخلها.

الشكل 3. مقطع فيديو يوضح مدى نفاذية المسام المتصلة ويمكنها نقل المياه بسهولة. لاحظ أن بعض المسام معزولة ولا يمكنها نقل المياه المحتبسة بداخلها.

النفاذية هي خاصية أخرى جوهرية لجميع المواد وترتبط ارتباطا وثيقا بالمسامية. تشير النفاذية إلى مدى اتصال مساحات المسام ببعضها البعض. إذا كانت المادة ذات نفاذية عالية من المساحات المسامية متصلة ببعضها البعض مما يسمح بتدفق الماء من واحد إلى آخر ، ومع ذلك ، إذا كانت هناك نفاذية منخفضة ، يتم عزل مساحات المسام ويحتجز الماء بداخلها. على سبيل المثال ، في الحصى ، جميع المسام متصلة ببعضها البعض جيدًا مما يسمح بتدفق المياه من خلالها ، ومع ذلك ، في الطين ، يتم سد معظم مسام المساحات ، مما يعني أن الماء لا يمكن أن يتدفق من خلاله بسهولة.

طبقة المياه الجوفية

طبقة المياه الجوفية هي مصطلح يشير إلى نوع من التربة أو الصخور التي يمكنها الاحتفاظ ونقل المياه المشبعة تمامًا بالماء. هذا يعني أن كل ما هو مجرد طبقة من التربة أو الصخور التي تتمتع بمسامية ونفاذية عالية بشكل معقول تسمح لها باحتواء المياه ونقلها من المسام إلى المسام بسرعة نسبيًا وتمتلئ جميع مساحات المسام بالماء. من الأمثلة الجيدة على طبقات المياه الجوفية الحرث الجليدي أو التربة الرملية التي تتميز بمسامية عالية ونفاذية عالية. تسمح لنا طبقات المياه الجوفية باستعادة المياه الجوفية عن طريق الضخ بسرعة وسهولة. ومع ذلك ، فإن الضخ الزائد يمكن أن يقلل بسهولة من كمية المياه في طبقة المياه الجوفية ويجف. يتم تجديد طبقات المياه الجوفية عندما تتسرب المياه السطحية عبر الأرض وتعيد ملء المسام في الخزان الجوفي. هذه العملية تسمى إعادة الشحن. من المهم بشكل خاص التأكد من أن التغذية نظيفة وغير ملوثة أو أن طبقة المياه الجوفية بأكملها يمكن أن تصبح ملوثة. هناك نوعان رئيسيان من طبقات المياه الجوفية. طبقة المياه الجوفية غير المحصورة هي تلك التي لا يوجد فوقها خزان ماء ولكن عادةً ما يكون أسفلها.

عندما تنقل الصخور الحاملة للماء الماء بسهولة إلى الآبار والينابيع ، فإنها تسمى طبقة المياه الجوفية. يمكن حفر الآبار في طبقات المياه الجوفية ويمكن ضخ المياه للخارج. يضيف الترسيب في النهاية الماء ( التغذية ) إلى الصخور المسامية للخزان الجوفي. ومع ذلك ، فإن معدل التغذية ليس هو نفسه بالنسبة لجميع طبقات المياه الجوفية ، ويجب أخذ ذلك في الاعتبار عند ضخ المياه من البئر. يؤدي ضخ الكثير من المياه بسرعة كبيرة إلى سحب المياه الموجودة في الخزان الجوفي ، وفي النهاية ينتج عن البئر كمية أقل من المياه وحتى تجف. في الواقع ، قد يؤدي ضخ البئر بسرعة كبيرة إلى جفاف بئر جارك إذا كنتما تضخان من نفس طبقة المياه الجوفية.

في الرسم البياني أدناه ، يمكنك أن ترى كيف أن الأرض تحت منسوب المياه الجوفية (المنطقة الزرقاء) مشبعة بالماء. لا تزال “المنطقة غير المشبعة” فوق منسوب المياه (المنطقة الخضراء) تحتوي على الماء (بعد كل شيء ، تعيش جذور النباتات في هذه المنطقة) ، لكنها ليست مشبعة بالماء تمامًا. يمكنك أن ترى هذا في الرسمين في الجزء السفلي من الرسم التخطيطي ، والتي تظهر لقطة مقرّبة لكيفية تخزين المياه بين جزيئات الصخور تحت الأرض.تكون المياه الصالحة للشرب (التي تفصل بين المناطق غير المشبعة والمشبعة) هي تقريبًا نفس مستوى المياه السطحية.  تحتوي الصخور المتصدعة على جيوب هوائية أكثر من الحصى.  ومع ذلك ، فإن جميع الفتحات الموجودة أسفل منسوب المياه الجوفية مليئة بالمياه الجوفية في كلا النوعين من الصخور.

الشكل 2.

في بعض الأحيان تصبح طبقات الصخور المسامية مائلة في الأرض. قد تكون هناك طبقة محصورة من الصخور الأقل مسامية فوق الطبقة المسامية وتحتها. هذا مثال على طبقة المياه الجوفية المحصورة. في هذه الحالة ، فإن الصخور المحيطة بطبقة المياه الجوفية تقيد الضغط في الصخور المسامية ومياهها. إذا تم حفر بئر في طبقة المياه الجوفية “المضغوطة” ، فقد يكون الضغط الداخلي (اعتمادًا على قدرة الصخور على نقل المياه) كافيًا لدفع المياه إلى أعلى البئر وإلى السطح بدون مساعدة من مضخة ، في بعض الأحيان تماما خارج البئر. هذا النوع من الآبار يسمى ارتوازي. يمكن أن يكون ضغط الماء من بئر ارتوازي هائلاً للغاية .

لا توجد علاقة بالضرورة بين قدرة الصخور على تحمل الماء والعمق الذي توجد فيه. قد يتعرض سطح الأرض للجرانيت الكثيف للغاية الذي ينتج القليل من الماء أو لا ينتج أي ماء للبئر. على العكس من ذلك ، قد يقع الحجر الرملي المسامي ، مثل حجر داكوتا الرملي المذكور سابقًا ، على عمق مئات أو آلاف الأقدام تحت سطح الأرض وقد ينتج مئات الجالونات في الدقيقة من الماء. تم العثور على الصخور التي تنتج المياه العذبة على أعماق تزيد عن 6000 قدم ، وتأتي المياه المالحة من آبار النفط على أعماق تزيد عن 30000 قدم. ومع ذلك ، في المتوسط ​​، تقل مسامية ونفاذية الصخور مع زيادة عمقها تحت سطح الأرض ؛ يتم إغلاق المسام والشقوق الموجودة في الصخور على أعماق كبيرة أو يتم تقليل حجمها بشكل كبير بسبب وزن الصخور الموجودة فوقها.

حركة المياه في طبقات المياه الجوفية

تعتمد حركة المياه في طبقات المياه الجوفية بشكل كبير على نفاذية مادة الخزان الجوفي. تحتوي المواد القابلة للنفاذ على شقوق مترابطة أو فراغات عديدة وكبيرة بما يكفي للسماح للماء بالتحرك بحرية. في بعض المواد القابلة للاختراق ، قد تتحرك المياه الجوفية عدة أمتار في اليوم ؛ في أماكن أخرى ، يتحرك بضعة سنتيمترات فقط في قرن. تتحرك المياه الجوفية ببطء شديد عبر مواد غير منفذة نسبيًا مثل الطين والصخر الزيتي.

بعد دخول طبقة المياه الجوفية ، تتحرك المياه ببطء نحو الأماكن السفلية ويتم تصريفها في النهاية من الخزان الجوفي من الينابيع ، أو تتسرب إلى الجداول ، أو يتم سحبها من الأرض بواسطة الآبار. قد تكون المياه الجوفية في طبقات المياه الجوفية بين طبقات الصخور ضعيفة النفاذية ، مثل الطين أو الصخر الزيتي ، محصورة تحت الضغط. إذا تم استغلال طبقة المياه الجوفية المحصورة من قبل بئر ، فسوف يرتفع الماء فوق الجزء العلوي من الخزان الجوفي وقد يتدفق حتى من البئر إلى سطح الأرض. يقال إن المياه المحصورة بهذه الطريقة تحت ضغط ارتوازي ، وتسمى طبقة المياه الجوفية طبقة المياه الجوفية الارتوازية.

تصور الضغط الارتوازي

إليك تجربة صغيرة توضح لك كيفية عمل الضغط الارتوازي. املأ كيس شطيرة بلاستيكي بالماء ، وضع قشة من خلال الفتحة ، وأغلق الفتحة حول المصاصة ،  ولا  توجه الشفاط نحو معلمك أو والديك ، ثم اضغط على الحقيبة. يتم دفع المياه الارتوازية من خلال القش.

أكويتارد

النوع الآخر عبارة عن طبقة مياه جوفية محصورة بها خزان مياه فوقها وأسفلها. إن خزان المياه هو في الأساس عكس طبقة المياه الجوفية مع استثناء رئيسي واحد. تتميز Aquitards بنفاذية منخفضة جدًا ولا تنقل الماء جيدًا على الإطلاق. في الواقع ، غالبًا ما تعمل في الأرض كحاجز أمام تدفق المياه وخزانات مياه جوفية منفصلة. الاستثناء الرئيسي الوحيد هو أن أحواض السمك يمكن أن يكون لها مسامية عالية وتحتوي على الكثير من الماء ، ومع ذلك ، نظرًا لانخفاض نفاذيةها ، فإنها غير قادرة على نقلها من المسام إلى المسام ، وبالتالي لا يمكن أن تتدفق المياه داخل الحوض جيدًا. خير مثال على أكويتارد هو طبقة من الطين. غالبًا ما يكون للطين مسامية عالية ولكن لا توجد نفاذية تقريبًا مما يعني أنه في الأساس حاجز لا يمكن أن تتدفق خلاله المياه ويتم احتجاز الماء داخله. ومع ذلك،