تغذیه مصنوعی آب های زیرزمینی

حوضچه های تغذیه مصنوعی

 

 

چاه تغذیه 

 

زلزله در یک لحظه طلا می سازد!

مطالعات جدید نشان می‌دهد که زلزله می‌تواند به صورت آنی رسوبی از طلا به وجود آورد. به هنگام زمین‌لرزه‌ فشار و حرارت آب میان گسل‌ها افزایش می‌یابد و تبخیر این آب می‌تواند به تشکیل کریستا‌ل‌های طلا منجر شود.

دانشمندان از مدت‌ها پیش می‌دانستند که رگه‌های طلا از ته‌نشست مواد معدنی موجود در مایعات داغ درون شکاف‌های زمین به وجود می‌آید. اما مطالعه‌ای که در نشریه علمی "نیچر" منتشر شده نشان می‌دهد که طلا می‌تواند در لحظه‌ای بسیار کوتاه که گاهی به چنددهم ثانیه می‌رسد، بر اثر وقوع زمین‌لرزه تشکیل شود.

دیون ودرلی (Dion Weatherley)، زلزله‌شناس دانشگاه کوئینزلند در بریزبن استرالیا می‌گوید، حرکت گسل‌های زمین و شکاف‌های زیگزاگی که گسل‌های اصلی موجود در سنگ‌ها وصخره‌ها را به هم متصل می‌سازند باعث بروز این فرایند می‌شود.

به هنگام وقوع زلزله لایه‌های اطراف گسل اصلی در پوسته‌ی زمین به حرکت در آمده و بر روی یکدیگر می‌لغزند. حرکت سریع گسل‌ها باعث می‌شود که مقدار زیادی انرژی به صورت ناگهانی آزاد شود و آب موجود در میان گسست‌ها که روان‌سازی گسل را موجب می‌شود تحت فشار و حرارتی بسیار بالا تبخیر شود.

فرایند تشکیل طلا

آن چه در طول زلزله بر سر مایعات موجود درون زمین می‌آید، موجب حیرت دیون و ودرلی و ریچارد هنلی (Richard Henley) نویسنده‌ی دیگر این گزارش از دانشگاه ملی استرالیا در کانبرا، شده است.

وقتی که آب میان گسل‌ها که سرشار از مواد معدنی است تحت فشار زیاد و حرارتی حدود ۳۹۰ درجه سانتی‌گراد تبخیر می‌شود، مواد معدنی موجود در آن ناگهان به کریستال تبدیل می‌گردد.

دیون ودرلی می‌گوید: «این اثر به اندازه‌ا‌ی بزرگ است که می‌تواند به تنهایی منجر به رسوب کوارتز و دیگر مواد معدنی و فلزات شود.»

به گفته ودرلی و هنلی، حتی زمین‌لرزه‌‌های کوچک هم می‌توانند با ایجاد فشار زیاد در مایعات بین گسل‌ها فرایند رسوب طلا را شکل دهند.

ودرلی ادامه می‌دهد، همین مسئله می‌تواند روشن کند که چرا در برخی صخره‌ها می‌توان بلور‌های کوارتزی را یافت که اغلب حاوی رگه‌های ظریفی از طلا هستند.

این پژوهشگر استرالیایی با اشاره به این که سالانه می‌توان هزاران زلزله کوچک تنها در یک سیستم گسلی داشت می‌افزاید که بنابر این مناطق زلزله‌خیز از قابلیت ته‌نشست مقادیر زیادی طلا برخوردار هستند.

ودرلی می‌گوید، معدن‌شناسان می‌توانند با تکنیک‌های سنجش از راه دور، رسوب‌های جدید طلا را در اعماق صخره‌ها، به ویژه‌در آنهایی که حرکت گسل‌ها در آن بارها اتفاق می‌افتد جستجو کنند.

وی می‌افزاید: «سیستم گسلی با گسل‌های زیاد می‌تواند مکانی برای وجود طلا باشد.»

میزان طلای به جای مانده بعد از زلزله بسیار ناچیز است. علت آن است که تراکم طلا در آب‌های زیرزمینی اندک است. اما وقوع زلزله‌های بی‌شمار طی دوره‌های طولانی باعث می‌شود که مناطق زلزله‌خیز به تدریج مقادیر زیادی طلا در خود ذخیره کنند.

راز سفره‌ آب زیرزمینی مریخ

با تحلیل مقدار مولکول‌های آب دو شهاب‌سنگ مریخی، که روزی از سطح سیاره‌ی سرخ کنده شده‌اند، دانشمندان دریافتند که میزان آب پوسته‌ی مریخ از آن‌چه که پیش‌تر تصور می‌شد بیشتر بوده است. این یافته‌ها جان تازه‌ای به سوالات در مورد پتانسیل حیات در مریخ امروز می‌دهند.

تا به حال زمین تنها سیاره‌ی شناخته شده‌ با مخازن فراوان آب بود. اما حالا دانشمندان با بررسی مقدار آب دو شهاب‌سنگ مریخی، دریافتند که حجم آب پوسته‌ی مریخ بسیار بیشتر از آن‌چه که پیش‌تر تصور می‌شد بوده، برآورد تازه میزان آب گذشته‌ی مریخ را حتی در اندازه‌های زمین تخمین زده است. نتیجه نه‌تنها روی دانسته‌های ما از تاریخچه‌ی زمین‌شناسی مریخ اثر می‌گذارد بلکه به این‌که آب چطور به پوسته رسیده هم اشاره می‌کند. این اطلاعات احتمال این‌که مریخ می‌توانسته حیات پایدار داشته باشد را تقویت می‌کند.

دانشمندان شهاب‌سنگ‌های نسبتا جوانِ موسوم به شرگتایت‌ها –گونه‌ی بسیار نادری از شهاب‌سنگ‌- که حدوداً ۵/۲ میلیون سال پیش، بعد از جدا شدن از مریخ به زمین رسیده‌اند را بررسی کرده‌اند. این شهاب‌سنگ‌ها محصول ذوب بخشی از جبه‌ی –لایه‌ی زیر پوسته- مریخ هستند. آن‌ها در عمق اندکی از زیر سطح و روی سطح متبلور و کریستاله شدند. به لحاظ دانش شیمی ‌خاک، این شهاب‌سنگ‌ها حرف‌های زیادی در مورد فرایند شکل‌گیری سیاره، برای گفتن به دانشمندان دارند.

پژوهشگران با تحلیل این دو شهاب‌سنگ که تاریخچه‌ی شکل‌گیری کاملاً متفاوتی داشتند، متوجه شدند که یکی از این دو، در جریان شکل‌گیری‌اش دست‌خوش آمیختگی شدید با سایر عناصر بوده، در حالی که دیگری، چنین شرایطی را تجربه نکرده است. آنها با اندازه‌گیری مقدار آب آپاتیت معدنی – از گروه کانی‌های فسفاتی- دریافتند که تفاوت اندکی بین آن دو وجود دارد در حالی که شیمی عناصرشان بطور قابل توجهی متفاوت است! نتایج گویای آن است که آب، در جریان شکل‌گیری مریخ وجود داشته و سیاره‌ی سرخ قادر به ذخیره‌ی آب در لایه‌‌های درونی خود در آن دوران بوده است. 

نمایی از قطب جنوب مریخ. آب یخ در مریخ شناسایی شده است، اما تحقیقات صورت گرفته روی شهاب‌سنگ‌های مریخی به دانشمندان در برآورد میزان آب پوسته‌ی سیاره کمک کرده است.

بر مبنی مقدار آب معدنی شهاب‌سنگ‌ها، دانشمندان برآورد کرده‌اند که جبه‌ی مریخی، همان لایه‌ای که صخره‌ها از آن ناشی شده‌اند، بین ۷۰ و ۳۰۰ بخش در میلیون (ppm) – واحد سنجش برای مقادیر بسیار اندک- آب داشته است. در مقایسه، جبه‌ی بالایی زمین تقریباً ۵۰ – ۳۰۰ بخش در میلیون آب دارد. این گروه با استفاده از روش‌های جدیدی از جمله «طیف‌سنجی جرمی یون ثانویه» (SIMS) قادر به اندازه‌گیری این ارقام شدند.

شواهد جالب توجهی بر وجود آب مایع در سطح مریخ در دوره‌هایی از زمان وجود دارد؛ پژوهشگران می‌گویند: «این مثل یک معما است که چرا برآوردهای پیشین، درون سیاره را بسیار خشک نشان داده‌اند. در حالی که پژوهش اخیر پیشنهاد می‌کند که ممکن است آتشفشان‌ها ابزار اولیه برای راندن آب به سطح سیاره‌ی سرخ باشند.»

این مطالعه نه‌تنها توضیح می‌دهد که مریخ چطور آب خود را بدست آورده بلکه شیوه‌ای از ذخیره‌ی هیدروژن در تمام سیارات خاکی در هنگام شکل‌گیری‌شان ارائه می‌کند.

ارتباط برداشت آب زیر زمینی با زمین لرزه

پمپاژ آب‌های زیر زمینی در جنوب شرقی اسپانیا ممکن است ماشه‌ی زمین لرزه‌ی مرگ بار 2011 در آن منطقه را کشیده بوده باشد زمین لرزه یکی از غیر منتظره‌ترین و غیر قابل پیش بینی‌ترین پدیده‌های مخرب طبیعی بوده است.  قسمت بزرگی از علل زمین لرزه‌ها را در اصطکاک صفحات تکتونیکی پوسته‌ی زمین باید جستجو کرد. اما به وضوح این، تمامِ علتِ تمام زلزله‌ها نیست. از آن‌جا که این فروریزش‌های درونی صفحات یا لایه‌های پوسته‌ی زمین است که زمین لرزه را باعث می‌شود می‌توان گفت که هر عاملی که در جهت آزاد کردن تنش‌های گیر افتاده در این صفحات و لایه‌ها عمل کند می‌تواند حرکت فروریزشی بهمن‌وار آنها در درون و گاه بیرون زمین را در پی داشته باشد که به هر رو باعث زلزله می‌شود. (تنش به فشار یا کششِ اِعمال شده بر شیئی مادی گفته می‌شود.) بعید نیست که این عوامل را انسان ناخواسته خود باعث شود.
مردم در جنوب شرقی اسپانیا آب را برای مصارف شرب و آبیاریِ محصولات از زیر زمین پمپ می‌کنند. بنا بر نتیجه‌ی حاصل از مطالعه‌ای جدید، این عمل ممکن است به بروز زمین لرزه‌ای که نُه نفر را در سال 2011 میلادی در آن‌جا کشت کمک کرده باشد. یک زمین شناس به نام پابلو گونزالز در دانشگاه اونتاریوی غربی لندن، در کانادا، روی مطالعه‌ای جدید کار کرده است.  او بیان داشت که زمین لرزه در ناحیه‌ای از اسپانیا واقع شد که به طور مرتب شاهد زلزله است. به بیان او احتمالاً نوع مهلک این زلزله‌ها بوده است که به هر رو در 2011 واقع شد.
او بیان داشت که حتی بدون استخراج آب‌های زیر زمینی، موعدِ زلزله رسیده بود. اما حالا او ظنبن است که احتمالاً استخراج آب، ماشه‌ی وقوع لرزه را زودتر کشیده باشد. زمین شناسانی چون گونزالز به مطالعه‌ی رابطه‌های موجود بین فعالیت‌های بشری، آب‌های زیر زمینی و زمین لرزه‌ها می‌پردازند. مثلاً هنگامی که یک سد ساخته می‌شود آب در یک نقطه توده می‌شود. مطالعات قبلی نشان داده‌اند که چنین تجمعی از آب ممکن است باعث وقوع زمین لرزه‌ای در منطقه شود. برخی از دانشمندان ظنینند که همین مسئله سبب اتفاقی است که در سال 2008 میلادی افتاد، هنگامی که زمین لرزه‌ای پر قدرت هشتاد هزار نفر را در سیچوان چین به هلاکت رساند. مطالعاتِ دیگر نشان داده‌اند که آبِ پمپ شده به سطح زمین در خلال گسست هیدرولیکی – پروسه‌ای که منابع نفت و گاز طبیعیِ عمق زمین را آزاد می‌کند – نیز می‌تواند ماشه‌ی زمین لرزه‌ها را بکشد.
پس از زمین ارزه‌ی اسپانیا در مِیِ 2011 گنزالز و هم‌کارانش دنبال این بودند که دریابند آیا پمپاژ آب‌های زیرزمینی نقشی در زمین لرزه داشته است یا نه. آن‌ها قبلاً می‌دانستند که آن‌قدر آب از این منطقه پمپاژ می‌شد که سطح آب‌های زیر زمینی هر سال ده سانتیمتر افت می‌کرد.

دانشمندان به مطالعه‌ی داده‌های ماهواره‌ای پرداختند تا ببینند در خلال زلزله، زمین چقدر حرکت کرده است. سپس آن‌ها کوشیدند بفهمند چه نوع تنش‌های زیر زمینی می‌توانسته ماشه‌ی شروع آن حرکت‌ها را کشیده باشد. آن‌ها دریافتند که زمین در مکان‌هایی بیش‌ترین لرزش را داشته است که در آن‌جا مخازن زیر زمینی آب یا  سفره‌های آب زیر زمینی، آب‌کِشی شده بودند.  این ارتباط، بیان کننده‌ی این است که برداشتِ زیاد آبِ زیر زمینی باعث ازدیاد تنش در زمین‌های اطراف شده است. این تنش بالاخره ماشه‌ی زمین لرزه را کشیده است؛ این چیزی است که گروه، اکنون در ژورنال تحقیقی علوم زمینی طبیعی پیشنهاد می‌کنند.
این مطالعه‌ی جدید، نخستین مطالعه در نوع خود است که نشان می‌دهد برداشت آب می‌تواند ماشه‌ی زمین لرزه را بکشد. در امتداد مطالعاتی که تجمع آب را به زمین لرزه ارتباط می‌دهند این کار نشان می‌دهد که آن‌چه بشر در طبقه‌ی فوقانی زمین انجام می‌دهد می‌تواند باعث تغییرات بزرگی در طبقه‌ی تحتانی زمین شود.

جمع آوری آب از مه

امکان اینکه به وسیله طرح های ساده بتوان آب موجود در اتمسفر را متراکم کرد توجه تعداد بسیاری از محقیقن را به خود جلب کرده مثلا" در تمدن های قدیم تحت عنوان تپه های شبنم و چاه های هوایی از این روش برای جمع آوری شبنم استفاده می شد به این ترتیب که در منطقه کریمه توده های سنگین را دور هم طوری می چیدند که بتوانند شبنم صبحگاهی را در حجم قابل توجهی جمع آوری کند روش ساده تر آن استفاده از پراکنش سنگ در مزرعه می باشد که در برخی از مناطق جنوب ایران استفاده می شود، در جنگل های مه گیر مانند کلاردشت شبنم در صبح به حدی زیاد است که عین باران می بارد و به آن باران مخفی perciptation acutte می نامند، که در محاسبات میزان بارندگی لحاظ نمی گردد و لی حضور آن کاملا" محسوس است.

آب از مه و ابرهای قلهای
در بسیاری از نقاط وضعیت توپوگرافی و شرایط حاکم بر پارامترهای هواشناسی به گونهای است که علیرغم خشکی و کم بارانی منطقه، معمولأ در قله کوهها به صورت دائمی مه و ابرهای قلهای مشاهده می شود. مشاهدات نشان داده است که گیاهان و بوتههایی که از ارتفاع مناسبی برخوردار هستند، میتوانند با عمل تراکم قطرکهای موجود در مه و ابرهای قلهای را جمع کرده و مورد استفاده قرار دهند. برای مثال از دو درخت زیتون کوچک مجاور هم در ناحیه ظفار عمان در سال 1989، به طور متوسط 860 لیتر در روز برای یک دوره 79 روزه، آب استحصال شد. این درختان در یک محیط بادخیز قرار گرفته بودند و مرتباً در معرض مه و باران ریزه قرار داشتند. درختان موجود در ناحیه ظفار مقدار آب ش از حد نیاز خودشان را در این محیط مرطوب تولید کردند و رواناب سطحی قابل ملاحظه ای نیز در زیر این درختان دیده شد.
بنابراین فرض بر این است که میتوان این قطرکها را توسط جمع کننده هایی که به صورت مناسب طراحی و ساخته می شوند، جمع آوری نمود و مقدار قابل توجهی آب برای مصارف خانگی، کشاورزی و دامداری تهیه نمود. سرعت سقوط قطرکهای مه آنقدر کم است که در هنگامی که بادها خیلی آرام می وزند، حرکت قطرکها تقریباً افقی است و این بدین معنی است که یک سطح قائم می تواند مناسبترین جمع کننده قطرکهای آب مه در چنین ناحیهای باشد. مشاهدات نشان داده است که درختان سبز با ارتفاع و آرایش مناسب، می توانند جمع کنندههای خو باشند. از اینرو جمع کنندههای مصنوعی شه به آنها و به شکل صفحات شبکه ای قائم ساخته می شوند. مقدار آب تولیدی، به سطح جمع کننده و کارآمد بودن جمع کننده در گرفتن قطرات آب موجود در مه و سرعت باد بستگی دارد.آب محتوی مه نیز تابع ارتفاع شکل گیری آن است. تشکیل مه تابعی از عوامل منطقهای از قبیل توزیع فشار، گردش عمومی جو ، دمای آب اقیانوسها و شرایط پایداری جو یا شدت وارونگی دمایی است. عبور ابر و مه از روی سطح حایل بستگی به رفتار باد دارد. از این رو ضروری است که جهت و سرعت باد در میکروتوپوگرافی مناطق تعیین شود. مطالعات نشان میدهد که جمع کنندههایی که در سطوح پایین نصب میشوند به دلیل اینکه در این سطوح، جریان باد با شدت کم میوزد و رطوبت و مه مداوم وجود دارد، قابلیت برداشت آب شتری را دارند، ولی در سطوح بالاتر جریان متلاطم هوا و رطوبت کمتر باعث می شود که آب استحصالی توسط جمع کننده به مراتب کمتر باشد. اگر یک پدیده آب و هوایی که مه را تولید می کند ثابت باشد، مه مرتبا شکل خواهد گرفت. به هر جهت این رفتار ممکن است از یک منطقه به منطقهای دیگر متفاوت باشد و اتفاقات فصلی خاصی رخ دهد. مطالعات توپوگرافی، مکانهایی با ارتفاع مناسب، رشته کوهها، تعداد قلل، سطح کشیدگی ها و گذرگاهها را آشکار خواهد کرد. آشنایی با مکان های مناسب و سیستم های جمع کننده میتواند موجب تولید بیشترین آب خروجی از دستگاه شود.
برخی از عوامل مهم جغرافیایی شامل الگوهای جامع باد، محدوده کوهها، ارتفاع، جهت وزش باد، فاصله از ساحل دریا، فضای ن جمع کننده ها، پستی و بلندی در نواحی مجاور و نقش توپوگرافی و شیب در دوام و پایداری یک طرح استحصال آب از مه مؤثر می باشند.
بزرگترین طرح استحصال آب از مه که از سال 1992 تا کنون اجرا شده است، طرحی بوده که در یک روستای 330 نفری در بیابان ساحلی خشک شمال شیلی اجرا شده و نتیجه آن به طور متوسط استحصال 11 هزار لیتر آب در روز بوده است.
اسفندیارنژاد و همکاران1389،با بهرهگیری از قوانین ساده فیزیکی و آمار و اطلاعات هواشناسی از بخار آب ناشی از تابش انرژی خورشید و مه معلق در هوا مقدار قابل توجهی آب سالم و گوارا به دست آوردند. با توجه به اینکه تمام بخار آب ناشی از تابش انرژی خورشید، به نزولات تبدیل نمیشوند لذا بخشی از آن آب به دلیل پایین بودن تراکم به بارش تبدیل نشده و در فضا به صورت مریی و نامریی (مه و رطوبت هوا) پراکنده میشوند . با استفاده از اطلاعات هواشناسی میتوان مناطق دارای این پتانسیل را شناسایی کرد و آنها را به آب شیرین و گوارا تبدیل نمود.
بعد از پتانسیل سنجی رطوبت هوا و محاسبه نقطه شبنم در طرح استحصال، سیستم جمع کننده مه و رطوبت هوا ضروری است .
سیستم مورد نظر تیم کارشناسی این تحقیقات استفاده از دستگاه توری برای جذب رطوبت و مه قابل نصب در پشت بامهای منازل بود. بر اساس مطالعات انجام شده هزینههای دستگاه پیشنهادی (شبکه توری) برای نصب در پشت بام منازلها در مقایسه با وسایل سیستمهای آبرسانی دیگر بسیار پایین بوده ضمن آنکه دستگاههای مذکور هیچگونه انرژی مصرف ننموده و اثر سوئی بر محیط زیست ندارد. از نظر بهداشتی نیز آب استحصال شده تمیز و سالم بوده و خطرات احتمالی که روشهای دیگر انتقال آب به منطقه را تهدید میکند، در این روش وجود ندارد.
این طرح در بندرعباس اجرا شد و فرآیند استحصال آب از مه و رطوبت هوا یقیناً یک منبع جایگزین برای تهیه آب شرب نبوده لیکن میتواند مکمل بسیار مناسبی برای جبران کمبودها باشد. طرح استحصال را میتوان در مکانهای مشابه استان هرمزگان همچون مناطق ساحلی رطوبتی استان های بوشهر، سیستان و بلوچستان، خوزستان، مناطق ساحلی شمال و مناطق کوهستانی شمال و شمالغرب کشور که درجه حرارت پایین و رطوبت بالایی داشته و دارای مه شدید هستند ، اجرا کرد.
چنانچه این طرح برای هر خانوار در هر روز 15 لیتر آب شیرین تولید کند. این مقدار با فرض خرید در بازار آزاد با قیمت هر بطری یک لیتری دو هزار ریال در ماه ، 900 هزار ریال صرفه جویی دربر دارد.
گفتنی است مطالعات استحصال آب از مه و رطوبت هوا به سفارش شرکت آب منطقهای هرمزگان بوده که از سال 1386 شروع شده و اکنون به پایان رسیده است .
امروزه در کشورهای توسعه یافته که در آنها حتی کمبود آب شرب وجود ندارد، برای آبیاری جنگلها، مراتع و کشاورزی این روش مورد استفاده قرار میگیرد.