نقش حیاتی آب‌های زیرزمینی

زمین در درون خود بیش از مجموع همهی رودخانهها و دریاچههای دنیا آب شیرین دارد. ما برای استفادهی بهتر از این منبع با ارزش باید جای آن را درچرخهی آب دریابیم. آب یکی از معمولترین ترکیبات موجود در دنیاست. با این همه، هر روزه هزاران انسان در اثر فقدان آن، یا آلوده شدن ذخایر آبی جان میسپارند. چگونه چنین مشکلی میتواند در سیاره‌ای که حدوداً 1400 میلیون کیلومتر مکعب آب دارد، پیش بیاید؟ به بیان دیگر، این مقدار برابر است با دویست و پنجاه هزار میلیون لیتر برای هر مرد، زن، و کودک (یک کیلومتر مکعب 1012 لیتر است). این مسأله زاییده کمبود آب نیست، بلکه از توزیع نابرابر آن نشأت میگیرد. پس این همه آب کجاست؟ عمدهترین بخش آب در اقیانوس‌ها جای دارد، که چیزی حدود 1370 میلیون کیلومتر مکعب آب شور دارند. بزرگ‌ترین منبع آب شیرین در یخچالهای طبیعی و قلههای یخی موجود است، به ویژه در قطب جنوب که حدود 30 میلیون کیلومتر مکعب آب را به صورت یخ در خود جای داده است. رودخانهها، دریاچهها، خاکها، و جو که منابع مشخص آب شیرین هستند، در حدود دویست هزار کیلومتر مکعب آب دارند، یعنی کمتر از یک پنجم یک درصد کل ذخیرهی آبی دنیا.
مخازن مهم دیگری نیز وجود دارد که بخش عمدهی آن آب شیرین است. صخرههای قسمت بالای پوستهی زمین حفرههای بسیاری دارد. بعضی از آنها گودالهایی بزرگند. اما بیشتر تعداد را منافذ کوچک تشکیل میدهند. در فضاهای بین دانههای ماسه در ماسه سنگ، یا شبکههای شکافهای ریز، بیشتر منافذ از آب انباشتهاند. بعد از اقیانوسها، صخرههای منفذدار بزرگ‌ترین انبار آب زمین هستند. بنابر محاسبهای، بیش از 50 میلیون کیلومتر مکعب آب در این انبار است که تقریبا 40 میلیون کیلومتر مکعب آن آب شیرین است. برخی از صخرهها بیش از صخرههای دیگر منفذ دارند. از آن مهمتر این است که در برخی از صخرهها، روزنهها یا بزرگ هستند، یا طوری به هم متصل شده اند که آب میتواند به آسانی در آنها جریان یابد. چنین صخرههایی را نفوذپذیر مینامند. ماسه سنگها و شنها نمونههای خوب نفوذ پذیری هستند . در صخرههای دیگر آب اصولاً به سختی جریان مییابد. مثلاً صخرههای رسی منافذ بسیار کوچکی دارند در حالی که سنگ پا پراز منافذ جادار است، اما این منافذ به ندرت به هم متصل هستند. این نوع صخرهها و مشابه آن را نفوذ ناپذیر گویند. لایههایی از صخره که آنقدر منفذدار و نفوذپذیرند که میتوانند آب را ذخیره کنند و در منفذ به جریان اندازند، لایههای آبدار نامیده میشوند. در کشورهای معتدلی مانند انگلیس، نبودن آب در چشمانداز طبیعی، اغلب سر نخ خوبی است برای وجود یکی از منابع بزرگ زیرزمینی. در مناطقی که سطح صخرهها نفوذپذیری کمی دارد، مانند صخره رسی یا گرانیتی (خارایی)، یا صخرههای تغییر یافتهای مانند سنگ لوحها، مقدار کمی باران به زمین فرو میرود. بیشتر آب باران مستقیما روانهی جویبارها یا رود خانهها می‌شود. این صخرههای نفوذناپذیر موجب تشکیل چشماندازهایی میشوند که رودخانههای آن بسرعت طغیان میکنند و حتی پس از باران شدید سیل ایجاد میکنند، اما به دنبال حملهی هوای خشک، سطح آب پایین میآید یا حتی خشک می‌شود. در مناطقی که صخرههای نفوذپذیر دارد، بیشتر باران به زمین فرو میرود. این آب فقط هنگامی به رودخانه میرسد که به آرامی از لایه‌ی آب‌دار گذشته باشد. مناطق نفوذ پذیر معمولاً معدودی جویبار دارند که جریان آنها طی سال دستخوش تغییر چندانی نمی‌شود و ندرتاً سیل ایجاد می‌کنند. در عمق زمین سنگ‌ها چنان فشرده‌اند که منافذ بسته هستند و آب نمی‌تواند به آسانی در این صخره‌ها جاری شود. این قشرهای فشرده کف یا بستر انبار ذخیره‌ی آب در پوسته‌ی زمین‌اند. یکی از مشکلات بر آورد آب ذخیره شده در زمین دانستن عمق این «بستر» است. زمین شناسان آب را در عمق بیش از 10 کیلومتری یافته‌اند، اما بیشتر عمقی که آب در آن گردش فعال دارد معمولاً حدود یک کیلومتر است. بالای این بستر، باران به زمین فرو می‌رود تا لایه‌ی آب‌دار را دو باره تغذیه کند. لایه‌ی آب‌دار از آب پر می‌شود تا این که آب در یک یا چند جا به سطح زمین می‌رسد. این امر معمولاً وقتی اتفاق می‌افتد که زمین کم‌ترین ارتفاع خود را داشته باشد، که معمولاً در دره‌ی رودخانه‌هاست. در آن‌جا آب به صورت چشمه یا نشت از لایه‌ی آب‌دار به بیرون جریان پیدا می‌کند. بنابراین لایه‌ی آب‌دار تا سطحی اشباع می شود که آب باران به بیرون جریان پیدا می‌کند. جایی که آب از زمین خارج می‌شود، ممکن است خیلی دورتر از محلی باشد که تغذیه دوباره اتفاق می‌افتد. بنابراین لایه ی آب‌دار ممکن است آب را از منطقه‌ای مرطوب به منطقه‌ای خشک، حتی بیابان، انتقال دهد. در این صورت آبی که از زمین جاری شده است، یک واحه (منطقه‌ی حاصل‌خیزی در یک بیابان) تشکیل می‌دهد. مثلاً، در کوفرا، واقع در صحرای لیبی، آب از لایه‌‌ی آب‌داری به نام ماسه سنگ نوبی خارج می شود و دریاچه‌های کوچکی را تشکیل می‌دهد. وجود چنین واحه‌هایی در بیابان‌ها، مسافرت انسان و زندگی صحرانشینی را در زمین‌های خشک امکان‌پذیر کرده است. قسمت بالای صخره‌ی اشباع شده را سطح ایستایی می‌نامند، و آبی که صخره‌های زیر سطح ایستایی را اشباع می‌کند آب زیرزمینی نامیده می‌شود. قسمتی از لایه‌ی آب‌دار که بالای سطح ایستایی قرار دارد منطقه‌ی هواگیر نام دارد. سطح ایستایی افقی نیست، بلکه به طرف جاهایی که آب از لایه‌ی آب‌دار خارج می‌شود، یعنی دره‌ی رودخانه‌ها، شیب پیدا می‌کند و در جایی که آب وارد می‌شود، یعنی دامنه‌ی تپه‌ها و زمین‌های بلند، شیب از آن دور می‌شود. بنابراین سطح ایستایی تابع بی چون و چرای دور‌نمای طبیعی است. یعنی این سطح در زیر تپه‌ها بالاتر از زیر دره‌هاست. در بیشتر کشورها آب زیر زمینی در تمام طول سال جریان دارد، اما آب باران فقط مدت کوتاهی آن را دوباره پر می‌کند . بنابراین مقدار آب زیرزمینی همواره ثابت نیست، و با اضافه و کم شدن ذخیره‌ی آب در لایه‌ی آب‌دار، سطح آن بالا یا پایین می‌رود.

پایین دره و بالا دره

چاه‌های آرتزین

لایه‌ی آب‌دار اغلب بالای لایه‌ای از صخره تشکیل می‌شود که نفوذ پذیری کم‌تری دارد. این امر موجب می‌شود که جریان رو به پایین آب زیر زمینی قطع یا کند شود، و آب این لایه از جریان لایه‌های آب‌دار دیگری که ممکن است زیر آن باشند جدا گردد. آب زیرزمینی، برخلاف آب رودخانه‌ها یا جویبارها، تحت فشار هیدروستاتیکی قرار دارد که از فشار جو بیش‌تر است. بنابراین می تواند همانندِ آب سیستم لوله کشی منزل، همانطور که به سوی پایین یا کناره‌ها جریان پیدا می‌کند به سوی بالا نیز برود. این امر زمانی اهمیت ویژه پیدا می‌کند که لایه‌ی آب‌دار زیر لایه‌ی دیگری قرار گرفته باشد که نفوذپذیری آن بسیار کم‌تر است. آب باران مطابق معمول لایه‌ی آب‌دار را پر می‌کند و آب وقتی تا سطح پر شود بیرون می‌ریزد. آب در زیر لایه‌ی نفوذناپذیر جمع و حبس می‌شود که به آن لایه‌ی آب‌دار محصور می‌گویند. این آب به لایه‌های بالا و پایین خود که نفوذپذیری کم‌تری دارند فشار می‌آورد. اگر محلی را که لایه ی آب‌دار محصور قرار گرفته است سوراخ کنیم، آب آن‌قدر از آن فوران می‌کند تا ستون آب به جایی برسد که فشار درون لایه‌ی آب‌دار متعادل شود. بیشتر لایه های آب‌دار، هنگامی که بوسیله‌ی لایه‌های صخره‌ای و نفوذ ناپذیر پوشانده شده باشند، یک بخش محصور دارند و وقتی که با خاک یا رسوبات رودخانه و یخ‌بندان پوشیده شده باشند دارای یک بخش نامحصور هستند. آب باران از قسمت‌های نامحصور وارد لایه‌ی آب‌دار می‌شود. اگر می‌توانستیم چندین سوراخ در محل لایه‌ی آب‌دار ایجاد و سطح آب را در همه‌ی سوراخ‌ها بررسی کنیم، می‌توانستیم سطحی را که از اتصال همه‌ی این سطوح به وجود آمده است در نظر بیاوریم. این سطح در قسمت نامحصور لایه‌ی آب‌دار، سطح ایستایی است که بخش اشباع شده‌ی لایه‌ی آب‌دار را از منطقه‌ی هواگیر بالای آن جدا می‌کند. اما در قسمت محصور لایه‌ی آب‌دار، فضای بین ذرات کانی -یعنی در واقع فضای بین همه‌ی ذرات -از آب پر می‌شود، به طوری که هیچ منطقه‌ی هواگیری وجود ندارد. در این‌جا سطحی تصوری وجود دارد که سطح فشار یا سطح پتا نسیومتری نامیده می‌شود. این سطح در جایی بالای لایه‌ی آب‌دار از لایه‌ی فشارزا می‌گذرد. اگر بخش نامحصور لایه‌ی آب‌دار، زیر زمین مرتفع و بخش محصور آن زیر زمین پست قرار داشته باشد، ممکن است سطح پتانسیومتری بالای زمین قرار گرفته باشد. اگر لایه‌ی آب‌دار را سوراخ کنیم می‌بینیم که آب زیرزمینی تحت فشار کافی قرار دارد و از سوراخ سرریز می‌کند. چنین سوراخی را چاه آرتزین می‌نامند. اما این سوراخ باید آن‌قدر عمیق باشد که به لایه‌ی آب‌دار برسد، حتی اگر لازم باشد که عمق گودال بسیار پایین‌تر از سطح پتانسیومتری قرار گیرد. در غیر این صورت یا آب از لایه‌ی نفوذپذیر محصور خارج نخواهد شد یا اگر بشود کم است. در بسیاری از قسمت‌های خشک یا نیمه خشک، آب حاصل از چاه‌های آرتزین کشاورزی را امکان‌پذیر می‌سازد. در استرلیا بسیاری از گله‌داری‌ها از چاه‌های آرتزین استفاده می‌کنند. این چاه‌ها در مناطق دور افتاده آب مورد نیاز دام را تأمین می‌کنند. در شروع قرن بیستم مردم شمال و جنوب ایالت داکوتا (امریکا) چاه‌های آرتزین را برای ماشین‌های مولد نیرو نیز به کار می‌گرفتند، تا آن‌که خطر ناشی از بهره‌برداری بی‌رویه و تخلیه‌ی لایه‌ی آب‌دار را دریافتند. هنگامی که آب زیر زمینی به طور طبیعی جریان می‌یابد یا از لایه‌ی آب‌دار محصور نشده‌ای با تلمبه بیرون کشیده می‌شود، از منافذ زهکش می‌گردد. وقتی که آب از چاه آرتزینی جاری می‌شود که در لایه‌ی آب‌دار محصوری حفر شده است، از هیچ منفذی به طور کامل زهکشی نمی‌شود. آبی که به خارج جریان می‌یابد از آب انباشت یا ذخیره‌ی آب کشسان منشأ می‌گیرد. آب زیرزمینی موجود در یک لایه‌ی آب‌دار محصور، تقریباً مشابه هوای درون لاستیک چرخ، به صورت ارتجاعی یا کشسان فشرده می‌شود. اگر پیچ سوپاپ لاستیک چرخ را باز کنیم هوای داخل آن‌قدر خارج می‌شود تا فشار داخل لاستیک با خارج برابر گردد. سپس با آن‌که چرخ هنوز باد دارد جریان قطع می‌شود. اگرچه آب بسیار کم‌تر از هوا قابلیت فشردگی دارد، لایه‌ی آب‌دار به ترتیب ذکر شده مقدار زیادی آب را تحت فشار نگه می‌دارد. ضمناً لایه‌ی آب‌دار به نوبه‌ی خود کمی حالت کشسان دارد. به این علت که فشار آب زیر زمینی موجود در لایه‌ی آب‌دار، ذرات کانی را از هم دور می‌کند و حجم منافذ را کمی می‌افزاید. حتی اگر آب بیشتری به لایه‌ی آب‌دار افزوده نشود، آب به هر حال آن قدر از لایه‌ی آب‌دار خارج خواهد شد تا، مانند لاستیک چرخ، فشاری برای بیرون ریختن بیشتر باقی نماند. در این مرحله نیز هنوز می‌توان از لایه‌ی آب‌دار آب خارج کرد، منتهی مشابه وقتی که از لایهی آب‌دار غیر محصور آب خارج می‌کنیم، در این‌جا نیز باید از تلمبه استفاده کنیم. اگر طول مدتی که تلمبه می‌کنیم کافی باشد می‌توانیم تدریجاً سطح پتانسیومتری را به زیر بخش بالایی لایه‌ی آب‌دار بکشانیم. در این مرحله، قسمتی از لایه‌ی آب‌دار حالت اشباع شدگی خود را از دست می‌دهد. اما قبل از آن‌که به این نقطه برسیم، شاید مشکلات دیگری داشته باشیم. وقتی که باد لاستیکی خارج می‌شود، لاستیک سست و مسطح می‌گردد. با آن‌که هنوز باد دارد اما دیگر نمی‌تواند وزن اتومبیل را تحمل کند. به همین ترتیب، فشار آب زیر زمینی در یک لایه‌ی آب‌دار محصور موجب می‌شود تا لایه‌های صخره‌ای بهتر دوام بیاورند. وقتی که این فشار کم می‌شود، بیشتر وزن به صخره‌ای منتقل می‌گردد که لایه‌ی آب‌دار در آن قرار گرفته است. اگر صخره ضعیف باشد و یا از لایه‌های ضعیف تشکیل شده باشد، ممکن است تحت فشار قرار گیرد و زمین بالای آن فروکش کند. در نتیجه، در برخی از قسمت‌های کالیفرنیا و مکزیکوسیتی زمین چند متر فروکش کرده و موجب شده است تا خسارت‌های چشم‌گیری به ساختمانها وارد شود .

منزلگاه بلند مدت

مخزن طبیعی

جز در مناطقی که صخره‌ها شدیداً ترک یا شکاف برداشته‌اند، سال‌ها طول می‌کشد تا آب راه خود را از میان خاک و منطقه‌ی غیر اشباع به منطقه‌ی اشباع شده‌ی یک لایه‌ی آب‌دار باز کند. وقتی به آن‌جا رسید ده‌ها یا هزاران سال طول می‌کشد تا از یک چشمه یا چاه بیرون بزند. آب‌شناسان استرالیایی برای تعیین مدتی که آب در حوضچهی گریت آرتزین استرلیا می‌ماند، ایزوتوپ‌های پرتوزا (رادیو اکتیو) را به عنوان ردیاب‌های طبیعی به کار گرفتند. مدت زمانی که آب در لایه‌های آب‌دار می‌ماند، نشان دهنده‌ی اهمیت لایه‌ها به عنوان مخازن طبیعی آب است. چرخه‌ی آب اغلب به صورت سیستم ساده‌ی چرخشی تعریف می‌شود که آب را به صورت بخار از دریا می‌گیرد و به شکل باران یا برف به خشکی می‌ریزد، و از طریق رودخانه‌ها به سرعت به دریا بر می‌گرداند. در این‌جا اقیانوس تنها مخزن بزرگ آب است و تنها جایی است که مولکول آب تا مدتی طولانی باقی می‌ماند. بقیه‌ی این چرخه به شکل مسیر مستمری است که طی آن مخزن وجود ندارد. در واقع، این چرخه اغلب آب را بین دو مخزن نقل و انتقال می‌دهد؛ یکی مخزن اقیانوس (مخزن اولیه و بزرگ‌ترین مخزن)، و مخزن ثانویه (یخ پهنه‌ها، یخچال‌ها و آب زیرزمینی). برای مثال، طول مدت جمع شدن آب در یک لایه‌ی آب‌دار می‌تواند میلیون‌ها سال، و یا در یخ پهنه‌های ارتفاعات بالا حتی بیش از آن باشد. درواقع هیچ آبی در حال حاظر به بیابان‌هایی مانند صحرا رخنه نمی‌کند. اما زیر سطح صحراها لایه‌های آب‌دار بزرگی وجود دارد. مقداری از آب این لایه‌های آب‌دار از محل تغذیه‌ی مناطق مرطوب‌تری که در نزدیکی قرار دارند، تأمین می‌شود، اما بیش‌تر آن از «آب فسیلی» یعنی بارانی که در آخرین عصر یخبندان باریده است، منشأ می‌گیرد. در لیبی، برای حمل آب چاه‌های موجود در صحرا به شهرها و مزارع ساحلی، خط لوله‌ی بزرگی ساخته‌اند. طرحهایی از این نوع همانند «کان کنی آب» است، یعنی استفاده از منبعی که ذخیره‌ی تازه‌ایی به آن افزوده نمی‌شود.
مقداری از آب لایه‌های آب‌دار بسیار عمیق احتمال دارد به صورت باران به این لایه‌ها وارد نشده باشد، بلکه ممکن است در منافذ صخره‌هایی که زیر دریا تشکیل شده‌اند محبوس شده باشد. این آب‌ها شور هستند و برای نوشیدن مناسب نیستند. نظریه‌ی دیگر این است که مقداری از این آب‌ها جواناب است که از سنگ‌های گداخته‌ی عمق پوسته‌ی زمین، اغلب طی انفجارهای آتشفشان، خارج شده است. در واقع بیشتر آب به اصطلاح جوان، احتمالاً یا آب باران است که به عمق‌های زیاد فرو رفته است، یا آبی است که در صخره‌های مناطقی محبوس شده است که لایه‌های آن زیر لایه‌های دیگر غلتیده‌اند. اگر آب زیرزمینی عمیقی را که به ندرت می‌توان از آن استفاده کرد، و آبی را که در منافذ رسوباتی مانند رس محبوس شده است نیز به حساب آوریم، کل حجم آب زیر زمینی احتمالاً بیش از 50 میلیون کیلومتر مکعب می‌شود. از این مقدار، 4 میلیون کیلومتر مکعب برآوردی منطقی از آب شیرین قابل بهره‌برداری است. این مقدار، آب موجود در لایه‌های آب‌دار عمیق محصور را شامل نمی‌شود

قابل خوردن است

چه مقدار پاکسازی؟

آب زیر زمینی، صرف نظر از خاستگاه آن، مدتی طولانی را در لایه‌ی آب‌دار می‌گذراند. این آب برای حل کردن ذرات ریز کانی‌ها وقت کافی دارد. این کانی‌ها خاصه‌های مشخصی، مانند سختی یا طعم، به آب می‌بخشد. به این علت است که بسیاری از مردم طعم آب زیر زمینی را به آب رودخانه‌ها و دریاچه‌ها ترجیح می‌دهند. این آب‌ها اغلب به عنوان آب معدنی در بطری به فروش می‌رسند. جاذبه‌ی دیگر آب زیر زمینی سلامت آن است. ماندن طولانی آب در زیر زمین معمولاً به این معنی است که هیچ باکتری مضری نمی‌تواند آن قدر در لایه دوام آورد که برای فرد مصرف کننده‌ی آب زیرزمینی تهدید محسوب شود. بنابراین این آب زیر زمینی ندرتاً به پاک‌سازی نیاز دارد . این آب بویژه برای اجتماعات کوچک محلی و کشورهای در حال توسعه مفید است، زیرا در این موارد پاک‌سازی بهداشتی آب مقدور نیست یا بسیار گران و در نتیجه امکان ناپذیر است. مثلاً در کشورهایی مانند بنگلادش بر سر این‌که هر روستا چاه و پمپ دستی خود را داشته باشد مجادله‌هایی عمده انجام گرفته است. پیامد استفاده از آب بدون آلودگی، تقلیل یافتن بیماری‌های ناشی از آب مانند اسهال و وبا بوده است که قبلاً جان‌های بسیاری را به خطر انداخته بودند. ماندن طولانی آب در لایه‌ی آب‌دار به این معنا نیز هست که عناصر پرتوزای کم‌عمر، از قبیل عناصری که در حادثه‌ی چرنوبیل آزاد شدند، زمانی که از لایه‌ی‌ آب‌دار خارج می‌شوند تا حد زیادی بی‌ضرر هستند. فرایند کند و طولانی تصفیه، عناصر حل شده در آب را نمی‌زداید، منتهی این تأخیر زمانی همراه با رقیق شدن به وسیله‌ی آبی که درون لایه‌ی آب‌دار است، به این معنی است که اگر عامل آلوده کننده‌ای وارد زمین شود می‌تواند تا چندین سال ذخیره‌ی آبی را آلوده کند. این امر ممکن است بزرگ‌ترین تهدید برای ذخایر زیر زمینی ما به حساب آید. آب زیرزمینی ممکن است بدون آن‌که ما بفهمیم آلوده شود، و زمانی خطر را تشخیص دهیم که مقدار زیادی مواد آلوده کننده به لایه‌ی آب‌دار رسیده باشد. یکی از آلوده کننده‌هایی که موجب نگرانی شده است نیترات است. مشکل نیترات به ما آموخته است که برای ممانعت از آلودگی آب نوشیدنی باید منطقه‌ی هواگیر را بررسی کنیم. این کار، در صورتی که مواد آلوده کننده بخواهند در آینده به آب زیرزمینی برسند، ما را آگاه خواهد کرد. ضمناً باید فرایندهایی را که طی آن مواد آلوده کننده تجزیه می‌شوند و تغییر پیدا می‌کنند، مورد مطالعه قرار داد. اکنون پژوهشگران مشغول بررسی اثر حلال‌های آلی صنعتی و آفت کش‌هایی هستند که احتمالاً تهدید دیگری برای کیفیت آب زیرزمینی به شمار می‌روند.

لایه ی آبدار:

آزمایش حولهی نم‌دار

اگر دستمال، حوله یا لوله‌ی مویینی را با آب فقط در تماس قرار دهیم، آن قدر آب می‌کشند تا تعادل برقرار شود. در این نقطه، کشش سطحی بین آب و دریاچه، یا بین آب و لوله، با وزن آب موازنه می‌کند. در این مرحله اگر پارچه یا لوله را از سطح آب برداریم، آبی از آن نمی چکد. اگر اندازه گیری فشار آب لوله‌ی مویین یا منافذ پارچه‌ها امکان‌پذیر بود، می‌دیدیم که مقدار آن از فشار جو کم‌تر است. به همین دلیل آب به وسیله ی منافذ مکیده می شود . اکنون اگر به لوله‌ی مویین آب اضافه کنیم یا روی حوله آب بیش‌تری بریزیم آن‌قدر از حوله و زیر لوله آب می‌چکد تا دوباره تعادل برقرار شود. در منطقه‌ی هواگیر زمین، آب منافذ صخره‌ها و خاک به وسیله‌ی همین نیروهای کشش سطحی در جای خود نگه داشته می‌شوند. این آب نیز تحت فشاری کمتر از فشار جو قرار دارد. اگر آب منطقه‌ی هواگیر به حال خود رها شود، به همان شکل که آب لوله‌ی مویین یا حوله به تعادل رسیدند، به حد تعادل می‌رسد. ولی طی دوره‌ای از زمان دو چیز این تعادل را مختل می‌کند: تبخیر و تصفیه. تبخیر مستقیم از زمین، یا از برگ‌های گیاهانی که آب را از زمین می‌کشند، آب را از بالای منطقه‌ی هواگیر می‌گیرد. این مرحله کمی اثر مکش را افزایش می‌دهد و می‌تواند آب را به سوی بالا بکشاند، همان‌طور که فتیله‌ی چراغ، نفت را به خود می‌کشد تا بسوزد. در بیشتر مناطق، تصفیه‌ی آب این تعادل را بیشتر به هم می‌زند. آبی که وارد خاک می‌شود تعادل را، به همان شکل که آب به بالای لوله‌ی مویین یا حوله اضافه می‌شود، مختل می‌کند. آب از منطقه‌ی هواگیر، زهکش می‌شود و به درون سفره‌ی آب زیرزمینی می‌رود. در مناطقی که فصل‌های مرطوب و خشک مشخصی دارند، یا جاهایی که باران به همه‌جا به طور یکسان می‌رسد اما زمستان‌ها سرد است و فصل رشد مشخصی وجود دارد‌، عمل منطقه‌ی اشباع نشده اهمیت بسیاری پیدا می‌کند. در فصلهای خشک یا فصلهای رشد، گیاهان آب را از منطقه‌ی هواگیر می‌گیرند. این امر درست به همان شکل که اگر حوله‌ی نم داری را از بالا در جریان هوای گرم قرار دهیم از پایین خشک می‌شود، موجب خشک شدن خاک از سوی پایین می‌گردد. آب شناسان، خشک شدگی خاک را بر حسب مقدار آب بارانی که برای جاری شدن به سوی پایین ضروری است اندازه گیری می‌کنند. این مقدار را کمبود رطوبت خاک می‌نامند. این کمبود باید قبل از آن‌که آب بتواند از میان خاک به سوی پایین تراوش یابد و لایه‌ی آب‌دار را پر کند رفع شود. پر شدن مجدد معمولاً طی فصل بارانی یا زمستان انجام می‌گیرد. در تابستان کمبود رطوبت خاک معمولاً مانع رسیدن آب به لایه‌ی آبدار می‌شود، و سطح ایستایی با جریان یافتن آب از لایه‌ی آب‌دار و جبران نشدن آن، پایین می‌رود. گاهی اوقات باران زمستانی برای جبران کمبود رطوبت خاک کافی نیست. در نتیجه سطوح آب در لایه‌ی آب‌دار به محل قبلی خود نمی‌رسند، اما با فرارسیدن تابستان هم‌چنان پایین می‌روند. ذخیره‌ی آب لایه‌های آب‌دار معمولاً بیش از ذخایر سطحی است، بنابراین تا یک سال این امر چندان جدی نیست. اما فرارسیدن تابستان‌های گرم و خشک با کمبودهای شدید رطوبت، و زمستان‌های کم باران، می‌تواند برای بیشتر لایه‌های آب‌دار خطری جدی به شمار رود. برخی از مهم‌ترین لایه‌های آب‌دار دنیا اخیراً دچار همین مشکل شده‌اند. آب بخش عمده‌ای از جنوب شرقی انگلستان از لایه‌ی آب‌دار حوضهی چاک تأمین می‌شود. در این‌جا زمستان‌های کم باران و تابستان‌های خشک دو سال پی در پی موجب پایین رفتن آب چاه‌ها شد. لایه‌ی آب‌دار اوگالالا، که بسیاری از مزرعه‌های میدوست امریکا از آن تغذیه می‌کنند، نیز همین مشکل را دارد، و نیز از همین مقوله‌اند لایه‌های آب‌دار اسپانیا، یونان و جاهای دیگر اروپا و آسیا. خیلی زود است که بخواهیم تغییرات اقلیم را مسبب این مشکلات بدانیم. برای مثال بسیاری از مشکلات آب در جنوب شرقی انگلستان از افزایش تقاضای این ماده‌ی حیاتی در مناطق پرجمعیت و نسبتاً خشک سرچشمه می‌گیرد. با پمپ شدن آب از لایه‌ی آب‌دار چاک، سطح ایستایی پایین می‌رود، و در بعضی موارد به زیر سطح دره‌ها می‌رسد که در آن صورت جویبارها خشک می‌شوند. هنوز مقداری آب در مخزن وجود دارد، اما نمی‌تواند بدون گذاردن چنین اثری روی محیط زیست به بیرون پمپ شود. سرانجام این که انتخاب مردم در این زمینه مشکل است، یعنی یا باید آب کم‌تری مصرف کنند و یا تخریب محیط زیست را بپذیرند- به بیان دیگر، یا تقلیل آب جویبارها یا تخریب زمین‌های با ارزش توسط سیلی که از مخازن جاری شده است.

تجزیه و تحلیل منابع آب:

آب زیر زمینی در دسترس

آب زیر زمینی در موارد بسیاری مورد استفاده قرار می‌گیرد. این آب جریان رودخانه‌ها را، که در برخی جاها آب آشامیدنی و بسیاری از مصارف صنعتی را تامین می‌کنند، پا بر جا نگاه می‌دارد. با حفر یک چاه یا سوراخی در لایه‌ی آب‌دار می‌توان آب زیرزمینی را به سطح زمین تلمبه کرد. برای اجتناب از تحمل هزینه‌های گزاف آب‌رسانی، مثلاً در روستا یا کارخانه، می‌توان دقیقاً در محلی که آب مورد نیاز است چاه لوله‌ای حفر کرد. ترتیب معمول استخراج آب از لایه‌ی آب‌دار، بیش از آن‌که نصب تلمبه‌ی توربینی چاهای عمیق در محل مورد نیاز باشد، تلمبه کردن آب از چاه لوله‌ای در فواصل منظم است که به یک مخزن کوچک یا مخزن توزیع در بالای زمین یا نوک یک برج ختم شود. از این‌جا آب می‌تواند در اثر نیروی گرانش به هر جا که لازم است برود. یک مخزن توزیع، آن قدر آب در خود نگه می‌دارد که بتواند سطح تحت پوشش خود را حدوداً یک روز تأمین کند. پمپ کردن آب از یک لایهی آبدار، سفرهی آب را پایین میبرد. این امر میتواند «سرریز» طبیعی از لایهی آبدار را کاهش دهد یا متوقف کند، و موجب خشک شدن چشمهها و جویبارهای کوچک شود. در لیبی تلمبه کردن آب از چاههای اطراف واحهی کوفرا، خروجی طبیعی را کاهش داده است. در جنوب شرقی انگلستان، در برخی از جویبارهای «چاک » آب کمتری نسبت به سابق جریان دارد. این امر تا اندازهای نتیجهی بهره برداری زیاد است. مردم باید بین عرضهی اندک آب و حفظ سرسبزی محیط یکی را انتخاب کنند. اما برخی از تغییرات به نحوی غیر منصفانه به بهره برداری زیاد نسبت داده می‌شود. در دهه ی 1850، یعنی وقتی که هنوز از لایه‌ی آب‌دار «چاک » بهره‌برداری چندانی نمی‌شد، سطوح آب تقریبا به اندازه‌ی امروز پایین بود. آن زمان علت پایین بودن سطوح، کمی باران بود و خشکی آخر اروپا نیز از همین علت ناشی می‌شود . اگرچه تلمبه کردن آب، در صورتی که لایه‌ی آب‌دار امکان تغذیه نداشته باشد، می‌تواند مشکل ایجاد کند، اما آب زیرزمینی چنان منبع سرشاری است که تصور عدم استفاده از آن را به خود راه نمی‌دهیم. ضمناً باید توجه داشته باشیم که به چه بهایی چه انتخابی می‌کنیم. ما نه می‌توانیم و نه امکان آن را داریم که برای جای‌گزینی لایه‌های آب‌داری که امروز به آنها وابسته‌ایم مخازن کافی بسازیم. مخازن گنجایش نسبتاً کمی دارند و پرهزینه‌اند، ولی می‌توان به عمل‌کرد و چگونگی کار آن‌ها احاطه داشت. اما لایه‌های آب‌دار آب فراوانی را در خود جای می‌دهند و برای تشکیل آن‌ها هزینه‌ای لازم نیست، در عوض باید برای درک جای آنها در چرخه‌ی آب پول و وقت کافی سرمایه‌گذاری کرد. در پرتو توجه فزاینده‌ایی که به مسأله‌ی گرم‌تر شدن کره‌ی زمین معطوف شده است، هر چه بیشتر در باره‌ی آب موجود در زمین بدانیم بهتر است. شاید لازم باشد خود را برای زندگی در عصری آماده کنیم که تقاضای آب روز افزون است و آب‌های زیر زمینی مجال تجدید شدن ندارند.