Επιφανειακά και Υπόγεια Υδατικά Συστήματα

 

Το Νερό

Το νερό, το πιο κοινό υγρό στοιχείο του πλανήτη, είναι σημαντικής ζωτικής σημασίας για κάθε μορφή ζωής. Αποτελεί το μέσο διάχυσης και λαμβάνει μέρος σε όλες τις βιοχημικές αντιδράσεις διεργασιών ζωής. Υπάρχει σε αφθονία στην επιφάνεια της γης ενώ γενικότερα κατανέμεται στους ωκεανούς (97,13%), στις πολικές περιοχές (2,24%), σε υπόγειους υδροφόρους ορίζοντες (0,61%) και σε επιφανειακούς υδροφόρους ορίζοντες (0,02%).

 Το φυσικό νερό είναι διάλυμα το οποίο περιέχει εκτός από τα μόρια νερού, διάφορα χημικά στοιχεία (ανόργανα ιόντα, διαλυμένα αέρια και οργανικά), στερεή ύλη (κολλοειδή, ιλύες και αιωρούμενα στερεά) και βιολογική ύλη (βακτήρια και ιούς). Η δομή του νερού, αν και είναι εξαιρετικά απλή, του προσδίδει μοναδικές φυσικο-χημικές ιδιότητες εξαιρετικής σημασίας όσον αφορά σε θέματα τροφοδοσίας, ποιότητας και επεξεργασίας.

Το νερό είναι ο κύριος παράγοντας ο οποίος διαμορφώνει το φυσικό τοπίο. Μέσω των διεργασιών διάβρωσης και μεταφοράς ιζημάτων, το νερό συμβάλλει στο σχηματισμό κοιλάδων, πλημμυρικών πεδιάδων, εκβολών δέλτα, παραλιών καθώς και σπηλαίων.

Επιφανειακά νερά

Στην κατηγορία των επιφανειακών νερών περιλαμβάνονται υδατικά ρεύματα (ρυάκια), ποταμοί, λίμνες, υδάτινοι ταμιευτήρες καθώς και υγροβιότοποι (wetlands). Εξαιτίας του γεγονός ότι τα νερά αυτά συναντώνται στην επιφάνεια μπορούν εύκολα να χρησιμοποιηθούν. Επίσης, τα επιφανειακά νερά και τα σχετικά οικοσυστήματα συμβάλλουν στην ανάπτυξη ζωής, φυτών ή ζώων.

Η ροή του νερού στα υδάτινα ρεύματα ποικίλλει ανάλογα με τις κλιματικές συνθήκες και τις ανθρώπινες δραστηριότητες. Μερικά υδατικά ρεύματα χαρακτηρίζονται από μικρό ετήσιο όγκο νερού σε σχέση με το μεγάλο μέγεθος της περιοχής απορροής, όπως στον Κολοράντο ποταμό στις ΗΠΑ, ενώ σε άλλα υπάρχει μεγαλύτερη ζήτηση νερού από αυτό που μπορούν να προσφέρουν χωρίς τη χρήση ταμιευτήρων αποθήκευσης.

Τα υδατικά ρεύματα αποτελούν σημαντικό μέρος του περιβάλλοντος και αποτελούν δείκτες για την κατάσταση που επικρατεί σε υγροβιότοπους. Τα υδατικά ρεύματα που ρέουν σε υγροβιότοπους περιλαμβάνουν νερά που προέρχονται από περιοχές ανάντη του ποταμού, όχθες, κανάλια, πλημμυρικές πεδιάδες, λίμνες που επικοινωνούν μεταξύ τους, μικρές λίμνες και υπόγεια νερά (Σχήμα 1).

                            

                               Σχήμα 1: Σχηματική απεικόνιση λεκάνης απορροής

Ως λεκάνη απορροής (drainage basin/watershed) χαρακτηρίζεται μια περιοχή που πληρώνεται από ένα υδατικό ρεύμα. Τα φυσικά χαρακτηριστικά μιας λεκάνης απορροής (χρήση γης, τύπος εδάφους, γεωλογία, βλάστηση, κλίση επιφανείας και τοπίο) καθώς και το κλίμα καθορίζουν την ποσότητα και την ποιότητα των νερών που ρέουν από τις λεκάνες. Οποιαδήποτε αλλαγή των χαρακτηριστικών αυτών είναι πιθανό να επηρεάσει την ποιότητα και ποσότητα των νερών. Για παράδειγμα, η καταστροφή της βλάστησης λόγω πυρκαγιάς μπορεί να αλλάξει την ικανότητα συλλογής νερών και διήθησης σε μια λεκάνη απορροής. Εφόσον οι καμένες περιοχές αποτελούνται από λιγότερη βλάστηση δεν μπορούν να συγκρατήσουν για παράδειγμα το νερό της βροχής ούτε να εμποδίσουν την μετακίνηση εδαφικών μαζών. Αυτό έχει ως συνέπεια να αυξάνεται ο ρυθμός και η ποσότητα των νερών που κινούνται από την επιφάνεια προς υδατικά ρεύματα καθώς και ο ρυθμός διάβρωσης. Σε περιπτώσεις καταρρακτωδών βροχοπτώσεων συνήθως προκαλούνται πλημμύρες, μετακινήσεις μεγάλων όγκων λάσπης και υποβαθμίζεται η ποιότητα των νερών.

Το νερό κινείται προς την κατεύθυνση εκείνη όπου συναντά την μικρότερη αντίσταση. Καθώς το νερό κινείται μέσα στη λεκάνη απορροής συμπαρασύρει ή εναποθέτει ιζήματα, όγκους εδαφών και πετρωμάτων και με τον τρόπο αυτό δημιουργούνται διάφορες δίοδοι. Οι δίοδοι αυτές (κανάλια, ταμιευτήρες και πλημμυρικές πεδιάδες) επηρεάζονται από φυσικές και ανθρώπινες δραστηριότητες που λαμβάνουν χώρα στη λεκάνη απορροής. Οι φυσικές διεργασίες μεταφοράς ιζημάτων και εναπόθεσης είναι πολύ σημαντικές όσον αφορά στο σχηματισμό των διόδων.

Η μεταφορά ιζημάτων εντός και από τη λεκάνη απορροής είναι μια από τις πιο σημαντικές διεργασίες που συμβάλλουν στη διαμόρφωση του σχήματος της επιφάνειας της γης. Τα ιζήματα ταξινομούνται ανά μέγεθος, δηλαδή τα μικρότερα είναι η άργιλος και τα μεγαλύτερα οι κροκάλες. Τα μικρότερα σωματίδια συνήθως μεταφέρονται εν αιωρήσει, ενώ τα μεγαλύτερα μετακινούνται κατά μήκος του πυθμένα των καναλιών μέσω κύλισης, ολίσθησης ή αναπήδησης.

Υπόγεια νερά

Τα υπόγεια νερά συναντώνται σχεδόν παντού κάτω από την επιφάνεια της γης. Αν και αποτελούν την πιο συνήθως χρησιμοποιούμενη πηγή νερού, μόνο το 50% του πόσιμου νερού στις ΗΠΑ προέρχεται από υπόγεια νερά. Χρησιμοποιείται επίσης για σκοπούς άρδευσης.

Η διαθεσιμότητα των υπογείων νερών ως πηγή νερού εξαρτάται σε σημαντικό βαθμό από τη γεωλογία της επιφάνειας και του υπεδάφους καθώς και από το κλίμα της περιοχής. Το πορώδες (porosity) και η διαπερατότητα (permeability) του κάθε γεωλογικού σχηματισμού καθορίζει την ικανότητά του να συγκρατεί ή να επιτρέπει τη διέλευση του νερού (Σχήμα 2).

                        

                     Σχήμα 2: Πορώδες και διαπερατότητα ενός γεωλογικού σχηματισμού

Ως πορώδες χαρακτηρίζεται ο λόγος των κενών προς το συνολικό όγκο του πετρώματος και συνήθως εκφράζεται ποσοστιαία. Η άμμος και τα χαλίκια που δεν χαρακτηρίζονται από σημαντική συνοχή συμβάλλουν στο σχηματισμό υδροφόρων ζωνών (aquifers), εξαιτίας του μεγάλου αριθμού εσωτερικών κενών τα οποία είναι καλά συνδεδεμένα μεταξύ τους. Εάν οι κόκκοι άμμου ή χαλικιών έχουν περίπου το ίδιο μέγεθος, τα κενά που πληρώνονται με νερό καταλαμβάνουν μεγαλύτερο όγκο σε σχέση με τον όγκο που πληρώνεται σε περίπτωση που οι κόκκοι είναι διαφόρων διαμέτρων. Κατά συνέπεια, ένας υδροφόρος ορίζοντας που αποτελείται από κόκκους ομοιόμορφων διαστάσεων χαρακτηρίζεται από υψηλό πορώδες.

Η διαπερατότητα εκφράζει την ικανότητα ενός υγρού να μετακινείται μέσω γεωλογικών σχηματισμών. Γεωλογικοί σχηματισμοί με υψηλή διαπερατότητα αποτελούν κατάλληλα σημεία για τη δημιουργία υδροφόρων ζωνών. Προκειμένου το νερό να μετακινηθεί μέσω υδροφόρων ζωνών θα πρέπει τα εσωτερικά κενά να συνδέονται μεταξύ τους. Ωστόσο, ορισμένοι γεωλογικοί σχηματισμοί μπορεί να χαρακτηρίζονται από υψηλό πορώδες, αλλά να μην συμβάλλουν στο σχηματισμό υδροφόρων ζωνών εάν τα κενά δεν συνδέονται μεταξύ τους ή εάν είναι πολύ μικρής διαμέτρου.

Μερικά ιζηματογενή πετρώματα, όπως οι ψαμμίτες και οι ασβεστόλιθοι, μπορούν επίσης να συμβάλλουν στη δημιουργία υδροφόρων ζωνών. Η διαπερατότητα του ασβεστολίθου οφείλεται σε ρωγματώσεις και κενά που δημιουργούνται λόγω διάβρωσής του από το νερό. Οι περιοχές αυτές ονομάζονται καρστικές και παρατηρείται συνήθως η εμφάνιση σπηλαίων, κατακρημνίσεων και υπογείων διόδων.

Στα πυριγενή πετρώματα (π.χ. γρανίτες) και στα μεταμορφωμένα (π.χ. χαλαζίτης) τα οποία χαρακτηρίζονται από πολύ χαμηλό πορώδες, σχηματίζονται φτωχές υδροφόρες ζώνες, εκτός εάν τα πετρώματα αυτά αποτελούνται από ρωγματώσεις που συνδέονται μεταξύ τους. Το νερό κινείται μέσω των ζωνών αυτών προς τις περιοχές εκείνες που δεν είναι πληρωμένες με νερό. Η πλήρωση με υπόγειο νερό προκύπτει μέσω καταβύθισης και διήθησης μέσω του εδάφους ή μέσω διαρροών από τον πυθμένα επιφανειακών νερών όπως λίμνες και ποτάμια. Τελικά το νερό καταλήγει σε υδατικά ρεύματα, λίμνες, υγροβιότοπους, παράκτιες περιοχές, πηγές ή σε περιοχές όπου η ροή του υπόγειου νερού διακόπτεται από πηγάδια.

Περιβαλλοντικά ζητήματα

Τα περιβαλλοντικά ζητήματα όσον αφορά στο νερό σχετίζονται με φυσικές και ανθρώπινες δραστηριότητες. Για παράδειγμα, οι πόλεις αναπτύσσονται κοντά σε περιοχές όπου υπάρχουν πηγές πόσιμου νερού και ποτάμια για μεταφορά του νερού.

Επιπλέον, φυσικά φαινόμενα όπως πλημμύρες, ξηρασίες και αλλαγές στην ποιότητα του νερού είναι πιθανό να προκαλέσουν σημαντικά προβλήματα. Άλλες ανθρώπινες δραστηριότητες για τη χρήση του νερού, απαιτούν αλλαγές στη φυσική ροή του, όπως η κατασκευή φραγμάτων, καναλιών και η διάνοιξη γεωτρήσεων άντλησης νερού, επηρεάζοντας όμως το φυσικό περιβάλλον. Επίσης η ποιότητα του νερού μπορεί να υποβαθμιστεί από αστικές, βιομηχανικές ή γεωργικές δραστηριότητες για τη χρήση του νερού.

Βιβλιογραφία

  • Crittenden J., R.R. Trussell, D.W. Hand, K.J. Howe and G Tsobanoglous (2005). Water Treatment: Principles and Design, 2nd Edition, John Wiley & Sons, Inc., Hoboken, New Jersey, ISBN: 978-0-471-11018-7.
  • Eisenberg, D. and W. Kauzman (1969). The structure and properties of water, Oxford University Press, New York and London, ISBN 0-19-857026-0.
  • Franks F. (2000). Water: A Matrix of Life, 2nd ed. Royal Society of Chemistry, Cambridge.
  • South African Water Quality Guidelines (1996), Department of Water Affairs and Forestry Second edition, ISBN 0-7988-5338-7.
  • Vandas S.J., T.C. Winter and W.A. Battaglin (2002). Water and the environment. American Geological Institute in cooperation with Bureau of Reclamation, National Park Service, U.S. Army Corps of Engineers, USDA Forest Service, U.S. Geological Survey, ISBN: 0-922152-63-2.