المقدمة
يتناول المياه وتوزيعها فوق الأرض وصفاتها وخصائصها الطبيعية والكيميائية وتفاعلها مع البيئة والكائنات الحية.
وقد أعلنت الأمم المتحدة أن العقد ما بين سنتي 2005 – 2015 هو عقد الماء لأجل الحياة "Water for Life" و أشار تقرير للأمم المتحدة إن خُمس سكان كوكب الأرض يفتقدون المياه الصالحة للشرب بسبب سوء إدارة الموارد حيث يعيش فقراء العالم على أقل من جالونين ونصف من المياه في اليوم وهو ما يعادل واحد من ثلاثين من الاستهلاك اليومي للدول الغنية، لأن 70 بالمائة من سطح الأرض ماء و97,5بالمائة منها مياه مالحة في المحيطات والبحار و 1بالمائة مياه عذبة في الأنهار والبحيرات وباطن الأرض صالحة للاستخدام الآدمي و68,9 بالمائة من المياه العذبة فوق كوكبنا في شكل جليد .
وجميع الحضارات القديمة قد نشأت حول ضفاف الأنهار بالقرب من مصادر المياه كما في الفرات بالعراق والنيل بمصر .
وحاليا أصبحت مشكلة المياه تتصدر هموم سكان العالم .
فنجد أكثر من خمس سكانه يعانون من أزمة توفر المياه العذبة والنقية، مما سيجعل الصراع القادم في العالم حول السيطرة على مصادر المياه ، و19بالمائة من الكهرباء في العالم من قوة المياه (hydro-power)
الماء: اسم يطلق علي الحالة السائلة لمركب الهيدروجين والأكسجين .
وكان الفلاسفة الأقدمون يعتبرون الماء كعنصر أساسي لكل المواد السائلة وظل هذا الإعتقاد سائدا حتي القرن 18 .
ففي عام 1781 استطاع العالم الكيميائي البريطاني هنري كافنديش Henry Cavendish تخليق االماء بحرق الهيدروجين في الهواء محدثا فرقعة ولم تكن هذه التجربة معروفة حتى أتى الكيميائي الفرنسي أنطوان لافوازييه (Antoine Lavoisier).
وأثبت أن الماء ليس عنصرا بل مركبا من الهيدروجين والأكسجين ثم اكتشف لعالمان الفرنسي جوزيف لويس والألماني الكسندر فون همبولد ت أن الماء يتكون من حجمين من الهيدروجين وحجم من الأكسجين كما هما في التركيبة (H2O) السائدة حاليا.
أي أن الماء يتكون من "جزيئات"، ويحتوي كل جزيء على ثلاثة ذرات عبارة عن 2 ذرة هيدروجين وذرة أكسجين .
وقطرة الماء الواحدة تحتوي على الملايين من هذه الجزيئات وكل الهيدروجين في الماء وزنه الجزييْْء 1 .
لقد وجد بالماء نسبة متدنية جدا من الماء الثقيل heavy water أو ما يسمي بـ اكسيد الديتيريم deuterium oxide (D2O) والديتريم هو هو نظير الهيدروجين الذي وزنه الجزييء 2 .
كما به آثار قليلة من أكسيد التريتيم tritium oxide (T2O) والتريتيم نظير للهيدروجين وزنه الجزييء 3.
فالهيدروجين هو أخف عناصر الكون، وأكثرها وجوداً به، حيث تصل نسبته إلى أكثر من 90بالمائة، وهو غاز قابل للاشتعال.
و الأكسجين غاز نشط يساعد على الاشتعال، ويُكَوِّن حوالي 20بالمائة من الهواء الجوي، وهو ضروري لتنفس الكائنات الحية، ويدخل في التركيب العضوي لجميع الأحياء، مع الهيدروجين والكربون.
وعلى الرغم من أن الهيدروجين غاز مشتعل، والأكسجين غاز يساعد على الاشتعال، إلاّ أنه عند اتحاد ذرتي هيدروجين مع ذرة أكسجين ينتج الماء الذي يطفئ النار.
ورغم أن الماء مكون من ذرات أكسجين إلا أنه ليس الأكسجين الذي تحتاجه الكائنات المائية الحية كالسمك والنباتات البحرية، لأنها تعيش على الأكسجين الذائب كغاز في الماء.
والمياه الجارية في الأنهار والمحيطات والمجاري المائية بها نسبة أعلى من الأكسجين عما في المياه الراكدة بالبرك والمستنقعات التي تعيض بها أحياء مائية تستهلك الأكسجين بها .
وليس صحيحا أن مياه الأمطار هي أنقى أنواع المياه العذبة.
فهي تحتوي على معادن مذابة من الرياع الملوثة وجسيمات من التراب وغازات مذابة كثاني أكسيد الكربون وثاني أكسيد الكبريت كما في الأمطار الحمضية(acid rain) والجليد أثناء تكوينه يمتص من الجو غاز ثاني أكسيد الكربون وغيره من الغازات الموجودة به ومواد عضوية وغير عضوية .
والمياه في انسيابها فوق قشرة الأرض تتفاعل مع المعادن في التربة والصخور وتذوب بالمياه السطحية والجوفية كبريتات وكلوريدات وبيكربونات الصوديوم والبوتاسيوم وأكاسيد الكالسيوم والمغنيسيوم .
والمياه السطحية قد تتلوث بمياه المجاري والنفايات الصناعية .
وقد تتسرب مياه النفايات والمجاري للمياه الجوفية أو الآبار الضحلة بما فيها فضلات الإنسان والحيوانات مكونة موادا نيتروجينية وكلوريداتية .
ومعظم المياه الطبيعية للشرب من الآبار العميقة بها مادة الفلورايد بكميات متفاوتة والتي تقلل تسوس الأسنان .
ومياه البحار والمحيطات يتركز بها ملح الطعام (كلوريد الصوديوم ).
تركيب الماء
يتكون الماء من أجسام متناهية الصغر، تسمى "جزيئات"، وقطرة الماء الواحدة تحتوي على الملايين من هذه الجزيئات.
وكل جزيء من هذه الجزيئات يتكون من أجسام أصغر تسمى "ذرات" ويحتوي جزيء الماء الواحد على ثلاثة ذرات ذرتي هيدروجين وذرة أكسجين مرتبطة ببعضها.
وقد توصل إلى هذا التركيب الكيميائي للماء عام 1860، العالم الإيطالي ستنزالو كانزارو .(Stanisalo Cannizzarro)
والهيدروجين هو أخف عناصر الكون وأكثرها وجوداً به، حيث تصل نسبته إلى أكثر من 90بالمائة،وهو غاز قابل للاشتعال.
والرقم الذرى للهيدروجين هو (1) ووزنه الذري ( 1.008).
كما يوجد الهيدروجين كذلك في الفراغ الفسيح بين المجرات والنجوم بنسبة ضئيلة .
أمّا عنصر الأكسجين فهو ثالث أكثر العناصر وجوداً في الكون، حيث يوجد بنسبة 0.05بالمائة، وهو غاز نشط يساعد على الاشتعال، ورقمه الذري (8) ووزنه (16) .
والماء النقي لا يحتوي على الأكسجين والهيدروجين فقط، بل يحتوي على مواد أخرى ذائبة ولكن بنسب صغيرة جداً.
لذا فإنه يمكن القول بأن الماء يحتوي على العديد من العناصر الذائبة، إلاّ أن أغلب عنصرين فيه هما الهيدروجين والأكسجين.
كيف يمكن للماء التماسك كمادة
يرتبط الهيدروجين بالأكسجين داخل جزيء الماء، برابطة تساهمية (Covalent Bond) فكل ذرة هيدروجين، تحتاج إلى إلكترون إضافي في مدارها الخارجي، لتصبح ثابتة كيميائياً.
وكل ذرة أكسجين تحتاج إلى إلكترونين إضافيين في مدارها الخارجي، لتصبح ثابتة كيميائياً.
لذا فإننا نجد في جزيء الماء ذرتين من الهيدروجين تشارك كل واحدة بإلكترونها مع ذرة الأكسجين ليصبح في المدار الخارجي لذرة الأكسجين 8 إلكترونات، وبذلك يكون مكتملاً وفي حالة ثبات كيميائي.
وفي الوقت نفسه، تشارك ذرة الأكسجين بإلكترون من مدارها الخارجي مع كل ذرة هيدروجين لإكمال المدار الخارجي لذرة الهيدروجين ليصبح إلكترونين وفي حالة ثبات كيميائي، ويسمى هذا النوع من الروابط "بالرابطة التساهمية " (Covalent Bond)، حيث تشارك فيه كل ذرة بجزء منها مع ذرة أخرى لتكون جزيئاً قوياً للغاية يصعب تحلله.
ويتجاذب كل جزيء ماء بالجزيئات المجاورة له من خلال تجاذب كهربائي ناتج عن اختلاف الشحنات الكهربائية .
فذرتا الهيدروجين تلتقيان مع ذرة الأكسجين في نقطتين بزاوية مقدارها 105 درجة في شكل هندسي غريب بما ينتج عنه توزيع الشحنات الكهربائية، بشكل يشبه قطبي المغناطيس.
فطرف ذرة الأكسجين يمثل شحنة سالبة، وطرفا ذرتي الهيدروجين يمثلان شحنة موجبة، ونتيجة لهذا الإختلاف في الشحنات الكهربائية تتجاذب كل ذرة هيدروجين في جزيء الماء مع ذرة أكسجين في الجزيء المجاور بنوع من التجاذب الكهربائي يطلق عليه الروابط الهيدروجينية (Hydrogen Bond) ، وتُعد الروابط التساهمية والهيدروجينية بين جزيئات الماء مسؤولة عن الخواص الفريدة للماء مثل: ارتفاع درجة الحرارة النوعية، والحرارة الكامنة للانصهار، والتبخر.
كما أنها مسؤولة عن صفات التوتر السطحي واللزوجة.
وجزيئات الماء في حركة دائمة، وتعتمد الحالة التي يكون عليها الماء (غازية أو سائلة أو صلبة) على سرعة حركة هذه الجزيئات.
فعند انخفاض درجة الحرارة إلى درجة تساوى أو تقل عن الصفر المئوي تفقد جزيئات الماء طاقتها وتقل حركتها ويزيد ترابطها بالروابط الهيدروجينية، بما يزيد من الفراغات بين جزيئات الماء.
ويرتبط كل جزيء مادة في هذه الحالة بأربعة جزيئات مجاورة بروابط هيدروجينية في شكل ثلاثي الأبعاد كما في حالة الجليد.
ومعظم المواد تنكمش بالبرودة، إلاّ أن الماء حينما يبرد، ينكمش حتى يصل إلى 4 درجات مئوية، ثم يبدأ بعدها في التمدد بزيادة انخفاض درجة الحرارة، ويُعد الماء مثالاً للخروج على القاعدة العامة في العلاقة بين درجة الحرارة والكثافة.
فعند انخفاض درجة الحرارة إلى ما تحت الصفر المئوي يتحول الماء إلى ثلج، ويقل عدد جزيئات الماء المترابطة، ويزيد الفراغ بينها مقارنة بمثيلتها الموجودة في الحجم نفسه من الماء فتتمدد في الحجم وتقل كثافتها، وتطفو على هيئة قشرة الجليد فوق سطح الماء.
وتُعد هذه الخاصية نعمة عظيمة من نعم البارئ على الكون.
فلو خضع الماء للقاعدة العامة للعلاقة بين الكثافة ودرجة الحرارة، لازدادت كثافة الثلج المتكون على السطح عن بقية الماء وهبط إلى القاع معرضاً سطح الماء الذي تحته إلى درجة حرارة منخفضة فتتجمد هي الأخرى وتهبط إلى القاع.
وهكذا حتى تتجمد كل طبقات الماء، وتستحيل معها الحياة في مياه المناطق القطبية أو شديدة البرودة والمتجمدة.
إلاّ أنه في الحقيقة، ومع انخفاض درجة حرارة الجو تتجمد طبقات الماء العليا فقط وتقل كثافتها وتتمدد، فتطفو على سطح الماء وتعزل بقية الماء تحتها، عن برودة الجو فيبقى سائلاً ويسمح باستمرار الحياة.
عمر المياه
حين تتم معرفة مصدر إعادة اختزان إحدى الطبقات الصخرية المائية يمكننا تحديد عمر المياه بها أي آخر مرة كانت تلك المياه قد لامست الغلاف الجوي، وعلى هذا يمكننا معرفة المدة التي استغرقتها المياه لتصل من مصدرها ليعاد اختزانها في تلك الطبقة الصخرية المائية، وبالتالي يمكننا حساب الكميات الآمنة للسحب من تلك الطبقة.
ففي حالة المياه حديثة العهد بالغلاف الجوي يمكننا استخدام التريتيوم.
فالتريتيوم هو نظير مشع للهيدروجين يتفكك إلى الهيليوم ويعتبر عمره النصفي 12.4 سنة.
وبالتالي يتم حساب كمية التريتيوم وكمية الهيليوم 3 الناتجة عن تفكك التريتيوم ليعتبر مجموع الكميتين هو كمية التريتيوم الأصلية عند بداية إعادة الإختزان.
وباستخدام تلك الطريقة يمكننا حساب عمر المياه التي تكون أقل من 40 ألف سنة بدقة في حدود العام الواحد أو أقل.
أما لحساب عمر المياه التي يزيد عمرها عن 40.000 سنة فيمكننا حساب كميات الكربون 14 والذي يتفكك بمعدل نصف عمري 5730 سنة، كما يمكننا استخدام النظير هيليوم 4 والذي ينتج بصفة مستمرة داخل باطن الأرض نتيجة تفكك اليورانيوم والثوريوم.
كما تستخدم النيوكليدات المشعة radionuclides طويلة العمر الكلور 36 واليود 129 من أجل دراسة مجاري المياه الجوفية الأقدم عمرًا.
ومن خلال معرفة مصدر إعادة اختزان إحدى الطبقات الصخرية المائية ومعرفة مدى سرعة وصول المياه من المصدر إلى الطبقة يمكننا أيضًا معرفة خطورة تعرض تلك المياه للتلوث بسبب وجود مصانع مثلاً أو أنظمة مجارٍ بنفس تلك المناطق، وبالتالي رسم سياسات للمحافظة على تلك المياه..
كما يمكننا رصد وتحديد نظائر النيتروجين بالمياه من أجل تحديد مصدر التلوث.
وقد لجأت العديد من الدول العربية إلى استخدام تلك التقنية في رسم سياساتها المائية، نذكر منها مصر والأردن واليمن والسودان والمملكة العربية السعودية.
صفات الماء
الماء النقي سائل شفاف عديم اللون لا رائحة له، يستوي في ذلك الماء المالح والماء العذب.
إلاّ أن الماء العذب عديم الطعم ، بينما الماء المالح له طعم مالحا؛ نتيجة ذوبان أملاح به.
و الماء له زرقة خفيفة تتدرج حسب عمق المياه في البحار والمحيطات و المياه النقية تغلي عند درجة 100 مئوية والصفر المئوي في مستوى سطح البحر حيث يكون الضغط الجوي العادي 76سم زئبقي .
أما فوق المرتفعات حيث يقل الضغط الجوي نجد أن الماء يغلي عند درجة أقل من 100 درجة مئوية .
وهذا ما يجعل بيضة مسلوقة تأخذ وقتا حتى تستوي فوق جبل, ولو أذيبت مادة في الماء ، فإن درجة التجمد تنخفض.
ولهذا يرش الملح أثناء فصل الشتاء فوق الشوارع لمنع تكون الجليد.
عسر الماء الطبيعي Hardness of natural waterسببه أملاح الكالسيوم والمغنسيوم .
ولوكان العسر للمياه سببه بايكربونات وكربونات الكالسيوم والمغنيبوم فيعتبر عسرا مؤقتا temporary hardnessويمكن إزالته بالغليان .
أما عسر المياه الدائم فيمكن إزالته بطرق كيميائية .
والماء كأي سائل يأخذ شكل الإِناء الذي يوضع فيه، ويمكن تحويله إلى الحالة الغازية عندما يتبخر بتأثير الحرارة كـما يمكن تحويله إلى حالة صلبة عندما يصبح ثلجا عند درجة الصفر المئوي.
ويرتبط الهيدروجين الموجب الشحنة الكهربائية بالأكسجين السالب الشحنة الكهربائية داخل جزيء الماء برابطة تساهمية (Covalent Bond) تشترك فيها كل ذرة بجزء منها مع ذرة أخرى، لتكون جزيئاً قوياً للغاية يصعب تحلله.
و كل جزيء ماء يتجاذب بالجزيئات المجاورة له، من خلال تجاذب كهربائي بشكل يشبه قطبي المغناطيس.
فطرف ذرة الأكسجين يمثل شحنة سالبة وطرفا ذرتي الهيدروجين يمثلان شحنة موجبة.
ونتيجة لهذا الإختلاف في الشحنات الكهربائية، تتجاذب كل ذرة هيدروجين في جزئ الماء مع ذرة أكسجين في الجزيء المجاور بنوع من التجاذب الكهربائي يطلق عليه "الروابط الهيدروجينية" (Hydrogen Bond) وتُعد الروابط التساهمية والهيدروجينية بين جزيئات الماء، مسؤولة عن الخواص الفريدة للماء، لأن الجزيئات في حركة دائمة، فسرعة حركة هذه الجزيئات تولد الحالة التي يكون عليها الماء سواء أكانت غازية (بخار) أو سائلة (ماء) أو صلبة (جليد).
و كل جزيئات الماء تجذب بعضها البعض وهذا ما جعلها تتجمع معا وهذا ما يجعل نقطة الماء كروية الشكل.
والماء النقي ليس حامضيا ولا قلويا بل متعادل (pH=7) ويذيب معظم المواد ولاسيما في التربة أو في النبات أوفي أجسامنا .
وعندما تنخفض درجة حرارة الماء إلى درجة الصفر المئوي، تفقد جزيئات الماء طاقتها، وتقل حركتها، ويزيد ترابطها بالروابط الهيدروجينية، بما يزيد من الفراغات بين جزيئات الماء كما في حالة الجليد.
حقيقة المواد تنكمش بالبرودة، والماء حينما يبرد ينكمش أيضا حتى يصل إلى 4 درجات مئوية، ثم يبدأ بعدها في التمدد بزيادة انخفاض درجة الحرارة.
فالماء عندما يتجمد يتمدد في الحجم وتقل كثافته، ويطفو كقشرة من الجليد فوق سطح الماء.
و لولا هذه الخاصية الشاذة والعلاقة بين انخفاض الكثافة وانخفاض درجة الحرارة للماء ، لازدادت كثافة الثلج المتكون على السطح عن بقية الماء، وهبط إلى القاع، معرضاً سطح الماء، الذي تحته، إلى درجة حرارة منخفضة.
فتتجمد كل طبقات الماء، في مياه المناطق القطبية، أوالمتجمدة بسبب شدة البرودة، ويستحيل معها الحياة .
لكن الحقيقة نجدها مع انخفاض درجة حرارة الجو، تتجمد طبقات الماء العليا فقط، وتقل كثافتها وتتمدد، فتطفو على سطح الماء، وتعزل بقية الماء تحتها، عن برودة الجو، فيبقى الماء سائلاً ويسمح باستمرار الحياة.
والماء فوق الأرض ينظم حرارتها.
الخاصية الشعرية
يتميز الماء بالخاصية الشعرية Capillary action التي لها أهميتها حيث ينتقل الماء والمواد المذابة فيه خلال فراغات المواد المسامية بفعل قوة الشد السطحي surface tension و التصاق وتماسك الماء .
فلو وضعت ورقة تواليت )نشاف ( في كوب ماء، فلإنها مسامية سوف تتبلل من أسفل لأعلى .
وهذه الخاصية الشعرية نجدها في جذور النباتات حيث يمتص الماء من التربة مذابا فيه المواد المغذية ، لينتقل بفعلها من أسفل لأعلى ضد الجاذبية ويظل يرتفع حتى تتغلب الجاذبية عليه وتوقف صعوده.
ولنتصور هذا لو وضعنا أنبوبة شعرية زجاجية في كوب ماء سنجد أن مستوى الماء بها أعلى من مستوى الماء في الكوب .
و الشد السطحي ( Surface Tension) للماء:
خاصية ثانية تمكن بعض الحشرات المائية بالسير أو الإنزلاق فوق سطحه، والماء له خاصية شد سطحي أعلى من السوائل العادية ولايفوقه سوى الزئبق mercury في هذه الخاصية.
لهذا تكون قطرات الماء متماسكة .
وهذا الشد يفيد في الخاصية الشعرية في النباتات لتغذينها.
الماء في حياتنا
للماء أهمية حيوية لعيش الكائنات الحية بما فيها الإنسان .
لأن له وظائف متعددة بالجسم ، حيث الماء أهم مكونات الكائن الحي فنجد أن من 50 –90بالمائة من وزن الكائن الحي ماء.
والبروتوبلازم هو المادة الأساسية في الخلايا الحية، وتتكون من محلول دهون وبروتينات وكربوهيدرات وأملاح ذائبة في ماء .
والدم في الحيوانات، والعصير في النباتات يتكونان من الماء ويعملان على انتقال الغذاء والتخلص من النفايات .
كما يلعب الماء دورا أساسيا في تكسير جزيئات الكربوهيدرات و البروتينات، وهذه العملية مستمرة في الخلايا الحية .
والماء يساعد في خلط الطعام ومروره بسهولة من الفم إلى المعدة .
كما يجعل الطعام المهضوم في الجهاز الهضمي مواداً مائعة قابلة للإمتصاص، و يعمل على تقليل صلابة البراز وتليينه، ليساعد الجهاز الإخراجي في طرد السموم من الجسم على هيئة بول عن طريق الكليتين.
كما يجعل أنسجة الجسم مرنة ليمكنّها أداء وظيفتها.
و يعوّض الجسم عما يفقده من ماء أثناء عملية التنفس والعرق والبول.
والـدم يحتوي على 90 بالمائة من وزنـه ماء، والماء يجعله سائلا حيث يصل إلى جميع أجزاء الجسم حاملا له الغذاء والأكسجين .
والبلازما التي تشكل 55بالمائة من الدم بالإنسان تتكون من 90بالمائة ماء. والإنسان يحتاج إلى ( 2-3 )لتر ماء يوميا .
ويمكن له أن يعيش شهرا بلا طعام لكنه لايعيش أكثر من أسبوع بدون ماء.
المياه ودورة الماء
يعتبر الماء من العوامل الأساسية في بقاء الكائن الحي على هذه الأرض وهو من النعم العظيمة التي وهبها الله للإنسان , لأنه من خلال الماء دبت الحياة وذلك تحقيقا لقوله تعالى في سورة الأنبياء آية 29 وَجَعَلْنَا مِنَ المَاءِ كُلَّ شَيْءٍ حَيٍّ .
ويعود سبب أفضلية الماء دون غيره من المذيبات، توافره في الطبيعة حيث يغطي الماء ثلاثة أرباع الكرة الأرضية ويتغلغل في اليابسة على هيئة مياه سطحية ومياه جوفية ويعتبر مذيبا مستقطبا مثاليا للعديد من المواد العضوية ويعتبر الماء أرخص المذيبات على الإطلاق وتتوافر فيه كافة شروط الأمان وله خواص فيزيائية فريدة .
ويتواجد الماء بالنسب التالية في الكرة الأرضية، فالمحيطات تمثل ( 97.3 بالمائة ) , الماء العذب يمثل ( 2.7 بالمائة) .
نجد الجليد بالمناطق القطبية يمثل 77.2 بالمائة والماء الجوفي 22.4 بالمائة وماء البحيرات والمستنقعات 0.34 بالمائة وفي الغلاف المائي 0.04 بالمائة وفي الأنهار المجاري المائية 0.01 بالمائة.
ومن هنا حرص الباحثون في مجال المياه على إجراء الدراسات على الماء وأهم الملوثات التي يتعرض لها بفعل الأنشطة البشرية المتنوعة سواء كانت زراعية أو صناعية أو خاصة .
دورة الماء
Hydrologic Cycle
قال تعالى وَأَنْزَلْنَا مِنَ السَّمَاءِ مَاءً بِقَدَرٍ فَأَسْكَنَّاهُ فِي الأَرْضِ وَإِنَّا عَلَى ذَهابٍ بِهِ لَقَادِرُونَ [سورة المؤمنون: الآية 18].
يتميز الماء الموجود فوق الأرض، بالحركة الدائمة والدوران المستمر.
فماء المحيطات والبحار يصعد إلى الهواءعن طريق عملية التبخر (Evaporation)، حيث يُكوِّن السحاب الذي تدفعه الرياح إلى مناطق الأرض المختلفة، ثم يتكثف ويهطل أمطاراً على الأرض ومنها يرجع إلى المحيطات مرة أخرى .
وتبلغ كمية المياه المتبخرة من الأرض بفعل حرارة الشمس لتكّون السحاب، حوالى 500 ألف كيلو متر مكعب.
ومعظم هذا السحاب المتكوِّن ينشأ من المحيطات عن طريق عملية التبخر، كما أن هناك كمية قليلة من السحاب الذي يتكّون من خلال عملية التبخر من الرطوبة الموجودة في سطح التربة وعملية النتح (Transpiration) من أوراق النبات،حيث تعرف هاتان العمليتان معاً باسم "التبخر - النتح" (Evapotranspiration) ،ثم يتكثف هذا السحاب ليسقط أمطاراً على الأرض.
وتسقط معظم هذه الأمطار مرة أخرى في المحيطات و البحار، ويتبقى جزء قليل يسقط على اليابسة.
وبمقارنة كمية ماء الأمطار المتساقطة على اليابسة، بالماء الذي تبخر منها عن طريق التبخر والنتح، تعد كمية الأمطار أكثر بكثير من تلك التي تصاعدت من اليابسة.
إلاّ أن هذه الزيادة ترجع مرة أخرى إلى المحيطات والبحار، عن طريق ظاهرة الجريان السطحي لمياه الأمطار (Runoff)، من خلال المياه الجوفية والأنهار الجارية.
ثم تبدأ دورة جديدة للمياه من المحيطات إلى الهواء إلى الأرض ثم إلى المحيط، وهذه الدورة الدائمة لمياه الأرض تُسمى دورة الماء (Hydrologic Cycle) ، ونتيجة لهذه الدورة، فإن كمية الماء العذب الموجود على سطح الأرض هي الكمية نفسها منذ قديم الأزل، وهي الكمية نفسها التي سوف تظل فوق سطح الأرض.
وهذه الكمية يعاد استخدامها مرة بعد مرة (Recycled).
أ - الخصائص الفيزيائية
اللون: حيث يعزى كون الماء لا لون له إلى درجة صفائه وشفافيته فالماء النقي لا لون له وشفاف ، وسبب تلوث الماء هو وجود المواد العضوية وغير العضوية على شكل مذاب أو معلق ، إضافة الى ذلك العمليات الصناعية التي تنتج مخلفات ومواد ذائبة أو معلقة تؤثر في لون الماء .
إن اللون الناتج من المواد العالقة أومن انعكاس القاع أو السماء مثلا يسمى اللون الظاهري أما اللون الحقيقي فيكون ناتج من المواد المذابة فيه .
مما سبق نلاحظ أن :
أسباب تلوث الماء
1. وجود مواد عضوية وغير عضوية مذابة أو معلقة في الماء .
2. مخلفات المصانع التي تذوب فيه أو تبقى معلقة فيه .
الفرق مابين اللون الظاهري واللون الحقيقي للمياه
اللون الظاهري : هو لون الماء الناتج من المواد العالقة أو انعكاس القاع أو السماء .
اللون الحقيقي : هو لون الماء الناتج من المواد العضوية وغير العضوية المذابة فيه .
الطعم والرائحة : هناك علاقة وثيقة بين جانبي الذوق والشم ، حيث أن المادة التي تسبب رائحة معينة في الماء غالبا ما تؤدي إلى طعم معين و لكن هناك مواد معدنية تسبب طعما دون رائحة.
تكون المياه النقية ( غير الملوثة ) عديمة الطعم والرائحة، فمن مسببات الرائحة والطعم في الماء وجود بعض المواد العضوية وغير العضوية أو الكائنات الحية الدقيقة مثل الطحالب والبكتيريا، وإذا احتوت المياه على كبريتيد الهيدروجين يصبح لها رائحة البيض الفاسد .
كيفية قياس طعم الماء
يتم التعرف على طعم الماء عن طريق قيام ستة أشخاص بتذوقه، فإذا حدد ثلاثة أشخاص منهم طعما غير مستساغا فيه، يؤخذ هذا معيارا على وجود طعم فيه .
ويستخدم نفس الأسلوب فيه لتعرف رائحة الماء وعادة يتم فحص الماء عند درجة حرارة تتراوح بين 8-12 سْ وتعرف رائحته بعد تسخينه بواسطة حمام مائي تحت درجة حرارة 60 سْ .
مما سبق نلاحظ أن :
مسببات الرائحة والطعم في الماء
1. المواد العضوية ( بقايا النباتات ) وغير العضوية ( الفلزات والمعادن )
2.الكائنات الحية الدقيقة مثل الطحالب والبكتيريا .
3 .كبريتيد الهيدروجين الذي يسبب رائحة البيض الفاسد .
المواد الصلبة :
هي إحدى ملوثات الماء الرئيسية عند زيادة درجة تركيزها في الماء فيصبح غير صالح للإستعمال المنزلي وقد تكون المواد سامة أو مسرطنة وهذه المواد ليس لها تركيز كيميائي معين لأنها تعتمد على طبيعة الفضلات المنزلية والصناعية .
تقسم المواد الصلبة في الماء إلى :
1-مواد عضوية : مثل المركبات العضوية الناتجة من تحلل النباتات .
2-مواد غير عضوية: مثل الفلزات و المعادن .
كذلك تقسم المواد الصلبة في الماء أيضا إلى :
1- مواد صلبة ذائبة .
2- مواد صلبة عالقة .
- يقاس مجموع المواد الصلبة ( TSS) عن طريق ترشيح المياه من خلال فلز خاص لا يسمح بمرور المواد الصلبة ومن ثم تجفيف الفلتر في فرن خاص عند درجة حرارة 150 سْ وبعد ذلك يتم إيجاد كتلة المواد الصلبة .
-كذلك يمكن قياس مجموع المواد الصلبة الذائبة في الماء (TDS) (Total Dissolved Solids ) بطريقتين هما :
1. تبخير كمية محددة من المياه و إيجاد كتلة المواد الصلبة الباقية منها بوحدة ملغم /لتر .
2. الموصلية الكهربائية : وتعتمد على قابلية الماء على نقل التيار الكهربائي و تقاس بوحدة تدعى ميكرو سيمنز / سم .
درجة الملوحة
عامل هام لذوبان المواد الصلبة والغازات في الماء خصوصا غازي الأكسجين وثاني أكسيد الكربون .
إن زيادة درجة الحرارة تؤدي إلى نقصان ذوبان غاز الأكسجين ومن ثم استنزافه من الماء والذي يؤدي إلى موت الكائنات الحية المائية حيث تزيد من عملية أكسدة المواد العضوية وتحللها .
التلوث الحراري : هو عبارة عن نقصان نسبة ذوبان غاز الأكسجين في الماء نتيجة زيادة درجة الحرارة واستنزافه في الماء وموت الكائنات الحية المائية.
تجدر الإشارة إلى أن درجة حرارة عينات الماء تقاس مباشرة في الموقع .
العكورة :
خاصية ضوئية للماء ناتجة من تشتت الضوء وامتصاصه بواسطة المواد العالقة كالطين والكائنات الحية الدقيقة .
العوامل التي تعتمد عليها عكورة الماء :
1. حجم الحبيبات .
2. تركيز الحبيبات .
3. طبيعة سطح الحبيبات
عكورة الماء لا تعتمد على تركيز المواد العالقة فقط بسبب اختلاف طبيعة المواد العالقة من حيث شفافيتها ومعامل انكسارها، ومن الأمثلة التي تثبت ذلك أنه لو تم وضع قطع من الزجاج كبيرة نسبيا في الماء فإن هذا لا يؤدي إلى العكورة لكن لو طحنت هذه القطع إلى أجزاء صغيرة فإن ذلك يحدث عكورة في الماء .