دورة الماء الطبيعية وخواصها الفيزيائية

على الرغم من تواجد كميات هائلة في العالم تقدر بحوالي 1.4 بليون كيلومتر مكعب من المياه السائلة والمتجمدة التي تكون المحيطات، والبحار، والبحيرات، والأنهار، والمياه المتجمدة عند القطبين، والمياه الجوفية، إضافة إلى بخار الماء المتواجد في الغلاف الجوي على هيئة سحب، ورذاذ، وأمطار.

إلا أن النسبة العظمى منها غير صالحة للاستهلاك بسبب ملوحتها، حيث أن نسبة المياه العذبة لا تتجاوز 39%، وأكثر من ثلثي هذه النسبة للمياه العذبة تتواجد على هيئة مياه متجمدة، ومع ذلك فإن هذه الكمية من المياه العذبة تكفي لإمداد البشرية باحتياجاتها، إلا أن توزيعها مع الأسف لا يتناسب مع الكثافة السكانية.

يمكن تقسيم المياه إلى قسمين رئيسيين، هما: المياه السطحية وتشمل البحار، والمحيطات، والبحيرات، والأنهار، والمياه المتجمدة، وتغطي حوالي 75% من سطح الأرض، وتمثل أكثر من 99% من الحجم الكلي لمياه الكرة الأرضية،

المياه الجوفية التي تخرج إلى سطح الأرض عن طريق الآبار، والعيون، والينابيع، وتمثل حوالي 0.68% من الحجم الكلي لمياه الأرض. أما مياه الأمطار فهي صلة الوصل بين هذين القسمين.

دورة الماء الطبيعية

يتواجد الماء في خزانات طبيعية لتخزين مياه الأرض، ودورة الماء هي عملية انتقال الماء بين هذه الخزانات الطبيعية، أي المحيطات، والبحار، والبحيرات وغيرها.

تتكون دورة الماء من عدة عمليات معقدة ومتداخلة، تشمل التبخر، والتكثيف، وهطول الأمطار، وجريان فوق اليابسة إلى البحر، وتسرب عبر الطبقات الصخرية إلى البحر.

وأثناء هذه العمليات يحدث الكثير من التفاعلات التي يكون موادها مكونات الصخور، والكائنات الحية، ووسطها الماء، مثل تفاعلات الأكسدة والإرجاع، والتبادل الأيوني، وتكوين المعقدات وغيرها، ولذلك فإن تركيب الماء الكيميائي يعتمد على طبيعة التفاعلات الحاصلة فيه، والتي بدورها تعتمد على خزان الماء الطبيعي الذي يوجد به الماء.

الخواص الفيزيائية للماء

الماء النقي سائل شفاف عديم اللون والرائحة والطعم عندما يكون نقياً، يتجمد بالدرجة صفر مئوية، يغلي بالدرجة 100 مئوية تحت ضغط 760 مم زئبق، وإحدى الخواص الفيزيائية الفريدة للماء هي قدرته على تغيير كثافته بتغير درجة الحرارة بطريقة خاصة، حيث ينكمش الماء ويقل حجمه، وتزداد كثافته كلما انخفضت درجة حرارته.

إلى أن تصل درجة الحرارة إلى 4 C0، والتي تبلغ عندها كثافة الماء ذروتها، وعندما تقل درجة الحرارة عن  4 C0، يبدأ الماء يتمدد بشكل فريد ويزداد حجمه وتقل كثافته، وهذا يفسر سبب تواجد الأحياء المائية في المناطق القطبية حيث تطفو الكتل الجليدية فوق المياه السفلية، مما يمكن الأسماك والحيوانات الأخرى من العيش في المياه السفلية بسلام.

تنتج المياه عن مصادر طبيعية نجدها في ثلاث حالات: الجليد والسائل والبخار، ولا يمكن أن يوجد الماء الطبيعي على درجة تامة من النقاوة، وذلك لقدرته الزائدة على إذابة مواد كثيرة غازية كانت، سائلة أم صلبة.

ولذلك يمكن القول أن خواص الماء الفيزيائية تتغير بتغير تركيبه الكيميائي، ومن خواصه الفيزيائية قدرته على تخزين الطاقة وامتصاص كمية من الحرارة أعلى من المواد الأخرى، حيث تمتص مياه البحار والمحيطات الحرارة من الجو في أشهر الربيع والصيف أكثر مما تمتص اليابسة.

ولهذا تقل درجة الحرارة في تلك الشهور في المدن الساحلية مقارنة بمثيلاتها الداخلية وفي الشتاء تطلق تلك المياه مخزونها الحراري لمعادلة الهبوط في درجات حرارة اليابسة، ولهذا تبدو المدن الساحلية أكثر دفئاً من المدن الداخلية في الشتاء.

ولذلك اعتبر الماء كأساس للحرارة النوعية سواء في السوائل أو الغازات أو الأجسام الصلبة، وذلك لأن غرام الماء في درجة حرارة 14 C0 إذا سخن إلى درجة 15 C0، فإنه يحتاج إلى حريرة واحدة، ويسمى هذا المقدار من الحرارة حرارة الماء النوعية، وتبعاً لذلك تقاس الحرارات النوعية للأجسام.