Tìm hiểu cơ chế lọc nước trong tự nhiên như thế nào

Nước trong tự nhiên có thể tự làm sạch thông qua những cơ chế tự nhiên. Những cơ chế lọc nước trong tự nhiên chính là tác nhân giúp cân bằng sinh thái và điều kiện sống cho các loài sinh vật trên trái đất.

Tìm hiểu cơ chế lọc nước trong tự nhiên

Hơi nước được vận chuyển bằng gió và không khí qua bầu khí quyển. Khi khối không khí nguội đủ, hơi nước ngưng tụ thành đám mây, và một phần rơi xuống mặt đất dưới dạng tuyết ở dạng tuyết, mưa, mưa tuyết, hoặc mưa đá. Nước rơi xuống mặt đất như lượng mưa theo nhiều con đường trên đường trở lại bầu khí quyển. 

Nước có thể bị các nhà máy chận và lấy; nó có thể được lưu trữ trong các trũng nhỏ hoặc hồ; nó có thể xâm nhập vào đất; hoặc nó có thể chảy qua bề mặt tới một kênh suối gần đó. Mặt trời có thể làm cho nước bốc hơi trực tiếp trở lại bầu khí quyển, hoặc lực hấp dẫn có thể kéo nó xuống qua các lỗ chân lông của đất được lưu trữ trong nhiều năm như nước ngầm di chuyển chậm. Một số nước chảy qua mặt đất quay trở lại bề mặt để cung cấp nước cho các lò xo, hồ và sông.

Hầu hết ở mọi nơi nước cũng cho thấy sự hiện diện của mình. Nước trên mặt đất, trong các dòng suối hoặc trong hồ có thể trở lại bầu khí quyển như hơi qua quá trình bốc hơi. Nước được cây trồng sử dụng có thể trở lại bầu khí quyển như hơi qua sự thoát hơi xảy ra khi nước đi qua lá cây. Được biết đến như là sự bốc hơi, cả sự bốc hơi và thoát hơi xảy ra với lượng lớn nhất trong thời gian có nhiệt độ cao, gió, không khí khô và nắng.

Vai trò của đất.

Đất là yếu tố quan trọng đối với quá trình lọc nước trong tự nhiên. Khi nước tiếp cận bề mặt đất, nó có thể thấm qua các lỗ nhỏ giữa các hạt đất. Đất được tạo thành từ các hạt có nhiều hình dạng và kích cỡ. Đất có độ xốp cao có khả năng giữ một lượng nước lớn do có nhiều lỗ rỗng. Nếu lỗ chân lông được nối liền và cho phép nước chảy dễ dàng, đất sẽ thấm được. Kích thước và hình dạng của hạt đất sét cùng với sự sắp xếp của các lỗ rỗng giữa các hạt này dẫn đến đất sét tương đối không thấm và chống thấm. Cát và sỏi cho phép thâm nhập nhanh hơn do tính thẩm thấu cao của chúng.

Hàm lượng nước ban đầu của đất cũng rất quan trọng. Nói chung, nước xâm nhập vào đất khô hơn nhanh hơn đất ướt. Cường độ của một cơn bão, hoặc khoảng thời gian xảy ra lượng mưa, cũng có thể ảnh hưởng đến thâm nhiễm. Nếu mưa hoặc tuyết rơi xuống bề mặt đất nhanh hơn nó có thể thấm qua các lỗ chân lông, sau đó nước sẽ chảy xuống bề mặt và có thể chạy xuống dốc xuống luồng suối gần nhất. Giới hạn này về khả năng của đất để cho phép xâm nhập là một trong những lý do tại sao các cơn bão cường độ cao ngắn, cường độ cao gây ra ngập lụt hơn là mưa nhẹ trong một thời gian dài hơn.

Tầng nước mặt

Phần nước không thâm nhập vào đất nhưng chảy qua bề mặt mặt đất đến một kênh dòng suối được gọi là dòng chảy bề mặt. Nước luôn luôn có đường đi ít đề kháng, chảy xuống từ cao xuống thấp, cuối cùng đến sông hoặc các nhánh sông. Tất cả các mảnh đất cuối cùng đổ vào một hồ hoặc sông thông thường được coi là trong cùng một lưu vực sông. 

Lưu vực đầu nguồn được xác định bởi các phân chia địa hình phân chia lưu lượng bề mặt giữa hai hệ thống nước. Các hoạt động sử dụng đất trong lưu vực có thể ảnh hưởng đến chất lượng nước mặt nước vì các chất gây ô nhiễm được vận chuyển bằng dòng chảy và nước ngầm, đặc biệt là qua sự xâm nhập của các chất gây ô nhiễm.

Vai trò của nước ngầm

Trường hợp nước thâm nhập vào mặt đất, trọng lực kéo nước xuống qua lỗ chân lông cho đến khi nó đạt đến một độ sâu trong lòng đất, nơi tất cả các không gian được làm đầy với nước. Tại thời điểm này, đất hoặc đá trở nên bão hòa, và mực nước mà các kết quả được gọi là bảng nước. Bàn nước không phải lúc nào cũng ở cùng độ sâu dưới mặt đất. Trong thời gian lượng mưa cao, mực nước có thể tăng lên. 

Ngược lại, trong thời gian lượng mưa thấp và lượng bốc hơi cao, mực nước giảm xuống. Khu vực dưới bảng nước được gọi là vùng bão hòa, và nước trong vùng bão hòa được gọi là nước ngầm. Khu vực phía trên mặt nước là vùng không bão hòa. Nước ngầm được tìm thấy trong tầng nước ngầm bao gồm đất hoặc đá trong vùng bão hoà có thể cho ra một lượng nước đáng kể.

Các tầng nước ngầm bị hạn chế ở phía trên bằng các vật liệu không thấm nước như đất sét. Nước trong một tầng nước ngầm bị hạn chế thường chịu áp lực và có thể gây ra mực nước trong giếng lên trên mặt nước. Nếu nước nổi lên trên bề mặt mặt đất, nó được chỉ định là một giếng khoan chảy. Một bảng mực nước dâng lên xảy ra khi nước được giữ lên bằng vật liệu có độ thẩm thấu thấp và được tách ra khỏi một bảng nước thứ hai bên dưới bằng một vùng không bão hòa. 

Trong vùng bão hòa, nước ngầm chảy qua các lỗ rỗng của đất hoặc đá cả theo chiều dọc và theo chiều dọc. Nước di chuyển từ tầng nước ngầm và chảy vào suối hoặc hồ được gọi là xả nước ngầm, trong khi bất kỳ nước nào chảy vào tầng nước ngầm được gọi là nạp tiền. Ở Michigan, nước ngầm thường thải ra từ các tầng nước ngầm để bổ sung cho sông, hồ, hay vùng đất ngập nước. Một tầng nước ngầm có thể được nạp tiền từ những nguồn này, một tầng nước ngầm nằm trên, hoặc thường là từ lượng mưa, tiếp theo là thâm nhiễm. Khu vực nạp tiền là khu vực này, ở bề mặt hoặc dưới mặt đất, cung cấp nước cho tầng nước ngầm và có thể bao gồm hầu hết các lưu vực sông.

Địa chất băng đá và địa chất đá

Sự dễ dàng mà nước di chuyển qua mặt đất chịu ảnh hưởng của địa chất băng giá và địa chất đá của một khu vực. Rửa bằng nước thải bao gồm chủ yếu là cát và sỏi có tính thẩm thấu cao cho phép nước ngầm chảy dễ dàng. Trầm tích hồ chứa có thể là đất sét, bùn hoặc cát, và tính thẩm thấu của chúng phụ thuộc vào loại trầm tích. Kiểu hình thành đá ngầm dưới trầm tích sông băng cũng ảnh hưởng đến sự chuyển động của nước ngầm. Đá cát có thể truyền nước nếu các lỗ rỗng giữa các hạt được nối, làm cho đá có tính thẩm thấu cao. 

Đá vôi bị nứt với nhiều vết nứt nối cũng có thể truyền nước dễ dàng. Các đá hạt mịn như đá phiến sét và đá phiến thường có độ thẩm thấu thấp. Nước ngầm là nước đã xâm nhập vào bề mặt trái đất và được tìm thấy trong một trong hai lớp đất. Loại gần nhất của bề mặt là “vùng thông khí”, nơi các khoảng trống giữa đất được lấp đầy với không khí và nước. Bên dưới lớp này là “vùng bão hòa”, nơi các khoảng trống được đổ đầy nước.

Khi toàn bộ diện tích dưới mặt đất bị bão hòa, lũ lụt xảy ra bởi vì tất cả lượng mưa tiếp theo bị buộc phải giữ lại trên bề mặt. Lượng nước có thể giữ trong đất được gọi là “độ xốp”. Tỉ lệ nước chảy qua đất là “độ thấm”. Các bề mặt khác nhau giữ các lượng nước khác nhau và hấp thụ nước với các tốc độ khác nhau. Độ thẩm thấu bề mặt cực kỳ quan trọng đối với các nhà thuỷ văn để theo dõi bởi vì khi bề mặt trở nên không thấm, lượng nước ngày càng tăng lên trên bề mặt, tạo ra tiềm năng lớn hơn cho lũ lụt.

Trong những trường hợp đặc biệt, nước ngầm thậm chí có thể chảy ngược lên các giếng khoan. Dòng chảy của nước ngầm chậm hơn nhiều so với dòng chảy, với tốc độ thường được đo bằng cm mỗi ngày, mét / năm. Một dạng, một nhóm các thành phần hoặc một phần của một cấu tạo có chứa đủ chất bẩn, thẩm thấu để tạo ra khối lượng đáng kể nước cho giếng và lò xo. Thật khó hình dung nước ngầm. 

Một số người tin rằng nước ngầm thu thập được trong hồ ngầm hoặc chảy vào các con sông ngầm. Trên thực tế, nước ngầm chỉ đơn giản là nước dưới đất làm đầy đủ các lỗ chân lông hoặc vết nứt trên đất và đá. Nước ngầm được bổ sung bởi lượng mưa, và phụ thuộc vào khí hậu và địa chất địa phương, phân bố không đồng đều cả về số lượng và chất lượng.

Khi mưa rơi hoặc tuyết tan, một số nước bốc hơi, một số do thực vật gây ra, một số dòng chảy trên đất liền và thu gom trong dòng suối, và một số thâm nhập vào các lỗ rỗng hoặc các vết nứt của đất đá. Nước đầu tiên đi vào đất thay thế nước đã bị bốc hơi hoặc được sử dụng bởi thực vật trong một thời gian khô trước đó. Giữa bề mặt đất và nước ngầm là một vùng mà các nhà thủy văn gọi là vùng không bão hòa. 

Trong vùng không bão hòa này, thường có ít nhất một ít nước, chủ yếu ở các lỗ nhỏ của đất và đá; các lỗ lớn hơn thường chứa không khí thay vì nước. Sau một trận mưa lớn, vùng có thể gần như bão hòa; sau một đợt khô hạn, có thể gần như khô. Một số nước được giữ trong vùng không bão hòa bằng cách thu hút phân tử, và nó sẽ không chảy vào hoặc đi vào giếng.