حالات تواجد المياه على سطح الأرض

تتواجد المياه على سطح الأرض في ثلاث حالات رئيسية: الحالة الصلبة، السائلة، والغازية، وذلك بناءً على الظروف المناخية السائدة.

فعندما تنخفض درجات الحرارة، تتواجد المياه في صورة صلبة مثل الثلج، حيث تكون جزيئاته في بناء صلب. في هذه الحالة، تكون حركة الجزيئات قليلة وطاقتها منخفضة مقارنةً بالحالتين الأخريين. ولكن، عندما تزداد درجة الحرارة، تزداد حركة الجزيئات وطاقتها، ومع ذلك تبقى الجزيئات قريبة من بعضها البعض، إلا أنها لا تدوم في بناء صلب، وبالتالي يتحرك السائل ويأخذ شكل الوعاء الذي يحتويه.

وعندما تزداد درجات الحرارة بشكل أكبر، تزداد حركة الجزيئات وطاقتها بشكل ملحوظ. نتيجة لذلك، تكون الجزيئات أكثر تباعدًا وانتشارًا، وبالتالي تتحول إلى الحالة الغازية وتنتشر بسرعة بين الجزيئات الأخرى الموجودة في الفراغ وتختلط معها. وهذه الصورة هي ما يعرف باسم بخار الماء.

الكثافة والوزن النوعي

تعتمد كثافة الماء على درجة حرارته ومكوناته الكيميائية، وإلى حد ما على الضغط. ومع ذلك، يمكن إهمال خاصية الضغط في محطات الإمداد بالمياه أو الصرف الصحي، حيث أن الماء سائل غير قابل للانضغاط. بالإضافة إلى ذلك، تتأثر كثافة الماء بالحرارة بدرجة قليلة، حيث تزداد الكثافة مع انخفاض درجة الحرارة حتى أربع درجات مئوية (4 م°). ولكن، عند زيادة انخفاض درجة الحرارة، تقل الكثافة بنسبة 10%. وعلى الرغم من أن تغيرات كثافة الماء قليلة، إلا أنها تكون كافية وهامة في عملية تجمد المياه. علاوة على ذلك، يتوقف تأثير مكونات الماء على الكثافة على نوع المواد المكونة له وتركيزاتها. عادةً ما تكون كثافة المياه العذبة 1000 كجم/م³، بينما تصل كثافة ماء البحر إلى 1025 كجم/م³.

الوزن النوعي لأي مادة هو النسبة بين كثافة المادة على كثافة المياه النقية عند أربع درجات مئوية (4 م°). وعند هذه الدرجة، تكون كثافة المياه مساوية تقريبًا للوزن النوعي للماء (1 جم/سم³).

إذا أخذنا حجمًا معينًا من الماء وقمنا بتبريده، فإن حجمه سيقل (أي ينكمش) وتزداد كثافته. وتستمر هذه الخاصية حتى درجة حرارة أربع درجات مئوية (4 م°). ولكن، إذا استمر التبريد حتى درجة صفر مئوية (0 م°)، فإن كثافة الماء تنخفض بمقدار 10% وحجمه يزداد أيضًا. وهذا يفسر انفجار أنابيب المياه عند التجمد، وطفو الجليد على سطح الماء.

الحرارة والتبخر

كيميائيًا، يتكون جزيء الماء من ذرتين من الهيدروجين وذرة من الأكسجين، وترتبط هذه الذرات بروابط تساهمية. بالإضافة إلى ذلك، ترتبط جزيئات الماء بروابط هيدروجينية، وبالتالي يحتاج الماء إلى طاقة كبيرة لفك هذه الروابط وتحويله من الحالة السائلة إلى الغازية.

من المعروف أن درجة حرارة المياه الجوفية تتغير تغيرًا ملحوظًا في الأعماق الضحلة، حيث تلعب الصخور والارتفاعات والأمطار والرياح دورًا كبيرًا في درجة حرارة المياه. بشكل عام، تزداد درجة الحرارة بانتظام بعد عشرة أمتار (10 م) في المناطق الاستوائية، وبعد (20 م) في المناطق القطبية. وقد سجل “كولين، 1925” في الولايات المتحدة الأمريكية ارتفاع درجة حرارة المياه الجوفية في الأعماق الضحلة (10 م: 20 م) بنحو درجة إلى درجتين عند درجة حرارة الهواء القريب من سطح الأرض.

وتحت نطاق التغيرات في درجة الحرارة (10 م: 20 م)، والتي تتأثر كثيرًا بالتغيرات على السطح، فإن درجة حرارة المياه الجوفية تزداد بانتظام بنحو درجة مئوية (1 م°) كل ثلاثين مترًا (30 م)، وذلك طبقًا للمنحنى الحراري للأرض (Geothermal Gradient).

اللون

يتأثر لون المياه بما يحتويه من مواد عضوية أو معادن ذائبة. على سبيل المثال، يكون اللون الفاتح إلى البني الغامق بسبب وجود المياه مع ترسيبات الفحم أو المواد العضوية. كما ينتج اللون البني نتيجة لوجود أكاسيد الحديدوز بالمياه والتي تتأكسد إلى أكسيد الحديديك في وجود الهواء. علاوة على ذلك، يمكن أن يعطي المنجنيز الغروي والزائب لونًا من الأصفر إلى البني، بينما قد تعطي بقايا الكرومات لونًا أصفر. كما أن وجود مواد عالقة بالمياه قد يعطي لونًا ظاهريًا.

يمكن إزالة اللون الحقيقي في المياه الرائقة في محطات مياه الشرب بالترويب باستخدام الشبة في وسط حمضي، كما يساعد الكلور الحر المتبقي والجرعات العالية من الكلور على اختزال اللون.

الطعم والرائحة

يتأثر طعم المياه عادةً بما يحتويه من مواد عضوية ومواد معدنية وغازات ذائبة. كما أن وجود البكتيريا مثل بكتيريا الحديد أو البكتيريا التي تختزل الكبريتات يعطي رائحة للمياه ويغير في الطعم. بالإضافة إلى ذلك، يمكن أن تسبب الكائنات الحية الدقيقة والطحالب والبقايا النباتية معًا رائحة غير مستحبة للمياه. كما أن المخلفات الصناعية والزراعية غير المعالجة والتي تصرف في الماء قد تسبب ذلك أيضًا. يمكن التخلص من الطعم والرائحة لعينات المياه الرائقة بالتهوية واستخدام الكلور والكربون المنشط.

العكارة

تنشأ عكارة المياه نتيجة لوجود الطين والغرين والمواد العضوية وغير العضوية العالقة بالمياه. كما أن أكسدة الحديد وتحويله من أكسيد الحديدوز إلى أكسيد الحديديك ينشأ عنه تكوين مواد عالقة بالمياه. يمكن التخلص من الع