Lithostratigraphic Control of Vertical Water Fluxes in Chalk Aquifer Systems: An Integrated Geophysical and Sedimentological Approach

تحت الحقول المتموجة والمدن الصاخبة في شمال أوروبا، يكم-ن خزان هائل ومخفي من المياه العذبة. تُخزن هذه المياه في طبقات من الطباشير، وهو صخر مسامي ناعم تشكل من الأصداف القديمة لكائنات بحرية مجهرية. لقرون مضت، كان هذا الطباشير بمثابة شريان حياة، حيث وفر مياه الشرب للملايين وحافظ على تدفق الأنهار خلال فترات الجفاف. ومع ذلك، فإن رحلة المطر من السماء إلى هذا الإمداد العميق تحت الأرض ليست مجرد قطرة بسيطة؛ فقبل أن تصل المياه إلى الطباشير، يجب أن تمر عبر غطاء سميك من الغرين الذي جرفته الرياح والمعروف باسم "الليس" (loess). يعمل هذا الغرين كمرشح وإسفنجة، لكن قدرته على تمرير الماء تعتمد كلياً على ما يقع تحته مباشرة. فإذا كانت الصخور بالأسفل هشة وتتفتت بسهولة، فإنها تخلق حاجزاً يحبس الماء بالقرب من السطح، أما إذا كانت الصخور أكثر صلابة، فإن الماء يتدفق من خلالها بحرية أكبر. إن فهم كيفية تفاعل هذه الطبقات بدقة أمر بالغ الأهمية، خاصة مع جلب تغير المناخ عواصف أكثر حدة وفترات جفاف أطول، مما يهدد بإرباك هذا التوازن الدقيق لدورة المياه الجوفية.

في دراسة حديثة ركزت على المنطقة المحيطة بمدينة ليل بفرنسا، وضع الباحثون خرائط لهذه التفاعلات الخفية بتفاصيل غير مسبوقة. أرادوا معرفة كيف يتحكم الترتيب المحدد لطبقات الصخور في سرعة وحجم المياه التي تنتقل من السطح نزولاً إلى طبقة الطباشير العميقة. جمع الفريق، بقيادة علماء من جامعة ليل والمعهد الوطني للعلوم والتكنولوجيا (IMT Nord Europe)، ثلاث طرق مختلفة لحل هذا اللغز. استخدموا مسوحات المقاومة الكهربائية، التي ترسل تياراً كهربائياً لطيفاً في الأرض لقياس مدى سهولة تدفقه عبر المواد المختلفة؛ كما حفروا في التربة لتحليل ملمس التركيب المعدني للصخور؛ واختبروا سرعة مرور الماء عبر عينات في المختبر. ومن خلال التركيز على منطقة حضرية مغطاة بمزيج من الردم الحديث، والغرين القديم، وأنواع مختلفة من الطباشير، اكتشفوا أن المسار الذي تسلكه المياه تمليه ثلاث "وصفات جيولوجية" متميزة.

وجد الباحثون أن الأرض في هذه المنطقة ليست موحدة، بل هي منظمة في ثلاثة أنواع رئيسية من الطبقات، حيث يتصرف كل منها بشكل مختلف. النوع الأول، الذي يسمونه ترتيب "الليس فوق طبقة الطباشير السينوني"، يتميز بوجود طبقة من الغرين تجلس مباشرة فوق نوع معين من الطباشير الأبيض. في هذا الإعداد، يكون الطباشير الأبيض ناعماً وهشاً نسبياً. وعلى مر آلاف السنين، أدت دورات التجمد والذوبان إلى تفتيت الجزء العلوي من هذا الطباشير إلى قطع صغيرة، اختلطت مع الغرين أعلاه لتشكل طبقة طينية شبه صلبة. يطلق العلماء على هذه الطبقة اسم "مارنيت" (marnettes). تعمل هذه الخليط كغطاء شبه نفاذ، مما يبطئ حركة الماء ويؤدي إلى تكوين بركة من الرطوبة تتدلى فوق الطالب، تُعرف باسم "المنسوب المائي المعلق". هذه المياه لا تندفع نحو الطبقة الجوفية العميقة، بل تبقى محتجزة في الغرين العلوي، مما يحافظ على رطوبة التربة لفترة طويلة.

وفي أجزاء أخرى من منطقة الدراسة، تتغير القصة بسبب انزلاق طبقة صخرية مختلفة بين الغرين والطبقة الطباشيرية. هنا، تقع طبقة من "التوفو" (tuffeau) -وهي حجر جيري رملي- بين الغرين والطبماشر الأبيض. تعمل طبقة التوفو هذه كجسر؛ ولأنها لا تشكل نفس الحاجز الطيني الذي تشكله "المارنيت"، فإن الماء يتدفق من خلالها بسهولة أكبر بكثير. في هذه المواقع، يكون المنسوب المائي المعلق رقيقاً جداً أو غير موجود، وتنتقل مياه الأمطار بسرعة إلى الطبقة الجوفية الإقليمية العميقة. أما السيناريو الثالث فيحدث حيث يقع الغرين مباشرة فوق طبقة من الطباشير الرمادي الأكثر صلابة من فترة جيولوجية أقدم قليلاً. ولأن هذا الطباشير الرمادي أكثر قوة وأقل عرضة للتفتت، فإنه لا يشكل الحاجز الطيني السميك المشاهد في السيناريو الأول. ونتيجة لذلك، تتحرك المياه عبر الغرين وتدخل إلى الطبقة الجوفية العميقة دون مقاومة تذكر، متجاوزة تكوين أي تجمعات سطحية كبيرة.

ولتأكيد هذه الملاحظات، قام الفريق بقياس المقاومة الكهربائية للأرض في عشرات المواقع. ووجدوا أنه في الأماكن التي يوجد فيها الحاجز الطيني، أظهرت الإشارات الكهربائية نمطاً مميزاً من المقاومة العالية في الطباشير الموجود أسفل الغرين مباشرة، مما يشير إلى أنه جاف ومسدود. وحيث كان الحاجز مفقوداً أو مستبدلاً بالتوفو الرملي، أظهرت الإشارات مقاومة منخفضة، مما يثبت أن الصخر مبلل ومشبع بالمياه المتحركة. كما أخذوا عينات فيزيائية من الحاجز الطيني واختبروا سرعة مرور الماء من خلالها. وأظهرت النتائج أن هذا الخليط من الغرين وقطع الطباشير أبطأ بكثير في تمرير الماء من الغرين النقي، مما يؤكد دوره كسد طبيعي. هذا الحاجز ليس جداراً صلباً، ولكنه سميك بما يكفي -غالباً ما يصل إلى متر واحد في المناطق ذات الطباشير الأبيض الناعم- ليحتفظ بكمية كبيرة من الماء بالقرب من السطح.

إن التداعيات المترتبة على هذه النتائج كبيرة فيما يتعلق بكيفية إدارة المياه في ظل مناخ متغير. تشير الدراسة إلى أن "الغطاء الطيني" الناتج عن تجوية الطباشير الناعم يلعب دوراً حاسماً في حماية المناظر الطبيعية. فمن خلال حبس الماء في الطبقات العليا، يعمل كخزان طبيعي يمكنه إطلاق الرطوبة ببطء بمرور الوقت، مما يساعد في دعم النظم البيئية والنباتات المحلية خلال فترات الجفاف. ومع ذلك، فإن هذه الآلية نفسها تعني أنه في المناطق التي يوجد فيها هذا الترتيب الصخري المحدد، قد يتم شحن الطبقة الجوفية العميقة ببطء أكبر أثناء الأمطار الغزيرة. وعلى العكس من ذلك، في المناطق التي يتواجد فيها التوفو الرملي أو الطباشير الرمادي الصلب، يتم تعويض الطبقة الجوفية العميقة بسرعة أكبر، ولكن التربة السطحية قد تجف بسرعة أكبر. ويؤكد الباحثون أن هذه الاختلافات الدقيقة في طبقات الصخور تحت أقدامنا لا تقل أهمية عن حالة الطقس فوقنا. ومع تزايد وتيرة الظواهر الجوية المتطرفة، سيكون فهم ما إذا كانت المنطقة المحلية محمية بحاجز طيني بطيء التصريف أو بقناة مفتة نحو أعماق الأرض أم لا، أمراً ضرورياً للتنبؤ بتوفر المياه وحماية مواردنا الجوفية الأكثر حيوية.