Yer altı suları ve kaynaklar

Ağustosta Defne, Eskişehir'in bir köyündeki dedesinin bahçesinde kova sarkıtıyor. Haziranda iki kulaç ip yetiyordu; şimdi ipin ucuna bir parça daha bağlamak zorunda kalıyorlar. Akşamüstü dedesiyle ovanın alt tarafındaki tarlaya iniyorlar. Komşunun yeni açtırdığı sondaj kuyusunun borusundan su, motor çalışmadığı hâlde kendiliğinden taşıyor. Defne şaşırıyor: bahçedeki kuyunun suyu yazın aşağı kaçıyor, öteki ise pompa beklemeden dışarı akıyor. İkisi de toprağın altındaki sudan besleniyor. Aradaki fark nereden geliyor? Su yerin altında neden bazen bekler, bazen basınçla yukarı iter?

• Yer altı suyunun sızma, geçirimli ve geçirimsiz tabaka kavramlarıyla nasıl biriktiğini açıklarsın.
• Yağış, eğim, kayaç ve bitki örtüsünün yer altı suyu miktarını hangi yönde değiştirdiğini karşılaştırırsın.
• Tabaka, karstik, fay ve termal kaynakları, artezyeni ve gayzeri oluşum koşullarıyla ayırt edersin.
• Yer altı suyunun aşırı çekilmesinin su seviyesi, obruk ve kıyı akiferleri üzerindeki sonuçlarını yorumlarsın.

Yağmur toprağa düştükten sonra

Toprağa düşen suyun bir kısmı buharlaşıp havaya döner, bir kısmı yüzeyde akıp dereye karışır. Geri kalanı gözeneklerden ve çatlaklardan aşağı iner. Bu aşağı doğru süzülmeye sızma denir. Sızan su, kayaçların taneleri arasındaki boşlukları doldurarak birikir ve yer altı suyu adını alır.

Suyun ne kadar derine inebileceğini kayacın yapısı belirler. Kum, çakıl, kumtaşı ve çatlaklı kalker suyu içinden geçirir; bunlar geçirimli tabakalardır. Kil, marn ve çatlaksız granit gibi masif kayaçlar suyu geçirmez; bunlara geçirimsiz tabaka denir. Kilin tanecikleri öyle sık dizilmiştir ki içinde su tutsa bile onu aşağıya aktarmaz.

Aşağı inen su geçirimsiz bir tabakaya ulaşınca orada durur ve üstündeki geçirimli tabakanın boşluklarını alttan yukarı doğru doldurur. Boşlukları tamamen suyla dolu kesime doygun kuşak, onun üstünde gözeneklerde hava ile suyun birlikte bulunduğu kesime havalanma kuşağı denir. İki kuşağı ayıran yüzey yer altı su tablasıdır; ders kitaplarında taban suyu seviyesi diye de geçer. Suyu bünyesinde tutup taşıyabilen geçirimli katmanın adı ise akiferdir.

Su tablası düz bir çizgi değildir. Yeryüzünün engebesini yumuşak biçimde izler; tepelerin altında yükselir, vadilerin altında alçalır. Yıl içinde de yer değiştirir: yağışlı mevsimde sızan su arttığı için yükselir, kurak mevsimde çekilen ve buharlaşan su yüzünden alçalır. Defne'nin bahçesindeki kuyu yalnız su tablasının altına inecek kadar derindir. Haziranda ip kısa geliyordu, ağustosta tabla aşağı çekildiği için kova daha uzun yol almak zorunda.

Yer altına ne kadar su gider?

Aynı yağış iki ayrı arazide çok farklı miktarda yer altı suyu bırakabilir. Dört etken bu farkı açıklar.

Yağışın miktarı ve biçimi. Daha çok yağış, sızacak daha çok su demektir. Ama yağışın nasıl düştüğü de önemlidir. Kısa sürede boşalan sağanak toprağın emme hızını aşar, suyun büyük kısmı yüzeyde akıp gider. Yavaş ve uzun süren yağmur ile ilkbaharda ağır ağır eriyen kar ise toprağa sızmak için zaman bırakır.

Eğim. Dik yamaçta su hızla aşağı kayar, içeri girmeye vakit bulamaz. Düz ovada ve hafif eğimli alanlarda ise su yerinde bekler ve sızmanın payı büyür. Ovaların altındaki kalın alüvyon dolgusu da geçirimli olduğundan ovalar çoğu zaman zengin akiferler barındırır.

Kayacın geçirimliliği. Kumlu, çakıllı ya da çatlaklı bir zemin suyu içeri alır; killi bir zemin ise suyu yüzeyde tutar, göllenmeye ya da yüzey akışına iter. Karst arazisinde yağmurun çatlaklardan yer altına çekilmesini önceki modülde gördün; geçirimliliğin en uç örneği oradadır.

Bitki örtüsü. Yaprak ve dallar yağmur damlasının hızını keser, kökler toprağı gevşetir, ölü yapraklardan oluşan örtü suyu sünger gibi tutar. Bu yüzden ormanlık yamaçlarda sızma artar, yüzey akışı yavaşlar. Çıplak bir yamaçta aynı yağış sel olarak vadiye iner.

Buharlaşma da hesaba girer: sıcak ve kurak yerlerde toprağa düşen suyun önemli bir kısmı sızmadan havaya döner.

Su yeniden yüzeye çıkınca: kaynaklar

Yer altı suyu bir yerde yeryüzüyle kesişirse kendiliğinden dışarı akar. Suyun böyle doğal biçimde yüzeye çıktığı yere kaynak denir. Kaynağın türünü, suyu oraya getiren yapı belirler.

Tabaka (yamaç) kaynağı. Geçirimli bir tabaka geçirimsiz bir tabakanın üstünde duruyorsa, su ikisinin sınırında birikip bu sınır boyunca eğim yönünde ilerler. Sınır bir yamaçta yüzeye çıktığı yerde su sızarak ya da akarak dışarı çıkar. Dağ köylerindeki çeşmelerin çoğu böyle bir sınırın üzerinde kurulmuştur. Su tablası bir vadinin tabanını kestiğinde de su vadiye doğru çıkar; buna vadi kaynağı denir.

Karstik kaynak (voklüz). Kalkerli arazilerde sızan su çatlakları eriterek yer altında geniş kanallar açar. Bu kanallarda toplanan su, bir yamacın eteğinde büyük debili bir kaynak olarak birden yüzeye çıkar. Adını Fransa'daki Vaucluse kaynağından alan bu türe voklüz denir. Karstik şekiller dersinde düdenlerden yutulan suyun uzaktaki bir yamaç dibinde yeniden belirdiğini görmüştün; o yeniden beliriş bir voklüzdür. Toros eteklerindeki bol sulu kaynakların önemli bir kısmı bu kökenle açıklanır.

Fay kaynağı. Kırıklar, yer kabuğunun derinlerine kadar uzanan yollardır. Derine sızmış su bir fay hattı boyunca yükselip yeryüzüne çıkabilir. Derinlik arttıkça yerin sıcaklığı da arttığı için bu sular çoğunlukla ılık ya da sıcaktır, yol boyunca kayaçlardan çözdükleri mineralleri taşırlar.

Sıcak su (termal) kaynakları. Sıcaklığı yüksek, mineral bakımından zengin kaynaklara ılıca, kaplıca ya da termal kaynak denir. Suyu ısıtan ya derinlik ya da yakındaki magma sokulumudur. Volkanizma dersinde jeotermal sahaların Türkiye'de büyük ölçüde Batı Anadolu kırıklarına dizildiğini görmüştün; termal kaynaklar da aynı haritayı izler. Gediz ve Büyük Menderes grabenlerinin kenarları ile Denizli ve Aydın çevresi ders kitaplarında bu kuşağın bilinen yerleri olarak anılır. Denizli'deki Pamukkale travertenleri de sıcak su kaynağından çıkan suyun kireç bırakmasıyla oluşmuştur.

Kendiliğinden fışkıran su: artezyen

Bir geçirimli tabaka, altından ve üstünden iki geçirimsiz tabaka arasına sıkışmış olsun ve tabakalar bir tekne gibi eğilmiş olsun. Teknenin kenarları yükseklerde yüzeye çıkar; yağış oradan geçirimli tabakaya girer ve tabakanın içinden teknenin dibine doğru iner. Üstteki geçirimsiz örtü suyun yukarı kaçmasını engeller. Yüksekteki beslenme alanından gelen su, alttaki suyu sıkıştırır ve tabaka içinde basınçlı su birikir.

Böyle bir alanda üstteki geçirimsiz tabakayı delen bir kuyu açılırsa su, basıncın etkisiyle kuyuda yükselir. Kuyu ağzı beslenme alanından yeterince alçaktaysa su pompaya gerek kalmadan yüzeye taşar. Bu tür kuyuya artezyen denir; adı Fransa'daki Artois bölgesinden gelir. Defne'nin ovanın alt kesiminde gördüğü taşan sondaj borusu buna örnektir. Su kuyuda yükselir ama yüzeye kadar ulaşamazsa kimi kaynaklar bunu yarı artezyen diye ayırır.

Bahçedeki kuyu ile artezyeni ayıran şey tabakaların dizilişidir. Bahçe kuyusu üstü açık bir akiferden beslenir; suyu ancak tabla seviyesine kadar çıkar. Artezyen ise üstü kapalı, basınç altındaki bir akifere ulaşır.

Aralıklarla püsküren su: gayzer

Volkanik alanlarda yer altı suyu, sıcak kayaçlarla temas eden derin ve dar bir kanala dolar. Kanalın dibindeki su kaynama noktasının üstüne kadar ısınır, çünkü üstteki su sütununun ağırlığı onu bastırır. Sonunda bir kısmı buhara dönüşür, genişleyen buhar üstteki suyu yukarı iter ve su ile buhar birlikte havaya fışkırır. Kanal boşalınca yeniden dolması ve ısınması gerekir, bu yüzden püskürme belirli aralıklarla tekrarlanır. Bu kaynağa gayzer denir. Ders kitaplarında örnek olarak İzlanda, Amerika Birleşik Devletleri'ndeki Yellowstone ve Yeni Zelanda gösterilir; kavramın adı da İzlanda'daki Geysir kaynağından gelir. Gayzerin sıradan termal kaynaktan farkı, suyun sürekli akmak yerine aralıklı ve fışkırarak çıkmasıdır.

Sözel çizim: tabakalar ve artezyen kuyusu

Yatay bir kâğıda geniş bir U harfi gibi çukurlaşan üç kalın bant çiz. En alttaki bandı yoğun yatay çizgilerle tara ve «geçirimsiz (kil)» yaz. Ortadaki bandı noktalarla doldur: «geçirimli (kum, çakıl) — akifer». En üstteki bandı yine çizgilerle tara: «geçirimsiz örtü». Sol uçta orta bandın yüzeye çıktığı yüksek tepeye birkaç eğik yağmur çizgisi koy ve «beslenme alanı» yaz; buradan teknenin dibine doğru orta bandın içinde aşağı inen oklar çiz. Sol tepeden sağa doğru hafifçe eğilen kesik bir çizgi çek: suyun basınçla çıkabileceği düzey. Kâğıdın ortasında, teknenin en alçak yerinde, üst bandı delip orta banda inen dikey bir boru çiz; borunun ağzından yukarı doğru küçük bir fıskiye çiz ve «artezyen kuyusu» yaz. Boru ağzı kesik çizginin altında kaldığı için su taşar. Sağ tarafta, üstte geçirimsiz örtü olmayan bir yamaçta, kumlu katmanın kille buluştuğu çizginin yüzeye değdiği noktaya küçük bir damla çiz: «tabaka kaynağı». Kâğıdın sağ alt köşesine bir kırık çizgisi çiz, boyunca yukarı doğru dalgalı oklar koy: «fay kaynağı, sıcak su».

Kuyudan çekilen su geri gelmezse

Bir akiferin suyu yağışla yavaş yavaş yenilenir. Kuyulardan çekilen su yenilenenden fazla olursa su tablası yıldan yıla aşağı iner. İlk belirti kuyuların derinleştirilmek zorunda kalınmasıdır; ardından sığ kuyular ve tabaka kaynakları kurur, kaynaktan beslenen dereler ve sulak alanlar daralır. Pompalama derinleştikçe enerji maliyeti de artar.

Yer altındaki boşlukları dolduran su, tavanı içeriden destekleyen bir taşıyıcı gibi de iş görür. Kalkerli arazilerde su seviyesi düştüğünde bu destek azalır. Doğal ve beşeri sistemler dersinde ve karstik şekiller dersinde Konya Ovası'ndaki obrukların bu düşüşle ilişkilendirildiğini görmüştün; buradaki ek nokta, olayın bir su bütçesi sorunu olarak okunabilmesidir. İnce taneli tortullarda ise boşaltılan gözenekler sıkışır ve yüzeyde yavaş bir zemin çökmesi görülebilir.

Kıyılarda tatlı yer altı suyu, karaya doğru sızan tuzlu deniz suyunun üstünde bir mercek gibi durur. Kıyı kuyularından fazla su çekilirse tatlı su azalır ve tuzlu su akiferin içine ilerler. Kuyulardan tuzlu su gelmeye başlar; bu suyla sulanan tarla zamanla tuzlanır. Kaynaklarda bu sorunlara karşı damla sulama, kuyu açmanın izne bağlanması ve yer altı suyunun beslenmesini artıran önlemler gibi çözümler tartışılır.

Kıyıdan açık denize

Kıyı akiferinde tuzlu su ile tatlı suyun karşılaşması, denizin de kendine özgü bir su olduğunu hatırlatır. Okyanus ve denizler dersinde bu suyun kendisine dönüyoruz: deniz suyunun tuzluluğu neden bir denizden ötekine farklı, sıcaklığı derinlik ve enlemle nasıl değişiyor ve okyanusların yüzeyinde suyu binlerce kilometre taşıyan akıntıları ne yönlendiriyor.

Örnek 1 — Kuyu neden yazın derinleşir?

Soru: Bir köyde açık bir akiferden beslenen kuyunun suyu ilkbaharda ağzına yakınken eylülde birkaç metre aşağıda kalıyor. Bu değişimin temel nedeni hangisidir?

• A) Akiferin altındaki geçirimsiz tabakanın yazın erimesi
• B) Yaz kuraklığında sızmanın azalması ve buharlaşma ile kullanımın artmasıyla su tablasının alçalması
• C) Yazın deniz suyunun kuyuya dolması
• D) Kuyunun bir fay hattı üzerinde bulunması
• E) Yazın yer altı suyunun basıncının artması

Çözüm: Açık bir akiferde kuyu suyu su tablasının hizasında durur. Yağışlı mevsimde sızma tablayı yükseltir, kurak yazda beslenme azalırken buharlaşma ve çekilen su artar; tabla aşağı iner, kuyudaki su da onunla birlikte iner. Geçirimsiz tabaka erimez, fay ya da deniz suyu bu mevsimlik farkı açıklamaz. Cevap: B.

Örnek 2 — Hangi arazi daha çok su saklar?

Soru: Yıllık yağışları eşit iki alan karşılaştırılıyor. K alanı ormanla kaplı, hafif eğimli ve kumlu-çakıllı zeminlidir. L alanı çıplak, dik yamaçlı ve killidir. Bu iki alanla ilgili beklenti hangi seçenekte doğru verilmiştir?

• A) L'de yüzey akışı daha az, yer altı suyu daha fazladır.
• B) İki alanda yer altına giden su miktarı eşittir, çünkü yağış eşittir.
• C) K'de sel riski L'den yüksektir.
• D) K'de sızma payı daha büyük olduğu için yer altı suyu beslenmesi daha fazladır.
• E) Kil, kumdan daha geçirimli olduğu için L'de akifer daha zengindir.

Çözüm: K'de dört etkenin dördü de sızmayı destekler: orman suyu tutar, hafif eğim suyu bekletir, kum ve çakıl geçirimlidir. L'de dik yamaç ve çıplak yüzey suyu hızla aşağı gönderir, kil de içeri almaz. Yağışın eşit olması bırakılan yer altı suyunun eşit olacağı anlamına gelmez. Cevap: D.

Örnek 3 — Basınçlı su

Soru: Bir ovada açılan kuyudan su, pompa kullanılmadan yüzeye taşıyor. Bu durumun oluşması için gereken koşul hangisidir?

• A) Akiferin iki geçirimsiz tabaka arasında bulunması ve beslenme alanının kuyu ağzından yüksekte olması
• B) Kuyunun kalkerli bir arazide açılmış olması
• C) Kuyunun bir volkanın kraterine yakın olması
• D) Akiferin üstünün tamamen açık olması
• E) Yağışın yalnız sağanak biçiminde düşmesi

Çözüm: Suyu kendiliğinden yükselten şey basınçtır. Basınç için geçirimli tabakanın üstten ve alttan kapalı olması, beslenme alanının da kuyu ağzından yüksekte kalması gerekir. Üstü açık bir akiferde su ancak tabla seviyesine kadar çıkar. Cevap: A.

Örnek 4 — İki sıcak kaynak

Soru: P kaynağının sıcak suyu sürekli ve sakin biçimde akıyor. R kaynağı ise volkanik bir alanda, birkaç dakikada bir su ve buharı metrelerce yükseğe fışkırtıyor. Bu iki kaynakla ilgili en doğru açıklama hangisidir?

• A) P gayzer, R tabaka kaynağıdır.
• B) İkisi de artezyendir, çünkü su kendiliğinden çıkmaktadır.
• C) P termal kaynak, R gayzerdir; R'de derin kanaldaki suyun ısınıp buhara dönüşmesi aralıklı püskürmeye yol açar.
• D) R karstik kaynaktır, çünkü suyu kalkerden gelir.
• E) İkisinin farkı yalnız suyun mineral miktarıdır.

Çözüm: İkisinin de suyu sıcaktır; fark çıkış biçimindedir. Sürekli akan sıcak su termal kaynağın, aralıklı fışkırma ise gayzerin özelliğidir. Gayzerde kanal boşalınca yeniden dolup ısınması gerektiği için püskürme belirli aralıklarla tekrar eder. Artezyende suyu iten ısı değil tabaka basıncıdır. Cevap: C.

• Kili geçirimli saymak. Kil gözeneklidir ve su tutabilir, ama tanecikleri çok sık dizildiği için suyu aşağıya geçirmez; yer altı suyunu tutan taban çoğu zaman kildir.
• Artezyeni ısıyla açıklamak. Artezyende suyu yükselten şey sıcaklık değil, iki geçirimsiz tabaka arasında oluşan basınçtır. Isıyla fışkıran su gayzerdir.
• Her sıcak kaynağı gayzer sanmak. Termal kaynak sürekli akar; gayzer aralıklı ve fışkırarak çıkar, volkanik alana bağlıdır.
• Yağışı tek belirleyici saymak. Eşit yağış alan iki alanda eğim, kayaç ve bitki örtüsü farklıysa yer altına giden su da farklıdır.
• Tuzlanmayı yalnız denizin taşmasına bağlamak. Kıyı akiferinde tuzlu su çoğu zaman yer altından, fazla çekilen tatlı suyun yerini alarak ilerler.