אז מה תשתו היום?

המים המהירים נמצאים על הקרקע, והמים האטיים מחלחלים והופכים למי תהום. צילום: Andrew Dennes, Flickr

רובנו למדנו בבית הספר על מחזור המים בטבע: זה מתחיל במים שמתאדים מהים, מהיבשה, מצמחים ומחיות. אדי המים מתעבים באטמוספרה לטיפות ויוצרים עננים, והעננים ממטירים משקעים שיורדים בים או ביבשה. המשקעים האלה זורמים בנחלים ובנהרות בחזרה לים או לאגמים – זה נקרא נגר עילי, או מחלחלים אל מי התהום, ואז חלקם מגיעים אל מאגרים תת קרקעיים של מים מתוקים.

עד לא מזמן היה ברור שבאופן תיאורטי, כל מולקולת מים יכולה לעבור בכל אחד מהשלבים הללו במחזור המים. נדמה היה שהנושא זה פשוט ושאין מה לחדש בו, אבל באחרונה התברר שבכל יום אפשר ללמוד משהו חדש.

המשהו החדש הזה הוא תוצאות של מחקר שמגלות שבכדור הארץ אין מחזור מים אחד אלא שניים, ושהם נפרדים. כך שמולקולת מים שנמצאת במחזור אחד בדרך כלל לא עוברת אל האחר.

עולמות המים

כדי להבין איך הגיעו לתגלית הזאת, הנה הסבר קצר על איזוטופים. בכל אטום של כל חומר ביקום יש גרעין המורכב מחלקיקים בשם פרוטונים בעלי מטען חשמלי חיובי וניטרונים שהם חסרי מטען חשמלי, ואלקטרונים הסובבים אותו.

הקביעה שאטום שייך ליסוד מסוים נעשית על פי מספר הפרוטונים שבגרעין האטום, וכך לאטום עם 8 פרוטונים בגרעין קוראים חמצן, ולאטום עם פרוטון אחד בגרעין קוראים מימן. בגרעין של אטום חמצן יש בדרך כלל 8 ניטרונים – כמו מספר הפרוטונים, אבל לעתים נדירות יש 9 או 10 ניטרונים. לאטומי חמצן עם מספר שונה של ניטרונים קוראים איזוטופים.

גילוי שני מחזורי המים האלה יכול לעזור בהבנת המסלול שעושים חומרי הזנה בקרקע. צילום: jbdodane, Flickr

לכל חומר יש חתימה איזוטופית שמאפיינת את המקום שבו נוצר, וכך אפשר להבחין בין מטאוריט שהגיע ממאדים ובין סלע שמקורו בכדור הארץ. אפשר גם לזהות מקורות של חומרים שונים באמצעות החתימה האיזוטופית שלהם. לדוגמה, עורכי מחקר שפורסם באחרונה ב"זווית" עשו שימוש בהבדלים בחתימה האיזוטופית של מקורות מים שונים והוכיחו שצמחי מדבר יכולים לצרוך מי טל.

במחקר החדש התגלה שעולם מים אחד כולל את המים בקרקע העילית שאותם הצמחים יונקים, את המים שבתוך צמחים ואת המים המתאדים מהם. הם נמצאים בעומק של מטרים ספורים עד כמה מאות מטרים, תלוי בסוג הקרקע. החוקרים מכנים אותם מים אטיים מכיוון שהם נשארים בקרקע העילית זמן ארוך, כמה ימים לפחות, ולצמחים יש הזדמנות להשתמש בהם.

פרסום

עולם המים האחר כולל את המים הזורמים בנחלים ובנהרות ואת המים המחלחלים אל מי התהום במהירות רבה – עניין של דקות עד ימים, תלוי בסוג הקרקע – הרחק מעבר לשורשיהם של רוב הצמחים. החוקרים מכנים אותם מים מהירים משום שהם אינם שוהים זמן ממושך בקרקע העילית ולכן לצמחים אין הזדמנות לצרוך אותם.

לשני עולמות מים אלה חתימה איזוטופית שונה. אין הכוונה שחלק מהגשם שיורד הוא מסוג אחד וחלק מהסוג השני, אלא שמתוך הגשם שיורד החלק ה"אטי" של המים נלכד על ידי הקרקע העילית ומשמש את הצמחים, בעוד שהחלק ה"מהיר" זורם הלאה בנחלים, מחלחל אל מי התהום ופורץ ממעיינות. נראה שהמים מתנהגים כך ברוב הקרקעות בעולם, אך לא ברור מדוע הם מתנהגים בצורה כזו. מובן שאם נניח צמח בכלי עם "מים מהירים" בלבד הוא יצרוך אותם, אבל על פי המחקר החדש המים האלה בדרך כלל פחות זמינים לצמחים באופן טבעי.

איפה המים שלי?

לתוצאות הללו השפעה על ההבנה אילו מים זמינים לצמחים בחקלאות ואילו אינם זמינים. הגילוי הזה מאפשר להבין גם את המסלולים שהנוטריינטים (חומרי ההזנה) עוברים בעולם. למשל, רק נוטריינטים שנמצאים ב"מים אטיים" יהיו זמינים לצמחים ואילו נוטריינטים של "מים מהירים" יישטפו לנחלים ולנהרות ומשם לעומק האדמה.

עוד תובנה שאפשר לגזור מהמחקר החדש נוגעת למודלים של שינוי אקלים, שכיום הם מתייחסים למים שנמצאים בשטח היבשה (זורמים בנחלים ובנהרות, מים בקרקע העילית ומי תהום) כאל גוף מים אחד. ייתכן שהתחשבות המודלים בפיצול עולם המים לשניים תאפשר להם להיות מדויקים יותר.

חשוב לציין שהמחקר בתחום זה רק מתחיל, ושעדיין רב הנסתר על הגלוי בתחום מוזר זה. האם בעתיד יהיה אפשר להשקות צמחים במעט "מים אטיים" שיספיקו להם לזמן רב במקום השקיות רבות ותכופות ב"מים מהירים" שמאפיינות את החקלאות ואת הגינון הנוכחיים? נחכה ונראה.