Kõige tähtsam teooria – vee teke
Marandi, A. (2008) Kõige tähtsam teooria – vee teke. Amon, L.; Verš, E. (Toim). Suured teooriad. Schola Geologica 4. Tartu: Sulemees Publishers
17. Siis Iisak läks sealt ära ja lõi oma telgid üles Gerari orgu
ning elas seal.
18. Ja Iisak kaevas uuesti need veekaevud, mis tema isa Aabrahami
päevil olid kaevatud ja mis vilistid pärast Aabrahami surma olid
kinni matnud; ja ta pani neile needsamad nimed, mis tema isa
neile oli pannud.
19. Aga kui Iisaki sulased kaevasid orus ja leidsid seal voolava
veega kaevu,
20. siis Gerari karjased riidlesid Iisaki karjastega, öeldes: "Vesi
on meie oma!" Ta pani siis kaevule nimeks Eesek (Tüli), sellepärast et
nad temaga olid tülitsenud.
21. Siis nad kaevasid teise kaevu, ja selle pärast riidlesid nad ka;
ja sellele ta pani nimeks Sitna (Süüdistus).
22. Sealt ta siirdus edasi ja kaevas veel ühe kaevu, aga selle
pärast nad ei riielnud; ja sellele ta pani nimeks Rehobot (Väljak) ning
ütles: "Nüüd on Issand andnud meile avarust, et võiksime siin
maal olla viljakad."
Nii kirjeldatakse juba Vana Testamendi esimeses Moosese raamatus (26:17−19) vee saamise olulisust elutegevuses ning veest tõusvaid suuri tülisid. Kuigi heebrealased kogusid rahvajutte ja - tarkusi, mille põhjal lõpuks valmis Piibel, ei puudutata neis jutustustes kordagi vee enda tekkepõhjuseid (Strangeways 2008).
Neile, kes on vähegi kokku puutunud hüdrogeoloogiaga, on Darcy seadus tuttav ning nad teavad, et tänapäeval aktsepteeritud teooria kohaselt käsitletakse põhjavett ühe osana veeringest, mis täieneb peamiselt sademete infiltratsiooni teel. Tänapäevase veeteooria vanus, võrreldes loodusteaduse ajalooga, on aga üsna lühike, kuna selle alused lõi prantslasest teadlane Henry Darcy alles 19. sajandil. Siiski on tähelepanek, et jõed voolavad pidevalt merre, samal ajal kui meri kunagi ei täitu ning jõed voolavad pidevalt, ilma et nad kuivaks jääksid, paelunud inimesi juba tuhandeid aastaid. Mingi aimdus, et on olemas ringe, mis need nähtused omavahel seob, on sama vana, kuid seletused on olnud erinevad. Käesolevas kirjatükis püüangi mõnedele teostele tuginedes anda ülevaate vee tekke teooriatest muistset ajast kuni Darcy katseteni välja. Kes tahavad Darcy katsetest ning tänapäeva nägemustest rohkem teda, peavad külastama ülikoolides loetavaid hüdrogeoloogiaalaseid kursusi.
Veekasutus oli oluline juba muistsete põlluharijate ning rändrahvaste jaoks. Kui me tänapäeval teame, et allikad toituvad põhjaveest, mis omakorda toitub sademetest, siis muistsetel rahvastel seda teadmist ei olnud. Siiski teadsid nad oma kogemustest, et auke vee kogumiseks on kasulik teha just allikarikastes piirkondades või siis allikate ligiduses (Wetter 2001).
Juba 2000 a. eKr rajasid egiptlased ja sumerid niisutussüsteeme ning tamme jõgedele. Ligikaudu 600 a. eKr hakati Pärsias ehitama maa-aluseid vee kogumise ja transpordi tunneleid − kanaate (quanat systems – inglise keeles) (joonis 1), mis võimaldasid veevaeses piirkonnas vett juhtida küllaltki pikkade vahemaade taha ning rajada ulatuslikke niisutussüsteeme põlluharimiseks (www.waterhistory.org/histories/qanats/).
Joonis 1. Kanaadi üldine skeem. Pildid on tähistatud numbritega: 1 – kanaadi infiltratsiooniosa, 2 – kanaadi vettjuhtiv osa, 3 – avatud kanal, 4 – vertikaalsed šahtid, 5 – väike kogumistiik, 6 – niisutusala, 7 – liiv ja kruus, 8 – veepide, 9 – põhjaveetase (www.waterhistory.org/histories/qanats/)
Ka Ateenas võis 600 a. eKr leida sügavaid, kiviplaatidega kaetud kaeve. Kivirakete servad olid kulutatud vaoliseks nööride poolt, mis juba sajandeid olid vinnanud üles anumaid hinnalise veega (Wetter 2001).
Just kreeklased olid esimesed, kes hakkasid huvi tundma vee olemuse ja tekke vastu ning seda mitte ainult praktilisest eesmärgist lähtuvalt, vaid neid huvitas ka nähtuse taust. Kreeka suurte mõtlejate teooriad sõltusid kõik tolleaegsest maailmakäsitlusest. Thales (600 eKr) uskus, et Maa ujub vee peal ning kõik on alguse saanud veest, Maa kaasa arvatud. Teooria, kus Maa tekkis veest, võis alguse saada kreeklaste kogemustest Niiluse deltat vaadeldes, kuna jõevetega kaasaliikuvad rohked, algselt setted moodustasid deltaalale suuri saari. Niilus paelus kreeklasi ka oma ebatavalise veerežiimiga, mille äravoolu tipp on, vastupidiselt teistele ümbruskaudsetele jõgedele, suvel. Õige seletus Niiluse veerežiimi iseärasustele tuli alles peale brittide avatusretki Niiluse ülemjooksule 19. sajandil (Strangeways 2008).
Empedokles oli esimene kreeka filosoof, kes uskus, et kõik siin maailmas pärineb neljast põhielemendist – vesi, maa, õhk ja tuli. Hiljem „korjasid“ selle teooria üles Platon ja Aristoteles. Anaxagoras (500–428 eKr) tõi esimesena välja teooria, et jõed voolavad tänu sademetele ning veele, mis on Maa sees, kuna Maa on seest tühi ja sisaldab vett oma tühimikes. Hippokrates (470–410 eKr) arvas, et on olemas kahte sorti vett, millest üks on õhuke, kerge ja puhas ning teine on paks, hägune ja tume. Samuti uskus ta, et päike tõstab kerge vee õhku ja seeläbi on sademete vesi kõige puhtam vesi maailmas (Stangeways 2008).
Aristoteles (384–322 eKr) jõudis oma vee tekke kirjeldusega praegustele teooriatele kõige lähemale, kuigi tema mõtete põhialused olid teistsugused. Aristotelese sõnul (Meteorology by Aristotle, 2007):
„Maapinna kohal moodustavad õhust väikesed veepiisad, mis omakorda ühinevad, kuni vesi saab sarnaseks vihmaga. Me peame eeldama, et täpselt samuti koguneb vesi vähehaaval maa sees ning et jõgede alged tulevad väikeste niredena maapinnale ning ühinevad lõpuks“.
Joonis 2. Neli põhielementi, millest koosneb kogu maailm (Meteorology by Aristotle, 2007)
Kui Aristotelese teooria võtta välja selle aja kontekstist, siis on põhjavee tekke eeldused täiesti õiged. Kahjuks oli ka selle teooria aluseks nelja põhielemendi olemasolu ning nende muutumine ühest faasist teise (joonis 2).
Aristoteles uskus samuti, et kõik siin maailmas koosneb neljast elemendist – maast, veest, õhust ja tulest. Iga element võib üle minna ühest teiseks, kuid ainult kindlas järjekorras, nii nagu on näidatud nooltega joonisel 2. Nii oli maa kõige alumine ning tuli kõige kõrgemal positsioonil elementide suhtes (Joonis 2). Maa kohale tõusis vesi ning selle kohale õhk, kuid õhk jäi alati allapoole tuld. Kõik neli elementi moodustusid üksteisest läbi põhiomaduste: soojus, külm, kuivus ning niiskus (Joonis 2) (Stangeways 2008).
Lähtuvalt eelnevast, tungis Aristotelese teooria kohaselt soe õhk maapinda, kus see kiirelt jahutati ning õhk muutus külma mõjul veeks. Siiski ei suutnud Aristoteles uskuda, et kogu jõgede vesi pärineb sademetest tulnud põhjaveest, sest tema arvates ei olnud sademeid piisavalt (Meteorology by Aristotle 2007).
Kreeka on maa, kus levivad karbonaatkivimite platood ning seetõttu olid ka filosoofid tuttavad karstinähtustega ning suurte karstikoobastega. Sellest tulenevalt oli varajaste mõtlejate arust Maa seest õõnes ning jõed toitusid lisaks sademetele veel maa sees olevatest mageda vee reservuaaridest (Wetter 2001). Ka Aristotelese meelest pidi olemas olema maa-alune meri, mis varustas jõgesid uue värske veega. Selline meri toitus veest, mis külma mõjul moodustus maasse tunginud õhust, nii nagu maapinna kohal muudab külm õhu veeks (Meteorology by Aristotle 2007):
„õhk, mis ümbritseb maad muutub veeks tänu taeva külmusele ning langeb seeläbi maha vihmana….samamoodi õhk, mis tungib maapinda, muutub veeks tänu külmale, mis maapinnas valitseb“.
Nii moodustuski Aristotelese arvates kogu jõgede vesi maapõues oleva veekogu, maapinnas veeks formeeruva õhu ning sademete arvel (Meteorology by Aristotle 2007).
Lisaks oli kreeka filosoofidel veel teinegi levinud seletus, kuidas maa-alune „kamber“ veega täitus – nimelt toimus see merevee sissetungi arvelt, mis oma teel maa sees kuidagi puhastus. Antud teooria kohaselt oli aga filosoofidel raske seletada, kuidas vesi võis tõusta merest nii kõrgele, et toita mägedes voolavaid jõgesid (Wetter 2001).
300 a. eKr hakkas Kreeka tsivilisatsioon hääbuma ning 100 a. eKr liikus kultuuri keskus Roomasse. Roomlased olid väga head praktilised insenerid ning nad rajasid imetlusväärseid akvedukte ja kanalisatsioonisüsteeme, kuid nad tegid seda, süüvimata protsessidesse ja põhimõtetesse. Kõik loodi lihtsa katse-eksituse meetoditel. Rooma kirjamehed ei omanud selles valdkonnas uusi värskeid ideid, vaid nad kirjutasid valdavalt üle kreeka filosoofide tarkusi (Stangeways 2008).
Seneca (4 eKr–65 pKr) kirjeldas oma teostes jõgede teket ning ei uskunud, et kogu jõgede vesi võiks olla pärit vaid sademetest. Ta märkis, et tema viinamarjaistanduses suudab vesi ka kõige tugevama saju korral tungida vaid maksimaalselt 10 jala sügavusele. Seneca arvates olid maa sees leiduva põhjavee allikad järgnevad: 1) maa iseeneses sisaldab palju vett, mida sealt pidevalt välja dreenitakse, 2) maa sisse tunginud õhk muudetakse pimeduse ja külma mõjul pidevalt veeks ning 3) maa ise muutub pidevalt veeks (Wetter 2001).
Vitruvius (80−15 eKr), kes kirjeldas oma teostes sademete teket ning uskus Aristotelese ja Hippokratesele sarnaselt, et vaid kerge vesi tõuseb soojuse mõjul õhku, püüdis kirjeldada veeringet sauna analoogial (Stangeways 2008):
„Soe basseinivesi, mida kuumutatakse, aurustub ja aur moodustab väikesed piisad sauna seintel. Kui moodustunud piisad muutuvad piisavalt suurteks, kukuvad need saunalistele pähe. Seetõttu on mõistlik eeldada, et kuna seintes vett ei ole, siis peab kogu vesi tõusma basseinist.“
Vitruviuse teos De architectura libri decem sisaldab ka soovitusi põhjavee leidmiseks ning seal on tabel, mis kirjeldab erinevates pinnasetüüpides sisalduva põhjavee hulka ja maitset (Wetter 2001).
Peale Rooma tsivilisatsiooni kustumist ei olnud järgneva 1500 aasta jooksul ühtegi uut ja originaalset ideed vee tekke üle. Isegi Leonardo da Vinci (1452−1519) jäi teooria juurde, et jõgesid toitev vesi tõusis merest veesoonte kaudu mägedesse ning teel puhastus merevee sooladest. Esimesena andis korrektse ülevaate veeringest prantslane Bernard Palissy (1510−1590, Wetter 2001).
Palissy hülgas esimesena teooria, et vesi tõuseb merest mägedesse. Tema arvates oleks sellisel juhul vesi pidanud olema soolane. Palissy pani tähele, et rannikualadel ja saartel on mage põhjavesi kõrvuti soolasega. Tema arvates oli ainus võimlaus, et saartel esineva magevee lääts, mis on ümbritsetud soolase veega, on tekkinud sademetest. Samuti jälgis ta, et kuivadel suvedel osad allikad kuivavad ning väitis, et see ei oleks võimalik mereveest toitumise puhul. Kõige olulisem järeldus oli aga see, et maa alla liigub vesi aeglasemalt kui maa peal. Viimane võimaldas anda seletuse kõige olulisemale küsimusele – kuidas saavad jõed voolata kuival ajal. Vihm jõuab lihtsalt jõgedesse mitte kohe peale vihma, vaid mingi viivitusega (Deming 2005):
„Vihm, mis sajab maha mägedes, lauskmaal või kus iganes, liigub maa sees vaikselt jõgede poole….. nii saavad toidetud kõik allikad ühe talve lõpust kuni teise alguseni“.
Kahjuks kirjutas Palissy oma tööd prantsuse, mitte ladina keeles, mis oli valitsev teaduskeel sel ajastul. Seetõttu jäid tema tööd laialdaselt märkamata ning kreeklaste ja roomlaste vanad ideed kestsid jõudsalt edasi (Wetter 2001).
17. sajandil alustati põhjavee kvantitatiivsete mõõtmistega. Esimesena viis neid läbi Pierre Perrault (1608−1680), kes mõõtis sademeid ja vooluhulki Seine’i jõe ülemjooksul. Ta mõõtis väikesel valglal sademeid ning äravoole ning suutis seeläbi tõestada, et sademetest on enam kui küll jõe voolamiseks läbi aasta ning enamgi veel – sellest piisas ka, et katta kadusid nagu taimede toitmine ning aurumine. Perrault uskus siiski, et allikad toituvad jõgedest ning et sademed ei infiltreeru suures osas maapinda (Wetter 2001). Siiski olid Perrault poolt tehtud katsed aluseks edaspidistele mõõtmistele kuni Henry Darcy katseteni aastal 1850.
Henry Darcy sündis 10. juunil 1803. aastal Dijon’i linnas Prantsusmaal. Tema tegevusele andis tõuke ebakvaliteetne vesi, mida ta oli sunnitud tarbima oma lapsepõlves. Seetõttu sai tema elu eesmärgiks muuta paremaks Dijon’i veevarustus. 1840. aastaks oli linnal tarbimiseks puhtaim vesi tolleaegses Euroopas. Dijoni linna veevarustuse planeerimisel sai Darcy palju praktilisi oskusi, mida kasutades rajas ta oma kuulsa katseseadme ning viis aastal 1855 läbi rea katsetusi ning postuleeris oma tulemused järgnevana (Sharp ja Simmons 2005):
„samasuguse liiva puhul võib eeldada, et liiva läbiv vee hulk on proportsionaalne vee tasemega ning pöördvõrdelises seoses läbitava liivakihi paksusega“.
Darcy töö tulemuste mõjuga hüdrogeoloogiale on kõigil huvitatutel võimalik tutvuda aga juba hüdrogeoloogia loengute raames kõigis endast lugupidavates tänapäeva ülikoolides.
Kasutatud kirjandus
Deming, D. 2005. Born to Trouble: Bernard Palissy and the Hydrologic Cycle. Ground Water 46(6): 969−972.
Meteorology by Aristotle. 2007. Translated by E. W. Webster. Ebooks Adelaide.The University of Adelaide Library - http://ebooks.adelaide.edu.au/a/aristotle/meteorology/.
Sharp, J.M., Simmons, C.T. 2005. The Compleat Darcy: New lessons Learned from the First English Translation of Les Fontaines Publiques de la Ville de Dijon. Ground Water 43(3): 457−460.
Strangeways, I. 2008. Precipitation: Theory, Measurement and Distributions. Cambridge University Press - http://assets.cambridge.org/97805218/51176/excerpt/9780521851176_excerpt.pdf
Wetter, C.W. Jr. 2001. Historical Knowledge of Ground Water
www.waterhistory.org/histories/qanats/