سفری در زمان: سیستم‌های آب باستانی

شهره صدری – جایی که آب هست، زندگی هست. تاریخ تمدن تاریخ فناوری های آب است. جامعه باید فناوری هایی را برای شکوفایی تمدن مهندسی کند تا از منبع ضروری آب استفاده کند. زندگی متمدن در حالی جریان دارد که جهان راه‌هایی برای ذخیره، حمل و نقل و تصفیه آب آشامیدنی و حذف هوشمندانه یا بازیافت فاضلاب را بررسی می‌کند. آب سرچشمه فرهنگ و نوآوری است.

تمدن ها با دو مشکل اصلی آب روبرو بودند: فراوانی و توزیع. در جایی که آب زیاد است، امکان زندگی نیز وجود دارد. اما مساله مهم این است  چگونه در جایی که آب بسیار کم است زنده بمانید؟

مانند هلال حاصلخیز باستانی، خاورمیانه از بارانی که در کوه‌های ترکیه و شمال عراق می‌بارد سیراب می‌شود. در بین النهرین، سرزمینی بین دو رودخانه دجله و فرات، تمدن های اولیه از سیستم کانال های آبیاری با نیروی جاذبه بهره می بردند. این اولین شکل آبیاری بود. این امر تولید مواد غذایی، به ویژه غلات را افزایش داد.

در خم – پایتخت دومین نوم مصر سفلی- ، مردم از فیلتر گرانشی برای تصفیه آب گل آلودی که از رود نیل خارج می شد با زاج استفاده می کردند. اثر انعقادی سولفات آلومینیوم، Al2(SO4)3، باعث جمع شدن ذرات معلق می شود. این امر فیلتراسیون را سرعت می بخشد و آب بیشتری را در دسترس قرار می دهد. این اولین تصفیه آب شیمیایی شناخته شده در جهان است.

سیستم آب آشامیدنی دیگری در هند و چین باستان ایجاد شد. همانطور که متون باستانی هندو نشان می دهد، آنها از گرما، نور خورشید و مس برای تصفیه آب استفاده می کردند. فیلتراسیون با استفاده از پارچه، ماسه و زغال چوب نیز برای جذب سایر آلاینده ها استفاده شد.  سپس آب تصفیه شده در ظروف خاکی ذخیره می شود. این امر آب را با مواد معدنی غنی می کند و خاصیت قلیایی آن را افزایش می دهد.

ذخیره آب «حساب پس انداز» برای تمدن است.  نبطیان – تمدنی با موجودیتی سیاسیس متمایز در بین قرن های 2 و 4 پیش از میلاد – با استفاده از گلدان های سفالی برای محدود کردن تبخیر هنگام آبیاری محصولات، در مصرف آب صرفه جویی می کردند.

زنده ماندن در زمان های خشک در استانبول، ترکیه، عمدتاً به دلیل کلیسای سیسترنا، بزرگترین آب انبار از میان صدها آب انبار باستانی امکان پذیر بود. در راجستان، شمال هند، چاند بائوری آب را در طول سال تامین می کرد.

در مناطق خشک، ذخیره آب و حفاظت در برابر سیل دو امر اجتناب ناپذیر هستند. سدها و سازه‌های انحرافی که نزدیک به 6000 سال پیش در جاوا، در اردن مدرن ساخته شده‌اند، این را ثابت می‌کنند. سد مأرب که توسط صابئیان در یمن ساخته شد، بر الگوهای زهکشی طبیعی برای ایجاد یک دریاچه مصنوعی و آبیاری محصولات در قلمرو خود متکی بود.

تمدن های باستانی سیستم های تامین آب را با به کارگیری دو اصل اساسی هیدرولیک می ساختند: «آب در سراشیبی جریان دارد» و «آب سطح خود را پیدا می کند».

مهندسان رومی اولیه از طریق سیستم کانال هیدرولیک گسترده خود آب را تامین می کردند. آنها از سیفون معکوس، یک ساختار هیدرولیکی که جریانی تحت فشار را در لوله ایجاد می کند، برای غلبه بر جاذبه و انتقال آب در میان دره ها استفاده کردند. یک سیستم متحول کارآمد به این معنی است که یک تمدن زمان و انرژی کمتری را برای انتقال آب صرف می‌کند و به آن اجازه می‌دهد رشد کند و پیچیده‌تر شود.

یک سیستم آبی موثرتر به معنای انرژی رایگان بیشتر برای یک تمدن است. در نواحی کوهستانی، این به معنای کاهش سرعت آب، کاهش قدرت فرسایشی آن برای آبیاری است. پلکانی کردن مسیرهای طولانی و پیچیده جریان آب زیرزمینی را ایجاد می کند و به سیستم ریشه گیاهان فرصتی برای جذب آب در مناظر خشک کوهستانی می دهد. پلکانی کردن مسیرهای طولانی و پیچیده جریان آب زیرزمینی را ایجاد می کند و به سیستم ریشه گیاهان فرصتی برای جذب آب در مناطق خشک کوهستانی می دهد.

در لبنان، نزدیک به 3000 سال پیش، بومیان زمین های پلکانی را به حوضچه های کوچک و کم عمق تقسیم کردند تا جنگل های سرو معروف را آبیاری کنند. چینی‌های باستان و اینکاها، در آمریکای جنوبی، به طور مشابه زمین‌های کوهستانی خود را پلکانی می‌کردند. امروزه، روش آبیاری “Djessure” در تونس هنوز به طور گسترده مورد استفاده قرار می گیرد و به گونه های زیتون و دیگر درختان اجازه می دهد در مناطقی که کمتر از 250 میلی متر در سال باران می بارد رشد کنند.

شرح عکس: در راجستان در شمال هند، چاند بائوری در طول سال آب تامین می‌کرد.

بسیاری از شهرهای بزرگ جهان از عکس مشکل رنج می بردند: آب بیش از حد. زمان و جایی که آب زیادی وجود داشته، مردم باستان دو انتخاب اصلی داشتند: یا دور از آب کار کنید یا کاری کنید که آب در اطراف شما کار کند. ساکنان باستانی ساوانا بنی در حوضه آمازون فوقانی در بولیوی تپه ها و مسیرهایی برای جلوگیری از فاجعه با کار در اطراف سیل ساختند.

آنها مصالحی متشکل از قطعات سفالی و زغال چوب به‌عنوان جزایر سبز حاصلخیز ایجاد کردند که در دشت سیلابی حیات را حفظ می‌کنند. به عنوان مهندسان محیط زیست، مردم بنی رشد جنگلی را که امروزه در آنجا یافت می شود، تقویت کردند.

وقتی یک تمدن آب زیاد داشته باشد، باید یاد بگیرد که چگونه از شر آن خلاص شود. یکی دیگر از فنون مهندسی رومی کلواکا ماکسیما است. این سیستم از 2600 سال پیش آغاز شد و یکی از قدیمی ترین و قابل اعتمادترین سیستم های فاضلاب جهان است که تا به امروز کار می کند. این فاضلاب نیمه مصنوعی که با محصور کردن، کانال‌کشی و افزایش جریان‌های طبیعی ایجاد شد، بعداً در لندن، بوفالو، نیویورک و شهرهای دیگر در قرن نوزدهم توسعه یافت.

سیستم های فاضلاب از مردم در برابر بیماری محافظت می کند و تمدن را سالم نگه می دارد. نمونه بارز آن مربوط به اواسط قرن نوزدهم انگلستان است. در طول یک اپیدمی وبا در لندن، در سال 1854، جان اسنو، دانشمند بریتانیایی، مشخص کرد که یک پمپ آب آلوده به فاضلاب خام و وبا منشا این همه گیری است. زمانی که کلر برای اولین بار در اواخر قرن نوزدهم برای مبارزه با تیفوس، وبا و سایر پاتوژن های منتقله از آب استفاده شد، راه را برای ضدعفونی آب هموار کرد.

بسیاری از فناوری های قدیمی آب می توانند کاتالیزوری برای حل مشکلات آب در جهان امروز باشند. آنها می توانند به رساندن آب به کلان شهرهای در حال رشد، مانند لیما، پرو کمک کنند. لیما با بیش از 10 میلیون نفر در منطقه متروی خود، دومین شهر بزرگ در یک بیابان است که تنها قاهره مصر از آن بزرگتر است.

از هر 10 نفری که در لیما زندگی می کنند، تنها 1 نفر به آب آشامیدنی دسترسی دارد. تا سال 2030، احتمالاً تقاضای آب در آنجا از عرضه بیشتر خواهد شد و بیشتر مردم لیما تشنه خواهند بود. به همین دلیل است که Aquafondo در حال بازیابی کیلومترها آموناس است. آکوافوندو نوعی سیستم جمع آوری و تحویل آب باستانی و پیش از اینکا ست.

مانند چاه چاند بائوری راجستان و سیستم جمع‌آوری آب، آموناها آب را در فصل خشک تامین می‌کنند و از خاک‌های کوهستانی محافظت می‌کنند. به همین دلیل است که دولت پرو ۲۴ میلیون دلار در زیرساخت های طبیعی سرمایه گذاری می کند.

اما سیستم های آبی باستانی در ارتفاعات آند نمی توانند آب آشامیدنی کافی برای کلان شهر مدرنی مانند لیما را تامین کنند. به همین دلیل است که رویکردهای ترکیبی از مهندسی مدرن با خرد باستانی و راه حل های مبتنی بر طبیعت به طور فزاینده ای محبوب هستند. در ایالات متحده، نیروی مهندسی ارتش ایالات متحده با الهام از ابتکاری در طبیعت موفق شده است بررسی کند که چگونه جنگل های حرا و جزایر ساخته شده از رسوبات لایروبی شده می توانند از خطوط ساحلی در برابر طوفان و طوفان محافظت کنند.

سیستم آبرسانی شهر نیویورک که با استفاده از اصول باستانی ساخته شده است، نمونه بارز مهندسی با طبیعت است. آب شهر با خدمات رسانی به نه میلیون نفر، از فاصله 200 کیلومتری توسط کانال ها و تونل ها تامین می شود. حتی چشمگیرتر این است که این آب آنقدر خالص است که تنها 10 درصد آن نیاز به فیلتر کردن دارد. اکوسیستم‌های جنگلی طبیعی اطراف مخازن نیویورک، آب را به‌طور طبیعی فیلتر می‌کنند و آن را دست نخورده نگه می‌دارند.

در ترکیب با فناوری‌های هوشمند آب، مانند شناورهای روباتیک که کیفیت آب را نظارت می‌کنند و مدل‌های محاسباتی، سیستم نیویورک به‌طور قابل‌اطمینانی آب را به ۹ میلیون نفر می‌رساند.

تنها چیزی که برای ایمن کردن آب نیویورک برای نوشیدن لازم است، تصفیه آن در بزرگترین کارخانه تابش میکروب کش فرابنفش در جهان است که قادر به ضد عفونی کردن بیش از هشت میلیارد لیتر آب در روز است. البته تابش فرابنفش نیز خدماتی است که به طور طبیعی توسط خورشید ارائه می شود. ضد عفونی آب خورشیدی یا SODIS نیز روشی قابل اعتماد برای ضدعفونی آب است، همانطور که متون باستانی هندو و سازمان بهداشت جهانی با فاصله هزاران سال از یکدیگر توصیه می کنند.

شرح عکس: Yerebatan Saray یا آب انبار باسیلیکا در استانبول، ترکیه، با قابلیت نگهداری 80000 متر مکعب آب.

متون آیورودا همچنین ذخیره آب در ظروف مسی و سفالی را توصیه می کردند. مس هنوز یک روش کاربردی برای تصفیه آب آشامیدنی است. این ابزار به ویژه برای بسیاری از مردم در کشورهای در حال توسعه کاربردی است.

اکسید مس (I) طبیعی (Cu2O) الکترون‌ها را از دیواره‌های سلولی و غشاهای باکتری می‌زداید و فرآیندهای درون سلولی مسئول تولید انرژی و تکثیر DNA را مهار می‌کند. تحقیقات اخیر حتی نشان داده است که مس و Cu2O می توانند ویروس ها و باکتریوفاژها را از آب آشامیدنی حذف کنند و یک مشکل مدرن را با فناوری عصر برنز حل کنند.

سایر فناوری های مدرن آب نیز بسیار شبیه به فناوری های باستانی عمل می کنند. ظروف خاکی ساخته شده از خاک رس به طور طبیعی یون ها را با آب ذخیره شده در آنها تبادل می کنند. تبادل یونی فرآیندی است که طی آن مواد معدنی و مواد مغذی با بار الکتریکی، کاتیون‌های مثبت و آنیون‌های منفی به ذرات رس متصل می‌شوند.

این جذب، اتصال به سطح یک ماده، همچنین از ویژگی های کربن و رزین های تبادل یونی مدرن است. امروزه رزین های کربن فعال و تبادل یونی عملکرد تصفیه آب ظروف سفالی را انجام می دهند و جایگزین فیلتراسیون زغال چوب قدیمی می شوند. مهمتر از آن، رزین های تبادل یونی می توانند به طور انتخابی آلاینده های خاص، از جمله آلاینده های جدید و نوظهور را متصل کنند. این آنها را به ابزاری انعطاف پذیر و مقیاس پذیر برای تصفیه آب تبدیل می کند.

پیچیدگی بسیار کمتری نسبت به رزین های تبادل یونی، گلدان های سفالی همچنین دارای مزیت محدود کردن تبخیر و رساندن آب آبیاری در جایی که نیاز است را دارند. مانند آبیاری گلدانی آب نبطی ها، کیسه آبی ساده و سیستم های آبیاری قطره ای مدرن روشی با تکنولوژی پایین برای صرفه جویی در مصرف آب هستند. هوش مصنوعی می تواند این را بهینه کند، اما درست مانند چرخ، گاهی اوقات توسعه نوآوری اصلی دشوار است.

حتی تمدن های باستانی برای مدیریت سیستم های آبی خود اطلاعات جمع آوری می کردند. جمع‌آوری داده‌های جریان و اندازه‌گیری زمان، اولیه‌ترین شکل فناوری آب هوشمند است. آواز، رقص، و هنر آیینی احتمالاً اولین شکل ثبت اسناد برای آب بوده است.

خطوط آهنگ در استرالیا توسط مردم محلی برای ثبت داده های آب مکانی ضروری برای بقای آنها استفاده می شد. بومیان با عملکرد آیینی به عنوان یک وسیله یادگاری و با استفاده از نقشه های ستاره ای به عنوان راهنمای مناظر، هزاران کیلومتر را به طور قابل اعتمادی پیمایش کردند. آنها با استفاده از این تکنیک 40000 ساله توانستند آب را در صحرا بیابند.

حتی داستان هایی وجود دارد که به طور دقیق افزایش سطح دریا را که تقریباً 13000 سال پیش در استرالیا مشاهده شده است، ثبت می کند و داده های با اطمینان بالا را تنها با استفاده از ذهن انسان و ویژگی های طبیعی برای بیش از 400 نسل حفظ می کند.

سنت شفاهی مردم Wardaman شامل یک چرخه سالانه از “داستان های رویایی” است که در طول سال به صلیب جنوبی متمرکز شده است. چرخه سالانه مبنایی برای پیش بینی الگوهای آب و هوا و در دسترس بودن آب در زمان های مختلف است. داشتن تقویم برای مدیریت آب در تمدن برای تأمین کشاورزی و نیروی کار تخصصی ضروری است.

آنچه از منابع بابلی می دانیم این است که ستاره شناسان سومری آسمان را رصد کردند تا تقویمی برای پیش بینی در دسترس بودن آب تهیه کنند. با استفاده از این تقویم، آنها می‌توانستند تقریباً زمان وقوع سیلاب دجله و فرات را تعیین کنند. این اطلاعات به کشاورزان این امکان را می دهد که برای سیل آماده شوند و محصولات کشاورزی را بکارند، تمدن سومری را تثبیت کرده و به آن اجازه می دهد هزاره ها ادامه یابد.

پس از آهنگ‌های بومیان استرالیایی، تقویم سومری همراه با مشاهدات مرحله جریان دجله و فرات ممکن است دومین نمونه اولیه از تجزیه و تحلیل پیش‌بینی‌کننده برای مدل‌سازی در دسترس بودن آب باشد.

شرح عکس: تراس های کشاورزی روی شیب صخره ای در شهر باستانی اینکاها در ماچو پیچو.

ابزارهای اندازه گیری مرحله جریان رودخانه احتمالاً جزو نوآوری های مهم بعدی در فناوری آب هوشمند هستند. در اشکال مختلف، نیلومتر فقط ابزاری برای توصیف وضعیت رود نیل نبود. ابزاری برای پیش بینی پیامدهای اقتصادی سطح رودخانه بزرگ شد. اگر طغیان سالانه رود نیل کمتر از حد ایده آل بود، احتمالاً قحطی رخ می داد. اگر بیش از حد بود، زیرساخت ها بر اثر سیل شسته می شد.

در هر صورت، این اندازه‌گیری نمونه اولیه تلاش برای پیش‌بینی و آماده‌سازی برای فاجعه بود. در پس رمز و راز روحانیت مصر باستان این ضرب المثل قدیمی پنهان بود: آماده باش.

اندازه گیری های بعدی مرحله یک رودخانه در اروپا داستان مشابهی از جشن یا قحطی را بیان می کند. سنگ های گرسنگی اروپای مرکزی در بستر رودخانه های خشک به عنوان یادآور قحطی قرار گرفتند. یکی از آنها که در رودخانه البه در جمهوری چک یافت شده است، روی آن نوشته شده است: «Wenn du mich siehst, dann weine».

به این معنی که «وقتی مرا دیدی، گریه کن.» این سنگ‌ها سطح آب رودخانه‌های اروپایی را به میزان قابل توجهی پایین‌تر نشان می‌دهند، نشان‌دهنده برداشت ناموفق محصولات، گرسنگی و فاجعه هستند. داده‌های واقعی و تفسیر دقیق به معنای زنده ماندن در حال حاضر، مانند گذشته است. پیامی که همه رهبران باید بشنوند، به ویژه در مواقعی مانند امروز.

از زمان Nilometers، سنگ های گرسنگی، تقویم ها، و آهنگ ها، ما پیشرفت فوق العاده ای در جهت پیش بینی دقیق در دسترس بودن آب داشته ایم. برای بیش از 125 سال، سازمان زمین شناسی ایالات متحده (USGS) داده های رودخانه های ایالات متحده را جمع آوری کرده است و تقریباً 250 میلیون مشاهدات را از 26000 جریان سنج جمع آوری کرده است.

این ظرفیت جمع‌آوری داده با وضوح بالا که در هزاران کیلومتر مستقر شده است به آمریکایی‌ها اجازه می‌دهد تا استرس آب را پیش‌بینی، پیش‌بینی و حفظ کنند. امروزه فناوری‌های دیجیتال آب نشان‌دهنده اصلاح این سیستم هستند که به وضوح‌های فوق‌العاده محلی و فوق‌العاده مقیاس‌بندی شده‌اند. واقعاً شگفت‌انگیز است که فکر کنیم اکنون می‌توانیم یک ساختمان را به‌عنوان یک حوضه آب ببینیم، زیرا اجداد ما داستان‌های مقدسی در مورد چگونگی کمک ستارگان به ما برای یافتن آب در بیابان می‌گفتند.

امروز چه چیزی به ما کمک می کند «آب در بیابان» را پیدا کنیم؟ یکی از اولین و تاثیرگذارترین فناوری هایی که ما توسعه دادیم، داستان بود. امروز چه چیزی به ما کمک می کند «آب در بیابان» را پیدا کنیم؟

چگونه با آن زندگی و کار می کنیم. چگونه آن را به اشتراک می گذاریم. اقتصاد دایره ای در واقع در مورد ادغام عوامل خارجی و بستن حلقه، به ویژه برای آب است. در اقتصاد آبی، ارزش با مدیریت چرخه ای آب برای صرفه جویی در زمان، تلاش و انرژی ایجاد می شود. و اقتصاد اساساً داستانی است که ما به خودمان می گوییم که چگونه با هم به اشتراک بگذاریم، زندگی کنیم و کار کنیم. مانند بومیان استرالیا، این داستان های ما هستند که جهان ما را ترسیم می کنند و به ما می گویند که چگونه زنده بمانیم.

اولین فناوری های آبی ما بازتاب این داستان هاست. آنها زیربنای اجتماعی، اقتصادی و زیست محیطی را برای مدیریت پایدار آب در حال حاضر و در آینده فراهم می کنند.

سوال این است که آیا ما می شنویم که آن داستان ها امروز به ما چه می گویند؟

این متن ترجمه ای بود از نوشته Walid Khoury و Michael Stanley Gallisdorfer در مجله smartwater. با تشکر ویژه از نویسندگان این مقاله بسیار جالب.