תנאים סביבתיים רבים הקשו על האדם בבואו להתיישב בשדרת ההר של ארץ ישראל לאורך ההיסטוריה - מחסור חמור במקורות מים גדולים, איתנים ויציבים, ואקלים ים-תיכוני צחיח למחצה, הכולל תנודות עונתיות ושנתיות בכמות המשקעים. תנאים אלו עודדו את האדם להתיישב בסמוך למקורות המים הזמינים היחידים בהר - מעיינות השכבה, להם הייתה ספיקה תנודתית ולא יציבה. "מקורות המים היחידים שעמדו לרשות בני האדם באזורי ההר של ישראל היו מעיינות שכבה, המנקזים אקוויפרים קטנים מאוד", ציין פרופ' עמוס פרומקין במחקר שערך בשנת 2002.
מסיבות אלו, עמל והגדיל האדם שחי באזור את ספיקת המעיינות באופן מלאכותי, באמצעות חציבת מנהרות מפני השטח אל תוך התווך התת-קרקעי הרווי במים. פתרון זה, המכונה "מעיין נקבה", היווה חידוש שהתבסס על ידע הידרולוגי ויכולת הנדסית של יושבי האזור, ואחראי במידה רבה לשגשוג היישובי במרחב בעת העתיקה. במקרים רבים מעיינות הנקבה הפכו ראש למערכות שלחין קטנות ומכאן חשיבותם הגדולה - רק באמצעותם ניתן היה לגדל באזור ההר ירקות ויבול חד-שנתי לאורך כל השנה. הנקבות ומערכות השלחין הקשורות בהן מהוות במידה רבה גם את הבסיס לעיצוב נוף המדרגות אותו אנו מכירים בחבלי ההר של ישראל.
בשנים האחרונות מתבצע מחקר בפריסה ארצית, על ידי קבוצת חוקרים באוניברסיטה העברית, בראשות הדוקטורנט עזריאל יחזקאל מהמכון לארכיאולוגיה, ובהנחיה משותפת של פרופ' עמוס פרומקין מהמכון למדעי כדור הארץ ופרופ' עוזי ליבנר מהמכון לארכיאולוגיה, על מעיינות הנקבה בישראל. חלק מהמחקר התפרסם לאחרונה כמאמר מדעי בכתב העת Environmental Archaeology, וכן בכתב העת "אופקים בגיאוגרפיה", יחד עם ניתוח סטטיסטי לגבי המעיינות על ידי החוקרים עזריאל יחזקאל, פרופ' עמוס פרומקין וד"ר שאול ציונית. במאמר צוין כי בישראל יש למעלה מ-210 מעיינות נקבה, היקף שאין לו אח ורע במרחב הים-התיכון. מרביתם ממוקמים בשדרת ההר המרכזית של ישראל, כאשר האזור הצפוף ביותר הוא הרי ירושלים, ומעטים באזור הכרמל ובגליל. להערכת החוקרים, מעיינות הנקבה מתקופת הברזל ב' (ממלכת יהודה - ימי בית המקדש הראשון) שמוכרים בהרי ירושלים, הם הקדומים ביותר בעולם.
"למרות שלמעיינות הנקבה הייתה השפעה מכרעת על הביטחון הקיומי והכלכלי של יישובים כפריים בישראל, הידע שלנו על התופעה עדיין מוגבל", טוענים החוקרים במאמרם. כדי לבחון את השיקולים שהביאו את הקדמונים לחצוב מעיינות נקבה ואת השפעתם של אלו על הכלכלה וההתיישבות בעת העתיקה, השתמשו החוקרים במהלך עבודתם בתא השטח של הרי ירושלים כ"מעבדה". תא שטח זה אופטימאלי לעבודה מחקרית מאחר ומצויים בו ארבעה תנאים ייחודיים - כשליש ממעיינות הנקבה בארץ (70); המיפוי הארכיאולוגי יסודי והשטח נגיש; התיישבות כפרית ענפה למן תקופת הברונזה התיכונה ועד ימינו - אך רק עיר מרכזית אחת (ירושלים); וכן קבוצה גדולה של מעיינות שלא פותחו להם נקבה, ששימשו כקבוצת ביקורת.
לצורך כך נבנה מאגר נתונים המבוסס על 130 מעיינות (70 עם נקבה, ו-60 ללא נקבה) עם 21 פרמטרים לכל מעיין. על סמך ניתוח סטטיסטי ומרחבי של הנתונים נבנה מודל ייחודי המדרג את הקריטריונים שהנחו את הקדמונים בבואם לחצוב נקבה למעיין שכבה. "השערת המחקר היא שבני האדם שהיו באזור הכירו את התנאים הגיאולוגיים, הפיזיים והמרחביים המקומיים עבור כל מעיין שכבה, ואז החליטו אם לפתח בו נקבה או לא. אנחנו ניסינו להתחקות אחריהם", מבהירים החוקרים.
הפרמטר העיקרי והחשוב ביותר, בעזרתו ניתן היה "לנבא" את קיומה של נקבה למעיין היא הזיקה והנגישות לעיר העתיקה מירושלים. רוב הנקבות מצויות בטווח הליכה של כשעתיים בלבד מהעיר, ומעבר לטווח הליכה של כשעתיים וחצי - מספר מעיינות הנקבה יורד דרסטית. נראה אפוא שניתן להשתמש בפיזור מעיינות הנקבה ככלי להגדרת המרחב הכפרי של ערים קדומות בשדרת ההר. החוקרים מצאו כי פיתוח מעיינות נקבה היווה מרכיב מפתח בגידול היישובי באזור, התפתחותו ושגשוגו, ומסבירה את המאמץ הרב שהושקע בהם.
"יישובים כפריים הופיעו לראשונה בהרי ירושלים בתקופה הניאוליתית. כל עוד האוכלוסייה הייתה קטנה, היא הסתפקה במקורות מים טבעיים כמו מעיינות שכבה קטנים. מאז הקמת העיר ירושלים בתקופת הברונזה התיכונה, ובמיוחד מתקופת הברזל ב' ואילך, גדלה האוכלוסייה ויחד איתה הביקוש למזון, לתוצרת חקלאית ולמים לשתייה ולהשקיה. החלקים המזרחיים של אגני הנחלים רפאים-שורק נמצאו מתאימים במיוחד לפיתוח חקלאי בשל קרבתם לעיר ויתרונותיהם הפיזיים - ריכוז מעיינות, נגישות, שיפוע גיאולוגי נמוך ועמקים רחבים. לכן אגנים אלה הפכו לעורף הכפרי של ירושלים בתהליך שנמשך מאות ואף אלפי שנים. הדבר בא לידי ביטוי בנוף האזור, המאופיין בצפיפות מעיינות הנקבה וחקלאות שלחין, יחד עם צפיפות גבוהה ביותר של טרסות, המעידות על חקלאות בעל", מסבירים החוקרים.
במילים אחרות, המחקר מצא את שלל היתרונות הפיזיים הקיימים במעלה אגני הנחלים שורק ורפאים שנמצאים ממערב לעיר ירושלים - נחלים רחבים, שיפוע גיאולוגי מתון, כיסוי אינטנסיבי ביותר של מדרגות עיבוד וחקלאות בעל והריכוז הגבוה ביותר בארץ של מעיינות נקבה, וגישה נוחה לעיר. אלו מסבירים מדוע דווקא באגנים אלו התפתח העורף החקלאי של ירושלים לאורך ההיסטוריה. המחקר עצמו נתמך על ידי מרכז סוזן ורוג'ר הרטוג במכון לארכיאולוגיה, האוניברסיטה עברית בירושלים.