Ilość wody biorącej udział w obiegu hydrologicznym jest stała. Woda nieustannie krąży między atmosferą, powierzchnią ziemi i litosferą, zmieniając stan skupienia i właściwości – paruje z powierzchni gruntu i roślin, wyparowuje w kosmos i w wyniku przemian chemicznych tworzy się w płaszczu Ziemi, ulega kondensacji, tworzy chmury, z opadami deszczu i śniegu trafia na powierzchnię ziemi, spływa po niej i przesiąka w głąb gruntu, gromadzi się w zbiornikach podziemnych (struktury geologiczne zasobne w wody podziemne) i powierzchniowych, po czym ponownie paruje.

Powstawanie wód podziemnych jest elementem tego cyklu. Ich źródłem są bowiem głównie opady deszczu, wody roztopowe, czasem wody rzek, jezior i mórz. Różny jest jednak czas, w jakim zachodzi gromadzenie się wody. Zasadniczą rolę w tym procesie odgrywa budowa geologiczna.

Wody podziemne, zwłaszcza płytko występujące, pochodzą prawie wyłącznie z infiltracji wód opadowych, a w niewielkim stopniu również z infiltracji wód powierzchniowych. Są to tzw. wody infiltracyjne. Małe ilości wód podziemnych mogą pochodzić też z kondensacji pary wodnej zachodzącej w strefie aeracjistrefa aeracjistrefie aeracji (wody kondensacyjne). Na dużych głębokościach w wodach podziemnych mogą pojawiać się domieszki wód wydzielanych z roztworów magmowych (wody juwenilne) oraz wód kopalnych (wody reliktowe, zwane również pogrzebanymi lub szczątkowymi). Te ostatnie są zachowanymi w skałach osadowych pozostałościami wód powierzchniowych z dawnych epok geologicznych.

Woda opadowa lub pochodząca z wód powierzchniowych wsiąka w podłoże i przepływa (infiltruje) przez warstwę gruntu z różną prędkością, zależną od jego przepuszczalności. Najbardziej przepuszczalne są skały luźne (np. rumosze, żwiry, piaski) oraz skały zwięzłe, przez które przebiega bardzo gęsta sieć szczelin. Najmniejszą przepuszczalność mają iły, łupki, gliny, margle oraz skały lite, które nie są spękane.

Kiedy przesiąkająca woda napotka przeszkodę, którą jest zwykle warstwa skał nieprzepuszczalnych, wypełnia szczeliny i pory między ziarnami skał zalegającymi powyżej warstwy nieprzepuszczalnej. Tak powstaje warstwa wodonośna, w której wszystkie szczeliny i pory skalne wypełnione są wodą. Warstwa ta to strefa saturacji lub nawodnienia. Górną jej granicą jest zwierciadło wody gruntowej.

Rw4ApCeLzZCSp

Schemat przedstawia powstawanie warstwy wodonośnej. Opis schematu od dołu: warstwa nieprzepuszczalna, nad nią jest strefa nasycenia (saturacji), w górnej części strefy nasycenia poziomą linią zaznaczono zwierciadło wód podziemnych. Następnie jest szeroka warstwa strefy aeracji. Zaznaczono w niej zasilanie wód podziemnych. Od końca strefy aeracji do zwierciadła wód podziemnych zaznaczono pionową strzałką skierowaną w dół strefę napowietrzenia (aeracji). W górnej warstwie przekroju zaznaczono pionowymi strzałkami skierowanymi ku górze parowanie, zaś pionową strzałką skierowaną w dół wsiąkanie.

Strefa aeracji nie jest jednak całkowicie pozbawiona wody. Po opadach przez najgrubsze pory i szczeliny przepływa woda wolnawoda wolnawolna (grawitacyjna). W okresach bezopadowych w szczelinach i porach skalnych znajduje się powietrze atmosferyczne zawierające parę wodną. Najdrobniejsze ziarna skalne otaczają warstewki wody higroskopowejwoda higroskopijna (higroskopowa)higroskopowej i błonkowatejwoda błonkowatabłonkowatej. Są one związane siłami molekularnymi. W drobnych przestworach o średnicy poniżej 8,5 μmum (zwanych kapilarami) znajduje się woda kapilarna. Może być ona zawieszona, kiedy przesiąkająca woda zostaje zatrzymana w warstwie przypowierzchniowej gleby. Drugim typem jest woda podsiąkająca, wznosząca się wbrew sile grawitacji od poziomu wodonośnego. Wznios kapilarny może sięgać od kilku centymetrów w piaskach i żwirach do nawet kilku metrów w glinach.

Wody podziemne mogą powstawać i zalegać na różnej głębokości. Decyduje o tym naprzemienne ułożenie warstw przepuszczalnych i nieprzepuszczalnych umożliwiające powstawanie wielu poziomów wodonośnych. Wymienione powyżej rodzaje wód mogą występować w całej strefie aeracji, także w jej przypowierzchniowej warstwie, którą jest gleba. Nazywane są wtedy łącznie wodami glebowymi. Kiedy hamująca przesiąkanie, nieprzepuszczalna warstwa skał leży płytko pod powierzchnią terenu (do 1‑2 m), powstają wody przypowierzchniowe (zaskórne, wierzchówkowe), które okresowo, w warunkach deficytu opadów i dużego parowania, mogą nawet zanikać. Kiedy warstwa nieprzepuszczalna zalega na głębokości kilku, kilkunastu metrów, gromadząca się nad nią woda tworzy wody gruntowe o zwierciadle swobodnymzwierciadło swobodnezwierciadle swobodnym, aktywnie uczestniczące w obiegu hydrologicznym. Poniżej warstw nieprzepuszczalnych zalegają wody wgłębne, zasilane np. wodami gruntowymi przesiąkającymi przez okna hydrogeologiczne i szczeliny uskoków tektonicznych albo opadami na wychodniachwychodniawychodniach skał przepuszczalnych na powierzchnię. Ich zwierciadło jest dostosowane do kształtu nadległych warstw nieprzepuszczalnych. W strefach wychodni lub kontaktu z wodami innych horyzontów jest ono swobodne.

Jeżeli jednak warstwy geologiczne mają układ nieckowaty, w utworach przepuszczalnych położonych między warstwami skał nieprzepuszczalnych powstają wody o zwierciadle napiętymzwierciadło napiętezwierciadle napiętym, charakteryzujące się bardzo wysokim ciśnieniem hydrostatycznym. Kiedy wykona się odwiert lub wykopie studnię sięgającą aż do warstwy wodonośnej, woda samoczynnie podniesie się (woda subartezyjska) lub nawet wypłynie na powierzchnię terenu (woda artezyjska) zgodnie z zasadą naczyń połączonych.

RJoDNnaACQzwA

Zdjęcie przedstawia studnię artezyjską. Na fotografii jest oczko wodne. Wlewa się do niego woda z szerokiej rury. Kolor oczka wodnego jest brązowoczerwony. Za oczkiem wodnym jest mały, drewniany budynek. Teren wokół jest opustoszały. Rosną na nim drzewa i trawa.

Natomiast woda głębinowa znajduje się na dużych głębokościach - od kilkudziesięciu do kilkuset metrów, najczęściej pod warstwą skał nieprzepuszczalnych. Układ warstwy wodonośnej zależy od sposobu zalegania warstw geologicznych i ich ułożenia, dlatego wody głębinowe często mają zwierciadło napięte. Nie uczestniczą w cyklu hydrologicznym.

Słownik