Strefa wód podziemnych

Wody podziemne to ogół wód występujących pod powierzchnią. Zasilane są najczęściej przez opady atmosferyczne (śnieg lub deszcz), które infiltrują w podłoże. Wsiąkanie w podłoże ma różną intensywność, uzależnioną od przepuszczalności podłoża, porowatości skał, ukształtowania powierzchni oraz stopnia zagęszczenia i rodzaju szaty roślinnej. Wody podziemne zasilane są również przez topniejący lód i śnieg oraz przez parę wodna z powietrza. Więcej na temat pochodzenia wód podziemnych znajdziesz w e‑materiale: „Pochodzenie wód podziemnych”

R1Yvo47qRVqtn

Schemat przedstawia czynniki wpływające na tempo i głębokość wsiąkania wód opadowych. Wolniejsze wsiąkanie powodują: mniejsza porowatość skał, mniejsza przepuszczalność podłoża, obszary równinne, bujniejsza szata roślina. Szybsze wsiąkanie powodują: większa porowatość skał, większa przepuszczalność podłoża, obszary o większym nachyleniu stoków, uboższa szata roślinna.

W wyniku wsiąkania wody w podłoże tworzą się strefy. Podłoża zbudowane są z różnych skał o różnych właściwościach i to one definiują daną strefę. Gdy woda wsiąka w warstwy skalne, to albo grawitacyjnie wsiąka dalej, albo zatrzymuje się. Wszystko to uzależnione jest od właściwości warstwy. Wyróżniamy:

• warstwy przepuszczalne – inaczej nazywane warstwami wodonośnymi, są to warstwy, których właściwości umożliwiają wsiąkanie wody. Warstwy te zbudowane są ze skał o różnej przepuszczalności. W obrębie tych warstw wyróżnia się strefę saturacji i aeracji;

• warstwy nieprzepuszczalne – to warstwy o właściwościach uniemożliwiających przedostawanie się wody. Warstwy te najczęściej zbudowane są z iłów, łupków, glin, margli oraz ze skał zwięzłych i litych, na których nie występują spękania.

RcIQxNuNwpnrI

Schemat przedstawia tworzenie się warstwy wodonośnej oraz podział na strefę saturacji i aeracji. Wsiąkająca woda zasila złoża wód podziemnych, zwiększa się zwierciadło wód podziemnych. Poniżej zwierciadła wód podziemnych jest strefa nasycenia (saturacji), a poniżej warstwa nieprzepuszczalna. Warstwa wodonośna (przepuszczalna) obejmuje strefę napowietrzenia (aeracji).

Można wyróżnić również okno hydrologiczne, czyli przerwę w warstwie skał nieprzepuszczalnych, która umożliwia grawitacyjne przemieszczanie się wody w niższe warstwy.

Zasoby wód podziemnych tworzą zwierciadło, dokładnie jest to linia równowagi cienia hydrostatycznego wody i ciśnienia atmosferycznego. W praktyce jest to górna granica zasięgu wód podziemnych. Zwierciadło zasięgu wód podziemnych może być swobodne oraz napięte. Swobodne zwierciadło nie jest ograniczone od góry warstwą nieprzepuszczalną, więc zmienia swój poziom w układzie pionowym – jest kształtowane przez ciśnienia atmosferyczne. Zwierciadło napięte natomiast jest od góry ograniczone warstwą nieprzepuszczalną, w związku z czym nie zmienia swojego poziomu, jest kształtowane przez ciśnienie hydrostatyczne (ciśnienie wody).

RiswYu4QQryc9

Schemat ukazuje przedstawienie wód o zwierciadle swobodnym i napiętym. Jeśli chodzi o wody podziemne o zwierciadle swobodnym, to strefa aeracji znajduje się nad warstwą wodonośną. Pod nimi znajduje się warstwa nierozpuszczalna. Natomiast schemat wód podziemnych o zwierciadle napiętym to warstwa nierozpuszczalna, wodonośna, nierozpuszczalna.

Rodzaje wód podziemnych

Wody podziemne dzieli się ze względu na różne czynniki. Poniżej omówiono najważniejsze z nich.

Rodzaj wypełnienia przestrzeni przez wodę

W warstwie wodonośnej woda wypełnia przestrzeń w określony sposób. W tym podziale wyróżniamy:

1. wody porowe – wody wypełniające pory w skałach osadowych okruchowych, magmowych i metamorficznych;

2. wody krasowe – wody wypełniające pustki w przestrzeniach wapieni, dolomitów i gipsów;

3. wody złożone – wody wypełniające skały w mieszany sposób.

Sposób powstawania

Wyróżnia się następujące typy wód podziemnych:

1. wody infiltracyjne – powstają wskutek przesiąkania przez szczeliny znajdujące się w glebie i w warstwach skalnych;

2. wody kondensacyjne – czyli powstające poprzez skraplanie pary wodnej w przypowierzchniowych warstwach gruntu; większe znaczenie mają na terenach suchych, położonych w klimacie zwrotnikowym (powstaje tak tam do 50% wód), na obszarach takich jak m.in. pustynie, półpustynie, stepy, sawanny, pampa i prerie. Wysokie temperatury w dzień powodują wzrost wilgotności powietrza w skałach, niskie temperatury w nocy przyczyniają się do skraplania zawartej w skałach pary wodnej (wypełniającej przestrzenie skalne), tuż pod lub bezpośrednio na powierzchni Ziemi, jest to możliwe po osiągnięciu przez parę wodną temperatury punktu rosy;

3. wody juwenilne – powstają z magmy wydostającej się z głębi Ziemi; powstają one na ostatnim etapie krzepnięcia magmy, kiedy jej temperatura spada poniżej wartości +375°C, dochodzi wtedy do uwolnienia zawartej w magmie pary wodnej, która następnie ulega skropleniu, skutkiem tego jest tworzenie się zbiorników wód podziemnych lub zasilanie już istniejących, czasem dochodzi do wypływu wód w postaci tzw. gejzerów lub gorących źródeł. Cechują się one dużym poziomem mineralizacji – zawierają liczne gazy;

4. wody reliktowe – zwane szczątkowymi lub dziewiczymi, zostały zgromadzone w odległej przeszłości geologicznej w wyniku sedymentacji synchronicznie z powstającymi osadami oraz w wyniku infiltracji w warstwach skalnych, a następnie zostały wyłączone z obiegu, przez co nie miały kontaktu z otoczeniem przez długi czas. Są to wody najrzadziej spotykane na Ziemi, położone są na znacznych głębokościach, należą do nich dawne wody infiltracyjne, które w wyniku ruchów skorupy ziemskiej znalazły się w tzw. pułapce geologicznej. Od tego czasu wody te nie mają możliwości brania udziału w krążeniu wód w przyrodzie. Są nieodnawialne.

Głębokość zalegania wód

W zależności od głębokości i warunków występowania poziomu wodonośnego, wysokości i zmienności temperatury oraz właściwości chemicznych wody, można wyróżnić następujące dwie strefy wód podziemnych:

• wody strefy aeracjistrefa aeracjistrefy aeracji, czyli strefy napowietrzania pomiędzy powierzchnią terenu a zwierciadłem wód podziemnych;

• wody strefy saturacjistrefa saturacji (nasycenia)strefy saturacji, czyli strefy nasycenia, będącej warstwą skalną, w której wolne przestrzenie (szczeliny lub pory) są całkowicie wypełnione wodą.

RQoS0TQ1YWdEQ

Schemat przedstawia strefy wód podziemnych. W górnej części sześciennego wycinku w głąb gleby przedstawiona jest strefa aeracji (napowietrzania). Strefę tą pokrywają skały silnie przepuszczalne, które zaznaczone są żółtym kolorem. Poniżej znajduje się strefa saturacji (nasycenia), którą stanowi woda. Pomiędzy strefą aeracji, a wodą jest zaznaczony poziom zwierciadła wody. Poniżej strefy saturacji zaznaczone są kolorem brązowym skały słabo przepuszczalne.

Wody strefy aeracji ze względu na rodzaj skał, w jakich występują, dzieli się na:

1. wody glebowe, które dzielimy jeszcze na wody:

• higroskopowe – powstałe w wyniku adsorcji cząsteczek pary wodnej z powietrza;

• błonkowate – przywierające do cząsteczek gruntu;

• kapilarne – wody wznoszące się w małych porach i szczelinach ponad zwierciadło wód podziemnych, wody kapilarne wypychane są ponad lustro wód podziemnych przez napięcie powierzchniowe;

2. wody porowe, które dzielimy na:

• wody wsiąkowe – wypełniają czasowo wolne przestrzenie, wody te wyróżniane są po opadach deszczu;

• wody zawieszone – powstają w wyniku wsiąkania wód przez soczewkę osadów nieprzepuszczalnych, występują okresowo, gdyż spływają w różnych kierunkach po soczewce i przesiąkają do wód gruntowych, często zdarza się, że wody zawieszone parują, ponieważ wpływa na nie powietrze atmosferyczne. Wody zawieszone wpływają na rozwój roślinności znajdującej się na powierzchni.

Wody strefy saturacji ze względu na rodzaj skał, w jakich występują, dzieli się na:

1. wody szczelinowe – występują w obrębie spękanych skał, w szczelinach skał litych, a niekiedy w szczelinach utworów spoistych; w ich obrębie wyróżniamy:

• wody zaskórnewody zaskórne (wierzchówki) albo wody przypowierzchniowewody zaskórne – tworzą się na skutek obfitych opadów na niewielkich głębokościach (do 2 m), w zagłębieniach terenu, w dolinach rzecznych i na brzegach jezior, ich temperatura podlega wahaniom dobowym i sezonowym, są zanieczyszczone związkami organicznymi, nie tworzą ciągłego zwierciadła i zanikają w wyniku parowania;

• wody gruntowewody gruntowewody gruntowe – powstają z wód opadowych, przesączają się przez porowatą glebę, a następnie gromadzą się w pokładach piasku, żwiru lub spękanych skałach litych, zalegają na większych głębokościach niż wody zaskórne. Ich temperatura jest stała i odpowiada średniej temperaturze powietrza miejsca, w którym występują, ich zwierciadło podlega wahaniom sezonowym oraz naśladuje formy rzeźby powierzchni, tworzą ciągłe warstwy wodonośne oraz obficie zasilają rzeki i jeziora, w głębszych warstwach są dobrze przefiltrowane, nie wpływają na nie bezpośrednio czynniki atmosferyczne. Wody te nie podlegają zmianom temperatury w ciągu doby, cechuje je równowaga termiczna. Ich temperatura zmienia się w zależności od pory roku. Występują poniżej wyraźnej i trwale utrzymującej się strefy napowietrzenia;

2. wody krasowe – powstają na terenach krasowych, w obrębie skał podlegających rozpuszczaniu, to wody występujące w kanałach powstałych wskutek agresywnego ługowania skał łatwo rozpuszczalnych (krasowienia) – przede wszystkim węglanowych. W obrębie wód krasowych wyróżniamy:

• wody wgłębnewody wgłębnewody wgłębne – położone poniżej spągu warstw słabo przepuszczalnych, są najczęściej zasilane wodami (strefa zasilania), które przesiąkają z powierzchni na wychodniach skał przepuszczalnych lub wodami przesiąkającymi przez szczeliny uskoków tektonicznych (strefa spływu), ze względu na izolację od warunków zewnętrznych nie podlegają wahaniom temperatury i charakteryzują się napiętym zwierciadłemnapięte zwierciadło wodynapiętym zwierciadłem, dostosowanym do kształtu nadległych warstw nieprzepuszczalnych, różnica poziomów najniżej i najwyżej położonych punktów zwierciadła umożliwia powstawanie efektu artezyjskiego, ze strefy spływu woda przepływa do strefy drenażu;

• wody głębinowewody głębinowewody głębinowe – zostały uwięzione w warstwach skalnych w przeszłości geologicznej, całkowicie odizolowane od czynników zewnętrznych, zwykle są silnie zmineralizowane, a niekiedy są wodami termalnymi, czyli ogrzanymi ciepłem Ziemi.

Stopień mineralizacji

Mineralizacja wody określa jej ogólną zawartość składników mineralnych. W podziale wód podziemnych ze względu na mineralizację wyróżniamy wody:

1. słodkie, czyli wody o znikomej zawartości związków mineralnych;

2. zmineralizowane, o niskiej zawartości składników mineralnych, butelkowane wody tego typu można kupić w sklepach;

3. mineralne, o wysokiej zawartości związków mineralnych, czyli ponad 1 g na litr wody.

Twardość

Twardość wody to inaczej określenie zawartości w wodzie węglanów wapnia i magnezu. W podziale tym wyróżnia się wody:

1. twarde, o dużej zawartości wyżej wymienionych składników;

2. miękkie, o niskiej zawartości wapnia i magnezu.

Temperatura

Wody podziemne wraz ze wzrostem głębokości są cieplejsze, średnio o 1ºC na 35 m głębokości (średnia dla kuli ziemskiej). W podziale tym wyróżniamy:

1. wody zwykłe – ich temperatura nie przekracza 20ºC;

2. wody termalne – nazywane również cieplicowymi, ich temperatura przekracza 20ºC.

Wody artezyjskie i subartezyjskie

Szczególnym rodzajem wód podziemnych są wody artezyjskie i subartezyjskie. Wody artezyjskie wypływają na powierzchnię pod wpływem ciśnienia hydrostatycznego, w wyniku przewiercenia lub naturalnej erozji górnej, nieprzepuszczalnej warstwy. Wody subartezyjskie natomiast, podobnie jak artezyjskie, pod wpływem ciśnienia hydrostatycznego podnoszą swój poziom pod powierzchnią ziemi, ale nie wypływają. W przypadku tego rodzaju wód występuje poziom piezometryczny, czyli poziom, który osiąga woda, przemieszczając się do góry pod wpływem ciśnienia. Na świecie baseny artezyjskie występują np. w Australii (Wielki Basen Artezyjski) oraz w USA (Wielki Basen Dakoty).

R18Bns7CLs28C

Schemat przedstawia występowanie wód subartezyjskich. Najniżej jest warstwa nieprzepuszczalna, kolejno wyżej: warstwa wodonośna, warstwa nieprzepuszczalna, w której występuje studnia artezyjska. Po lewej stronie występuje strefa zasilania podziemnych wód. Nad nią są chmury, z których pada deszcz. Po lewej i prawej nad warstwą nieprzepuszczalną znajdują się warstwy przepuszczalne.

Słownik