Грунтові води

 

Однією з головних завдань XIX століття є контроль над світовими водними ресурсами, що включають і грунтові води – дуже важливе джерело води, що прокладає собі шлях крізь товщу каменю і породи під землею.

В океанах (про те, що таке океан, читайте в цій статті) зосереджено понад 97% всіх світових запасів води. У льодовиках (про те, що таке льодовики, читайте в цій статті) заморожено 2%, 0,6% припадає на частку ґрунтових вод, 0,2% знаходиться в річках (про річках читайте в цій статті), і всього лише 0,001% зосереджено в атмосфері (за тією атмосферою читайте тут) у вигляді водяної пари.

Водоносна порода

Під час дощу частина води по землі стікає в струмки і ріки, частина води випаровується, повертаючись у вигляді невидимого водяної пари в атмосферу, а частина води поглинається грунтом і живить рослини живлющою вологою.

У гірську породу, крізь ґрунт йде вода, яка «незатребувана» рослинами. Пориста порода утворюється з зчленованих гранул, розділених порожнинами, через які просочуються гази або рідина. Така порода воду вбирає як губка.

Наприклад, саме таку пористу породу є піщаник, який складається зі спресованих гранул піску. Інші види породи, такі як вапняк або граніт, незважаючи на те, що вони не мають пористої структури, розрізані множинними розломами або тріщинами, крізь які припадають вода і повітря. Їх називають водовбирним.

Потоки дощової води, які проходять через розломи і тріщини у вапняку, можуть його розмивати, і в результаті цього утворюються химерні лабіринти гротів і тунелів.

ПІДЗЕМНІ РІЧКИ.

В пластах вапняку грунтові води іноді утворюють цілі річки. Їх рівень після сильних дощів значно підвищується. Таке підвищення рівня підземних річок може становити загрозу для спелеологів (вчених, які досліджують печери) і туристів, які опинилися в цей час в печерах.

Між водовбирним і пористими породами велика різниця полягає в тому, що вода крізь останні просочується вкрай повільно.

Тверді частинки і інші домішки грунтових вод, внаслідок цього, фільтруються природним чином.

Тому, коли в підземні водойми потрапляє забруднена вода через водовбирні породи, які позбавлені таких фільтраційних властивостей, ступінь її забруднення буде вище, ніж у води, яка очищена пористими відкладеннями пісковика або вапняку.

Водопроникність.

Геологи кваліфікують і водовбирні і пористі породи як водопроникні. Водоносними шарами або резервуарами грунтових вод називаються горизонти, які служать вместилищами для ґрунтових вод, як, наприклад, крейдяні відкладення, які сформувалися в крейдяний період (65-114 млн. Років тому) на місці сучасної Британії.

До водонепроникним (водотривким) відносяться породи, через які не може просочуватися вода.

Як правило, глибина залягання ґрунтових вод невелика. Вода просочується крізь водопроникні породи до тих пір, поки не досягне непроникного шару і не почне там накопичуватися.

Водою наповнюються порожнини в нижній частині водопроникної породи – зоні насичення. Рідко такі зони розташовуються на великій глибині, тому, що нижче 50 м під землею під тиском верхніх шарів порода стає надзвичайно щільною.

ОБРІЇ ГРУНТОВИХ ВОД.

Вода в деяких зонах насичення може накопичуватися тисячами років. Наприклад, в пустелі Сахара, під час нафтових розробок, були виявлені величезні водоносні горизонти з водою, які почали там збиратися після останнього льодовикового періоду. Сахара в той час була територією з великою кількістю озер і річок і вологим кліматом (докладніше про типи клімату читайте тут).

Передбачається, що в цих водоносних горизонтах накопичилося близько 35 тис. Км3 грунтових вод. Лівія, використовуючи свої «нафтодолари», на початку 90-х завершила перший етап колосальної будівельної програми, яка отримала назву «Велика антропогенне річка».

Мета цієї програми – видобуток через свердловини величезних запасів ґрунтових вод, які скупчилися під Сахарський піском, і транспортування води через трубопровід (діаметр труби настільки широкий, що по ній вільно б міг проїхати автомобіль) до середземноморського узбережжя, де проживає більшість населення країни.

Верхня частина зони насичення – це горизонт грунтових вод, рівень якого коливається в залежності від випали дощів.

Постійний горизонт грунтових вод – це рівень, нижче якого порода завжди залишається насиченою.

На рівень горизонту, крім того, впливає характер ландшафту. Наприклад, горизонт під низменностями нижче, а під височинами він вище. Але, як правило, в місцевостях з плоским рельєфом грунтові води знаходяться найближче до поверхні.

У місцях тріщин породи, розломів і зрушень, крізь які випливають на поверхню підземні води, так само виникають джерела.

Джерела також можуть тимчасово пересихати. Це відбувається в тих місцях, де помітно падає рівень горизонту грунтових вод в посушливі періоди. Їх називають пересихають.

У районах з переважно вапнякової породою джерела на поверхні іноді просочуються крізь неї, зливаючись під землею з іншими ґрунтовими водами і утворюючи підземні річки.

АРТЕЗІАНСЬКА ВОДА.

Деякі водопроникні горизонти виявляються затиснутими зверху і знизу пластами водонепроникною породи, які утворюють природний бар’єр на шляху грунтових вод.

Ґрунтова вода при нахилі таких шарів спрямовується вниз і скупчується на дні під великим тиском.

Французька провінція Артуа дала ім’я цій воді – артезіанська. Саме в цій провінції були пробурені перші артезіанські свердловини, і вода під власним тиском вирвалася назовні.

На сході Австралії в водопроникних горах Великого Вододільного хребта, зокрема, утворилася артезіанська вода. В цей похилий пласт (поверх якого на захід залягає водонепроникний шар глини) стікає дощова вода, і поповнює запаси Великого артезіанського басейну площею в 1 550 000 км2 (район Південної Австралії, Нового Південного Уельсу і Квінсленда).

Там фермери бурять свердловини, які досягають водоносного горизонту, отримуючи воду для поливу і пиття. Раніше в колодязях Австралії артезіанська вода на поверхню піднімалася під власним тиском, але, тепер воду доводиться відкачувати насосами, тому що горизонт грунтових вод опустився.

У Лондонському і Паризькому басейнах також знаходяться великі масиви артезіанських вод. Під столицею Великобританії водоносний горизонт складається з шарів крейди, які виходять на поверхню в районі північних пагорбів на півдні, на північному заході і в гористій місцевості Чилтерн-Хіллс.

Пористі шари крейди затиснуті водонепроникними відкладеннями глини, які запобігають витіканню води. Але в цих басейнах запаси грунтових вод настільки виснажені, що і в Парижі, і в Лондоні їх поповнення відбувається за рахунок наземних водойм.

В деяких джерелах, особливо в тих районах, де підвищена вулканічна діяльність, і магма знаходиться близько до поверхні, вода дуже тепла, іноді навіть кипляча.

 

Термальними джерелами або гарячими ключами називаються джерела, в яких вода має температуру вище середньорічної температури в даній місцевості.

У гарячих ключах велика частина води поповнюється з дощем: крізь породу просочується дощова вода, щоб потім знову вийти на поверхню.

Однак деяка частина води є магматичної, або ювенільної – утвореної при охолодженні і кристалізації магми.

У регіонах з горотворні діяльністю і підвищеної геологічної активністю також поширені гарячі ключі.

Особливий вид гарячих ключів є гейзери, які викидають стовпи води і пара високо над землею.

Слово «гейзер» походить від ісландського «geysir», що означає «фонтан». На планеті всього в чотирьох місцях зустрічається цей природний феномен: в Йеллоустонськом національному парку (США, докладніше про країну дивіться в цій статті), в Ісландії, на Камчатці (Росія, докладніше про країну дивіться в цій статті) і в Ісландії. З усіх гейзерів найвідоміший знаходиться в США – це Олд Фейтфул.

Водозбереження.

Грунтові води мають важливе значення для промислових і побутових цілей і для сільського господарства. Наприклад, 20% використовуваної води в США, надходить саме з резервуарів грунтових вод.

Однак в деяких районах, в тому числі в таких великих фермерських штатах, як Техас і Каліфорнія, запаси грунтових вод виснажуються набагато швидше, ніж заповнюються.

Вже неодноразово це призводило до перебоїв з подачею води, через що деякі ферми змушені були закритися.

За рахунок грунтових вод більше половини всієї потреби у воді задовольняється в Південно-Східній Англії. Через небувалу літню посуху, в кінці 1980-х років, горизонт грунтових вод істотно знизився, це послужило причиною серйозного дефіциту води.

В результаті цього побутове споживання води, особливо для поливу газонів, було обмежено.

ЯКІСТЬ ВОДИ.

Сьогодні занепокоєння викликає не тільки зменшення кількості, а й зниження якості грунтових вод, причому в останні роки вчені звертають увагу на підвищення концентрації твердих частинок, що знаходяться в грунтових водах.

Вода в регіонах з переважанням вапнякової породи рясніє карбонатом кальцію (головним хімічним компонентом вапняку).

Це особливо наочно проявляється на прикладі карстових печер: вода, краплями падаюча зі склепінь, відкладає карбонат кальцію у вигляді плівки, яка наростає і утворює схожі на бурульки сталактити.

На кам’яній підлозі печери утворюються інші відкладення карбонату кальцію – колоноподібні сталагміти.

Коли сталагміти та сталактити стикаються і зростаються, утворюються справжні колони, ряди яких нагадують вигадливий гігантський орган.

У будинках, що постачаються водою з вапнякових грунтових водойм, вода помітно жорсткіше. Жорсткість води – спеціальні термін, який характеризує концентрацію в ній мінеральних солей.

Про жорсткості води можна судити по скопилася на спіралі кип’ятильника або внутрішньої поверхні чайника накипу, утвореною бікарбонатами, а також хлоридами і сульфатами кальцію і магнію.

Якщо вода занадто жорстка, в ній майже неможливо отримати мильну піну, а при іригації з використанням жорсткої води знаходяться в ній тверді мінерали сильно засоляются грунт аж до утворення своєрідної соляної кірки на її поверхні.

Вода найнижчої якості надходить, як правило, з глибоких шарів зони насичення, тому що саме тут концентрація розчинених мінералів найбільш висока.

Витягуючи занадто багато води з колодязів в прибережних районах, фермери тим самим знижують горизонт води, і морська вода може іноді проникнути вглиб суші і, відповідно, в зону насичення.

Тоді вода в колодязях в такій місцевості стає солоною і непридатною для пиття і поливу.

ЗАГРОЗА ЗАБРУДНЕННЯ.

Забруднення води (докладніше про цю проблему читайте тут) – серйозна екологічна проблема, що стосується не тільки поверхневих річок, озер і морів, але також т грунтових вод.

У міській місцевості каналізація, стоки промислових відходів, водовідведення при гірничорудних роботах та інші джерела засмічення можуть зробити грунтові води непридатними для використання.

Та й в сільській місцевості від добрив і пестицидів якість води може значно зіпсується. Контроль за водопостачанням і водоспоживанням є однією з найважливіших глобальних завдань сучасності, оскільки потреба у воді постійно зростає не тільки в сільському господарстві і в промисловості, але також в побуті, будучи результатом неухильного зростання населення планети.

Посилання на основну публікацію