Wody podziemne

Wody podziemne – wszystkie wody znajdujące się pod powierzchnią Ziemi.

Charakterystyka wód podziemnychEdytuj

 
Schematyczne przedstawienie wód podziemnych.
 
Strefy dynamiki hydrogeologicznej wód podziemnych.

Dział geografii zajmujący się wodami podziemnymi to hydrogeologia[1].

Modelowy przykład wód podziemnych to wody pochodzące z opadów atmosferycznych i wsiąkające w ziemię, czyli wody infiltracyjne. Woda opadowa przesiąka przez przepuszczalne utwory skalne, np. piaski i zatrzymuje się na spągu warstwy o niskiej przepuszczalności lub nieprzepuszczalnej[2]. Zaczyna się gromadzić, wypełniając puste przestrzenie (pory i szczeliny) w skale przepuszczalnej[2]. Strefa, w której wszystkie szczeliny i pory są wypełnione wodą to strefa saturacji (strefa nawodniona, strefa nasycenia wodą)[2][3]. Ponad strefą saturacji znajduje się strefa aeracji (napowietrzenia), która sięga powierzchni Ziemi[2][3]. Granicę tych stref stanowi zwierciadło wód podziemnych, czyli powierzchnia wód podziemnych[2][3]. Fizycznie jest to umowna linia równowagi między ciśnieniem atmosferycznym, a ciśnieniem hydrostatycznym wód podziemnych.

Obecność i charakter wód podziemnych w dużym stopniu zależy od własności hydrogeologicznych skał.

Wody mogą się przemieszczać (wody ruchliwe) i wówczas wyróżnia się u nich trzy poziome strefy dynamiki hydrogeologicznej: strefę zasilania, strefę spływu oraz strefę drenażu[4]. Ponad 50% zasobów wód podziemnych znajduje się natomiast w bezruchu (wody stagnacyjne) i wówczas można powiedzieć, że znajdują się one w strefie stagnacji hydrogeologicznej[4].

Udział wód podziemnych w cyklu hydrologicznymEdytuj

Osobny artykuł: Cykl hydrologiczny.
 
Skład hydrosfery litologicznej ze względu na intensywność wymiany wód.
 
Schematyczne przedstawienie wód w strefie aeracji. A – ziarno skalne; Bwoda higroskopowa; Cwoda błonkowata; D – kierunek działania sił molekularnych; Ewoda wolna; F – kierunek działania siły grawitacji; G – powietrze glebowe z parą wodną.
 
Schematyczne przedstawienie różnych rodzajów wód podziemnych ze względu na głębokość. Awody przypowierzchniowe; Bwody gruntowe; Cokno hydrogeologiczne; Dwody wgłębne; Ewody głębinowe; F – skały nieprzepuszczalne.

Zasoby wód podziemnych słodkich są szacowane na 10 053 000 km3, co stanowi 30,1% całkowitej ilości wód słodkich[5], a wliczając słone wody podziemne to są one trzecim (po wodach oceanicznych i lodowcach) zbiornikiem wód na Ziemi (23 400 000 km3 – ok. 1,7% zasobów hydrosfery)[a][6].

Wody podziemne przemieszczają się w skałach pod wpływem grawitacji i ciśnienia hydrostatycznego i gromadzą się w trzech strefach, wyróżnionych ze względu na intensywność wymiany[7]:

  • strefa aktywnej wymiany – wody uczestniczą w cyklu hydrologicznym, odnawialne w cyklu rocznym, zasilane przez infiltracje opadów (wody infiltracyjne) i drenowane przez wody powierzchniowe (wody potamiczne), występują mniej więcej do 100 metrów w głąb Ziemi, są to wody współczesne, ich całkowity czas wymiany wynosi ok. 230-360 lat.
  • strefa utrudnionej wymiany – również uczestniczą w cyklu hydrologicznym, strefę drenażu stanowią głębokie doliny rzeczne, depresje i dna oceaniczne, czas całkowity wymiany jest zdecydowanie dłuższy i się kilkunastu tysięcy lat, są to wody dawne, występują na głębokościach ok. 400 metrów w głąb Ziemi.
  • strefa stagnacji, strefa zredukowanej wymiany – większość z nich znajduje się w bezruchu, co jest spowodowane brakiem drenażu i zasilania, stanowią zdecydowaną większość zasobów wód podziemnych, ich całkowity czas wymiany sięga nawet kilkudziesięciu milionów lat, występują na głębokości nawet do 2 km od powierzchni Ziemi, ich udział w cyklu jest nikły.

Wody podziemne potamiczne zasilają i drenują wody powierzchniowe[8].

Klasyfikacja wód podziemnychEdytuj

Istnieje wiele klasyfikacji wód podziemnych. Najważniejsze to: klasyfikacja genetyczne (ze względu na sposób powstawania) oraz klasyfikacja ze względu na miejsce i sposób występowania.

Podział ze względu na genezęEdytuj

W ogólnie przyjętej klasyfikacji genetycznej wód podziemnych w Polsce wyróżnia się:

Podział ze względu na występowanieEdytuj

Wody podziemne mogą występować w strefie aeracji oraz w strefie saturacji. Przy czym w strefie napowietrzenia występują wody wolne i wody związane, zaś w strefie nasycenia tylko wody wolne.

Wody w strefie aeracjiEdytuj

Wody w strefie saturacjiEdytuj

Podział ze względu na stan napięcia zwierciadła wód podziemnychEdytuj

Zwierciadło wód podziemnych może być swobodne lub napięte, czyli wymuszone przez nadległe warstwy skalne. Wyróżnia się w związku z tym wody swobodne i wody naporowe[37].

Wody naporowe znajdują się pod pewnym ciśnieniem, które jest zwane ciśnieniem piezometrycznym[38][35]. Jego wartość jest odzwierciedlana przez linię ciśnienie piezometrycznego i jeżeli znajduje się ona poniżej powierzchni terenu ciśnienie nazywa się subartezyjskim i odpowiednio wody naporowe subartezyjskimi, jeżeli jednak przebiega powyżej powierzchni topograficznej to będzie to ciśnienie artezyjskie i odpowiednio wody artezyjskie[38][35][39].

Podział ze względu na rodzaj skał, w których występująEdytuj

Istnieją również formy przejściowe: wody warstwowo-szczelinowe czy wody szczelinowo-krasowe.

Podział ze względu na temperaturęEdytuj

Wody podziemne mogą mieć różną temperaturę (wody głębinowe często są podgrzewane przez ciepło Ziemi). Temperatura waha się od 0 do nawet 100°C[46].

Podział stosowany w hydrogeologii wyróżnia trzy typy wód ze względu na właściwości termiczne[47][48]:

W balneologii, czyli nauce medycznej zajmującej się właściwościami leczniczymi wód podziemnych, wyróżnia się[47][48]:

Ostatni podział termiczny wód podziemnych porównuje temperaturę wody do średniej temperatury ciała człowieka i wyróżnia[47][48]:

  • wody hipotermalne (20°C < T < 34°C)
  • wody homeotermalne (34°C < T < 38°C)
  • wody hipertermalne (T > 38°C)

Podział ze względu na zawartość związków mineralnychEdytuj

Zawartość związków mineralnych w wodzie nazywamy jej mineralizacją. Istnieje bardzo duża ilość szczegółowych podziałów wód podziemnych ze względu na obecność konkretnych jonów lub grup jonów. Podstawowy podział wód podziemnych zaproponowany przez Zdzisława Pazdrę, wyodrębnia poszczególne jej rodzaje na podstawie ilości tzw. pozostałości suchej (tu oznaczona jako S), czyli osadu pozostałego po odparowaniu H2O[49]:

Wykorzystanie gospodarczeEdytuj

Wody podziemne są szeroko wykorzystywane w gospodarcze.

Najważniejszym wykorzystaniem wód podziemnych jest pozyskiwanie wody wodociągowej, ale przede wszystkim wody dla przemysłu[51]. Wykorzystuje się do tego celu np. studnie , które pozwalają na wydobycie wody z warstw wodonośnych. Specyficznym rodzajem studni są studnie artezyjskie, które do wydobycia wody na powierzchnię wykorzystują ciśnienie piezometryczne wód naporowych, dzięki któremu woda wydostaje się przez studnie samoistnie. Najczęściej w tych celach eksploatuje się wody wgłębne lub gruntowe (wgłębne są czystsze i często artezyjskie co ułatwia wydobycie).

Wody reliktowe, które często są podgrzewane przez ciepło Ziemi, tworząc wody termalne, są wydobywane i wykorzystywane w branży ciepłowniczej, w balneologii, w rekreacji (np. baseny termalne) oraz w branży uzdrowiskowej (uzdrowiska geotermalne)[52].

Wody mineralne dzięki zawartości pewnych związków chemicznych mogą posiadać właściwości lecznicze i być wykorzystywane w uzdrowiskach[53]. Najszerzej wykorzystywanym wodami mineralnymi są tzw. solanki, czyli wody o dużej zawartości jonów chlorkowych i sodowych[54].

Wody podziemne w polskim prawieEdytuj

Ustawa prawo geologiczne i górnicze (Dz.U. z 2011 r. poz. 163) nie uznaje wszystkich wód podziemnych za kopaliny, a jedynie wody lecznicze, wody termalne i solanki. W związku z tym wody te podlegają stosownej ochronie.

Zobacz teżEdytuj

UwagiEdytuj

  1. W obliczeniach nie uwzględniono zasobów wód podziemnych Antarktydy szacowanych na ok. 2 000 000 km3 z czego ok. 1 000 000 km3stanowią wody słodkie.
  2. W niektórych opracowaniach wody ultrasłodkie, słodkie i akratopegi zawiera się w jednej grupie wód zwykłych (również słodkich).

PrzypisyEdytuj

  1. Pazdro, Kozerski 1990 ↓, s. 18.
  2. a b c d e Bajkiewicz-Grabowska 2020 ↓, s. 55.
  3. a b c d Kowalski 2003 ↓, s. 74.
  4. a b Bajkiewicz-Grabowska 2020 ↓, s. 55, 69-70.
  5. Bajkiewicz-Grabowska 2020 ↓, s. 33.
  6. Bajkiewicz-Grabowska 2020 ↓, s. 34.
  7. Bajkiewicz-Grabowska 2020 ↓, s. 50-51.
  8. Bajkiewicz-Grabowska 2020 ↓, s. 70.
  9. Kowalski 2003 ↓, s. 72.
  10. Pazdro, Kozerski 1990 ↓, s. 39-41.
  11. Kowalski 2003 ↓, s. 72-73.
  12. Pazdro, Kozerski 1990 ↓, s. 41-43.
  13. a b Kowalski 2003 ↓, s. 73.
  14. Pazdro, Kozerski 1990 ↓, s. 43-44.
  15. a b Pazdro, Kozerski 1990 ↓, s. 44.
  16. a b Bajkiewicz-Grabowska 2020 ↓, s. 57.
  17. Bajkiewicz-Grabowska 2020 ↓, s. 57-58.
  18. a b c Kowalski 2003 ↓, s. 75.
  19. Pazdro, Kozerski 1990 ↓, s. 48.
  20. Bajkiewicz-Grabowska 2020 ↓, s. 59.
  21. Pazdro, Kozerski 1990 ↓, s. 49.
  22. Bajkiewicz-Grabowska 2020 ↓, s. 59-61.
  23. Pazdro, Kozerski 1990 ↓, s. 49-58.
  24. Bajkiewicz-Grabowska 2020 ↓, s. 62.
  25. Bajkiewicz-Grabowska 2020 ↓, s. 72-73.
  26. Kowalski 2003 ↓, s. 82.
  27. Pazdro, Kozerski 1990 ↓, s. 235-236.
  28. Bajkiewicz-Grabowska 2020 ↓, s. 73.
  29. Kowalski 2003 ↓, s. 82-83.
  30. Pazdro, Kozerski 1990 ↓, s. 237-239.
  31. Bajkiewicz-Grabowska 2020 ↓, s. 73-80.
  32. Kowalski 2003 ↓, s. 83-85.
  33. Pazdro, Kozerski 1990 ↓, s. 253-255.
  34. Bajkiewicz-Grabowska 2020 ↓, s. 81.
  35. a b c Kowalski 2003 ↓, s. 85.
  36. Pazdro, Kozerski 1990 ↓, s. 270-271.
  37. Bajkiewicz-Grabowska 2020 ↓, s. 72, 79.
  38. a b Bajkiewicz-Grabowska 2020 ↓, s. 78.
  39. Pazdro, Kozerski 1990 ↓, s. 255-271.
  40. Bajkiewicz-Grabowska 2020 ↓, s. 82.
  41. Bajkiewicz-Grabowska 2020 ↓, s. 82-84.
  42. a b Kowalski 2003 ↓, s. 86-88.
  43. Pazdro, Kozerski 1990 ↓, s. 275-280.
  44. Bajkiewicz-Grabowska 2020 ↓, s. 84-86.
  45. Pazdro, Kozerski 1990 ↓, s. 280-285.
  46. Kowalski 2003 ↓, s. 106.
  47. a b c Kowalski 2003 ↓, s. 107.
  48. a b c Pazdro, Kozerski 1990 ↓, s. 120.
  49. Pazdro, Kozerski 1990 ↓, s. 138.
  50. Pazdro, Kozerski 1990 ↓, s. 139.
  51. Wykorzystanie gospodarcze wód, Global Compact Network Poland, 20 lutego 2019 [dostęp 2021-03-15] (pol.).
  52. Geotermia, Państwowy Instytut Geologiczny - PIB [dostęp 2021-03-15] (pol.).
  53. Wody lecznicze, Państwowy Instytut Geologiczny - PIB [dostęp 2021-03-15] (pol.).
  54. Solanki, Państwowy Instytut Geologiczny - PIB [dostęp 2021-03-15] (pol.).

BibliografiaEdytuj