Wody podziemne

Wody podziemne – wody, zalegające pod powierzchnią Ziemi na różnych głębokościach, powstałe na skutek różnych procesów geologicznych. Ich łączna objętość wynosi ok. 60 000 tys. km³, co stanowi ok. 4,12‰ ogólnej objętości zasobów hydrosfery Ziemi. Strefa nasycenia wodami podziemnymi nosi nazwę strefy saturacji, i położona jest poniżej strefy nasycenia powietrzem glebowym i innymi gazami czyli strefy aeracji. W strefie aeracji mogą występować wody, ale tylko jako wody zawieszone albo związane (woda higroskopijna, woda błonkowata, woda kapilarna). Miejsce wypływu wód podziemnych na powierzchnię w zależności od obfitości i sposobu wypływu to źródło, młaka, wykap lub wysięk.

Klasyfikacja wód podziemnych

Geneza wód podziemnych

Ze względu na sposób powstawania wód podziemnych można wyróżnić wody infiltracyjne, które powstają wskutek przesiąkania wody przez szczeliny w glebie i warstwach skalnych, wody kondensacyjne, czyli takie, których przyczyną powstania było skraplanie pary wodnej w przypowierzchniowych warstwach gruntu, wody juwenilne, czyli wody, które powstają z magm wydostających się z głębi Ziemi lub wody reliktowe, które w przeszłości geologicznej zostały uwięzione w warstwach skalnych i przez to nie miały kontaktu z otoczeniem przez długi czas. Wśród reliktowych rozróżnić możemy również sedymentacyjne i infiltracyjne.

Sposób występowania

W zależności od głębokości i warunków występowania można wyróżnić następujące wody podziemne:

Wody strefy aeracji

• wody błonkowate (wody adhezyjne) – woda otaczająca błonką ziarna mineralne, powierzchnia których jest wysycona wodą higroskopijną. Z ziarnem mineralnym wiążą je siły elektryczne przyciągające drobiny wody. Grubość błonki nie przekracza 0,5 μm. Gęstość wód błonkowatych jest większa niż wody wolnej, temperatura zamarzania niższa od 0 st.C. Nie podlega sile ciężkości, nie przenosi ciśnienia, ma ograniczoną zdolność rozpuszczania. Zdolność wiązania wody błonkowatej to wodochłonność molekularna, a ilość wody błonkowatej w skale to wilgotność molekularna.
• wody higroskopijne – związane siłami molekularnymi z ziarnami mineralnymi skał. Powstają na drodze adsorbcji przez ziarna drobin pary wodnej z powietrza. Gęstość w. h. wynosi 2 g/dm3, temperatura zamarzania -78 st.C. W. h. nie przenoszą ciśnienia hydrostatycznego, nie mają zdolności rozpuszczania, ani zdolności do ruchu. Mogą otaczać ziarno mineralne częściowo lub całkowicie. Całkowite wysycenie powierzchni ziarn drobinami wody nazywamy maksymalną wilgotnością higroskopijną;
• wody kapilarne – występują w strefie aeracji w porach i szczelinach o wymiarach kapilarnych. Poruszają się pod wpływem sił spójności i przylegania tworząc na granicy strefy saturacji i strefy aeracji strefę wzniosu kapilarnego. Wody kapilarne podlegają sile ciężkości, przekazują ciśnienie, mają zdolność rozpuszczania, zamarzają w temperaturze nieco niższej od 0 st.C. Wyróżnia się: wodę kapilarną właściwą – nieoderwaną od wody wolnej w strefie saturacji i wody kapilarne zawieszone – tworzące soczewki w strefie aeracji;
• wody wolne – tworzące w strefie aeracji lokalne zbiorowisko nad stropem soczewki utworów nieprzepuszczalnych, którego zasoby zmieniają się pod wpływem opadów i parowania.

Wody strefy saturacji

• wody zaskórne (wierzchówki) – tworzące się na niewielkich głębokościach (do 2 m) w zagłębieniach terenu, w dolinach rzecznych i na brzegach jezior wskutek obfitych opadów. Podlegają dobowym wahaniom temperatury i silnemu parowaniu. Często zanikają w okresach posusznych. Nie tworzą ciągłego zwierciadła tzn. występują lokalnie, najczęściej w miejscach o pogorszonych warunkach infiltracyjnych.
• wody gruntowe – położone poniżej strefy aeracji.Tworzą je wody opadowe, które przesączają się przez porowatą glebę, a następnie gromadzą się w pokładach piasku, żwiru czy też spękanych skał. Strefy te nazywane są warstwami wodonośnymi. Zwierciadło podlega wahaniom sezonowym, naśladuje formy rzeźby powierzchni (jest współkształtne z powierzchnią ziemi). Obficie zasilają rzeki i jeziora. W głębszych warstwach wody gruntowe są dobrze przefiltrowane (wody freatyczne – studzienne).
• wody wgłębne – położone poniżej spągu warstw nieprzepuszczalnych, zasilane wodami przesiąkającymi przez szczeliny uskoków tektonicznych, okna hydrogeologiczne albo na wychodniach skał przepuszczalnych na powierzchnię (najczęściej). Ze względu na izolację od warunków zewnętrznych nie podlegają wahaniom temperatury lub zaznaczają się tylko zmiany sezonowe (dla płycej występujących). Charakteryzują się napiętym zwierciadłem, dostosowanym do kształtu nadległych warstw nieprzepuszczalnych. W strefach wychodni, lub kontaktu z wodami innych horyzontów, zwierciadło jest swobodne. Różnica poziomów najniżej i najwyżej położonych punktów zwierciadła umożliwia powstawanie efektu artezyjskiego i subartezyjskiego w rozległych synklinach (Niecka Mazowiecka, Niecka Łódzka, Basen Londynu, Basen Dakoty, Wielki Basen Artezyjski).
• wody głębinowe – wody uwięzione w warstwach skalnych w przeszłości geologicznej, całkowicie odizolowane od czynników zewnętrznych. Zazwyczaj są silnie zmineralizowane, niekiedy ogrzane ciepłem Ziemi.

Wody szczelinowe i krasowe

Wody krasowe to wody podziemne występujące w kawernach i kanałach powstałych wskutek agresywnego ługowania skał łatwo rozpuszczalnych krasowienia, przede wszystkim węglanowych. Mieszanym rodzajem wód krasowych są wody szczelinowo-krasowe.

Wody szczelinowe to wody podziemne występujące w szczelinach skał litych, niekiedy w szczelinach utworów spoistych – np. glin czy iłołupków. Rodzajem mieszanym są wody porowo-szczelinowe.

Zawartość związków mineralnych

Zawartość związków mineralnych w wodzie nazywamy jej mineralizacją.

Mineralizacja według Pazdry i Kozerskiego:

• wody ultrasłodkie (M < 0,1 g/dm³)
• wody słodkie (0,1 < M < 0,5 g/dm³)
• akratopegi (0,5 < M < 1 g/dm³)
• wody mineralne (M > 1 g/dm³)

Mineralizacja według Paczyńskiego i Płochniewskiego:

• woda zwykła (słodka) (M < 1 g/dm³)
• woda mineralna (M > 1 g/dm³)

Wody podziemne w Prawie geologicznym i górniczym

Prawo geologiczne i górnicze (Dz. U. z 2011 r. Nr 163, poz. 981) nie uznaje wód podziemnych za kopaliny, z wyjątkiem wód leczniczych, solanek oraz wód termalnych. Złoża kopalin (w tym ww. trzech rodzajów wód podziemnych) podlegają ochronie.

Wykorzystanie gospodarcze

Wody wgłębne stanowią obecnie zbiornik podziemny o największym znaczeniu gospodarczym. Na wielu obszarach Polski środkowej i północnej wody wgłębne tworzą kilka zbiorników, jeden pod drugim. Jest to możliwe dzięki naprzemianległemu ułożeniu utworów polodowcowych. Wodonoścem jest tu piasek, skały nieprzepuszczalne tworzą natomiast gliny zwałowe. Tworzą się wtedy poziomy wód: naglinowe, podglinowe i międzymorenowe.

Zobacz też

• wody powierzchniowe

Bibliografia

• Poradnik badania jakości wód, NFOŚ, Warszawa 1996, ISBN 83-85908-29-3
• Bocheńska T. (et al.), red. nauk.: Dowgiałło J., Kleczkowski A., Macioszczyk T., A. Rożkowski, Słownik hydrogeologiczny, Wyd. Państwowy Instytut Geologiczny, Warszawa, 2002, ISBN 83-86986-57-3
• W. Glapa, J.I. Korzeniowski - Mały leksykon górnictwa odkrywkowego, Wrocław 2005
• H. Schwarz - Prawo geologiczne i górnicze. Komentarz, Wrocław 2012 (komentarz do art. 5)