Підземні води

Підземні води, тобто такі, що знаходяться нижче рівня земної поверхні в товщах гірських порід верхньої частини земної кори, не слід уявляти собі у вигляді суцільних потоків води на зразок річок, струмків чи озер, хоч інколи, при наявності великих тріщин і порожнин у літосфері вони й можуть зустрічатися у такому вигляді. Підземні води, головним чином, просочуються (фільтруються) крізь шпарини між частинками пухких порід або через системи взаємозв'язаних тріщин у скельних породах. Насичуючи шпарини, порожнини і тріщини гірських порід, підземні води можуть знаходитися у будь-якому агрегатному стані рідкому, твердому чи газоподібному (пара).

Згідно класифікації води у гірських породах, що була запропонована в 1923 р. російським професором О.Лебедєвим і одержала загальне визнання, виділяють такі види води у товщі літосфери:

• хімічно зв'язану воду, яку, в свою чергу, поділяють на кристалізаційну, що входить до складу окремих мінералів (гіпсу, опалу тощо), і при її вилученні змінюються властивості мінералів, та конституційну, що хімічно зв'язана у мінералах і входить до складу мінеральної решітки у вигляді іонів Н+ та ОН, а при її вилученні мінерали повністю руйнуються;

• фізично зв'язану воду, яка утримується навколо частинок ґрунту силами поверхневого натягу і представлена також у двох формах гігроскопічній, що у вигляді окремих молекул утримується навколо дрібних агрегатів породи і може бути вилучена лише при значному нагріванні, тобто при переході у газоподібний стан, та плівковій, яка утримується навколо частинок ґрунту у вигляді плівки води різної товщини і може засвоюватися рослинами, хоч і відривається з певними труднощами;

• пароподібну воду, що займає порожнини у гірських породах;

• воду у твердому стані (лід), яка може зустрічатися як у зоні багаторічної мерзлоти, так і в ґрунтах сезонного (зимового) промерзання;

• капілярну воду, що заповнює дрібні порожнини (капіляри) у гірських породах, де утримується силами поверхневого натягу (менісковими силами) і може рухатися навіть проти напрямку сили тяжіння (саме завдяки цій властивості підземні води часто підходять до поверхні землі, зумовлюючи різноманітні негативні процеси: заболочування, засолювання, зниження морозостійкості форм рельєфу тощо);

• гравітаційну (вільну) воду, яка заповнює тріщини і порожнини земної кори, рухаючись під дією сил тяжіння.

В залежності від характеру взаємин з підземними водами всі гірські породи можна умовно поділити на три групи: водопроникні, водонепроникні та розчинні.

Водопроникні породи здатні пропускати через себе воду і, в свою чергу, поділяються на невологоємні (крупні піски, галька, тріщинуваті граніти, пісковики тощо) та вологоємні (торф, мул, крейда, лес та ін.). Якщо шар водопроникних порід насичений водою, що фільтрується по шпаринах і тріщинах, його називають водоносним горизонтом.

Водонепроникні породи по відношенню до умов фільтрації виступають як водотривкі горизонти саме на них нагромаджується вода, не проникаючи далі вглиб літосфери, і на них утримуються розташовані вище водоносні горизонти. Вони також можуть бути невологоємними (суцільні магматичні і метаморфічні породи, щільні пісковики й інші масивні утворення) або вологоємними, які після початкового насичення водою більше її через себе не пропускають (глини, мергелі тощо).

Розчинні породи здатні утворювати більші чи менші порожнини, що розширюються під розчинною дією води. До таких порід насамперед відносяться різні солі (калійна, кухонна), гіпси і ангідрити. Особливе місце у цій групі посідають деякі карбонатні породи (вапняки, доломіти) водотривкі у звичайному стані, при тривалій взаємодії з водою вони здатні розчинюватися і утворювати значні за розмірами порожнини (карсти).

За умовами залягання розрізняють чотири основні різновиди підземних вод: ґрунтові, верховодку, підґрунтові та міжпластові.

Ґрунтові води насичують крайню верхню частину літосфери ґрунтовий покрив. Вони утворюються шляхом інфільтрації у ґрунтовий шар атмосферних опадів, а також іноді поповнюються за рахунок конденсації водяної пари та капілярного всмоктування з нижчих водоносних горизонтів. Представлені здебільшого фізично зв'язаними (гігроскопічна, плівкова) або капілярними різновидами води, вміщують велику кількість органічних речовин і мікроорганізмів, що відіграє значну роль у процесі живлення рослин. Накопичення у ґрунтовому горизонті вільної води призводить до заболочування місцевості, а з її випаровуванням, особливо в умовах посушливого клімату та інтенсивного капілярного підняття, зв'язані процеси засолювання ґрунтів.

Верховодкою називають підземні водоносні горизонти, що залягають на невеликих глибинах і мають незначне поширення по площині (інфільтраційні потоки води затримуються на обмежених ділянках водотривких порід). Потужність насичених верховодкою порід, як правило, не перевищує 0.4-1.0 м, хоч іноді цей водоносний горизонт може сягати 2-5 м, а часом і 10 м. Найчастіше верховодка зустрічається на плоских вододілах та у степових западинах, також вона утворюється у великих населених пунктах та на крупних промислових об'єктах, чому сприяють втрати води з водогонів і каналізаційних мереж. Як правило, верховодка має сезонний характер, з'являючись навесні або після випадання дощів і поступово зникаючи завдяки випаровуванню та просочуванню у більш глибокі горизонти. Якість води, зазвичай, невисока, вода слабомінералізована, часто забруднена (особливо в межах населених пунктів), не має постійного гідравлічного зв'язку з річками та водоймами. Через нестабільність запасів та низьку якість води верховодку майже не використовують для водопостачання, адже необережне використання води цього горизонту може стати джерелом поширення різноманітних захворювань. З будівничих і комунальних позицій верховодка виступає як негативний фактор (підтоплення фундаментів і підвалів споруд тощо).

Підґрунтові води (підповерхневі або води зони аерації) перший від поверхні постійно існуючий водоносний горизонт, розташований на значному за площею водотривкому шарі. Як правило, підґрунтові води мають вільну поверхню, тобто над ними немає суцільного водонепроникного горизонту, і над "дзеркалом" підґрунтових вод аж до самої поверхні літосфери простягається зона, де порожнини й тріщини порід заповнені повітрям це так звана зона аерації. Підґрунтові води в основному ненапірні, їх глибина залягання, температура, мінералізація та витрати повсякчас змінюються. Потік підґрунтових вод, як правило, узгоджується з рельєфом і спрямовується від вододілів до річкових долин. Живлення підґрунтових водоносних горизонтів здійснюється за рахунок інфільтрації атмосферних опадів, фільтрації з річок, каналів та водойм, конденсації водяної пари у зоні аерації і перетоку води з більш глибоких водоносних горизонтів. Існує тісний гідравлічний зв'язок підґрунтових вод з поверхневими водотоками.

Міжпластові води залягають у водопроникних шарах, які зверху і знизу затиснуті між пластами водотривких порід, і тому майже завжди знаходяться під тиском, тобто мають природний напір. Якщо просвердлити або прокопати верхній водотривкий шар, то вода під дією цього напору підніметься вгору, часом може навіть фонтаном вибиватися над денною поверхнею. З подібним явищем вперше зіткнулися у 1126 р. в паризькому передмісті Артуа, в зв'язку із чим напірні міжпластові води часто називають артезіанськими. Рівень, до якого може піднятися вода під дією напору, називають п'єзометричним, а рівень, на якому фактично залягають міжпластові води, іменують міжпластовим. Геологічні структури, в межах яких поширюються міжпластові води, називають артезіанськими басейнами. Окремі артезіанські басейни можуть мати "багатоповерхову" будову (складатися не з одного, а з декількох між пластових горизонтів) і часто поширюються на площі у сотні й тисячі квадратних кілометрів (Дніпровсько-Донецький, Волино-Подільський артезіанські басейни в Україні). Завдяки їх стабільності міжпластові води вважають одним з найважливіших джерел господарського і побутового водопостачання.

Крім описаних чотирьох основних різновидів підземних вод часто окремо виділяють тріщинні та жильні води, що відрізняються великою потужністю водоносних горизонтів, а іноді утворюють і суцільні підземні потоки струмки та ріки.

В межах верхньої товщі материків, складеної переважно осадовими породами (пухкими і тріщинуватими), виділяють три яруси, які відрізняються один від одного за віком, хімічним складом та інтенсивністю водообміну:

• верхній ярус інтенсивного водообміну, який вміщує прісну воду сучасного атмосферного походження (лише у посушливих умовах континентальних областей вона може бути засоленою); ці води мають тісний зв'язок з поверхневими водами (живлять річки та водойми, або навпаки приймають від них надлишки води);

• середній ярус уповільненого водообміну, який лежить нижче сфери впливу поверхневих вод (річок, озер) на глибинах порядку 1 км; у цьому ярусі теж переважає прісна вода, що зосереджується в артезіанських водоносних горизонтах і становить основу сучасного водопостачання;

• нижній ярус дуже уповільненого водообміну, який включає в себе дуже давні води (часто навіть поховані рештки морів та озер), що відрізняються високою мінералізацією; крапельно-рідкі води у цьому ярусі можуть зустрічатися до глибини 10 км.

Природні виходи підземних вод на земну поверхню суходолу або з-під дна континентальних водойм (водотоків) та морів (океану) називають джерелами.

Нас, жителів Землі, можна порівняти з пасажирами корабля, яким дано певний запас води. Але пасажири судна можуть розраховувати, що у випадку нестачі води якесь інше судно допоможе їм, тоді як ми у Всесвіті одинокі з нашим невеликим запасом води, необхідної для життя.

Ж.І.Кусто

Дата добавления: 2014-01-07