Wnętrze litosfery jako zbiornik wodonośny

W skorupie ziemskiej woda występuje w różnych postaciach: woda w postaci pary, woda błonkowa, woda higroskopijna, woda włoskowata (kapilarna: właściwa, zawieszona, stykowa), woda wolna, woda w stanie stałym, woda krystalizacyjna, woda chemicznie związana.

Skała (warstwa geologiczna), jako fragment skorupy ziemskiej, o dowolnym rozprzestrzenieniu i miąższości, nasycona wodą wolną do pełnej pojemności lub częściowo, nosi nazwę ośrodka wodonośnego. Ośrodek wodonośny o znacznym rozprzestrzenieniu i często dużej miąższości nosi nazwę zbiornika wody podziem-nej. Jeśli w ośrodku wodonośnym nie występuje warstwowa niejednorodność wła-sności filtracyjnych, przy równoczesnym dużym rozprzestrzenieniu się ośrodka, nosi on nazwę warstwy wodonośnej. Górna jej powierzchnia to lustro wody grun-towej. Miejsce, w którym lustro wody gruntowej pokrywa się z powierzchnią Ziemi jest ujściem źródła lub strumienia.

Jeśli warstwa wodonośna jest „ograniczona” skałami nieprzepuszczalnymi, woda nie może do niej swobodnie wpływać lub wypływać z niej. Natomiast warstwa wodonośna „nieograniczona” umożliwia swobodny ruch wody przez warstwę.

W zależności od stopnia wypełnienia litosfery wodą wyróżnia się w niej dwie strefy:

• aeracji (napowietrzenia): jest to część skorupy ziemskiej, której wolne prze-strzenie porowe wypełnione są głównie powietrzem lub innymi gazami,

180 Ewa Jadwiga Lipińska

a woda występuje najczęściej w postaci pary wodnej, wody związanej w po-staci wody higroskopijnej i błonkowej;

• saturacji (nasycenia wodą): jest to część litosfery, której wolne przestrzenie po-rowe całkowicie wypełnione są wodą wolną od warstw nieprzepuszczalnych.

Granica pomiędzy strefą aeracji i saturacji nosi nazwę zwierciadła wody grun-towej.

Klasyfikacja wód podziemnych

Istnieje wiele różnych klasyfikacji wód podziemnych. Wyróżnia się je na pod-stawie składu chemicznego wód; genezy, czyli pochodzenia; warunków występowa-nia (np. w stosunku do złoża węglowodorów); poziomów zalegawystępowa-nia lub warunków inżynieryjno-budowlanych.

Klasyfikacja według genezy wyróżnia wody infiltracyjne, kondensacyjne (zwią-zane ze skraplaniem pary wodnej), juwenilne (zwią(zwią-zane z procesami magmowymi) oraz reliktowe (sedymentacyjne).

Klasyfikacja wód podziemnych w stosunku do zalegania innego złoża surowców mineralnych wyróżnia: wody podścielające (zalegające pod złożem); wody okala-jące złoże; wody górne (zalegaokala-jące powyżej złoża na warstwie nieprzepuszczalnej);

wody dolne (zalegające poniżej złoża pod warstwą nieprzepuszczalną); wody pośred-nie (śródzłożowe) występujące pomiędzy warstwami złoża surowców mineralnych.

Klasyfikacja według poziomu zalegania wyróżnia wody:

• przypowierzchniowe: występujące w strefie saturacji i są to wody zaskórne, wody błot, torfowisk itp.;

• freatyczne: są to wody oddzielone od powierzchni strefą aeracji, o zwiercia-dle swobodnym lub napiętym;

• głębinowe (międzywarstwowe): są to wody podziemne, występujące na du-żych głębokościach (całkowicie izolowanych od wpływu różnych czynników powierzchniowych). Zasilane są grawitacyjnie lub infiltracyjnie przez opady atmosferyczne oraz przez wody znajdujące się w warstwach wodonośnych pokrytych utworami nieprzepuszczalnymi. Ciśnienia tych wód występują wówczas, gdy zwierciadło wody jest napięte przez stropową warstwę nie-przepuszczalną.

Szczegółową charakterystykę wód podziemnych ilustruje Stankiewicz (1984), który dzieli wody podziemne na:

• Wody zaskórne (WZ) (Schemat 3.): pochodzące wyłącznie z opadów at-mosferycznych przesączających się przez przepuszczalny grunt i zatrzymy-wanych na nieprzepuszczalnych soczewkach gruntu. Rozpływając się ku brzegom soczewki, przesączają się ku warstwom wód gruntowych leżących niżej. Do wód zaskórnych zalicza się wszystkie wody występujące okresowo i których dopływ po ustaniu zasilania zanika. Mogą to być wody przejściowo nawadniające soczewki piaskowe lub górne warstwy gruntu mało przesiąkli-wego (np. piasków gliniastych).

181 Hydrosfera

• Wody zawieszone (Schemat 4.): nie mają żadnego nieprzepuszczalnego pod-łoża. Są utrzymywane siłami kapilarnego napięcia w mniej przepuszczalnych warstwach gruntu. Powstają wskutek opadów atmosferycznych i utrzymują się bardzo krótko – wysychając lub przesączając się powoli do bardziej prze-puszczalnych pokładów gruntu. Pojawiają się okresowo, stając się niedogod-ne dla obiektów budowlanych.

• Wody gruntowe (WG) (Schemat 5.): są zgromadzone w porowatych, prze-puszczalnych skałach i rozdrobnionym materiale skalnym, zlokalizowane pod cienką warstwą aktywnej biologicznie gleby. Utrzymują się na podłożu nieprzepuszczalnym. Powstają wskutek przenikania opadów atmosferycz-nych lub infiltracji wody ze zbiorników wodatmosferycz-nych. Zależnie od rzeźby terenu i pofałdowania warstwy nieprzepuszczalnego podłoża wody gruntowe wy-stępują tak blisko powierzchni, że tworzą obszary zabagnione.

• Wody międzywarstwowe (Schemat 6.): oddzielone są od powierzchni terenu warstwą nieprzepuszczalną. Zasilane mogą być przez opady atmosferyczne wyłącznie w miejscach gdzie warstwa nieprzepuszczalna znika lub spodnia warstwa wodonośna wychodzi na powierzchnię terenu. Często zasilane są ze zbiorników wodnych i podziemnych studni.

Jeżeli warstwa wodonośna pomiędzy warstwami nieprzepuszczalnymi nie jest wypełniona wodą, to wody międzywarstwowe i gruntowe nie są wodami naporo-wymi (Schemat 7.). Warstwa taka może być wykorzystana do przyjęcia wód grun-towych, leżących na warstwie nieprzepuszczalnej, za pośrednictwem odpowiednio zainstalowanych studni chłonnych. Jeżeli zaś warstwa wodonośna jest całkowicie wypełniona wodą, to wtedy wody stają się naporowymi (artezyjskimi). Ciśnienie w takiej warstwie powstaje wskutek podniesienia poziomu wody w obszarze zasi-lania – przebicie warstwy nieprzepuszczalnej znajdującej się nad wodą naporową

Schemat 3. Wody zaskórne

182 Ewa Jadwiga Lipińska

Schemat 4. Wody zawieszo ne

Schemat 5. Wody gruntowe

Schemat 6. Wody międzywarstwowe

183 Hydrosfera

może spowodować podniesienie poziomu wód gruntowych do poziomu piezome-trycznego warstwy naporowej w obszarze zasilania. Na tej podstawie wody między-warstwowe dzieli się na:

→ artezyjskie: gdy zwierciadło hydrostatyczne wody sięga ponad po-wierzchnię terenu;

→ subartezyjskie: gdy zwierciadło wody znajduje się pod powierzchnią terenu.

Wody te mogą być przyczyną podtapiania przy głębokim posadowieniu budow-li, konstrukcji podziemnych lub wyrobisk górniczych.

Przepływ wód podziemnych w warstwach wodonośnych jest zgodny z gra-dientem hydraulicznym, czyli wody z obszarów o większej wysokości hydraulicz-nej przepływają do obszarów o mniejszej wysokości hydrauliczhydraulicz-nej (według prawa Darcy’ego).

Ze względu na wodonośność, zasobność, jakość wód podziemnych i ich zna-czenie dla gospodarki, wydzielone zostały na terenie Polski Główne Zbiorniki Wód Podziemnych (GZWP).