Skąd się biorą wody podziemne? Legenda o złotej kaczce pod naukową lupą
FACEBOOK |


kontakt


Ośrodek Działań Ekologicznych „Źródła”
ul. Zielona 27, Łódź
tel. 42 632 3118
www.zrodla.org

sponsorzy

Projekt „Aby dojść do źródeł, trzeba płynąć pod prąd” o wartości całkowitej 433.900 zł dofinansowany jest w kwocie 378.880 zł ze środków Narodowego Funduszu Ochrony Środowiska i Gospodarki Wodnej, a jego część pod nazwą „Łodzią po skarb – gra miejska i warsztaty dla uczniów dotyczące ochrony wód” o wartości ogólnej 43.458 zł jest dofinansowana w formie dotacji ze środków Wojewódzkiego Funduszu Ochrony Środowiska i Gospodarki Wodnej w Łodzi w kwocie 25.050 zł (słownie: dwudziestu pięciu tysięcy pięćdziesięciu złotych).

Zgodnie z wymogiem WFOŚiGW musimy też podać w tym miejscu link do strony www.zainwestujwekologię.pl



patroni





stat4u


Skąd się biorą wody podziemne? Legenda o złotej kaczce pod naukową lupą


O wodach podziemnych przypominała przez wieki codzienna wędrówka z wiadrem do studni. Obniżenie poziomu wód gruntowych albo ich zanieczyszczenie zauważano natychmiast. Wskutek rozbudowy sieci wodociągowych zyskaliśmy złudne poczucie, że czysta woda po prostu płynie z kranu i nic poza tym nie musi już nas obchodzić.

Temat wód podziemnych odżył niespodziewanie przy okazji kilku dużych inwestycji inżynieryjnych realizowanych w Polsce. Problemy z zalaniem placu budowy metra w Warszawie czy „soczewka wodna” pod przebudowywanym Dworcem Fabrycznym w Łodzi sprawiły, że temat przebił się do mediów, a ludzie przypomnieli sobie, że pod ich stopami znajduje się woda. Jednak doniesienia medialne pełne były niedopowiedzeń i przekłamań – często wprowadzały w błąd, zamiast tłumaczyć zagadnienie. Choć więc media trąbiły o „podziemnych jeziorach”, to z pewnością „jeziora” te nie mają nic wspólnego ze zbiornikiem opisanym w legendzie o złotej kaczce pływającej w podziemiach warszawskiej Starówki. Jeśli w ogóle można mówić o „podziemnych rzekach”, nie są to rwące potoki płynące przez groty pełne kryształów, a „podziemne źródło” to określenie równie sensowne co „podmorski deszcz”.



Korzystanie ze studni stanowiło codzienną okazję do kontroli stanu wód gruntowych



Aby zrozumieć, czym są wody podziemne i jak się zachowują, wyjaśnijmy najpierw, skąd się biorą. Rozwiązanie tej zagadki jest wyjątkowo proste, jeśli uświadomimy sobie, że ilość wody na Ziemi jest stała. Wskutek sił ciążenia i energii słońca, woda nieustannie krąży między atmosferą, powierzchnią Ziemi i litosferą – proces ten nazywamy cyklem hydrologicznym. Woda paruje, ulega procesowi kondensacji, tworząc chmury, pada jako deszcz i śnieg, spływa po powierzchni ziemi, gromadzi się w zbiornikach powierzchniowych i podziemnych, ale nie „rodzi się” pod ziemią. Zasoby podziemne tworzy zawsze woda pochodząca z opadów albo z rzek, jezior i mórz, choć różny mógł być czas, w którym się gromadziła.

W powstawaniu zbiorników wód podziemnych podstawową rolę odgrywa budowa geologiczna danego obszaru. Woda opadowa lub pochodząca z wód powierzchniowych wsiąka w podłoże tak długo, aż napotka na warstwę skał nieprzepuszczalnych. Ponieważ nie może wsiąkać dalej, zaczyna gromadzić się w szczelinach między ziarnami skał zalegających powyżej warstwy nieprzepuszczalnej. W zależności od nachylenia poszczególnych warstw skał, ich rozmiarów oraz kształtu wody podziemne będą tworzyć podziemne „jeziora” lub „rzeki”. Będą to jednak, z nielicznymi wyjątkami, wody występujące w skałach podłoża, a nie otwarte zbiorniki, jakie znamy z powierzchni ziemi.

Warto tu przypomnieć, że dużą część powierzchni Polski pokrywają luźne skały okruchowe, przede wszystkim pochodzenia lodowcowego – piaski, żwiry, gliny, iły. Gliny i iły tworzą warstwy nieprzepuszczalne, nad którymi powstają warstwy wodonośne utworzone przez wody zajmujące przestrzenie pomiędzy ziarnami żwirów i piasków. Na terenach górskich może występować znacznie więcej rodzajów skał podłoża, ale wciąż będą wśród nich skały nieprzepuszczalne oraz wystarczająco porowate lub spękane, by woda mogła przez nie przeniknąć. Jedynie na terenach krasowych, czyli takich, gdzie występują skały węglanowe podatne na rozpuszczanie przez wodę zakwaszoną dwutlenkiem węgla, mogą występować większe systemy jaskiń i tam rzeczywiście możemy mieć niekiedy do czynienia z wodą płynącą bądź stojącą w pustych przestrzeniach skalnych.

Aby w skali mikro prześledzić proces tworzenia się zbiorników wód podziemnych, wystarczy użyć przezroczystego naczynia częściowo napełnionego piaskiem. Gdy wlejemy do niego trochę wody, to po pewnym czasie zbierze się ona na dnie, a wprawne oko zauważy górną granicę, do której piasek jest nasycony wodą – to właśnie będzie zwierciadło naszego „podziemnego jeziora”.

Naprzemienne ułożenie warstw przepuszczalnych i nieprzepuszczalnych umożliwia powstawanie wielu poziomów wodonośnych. Im głębszy poziom, tym dłużej woda musiała krążyć w porach skał, by do niego spłynąć. Główna zasada jest więc taka: im głębiej położona jest warstwa wodonośna, tym lepiej woda będzie przefiltrowana. Wody drugiego poziomu wodonośnego w normalnych warunkach powinny być już wolne od zanieczyszczeń.



Wody opadowe wsiąkają w podłoże tak długo, aż napotkają na warstwę skał nieprzepuszczalnych. Nad nią, wypełniając szczeliny w skale, tworzą zbiornik wody podziemnej. Kształt zwierciadła wody podziemnej jest zbliżony do ukształtowania terenu. Złożona budowa geologiczna umożliwia powstanie kilku poziomów wodonośnych ułożonych jeden nad drugim. Rzeki pozostają z reguły w kontakcie z pierwszym poziomem wodonośnym – wody podziemne przesączają się do rzeki, zaopatrując ją w wodę.



Jednocześnie im dłużej woda krąży pod ziemią, tym więcej minerałów rozpuszcza. Gdy masa rozpuszczonych w wodzie substancji przekracza 1 miligram w litrze wody, to mówimy już o wodzie mineralnej. Najczęściej występują one na terenach górskich, gdzie z racji skomplikowanej budowy geologicznej, większe jest prawdopodobieństwo wypływu wody z dużych głębokości (np. wzdłuż spękań skał).

Woda mineralna kojarzy się nam pozytywnie, ale występujące na dużych głębokościach silnie zmineralizowane wody podziemne to poważny problem górnictwa. Aby eksploatacja złóż była możliwa, „osusza się” kopalnie, pompując wodę na powierzchnię ziemi. Problem w tym, że jest to przeważnie woda zawierająca duże ilości łatwo rozpuszczającego się w wodzie chlorku sodu. Szacuje się, że z polskich kopalń dziennie pompuje się do rzek wody zawierające 7 tysięcy ton soli kamiennej, która dewastuje środowisko (więcej o szkodliwym działaniu soli na zwierzęta i rośliny przeczytać można w artykule o posypywaniu nią dróg ).

Z problemem słonej wody borykają się też miejscowości nadmorskie. Woda słodka i słona różnią się gęstością. Z tego powodu w gruncie nie mieszają się one samoistnie – woda słodka pochodząca z opadów „pływa” na wodzie słonej podsiąkającej z morza. Dzięki temu nawet na Półwyspie Helskim, gdzie nie występują rzeki, można pozyskiwać słodką wodę. Jednak jej zasoby są ograniczone, a nadmierna eksploatacja grozi zasysaniem do sieci wodociągowej słonej wody morskiej.



Wody podziemne w terenach nadmorskich składają się z warstwy słonej (powstałej z podsiąkającej wody morskiej) i unoszącej się na niej warstwy wody słodkiej (pochodzącej z opadów).



Nieckowaty układ warstw skalnych może prowadzić do tworzenia zbiorników wodnych, w których woda znajduje się pod znacznym ciśnieniem. Jeśli dokopiemy się (dowiercimy) do takiego zbiornika i woda zacznie samoczynnie wypływać na powierzchnię, to mamy wówczas do czynienia z wodami artezyjskimi. Wody subartezyjskie to takie, które tylko podpłyną odwiertem ku powierzchni, ale nie będą samoistnie wypływać. Studnie artezyjskie wielu z nas kojarzy zapewne z Saharą – to wokół takich ujęć powstawały oazy zasilane samoistnie wypływającą wodą. Przez lata uważano, że znajdujące się pod pustynią zbiorniki zasilane są w położonych na północy kontynentu górach Atlas (taką informację można też było przez lata przeczytać w polskich podręcznikach do geografii) i traktowano je jako w pełni odnawialne. Niestety, rabunkowa gospodarka wodą przy wydobyciu ropy naftowej w Libii doprowadziła do wyczerpania tamtejszych zasobów. Okazało się wówczas, że wody zalegające pod Saharą to relikt sprzed kilkudziesięciu tysięcy lat, gdy na północnej półkuli trwała epoka lodowcowa, a na Saharze deszcze były codziennością.



Przy nieckowatym układzie warstw geologicznych woda podziemna może gromadzić się na znacznych głębokościach. Jeśli dowiercimy się do takich pokładów woda znajdująca się pod ciśnieniem hydrostatycznym wypłynie do tej wysokości, na której znajduje się zwierciadło wody - zgodnie z zasadą naczyń połączonych. Jeśli woda wypłynie pod ciśnieniem na powierzchnię (rys. górny) – mówimy o studni i wodzie artezyjskiej. Gdy woda podpłynie odwiertem, ale nie osiągnie powierzchni terenu (rys dolny), będzie to studnia subartezyjska.



Wody podziemne mogą wypływać na powierzchnię nie tylko przez sztucznie wykonane otwory (studnie), ale przede wszystkim – zupełnie naturalnie. Miejsce, w którym woda podziemna wypływa na powierzchnię, to właśnie źródło. Także i w tym przypadku mechanizm „napędza” siła grawitacji – woda wypływać będzie w miejscu przecięcia warstwy wodonośnej i powierzchni terenu, jeśli strefa zasilająca zbiornik wody podziemnej położona jest wyżej. Należy przy tym pamiętać, że zbiorniki wód podziemnych to raczej obiekty o dużej powierzchni, a nie podziemne „kanały”. Dlatego nawet jeśli wyraźnie widzimy punkt, z którego bierze początek rzeka, to przeważnie woda przesącza się do niej także wzdłuż jej biegu. Mówi się, że rzeka pozostaje w tzw. kontakcie hydraulicznym z wodami podziemnymi, choć poza sytuacjami, w których rzeka drenuje wody podziemne może zdarzyć się też i tak, że je zasila, tracąc część wody. Dlatego w szczególnych sytuacjach izoluje się rzekę od wód podziemnych – tak jest np. w okolicy kopalń odkrywkowych koło Bełchatowa. Odcinki koryt rzek Widawki i Krasówki wybetonowano, aby woda wypompowywana z kopalni nie wsiąkała z powrotem w grunt. Interesującym przypadkiem jest też Zalew Sulejowski. Aby zgromadzona w nim woda nie wsiąkała w piaszczyste dno zbiornika, wyłożono je folią.

Podobnymi zasadami rządzić się będą wody, jeśli warstwę wodonośną przetniemy sztucznie, np. w czasie prac konstrukcyjnych, jak miało to miejsce przy budowie warszawskiego metra. Dla uniknięcia tego typu sytuacji konieczne jest dobre „rozpoznanie” terenu i szczelne odizolowanie konstrukcji od warstw wodonośnych. Niekiedy stanowi to spore wyzwanie inżynieryjne, a spektrum działań może obejmować np. odpompowanie wody na czas budowy (jak przy budowie dworca Łódź Fabryczna w Łodzi), a nawet tymczasowe zamrażanie warstwy wodonośnej na czas prac.



Budowa Dworca Fabrycznego w Łodzi (źródło)



Czasem jednak tańsze okazuje się po prostu trwałe odpompowywanie wody. Tak jest w Helsinkach, gdzie kilka wysp połączono ze stałym lądem półtorakilometrowym podmorskim tunelem, którym poprowadzono instalacje podziemne i który udostępniono dla pojazdów służb ratowniczych. Codziennie wypompowuje się z niego 500 metrów sześciennych morskiej wody przesiąkającej przez dno zatoki.

Problem z wodą podziemną nie musi jednak występować wyłącznie przy okazji wznoszenia konstrukcji podziemnych. Warstwę wodonośną można naruszyć choćby przy budowie wykopu na potrzeby linii kolejowej. Aby zapobiec zalewaniu torów, budujący Linię Hutniczo–Siarkową pokrywali ściany niektórych wykopów iłami. W ten sposób sztucznie „zaklejono” otwarte warstwy wodonośne, używając naturalnych materiałów.

Choć osiągnięcia budowniczych wielkich konstrukcji robią wrażenie, to problem z wodami podziemnymi wciąż pozostaje identyczny jak przed laty – jest nim zanieczyszczenie lub nadmierna eksploatacja. Warto pamiętać, że „drugi koniec rury”, którą płynie woda w naszych domach, to bardzo często ujęcia płytkich wód podziemnych lub wód powierzchniowych. Kilkanaście razy do roku media informują o wodociągach, najczęściej w małych miastach i wsiach, zamkniętych z powodu zanieczyszczenia bakteriami kałowymi. Źródłem takiego zakażenia najczęściej bywa nielegalny zrzut ścieków do gruntu. Tajemnicą Poliszynela jest to, że wiele gospodarstw niepodłączonych do kanalizacji posiada nieszczelne szamba. Często jest to skutek celowego działania właścicieli, ba, zdarzają się „pomysłowi” gospodarze spuszczający ścieki do... nieużywanej studni. Należy w tym miejscu wyjaśnić, że bakterie kałowe są bakteriami beztlenowymi. Oznacza to, że o ile na powierzchni ziemi stosunkowo szybko obumierają, o tyle pod ziemią – na głębokości kilku metrów, gdzie nie ma już dostępu tlenu – znajdują dobre warunki do przetrwania i mogą migrować wraz z wodami podziemnymi. Źródłem zanieczyszczenia wód podziemnych mogą być także zatrute rzeki, gdyż, jak już pisaliśmy, pozostają one we wzajemnym kontakcie.

Pamiętajmy, że wody podziemne nie powstają w cudowny sposób w otchłaniach Ziemi. Woda nieustannie krąży w przyrodzie i to, co do niej bezmyślnie wlejemy, ma dużą szansę do nas wrócić.

Tomasz Bużałek


Dowiedz się więcej...