§ 47. Підземні води

Як утворюються підземні води? Підземними називаються води, що знаходяться у верхній частині земної кори в порах, тріщинах і порожнинах. Для давньої людини поява води в колодязі залишалася загадкою. Сучасна людина може легко пояснити таємницю походження підземної води — після дощу вода просочується крізь землю, заповнює порожнини, тріщини, пори гірських порід. Як і поверхневі, підземні води можуть перебувати у вигляді водяної пари, рідини чи льоду.

Мал. 126. Печера Катерлох (Австрія)

Утворення підземних вод є дуже складним і тривалим процесом взаємодії гідросфери й атмосфери з літосферою.

Підземні води утворюються переважно внаслідок просочування через гірські породи дощових і талих вод. Гірські породи (пісок, вапняк), що пропускають воду, називаються водопроникними, а інші (глина, мергель, граніт), які її затримують, — водотривкими. Коли вода потрапляє на водотривкий шар гірських порід, вона затримується над ним і нагромаджується у водопроникному шарі. Шари водопроникних гірських порід, у яких міститься підземна вода, називаються водоносними.

У легкорозчинних породах (сіль, гіпс, вапняки) вода вимиває пустоти — і виникають печери (мал. 126). У великих печерах іноді утворюються підземні озера й ріки.

Підземні води поповнюються також завдяки парі, що піднімається з глибинних шарів Землі (як ви вже знаєте, на глибині Землі висока температура). Частина такої пари потрапляє на земну поверхню під час виверження вулканів.

Класифікація підземних вод. За умовами залягання підземні води поділяють на верховодку, ґрунтові й міжпластові води (мал. 127).

Мал. 127. Класифікація підземних вод

Верховодка — це сезонна вода, що залягає найближче до земної поверхні. Рівень її протягом року змінюється. Вода легко забруднюється, а в посушливе літо зникає.

Ґрунтові води залягають у першому від поверхні водоносному шарі. Вони живляться водами атмосферних опадів. Можуть рухатися по водотривкому похилому шару й виходити на поверхню в ярах або річкових долинах у вигляді джерела. Глибина, на якій залягають ґрунтові води, — це рівень ґрунтових вод, що змінюється залежно від кількості води, яка проникла. Весною, після танення снігу, він підвищується, а наприкінці сухого літа — знижується.

У місцях, де ґрунтові води залягають не дуже глибоко, люди викопують криниці, щоб добути воду для ниття. Вода, що просочилася крізь пори гірських порід, значно чистіша, ніж в озері чи річці. У криницях легко спостерігати зміни рівня ґрунтових вод.

Міжпластові води залягають у водоносному шарі між двома водотривкими шарами. Вода потрапляє в цей шар у місці, де водоносний шар виходить на поверхню. Міжпластові води чисті. Там, де водотривкі шари прогинаються, міжпластова вода перебуває під великим тиском. Такі води називаються артезіанськими. Коли в таких місцях пробити свердловину, вода може фонтанувати самостійно.

У народі кажуть про воду так: де пробереться, того й набереться. Вода, рухаючись по порах і тріщинах, розчиняє мінерали, гази, органічні речовини. За вмістом солей підземні води поділяють на прісні, солоні й розсоли. У розсолах міститься понад 50 г солі на 1 л води. Трапляються солонуваті підземні води, що містять корисні речовини для здоров’я людини. Де — мінеральні води. Такі води є і в Україні, зокрема в м. Моршині, Трускавці, Хмільнику, Миргороді.

Підземні води бувають різної температури. Якщо температура води вища 20 °С, — це термальні води. їх використовують для опалення будинків, теплиць, виробництва електроенергії.

Використання та охорона підземних вод. Підземні води мають велике значення. Вони регулюють рівень води в річках і озерах, використовуються для водопостачання населених пунктів, промислових підприємств, зрошення полів у районах, бідних поверхневими водами. Мінеральні води використовують із лікувальною метою.

Підземні води, як і поверхневі, потребують охорони, особливо в районах сільськогосподарського та промислового виробництва, добування корисних копалин. Побутові стоки, промислові відходи, отрутохімікати, добрива можуть змінити склад і якість підземних вод. Тому в багатьох країнах установлюють водоохоронні зони, удосконалюють очисні споруди, упроваджують сучасні методи очищення стічних вод, створюють безстічні системи водокористування. На виробництвах широко впроваджують безводні та безвідхідні технологічні процеси. Водні об’єкти, що становлять особливу наукову або культурну цінність, оголошують заповідниками.

Вода стає дедалі ціннішим мінералом. Її потрібно використовувати раціонально.

ПОВТОРИМО ГОЛОВНЕ

• Води, які знаходяться у верхній частині земної кори в порах, тріщинах і порожнинах, називаються підземними.
• Підземні води утворюються переважно внаслідок просочування крізь гірські породи дощових і талих вод.
• За умовами залягання підземні води поділяють на верховодку, ґрунтові та міжпластові.
• За вмістом солей води поділяють на прісні, солоні й розсоли.
• Солонуваті підземні води, у яких містяться корисні речовини для здоров’я людини, називають мінеральними.
• Води, температура яких вища 20 °С, називають термальними.
• Вода є цінним мінералом, що дуже потрібний людям. Її необхідно берегти й використовувати раціонально.

Ключові терміни і поняття

Підземні води, водотривкі породи, водопроникні породи, водоносні горизонти, верховодка, ґрунтові води, міжпластові води, мінеральні води, термальні води.

Запитання та завдання

• 1. Що таке підземні води? Поясніть їх походження.
• 2. Що таке ґрунтові води? Чим вони відрізняються від міжпластових?
• 3. Від чого залежить рівень ґрунтових вод?
• 4. На які види поділяють підземні води за умовами залягання?
• 5. Які води називають артезіанськими?
• 6. Чому в народі про воду кажуть: де пробереться, того й набереться?
• 7. Що таке мінеральні води?
• 8. Чому підземні води треба охороняти?
• 9*. Чи доводилося вам розчищати джерело? Як і з якою метою ви це робили?

Знайдіть джерело на плані місцевості в атласі. Поясніть, чому воно утворилося саме в цьому місці.

Чи доводилося вам спостерігати, що криниці не завжди повноводні? Поясніть, чому рівень ґрунтових вод змінюється за сезонами. Назвіть причину таких змін.

СКАРБНИЧКА ДОСЛІДНИКА

У 1126 р. у Франції, у селищі провінції Артуа (Артез), місцеві жителі вирішили викопати криницю. Копали все глибше й глибше, але води не було. Раптом дно колодязя стало здуватися. Як тільки переляканий робітник піднявся на поверхню, дно з шумом луснуло, вода утворила невеликий фонтан і стала швидко наповнювати колодязь. Після цього випадку підземні води, здатні до самовпливу на поверхню, стали називати артезіанськими.

§ 47. Підземні води

Утворення підземних вод. Під землею нагромаджені величезні запаси прісної води. Утворювалися вони дуже повільно – мільйони років. Підземні води – усі води, які містяться у ґрунті та верхніх шарах земної кори. Атмосферні опади, що потрапляють на земну поверхню, проникають у гірські породи крізь найдрібніші проміжки між частками гірських порід – пори, тріщини, порожнини, капіляри ґрунту. Водопроникні – породи, що здатні пропускати воду: пісок, торф, гравій (мал. 289). Водотривкі – породи, які затримують воду: глина, пісковики, тверді магматичні породи (граніт, базальт). Під час опадів вода швидко проходить крізь водопроникні породи, а затримається на водотривких. Так формується водоносний шар, який поступово заповнює всі порожнини.

Мал. 289. Утворення підземних вод

Завдання: 1. За схемою поясніть, як формуються підземні води та джерела. 2. Поясніть, чому джерела виникають на схилах ярів, балок, річкових долин, а не на вододілах.

Типи підземних вод за умовами залягання. В земній корі чергуються водопроникні й водотривкі гірські породи. Тому водоносні шари залягають «поверхами» на різних глибинах (мал. 290). У капілярах ґрунту та найближчому до поверхні шарі гірських порід знаходиться верховодка. Вона нагадує підземні «калюжі», які з’являються після дощів або танення снігу, а під час тривалої засухи зникають. Вода верховодки лежить окремими лінзами, не має течії, каламутна, часто забруднена, не придатна для використання.

Мал. 290. Типи підземних вод за умовами залягання: 1 – верховодка; 2 – ґрунтові води; 3 – міжпластові води; 3а – артезіанські води

Завдання: 1. За схемою порівняйте умови формування різних видів підземних вод. 2. Поясніть, від чого залежать температура, чистота та коливання рівня підземних вод. 3. Які види підземних вод та для яких потреб використовує людина?

Глибше, на першому від поверхні суцільному шарі водотривких порід залягають ґрунтові води. Вони існують постійно й стікають у бік схилу водотривкого шару. Їхній рівень значно коливається залежно від наявності атмосферних опадів. Копаючи криниці, люди дістаються саме ґрунтових вод. Помітно, як у криниці навесні або після літньої зливи води стає більше, й вона стає каламутною. Наприкінці літа, навпаки, її бракує. Ґрунтові води подекуди на схилах ярів, балок, річкових долин виходять на поверхню й утворюють джерела.

На всіх наступних глибших «поверхах» залягають міжпластові води. Вони лежить між двома шарами водотривких порід. Вода туди потрапляє лише в тому місці, де водоносний пласт виходить на земну поверхню. Такі води поповнюються дуже повільно, багаторазово фільтруються й мають постійний рівень. До них дістаються, заклавши свердловини крізь водотривкі шари. Там, де пласти гірських порід залягають чашоподібно, міжпластова вода перебуває під великим тиском. Якщо пробурити свердловину в таких місцях, вода фонтанує. Такі напірні міжпластові води називають артезіанськими (мал. 291).

Мал. 291. Артезіанські води: 1 – водоносний шар; 2 – водотривкий шар; 3 – ділянка надходження води крізь водопроникний шар; 4 – артезіанська свердловина; 5 – рівень рівноваги води; 6 – субартезіанська свердловина; 7 – артезіанське джерело

Артезіанське джерело

Завдання: за малюнком поясніть: 1) які води називають артезіанськими; 2) з яких джерел живляться артезіанські води; 3) як утворюється напір артезіанських вод; 4) чому артезіанські води відносяться до найважливіших корисних копалин.

Температура підземних вод. Розрізняють холодні (до +20 °C), теплі (до температури людського тіла: +37 °С) та термальні (понад +37 °С) підземні води. На великих глибинах (до 10-15 км) гріють воду гарячі гірські породи. Термальні води іноді виходять на поверхню як гарячі джерела (+50 °С. +90 °С), а в районах вулканізму – гейзери. Термальні води є надзвичайно важливим джерелом екологічно чистої й невичерпної геотермальної енергії. Геотермальні електростанції (ГеоТЕС) діють в Ісландії, США, Японії, Мексиці, Італії. Гарячі води також використовуються для лікувальних цілей, опалення та гарячого водопостачання житлових та виробничих будівель, теплиць, плавальних басейнів (мал. 292).

Геотермальна електростанція (ГеоТЕС) «Хеллішейді» в Ісландії

Бальнеологічний курорт в Закарпатті

Мал. 292. Використання термальних вод

Хімічний склад підземних вод. За хімічним складом підземні води бувають прісні (до 1 ‰), солонуваті (1-10 ‰) та мінеральні (10-50 ‰). У мінеральних водах розчинені різні солі та гази, які часто мають цілющий вплив на організм людини. Тому їх використовують як зовнішньо (для лікування нервових та шкіряних хвороб), так і внутрішньо (травної, видільної систем). Мінеральні води вживають лише за рекомендаціями лікаря та в обумовлених кількостях. Найчастіше їхні родовища зустрічаються в місцях сучасного або давнього вулканізму, де вода під землею насичується солями та газами від застигаючої магми. В Україні існує понад 500 джерел мінеральних вод різного хімічного складу (мал. 293).

Мал. 293. Мінеральні води України

Завдання: 1) Розкажіть, які з мінеральних вод, що показані на малюнках ви найчастіше вживаєте. 2) З’ясуйте, в яких регіонах України вони видобуваються.

Охорона підземних вод. Підземні води – це джерело чистої води, яке широко застосовують у побуті, для зрошення полів, а також на заводах і фабриках. При надмірному споживанні, вони не встигають поновлюватися, їхня кількість зменшується. Окрім того у ґрунтові води потрапляють стоки, що містять отруйні речовини, що робить їх небезпечними для використання. Часто це відбувається в районах видобування корисних копалин: зокрема нафти, калійних солей, фосфоритів. Після цього повністю очистити воду неможливо. Тому слід оберігати й охороняти підземні води від забруднення.

«Вірю – не вірю»: перевіряємо інформацію

• Існує кілька гіпотез походження підземних вод. У XVI ст. французькі вчені Бернар Паліссі та Едм Маріотт пояснювали утворення підземних вод просочуванням у породи атмосферних опадів. У другій половині XIX ст. німецький гідролог О. Фогель висунув іншу версію. За нею підземні води утворюються шляхом проникнення у гірські породи повітря і наступною конденсацією з нього водяної пари. Запропонована австрійським геологом Едуардом Зюссом теорія на початку XX ст. стверджує, що підземні води виникли з водяної пари та газів, які виділяються з розплавленої магми в глибоких надрах землі. Надходячи у вищі шари земної кори, вони конденсуються й дають початок підземним водам. Нарешті існує гіпотеза, за якою глибокі підземні води є залишками від давніх морських басейнів.

ОЦІНЮЄМО СВОЇ ДОСЯГНЕННЯ • усього 12 балів

1 бал • 1. Що таке підземні води, як вони сформувалися. 2. Поясніть своїми словами, чим відрізняються верховодка, ґрунтові та міжпластові води. 2 бали • 3. Якщо в спекотний літній день вам по дорозі трапилося джерело, як ви зможете розпізнати, це вихід на поверхню ґрунтових вод чи міжпластових. 4. З’ясуйте за малюнками, використання якого з типів підземних вод на них зображено. Поясніть свою думку.

3 бали • 5. Поясніть, чому підземні води мають різні фізичні властивості та хімічний склад. Наведіть приклади використання різних за властивостями підземних вод. 6. Чим можуть бути корисні знання про різні види підземних вод за умовами залягання, температурою та хімічним складом для пересічної людини та для представників різних професій?

Підземні води — види, класифікація та основні джерела

У верхній частині земної кори знаходяться підземні води. Їх фізичний стан може бути найрізноманітнішим: рідким, твердим, газоподібним. Причому під землею вода переходить з однієї фази в іншу.

Дослідженням і вивченням таких перетворень і діяльності рідини займається спеціальна наука — гідрогеологія.

Різновиди підземних вод

Вода під землею з різною інтенсивністю бере участь в загальному кругообігу. Фахівці відзначають три зони: верхню або вільного обміну, середню або уповільненого водообміну, нижню, яка важко піддається перетворенню. Види підземних вод:

• Вільна – знаходиться в тріщинах, порожнинах грунтів і гірських порід. Їх велика концентрація і потоки поширюють гідростатичний тиск за законом сполучених судин.
• Капілярна – вода, яка переміщається по ущелинах і каналах під дією капілярних сил. Вона може бути: стикової, підвішеною, піднятою. Піднята вода розташована вище вільної і утворює капілярну зону, що призводить до засолення грунтів.
• Плівкова – володіє дуже тонкою плівкою, якою обволікає мінеральні частинки. Вода переміщається в ті місця, де плівка тонше.
• Гігроскопічна – покриває частинки мінералів більш товстою плівкою, а переміщатися рідина починає, коли переходить в газоподібну форму.
• Лід – твердий стан води при низьких температурах. Являє собою кристалічні частинки, з яких утворюються великі скупчення.
• Кристалізаційна – рідина, молекули якої входять в мінерали, а при дегідратації видаляються або переходять в інший стан.

Крім того, до складу підземної атмосфери вода може входити в газоподібному стані і дисоційованому вигляді, з якого складається структура мінералів.

Систематизація за умовами розташування

Водні ресурси, які знаходяться під землею, складають запаси загальним обсягом близько 60 млн км 3 . Фахівці враховують їх як корисну копалину. Класифікація підземних вод:

Методи виявлення джерел

Під верхнім шаром земної кори розташовуються грунтові води. Вони заповнюють пори і тріщини, а переміщаються під дією сили тяжіння. За визначенням ця рідина відрізняється невеликою глибиною залягання, вона просочує собою природний масив, займаючи дуже великі площі.

Її поповнення відбувається в результаті інфільтраційного просочування дощових вод через грунт і пісок. Відбувається це протягом тривалого періоду, за який вода насичується органічними речовинами. Деякий обсяг рідини протікає вглиб по ділянці, який має гарну водопроникністю, а частина затримується ближче до поверхні.

Верховодка являє собою тимчасову концентрацію гравітаційних вод в областях аерації грунтів і порід. У цьому випадку походження підземних вод трапляється після атмосферних опадів, паводків і танення снігів. Крім того, вона може утворюватися в результаті внутріпочвенного випаровування з штучних водойм. Верховодка має властивості:

В основному людина не використовує її для водопостачання. При проведенні відкритих гірничих робіт слід зміцнити укоси для входу і виходу з траншей, спорудити дренажні свердловини із застосуванням водовідведення.

Грунтові та артезіанські

До грунтових відносяться води першого від поверхні землі водоносного горизонту. Вони утворюються в основному просочуванням через грунт після атмосферних опадів, з річок, озер та інших водойм. Вчені помітили, що навіть вічна мерзлота за Полярним колом не заважає грунтовим водам підживлювати моря.

Зазвичай це вільна і безнапірна рідина, яка завжди залишається на рівні розтину. Грунтова вода підживлюється і поширюється в одній області. Протягом сезону рівні сильно різняться в залежності від атмосферних опадів і температури грунту.

Коли відсутні дощі, а грунт постійно знаходиться під сонячними променями, то вода сильно підігрівається, і рівень її падає. Вона має важливе значення для народного господарства в Росії як джерело водопостачання промислових підприємств і населених пунктів.

Міжпластові або артезіанські поклади розташовані між нижніми і верхніми водотривкими шарами. Основна їх відмінність – це відсутність джерел підживлення. Рідина, що знаходиться під тиском щільних шарів грунту, досягає поверхні в якості джерел.

Якщо пробурити пласти, то ця вода з-під землі заб’є фонтаном, тому її видобуток здійснюється буровою установкою на автомобільному шасі. У бурову свердловину вставляється труба, встановлюється фільтр і опускається помпа.

Під час розробки родовищ трапляються прориви, які заважають при проходженні гірських порід і вимагають спеціальної охорони виробок від води. Підземні родовища глибокого залягання добре підходять для забезпечення населення, промислових і сільськогосподарських об’єктів.

Мінеральні родовища

У цих родовищах знаходиться тип підземної води з незмінним хімічним складом і біоактивними мінеральними або органічними елементами. Рідина з такими характеристиками має лікувальні властивості для внутрішнього і зовнішнього використання. Її поділяють:

До складу практично будь-якої рідини з-під землі входять мінеральні солі та інші корисні елементи. Вона відрізняється від прісної тим, що її склад формується протягом декількох років під впливом деяких факторів. Її структура ніколи не змінюється і безпосередньо залежить від джерела.

У промислових цілях мінеральну воду добувають за допомогою каптажів, які представляють собою комплекс інженерних споруд. Дуже часто джерела самі виходять назовні у вигляді джерел і ключів. Зазвичай в таких місцях будуються бальнеологічні лікарні і курорти.

Методи пошуку джерел

Підземні поклади існують практично в будь-яких районах, але тільки проблема дістатися до них полягає в глибині залягання. Пошук родовищ проводиться як примітивними підручними матеріалами, так і із застосуванням сучасної техніки.

Розвідка покладів іноді здійснюється способом пробного буріння. Правда, такий спосіб несе великі фінансові витрати, тому він підходить при будівництві великого водозабору для декількох будинків. Спосіб буріння ділиться на кілька методів:

Найчастіше застосовується шнекове буріння, а вибір способу залежить від складності породи, фінансових можливостей та інших факторів. При покладах джерела не глибше 50 м використовується шнек, який, обертаючись, виводить грунт назовні. Найчастіше труби для зміцнення свердловини не потрібні, що набагато прискорює процес і економить кошти. При пошуках родовищ використовуються:

Процедуру необхідно проводити в строго певний час:вранці з 5:00 до 6:00 годин, вдень з 14:00 до 15:00, ввечері з 20:00 до 21: 00. При пошуку спосіб біолокації може виконати не кожна людина, а тільки підготовлений і навчений. Але цей метод не завжди приносить хороші результати. Найбільш точними вважаються спеціалізовані способи виявлення джерел.

Один з них — застосування електричного опору. Зазвичай ним користуються при будівництві великих водозаборів, а в його основі лежить зондування грунтового покриву. Електричний опір рідини і грунту розрізняються, тому по відмінності показників можна визначити, де знаходиться джерело.

Правда, залізниця, що знаходиться недалеко, металевий паркан або родовище залізної руди можуть викликати неточності у вимірах. Визначити знаходження підземних покладів можна візуально і без обладнання. Присутність деяких рослин на ділянці вкаже на наявність підземних джерел. До них відносяться:

Існують деякі непрямі ознаки: вранці густий туман над ділянкою, наявність безлічі комах, густа зелена трава. Крім того, часто тварини риють ями в місцях розташування джерел. Таким чином, для виявлення родовища підземної води можна використовувати різні методи.