1. PROCESY ENDOGENICZNE I EGZOGENICZNE

Procesami geologicznymi - zespół zjawisk i procesów chemicznych, fizycznych zachodzących w litosferze, przede wszystkim w skorupie ziemskiej. Procesy te mają zasadniczy wpływ na charakter skorupy ziemskiej, jej skład chemiczny, mineralny oraz właściwości fizyczne. Procesy geologiczne kształtują zewnętrzną warstwę powierzchni Ziemi. Wyróżnia się procesy geologiczne egzogeniczne oraz endogeniczne.

Procesami egzogenicznymi - procesy wywołane są czynnikami przebiegającymi na powierzchni Ziemi oraz w warstwie przypowierzchniowej. Wśród procesów egzogenicznych wyróżniamy: wietrzenie, denudacja, erozję, grawitacyjne przemieszczenia mas skalnych - osuwiska, sedymentacja.

Wietrzenie - proces, któremu podlegają utwory budujące powierzchnię Ziemi oraz warstwę przypowierzchniowej, pod wpływem różnorodnych czynników m.in. wody, wiatru, temperatury, organizmów żywych, następuje rozpad i przemiana fizyczna lub chemiczna utworów. Skutkiem wietrzenia są złoża kopalin oraz warstwa zwietrzeliny.

Denudacja - jest to ogól procesów prowadzących do niszczenia i przemiany powierzchni Ziemi, pod ich wpływem ulega ona obniżaniu, wyrównywaniu, rozcinaniu. Procesami denudacyjnymi są procesy wietrzenia, erozji, ruchów masowych (osuwanie, spełzywanie, obrywanie).

Erozja - procesy zachodzące pod wpływem działalności wody, wiatru, lodowców w ich wyniku powierzchnia Ziemi ulega żłobieniu, materiał skalny przemieszcza się, ścierając podłoże skalne (procesy abrazji), przemieszczanie materiału może być wywołane przez nurty rzeczny (erozja rzeczna), lodowce, wiatr (erozja eoliczne), deszcz, prądy morskie, falowanie (erozja morska).

Procesami endogenicznymi - procesy i zjawiska, które zachodzą pod wpływem czynników działających we wnętrzu Ziemi, wśród procesów endogenicznych wyróżniamy m.in.: wulkanizm, metamorfizm, diastrofizm.

Diastrofizm - jest to zespół procesów, pod wpływem, których powierzchnia Ziemi na znacznych obszarach ulega przemianom, do procesów diastroficznych należą ruchy górotwórcze - orogeneza, ruchy epejrogeniczne, za główny czynnik wywołujących te ruchy uznaje się, przemieszczanie się płyt litosferycznych.

Wulkanizm - procesy zachodzące pod wpływem działalności, wydobywającej się na powierzchnię Ziemi magmy w postaci, gorącej lawy, utworów piroklastycznych, pyłów i gazów. Produktami działalności wulkanicznej są m.in.: skały wulkaniczne, wylewne, utwory piroklastyczne. Procesy te odgrywają zasadniczą rolę w kształtowaniu powierzchni Ziemi, mają również wpływ na jej budowę.

Plutonizm - działające we wnętrzu Ziemi procesy w wyniku, których dochodzi do wytworzenia magmy i powstania skał magmowych.

Trzęsienia Ziemi - ruchy skorupy ziemskiej zachodzące pod wpływem przemieszczania i deformacji ośrodka skalnego, znajdującego w głębi Ziemi. Deformacja ośrodka skalanego powoduje przerwanie jego ciągłości oraz emisję fal sejsmicznych. Strefa deformacji nazywana jest ogniskiem trzęsienia ziemi. Trzęsienia Ziemi zachodzą głównie na obszarach gdzie stykają się płyty litosferyczne, obszary te nazywane są strefami sejsmicznymi, ruchy płyt i ich przemieszczanie są głównym powodem trzęsień ziemi, którym towarzyszą procesy wulkaniczne. Obszary, na których brak trzęsień ziemi znajdują się w strefie zwanej asejsmiczną, przeważa ona na Ziemi. Trzęsieniom ziemi towarzyszą fale tsunami a także osuwiska.

Ruchy orogeniczne - inaczej ruchy górotwórcze, są to zachodzące, na przestrzeni milionów lat, na dużych obszarach ruchy skorupy ziemskiej, w wyniku, których skorupa ziemska ulega fałdowaniu, wypiętrzeniu, a poszczególne warstwy ją budujące mogą nachodzić na siebie formując płaszczowiny. Ruchy górotwórcze są głównie wywoływane przez kolizje kontynentów, np. orogeneza kaledońska, hercyńska, alpejska.

2. KLASYFIKACJA GRUNTÓW

Grunt – zespół cząstek mineralnych (niekiedy z substancją organiczą) w postaci osadu, który może zostać rozdrobniony przez rozcieranie w ręku. Grunt składa się z fazy suchej, gazowej (powietrze, a niekiedy inne gazy) oraz ciekłej (najczęściej woda).

Podział gruntów:

a) grunt antropogeniczny - grunt utworzony z produktów gospodarczej i przemysłowej działalności człowieka (odpady komunalne, pyły poflotacyjne, pyły dymnicowe, itp.) w wysypiskach, zwałowiskach, budowlach ziemnych, itp.

b) grunt naturalny - grunt, którego szkielet powstał w wyniku procesów geologicznych

- grunt mineralny - grunt, w którym zawartość części organicznych jest równa lub mniejsza 2% objętości

* bardzo gruboziarnisty (nieplastyczny) - kamienie, głazy i duże głazy

* gruboziarnisty (nieplastyczny) - żwiry, piaski i pospółki

* drobnoziarnisty (plastyczny) - zaliczamy do niego pyły i iły

- grunt organiczny - grunt, w którym zawartość części organicznych jest większa od 2% objętości

* grunt próchniczy - zawartość części organicznych jest wynikiem wegetacji roślinnej oraz obecności mikroflory i mikrofauny

* torfy - grunty powstałe z obumarłych i podlegających stopniowej karbonizacji części roślin

* gytie - grunty powstałe w wyniku osadzania się substancji mineralnych i organicznych w środowisku wodnym, cechuje je zawartość węglanu wapnia większa niż 5%

- grunty przydatne na budownictwo

* nasyp budowlany - nasyp, którego rodzaj i stan odpowiadają wymaganiom budowli lub podłoża pod budowę

* nasyp nieodpowiadający wymaganiom budowlanych

3. WIEK WZGLĘDNY I BEZWGLĘDNY ZIEMI. (poszczególne ery).

Wiek bezwzględny - to wiek skał lub zdarzeń geologicznych wyrażony w latach, które upłynęły od tego zdarzenia do dziś.

Wiek względny - wiek obiektów geologicznych (skał, deformacji tektonicznych) oraz zdarzeń w odniesieniu do innych obiektów geologicznych. Określanie wieku względnego ustala tylko, które elementy i zdarzenia są starsze, a które młodsze, bez podawania wieku w latach.

Ery:

1) Prekambr - era najstarsza, najdłuższa w dziejach Ziemi (4,4 miliarda lat)

a) ARCHAIK

b) PROTEROZOIK

2) Paleozoik - era trwała ok. 327 milionów lat

a) KAMBR

b) ORDOWIK

c) SYLUR

d) DEWON

e) KARBON

f) PERM

3) Mezozoik - era trwała ok. 165 milionów lat

a) TRIAS

b) JURA

c) KREDA

4) Kenozoik - trwał 65 milionów lat

a) TRZECIORZĘD

b) CZWARTORZĘD

4. SYSTEMATYKA WÓD PODZIEMNYCH. WODY STREFY AERACJI I SATURACJI.(wody artezyjskie i subartezyjskie).

Wody strefy aeracji:

a) 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. 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.

b) wody higroskopijne – związane siłami molekularnymi z ziarnami mineralnymi skał. Powstają na drodze adsorbcji przez ziarna drobin pary wodnej z powietrza. 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;

c) 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:

a) 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.

b) 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).

c) 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.

d) wody głębinowe – wody uwięzione w warstwach skalnych w przeszłości geologicznej, całkowicie odizolowane od czynników zewnętrznych. Zazwyczaj są silnie zmineralizowane, niekiedy ogrzane ciepłem Ziemi.

Wody artezyjskie – wody podziemne występujące pod ciśnieniem hydrostatycznym, zdolne do samoczynnego wypływu na powierzchnię ze studni. Odpowiednie warunki do wytworzenia ciśnienia hydrostatycznego występują najczęściej na obszarach o nieckowatym układzie warstw skalnych. Od wód gruntowych odróżnia je istnienie warstwy nieprzepuszczalnej w stropie. Dzięki tej izolacji są mniej zanieczyszczone. Wody artezyjskie najczęściej występują w niecce artezyjskiej w warstwach wodonośnych pod skałami nieprzepuszczalnymi. Występowanie wód artezyjskich może być niekiedy związane także z uskokami i systemem szczelin skalnych.

Wody subartezyjskie – wody podziemne (wgłębne pod ciśnieniem) występujące w warstwach wodonośnych pod skałami nieprzepuszczalnymi, pod niskim ciśnieniem hydrostatycznym, w przypadku których słup wody w odwiercie nie sięga powierzchni ziemi, jednak podnosi się wyżej, niż nawiercone zostało zwierciadło wód podziemnych. W rzeczywistości miejsc występowania wód subartezyjskich jest bardzo wiele - warunki takie stwarza każdy kompleks skalny, którego spąg (strop warstwy wodonośnej) znajduje się poniżej poziomu ciśnienia piezometrycznego (zwierciadła piezometrycznego).

5. WŁAŚCIWOŚCI FIZYKO-CHEMICZNE WÓD PODZIEMNYCH. ANTROPOGENICZNE ZAGROŻENIA WÓD PODZIEMNYCH.

Do cech fizycznych wód podziemnych, istotnych dla ich praktycznego wykorzystania, należą :

1) Temperatura - waha się w granicach 0 – 100 stopni C.

2) Przezroczystość i mętność

Przezroczystość - jest to zdolność przepuszczania przez nią promieni słonecznych

Mętność - to zdolność absorbowania promieni słonecznych. Mętność wywołana jest obecnością zawiesin pyłowych lub koloidalnych pochodzenia mineralnego lub organicznego. W większości przypadków wody podziemne są doskonale przezroczyste. Dużą mętność wykazują wody bagienne oraz wody mioceńskie formacji brunatno-węglowej, w których zawarte są zawiesiny pyłu węgla brunatnego.

3) Barwa

Barwa rzeczywista - spowodowana jest wyłącznie rozpuszczonymi w wodzie związkami.

Barwa pozorna - spowodowana jest mechanicznymi zawiesinami, które mogą być usunięte.

4) Przewodnictwo elektryczne

5) Radoczynność - źródłem naturalnej radoczynności wód podziemnych są pierwiastki promieniotwórcze należące do szeregów: uranowo-radowego, torowego, antynowego.

Skład chemiczny wód podziemnych zależy przede wszystkim od rodzaju i właściwości skał , przez które woda się przesącza. Najbardziej rozpowszechnione w wodach podziemnych są :

1) aniony chloru, siarczanowy, wodorowęglanowy,

2) kationy sodu, wapnia, amonu, magnezu

Poza wymienionymi pierwiastkami w wodach podziemnych znajdować się mogą jako mikroelementy : lit, bor, fluor, glin, krzem, miedź, bar, ołów, chrom, arsen.
Śladowo mogą występować : rubin, złoto, rtęć, oraz pierwiastki promieniotwórcze: radon, toron, aktynon, rad, tor.

Zagrożenia wód podziemnych:

Zanieczyszczeniem wód nazywamy zmianę składu lub stanu wody wywołaną działalnością człowieka, która czyni wody mniej przydatne do jednego lub wszystkich celów, którym mogłaby służyć w stanie naturalnym.

Klasyfikacja zagrożeń ze wzg;ędu na pochodzenie:

a) geogeniczne ( naturalne ) - nie ma emisji zanieczyszczeń spoza warstwy wodonośnej, a niekorzystne dla jakości zmiany składu chemicznego są związane z przekształceniami dynamicznego pola hydrogeochemicznego.

b) antropogeniczne - pochodzą spoza warstwy wodonośnej i są emitowane z ognisk zanieczyszczeń, które maja charakter przestrzenny: od punktowego do wielkopowierzchniowego.

Głównym zagrożeniem jakości wód podziemnych są zanieczyszczenia obszarowe tj.:

a) chemizacja rolnictwa i leśnictwa (stosowanie nadmiernych dawek nawozów mineralnych oraz chemicznych środków ochrony roślin).

b) górnictwo (głównie odkrywkowe) - przekształca powierzchnię ziemi i odkrywa warstwę wodonośną umożliwiając łatwe jej zanieczyszczenie, powoduje głębokie i rozległe leje depresyjne. Górnictwo podziemne zanieczyszcza cieki i wody podziemne słonymi wodami kopalnianymi.

c) przemysł - źródła o bardzo zróżnicowanym charakterze, głównie składowiska odpadów stałych, stawy ściekowe i osadowe, nieszczelności w urządzeniach kanalizacyjnych, czy też emitowanie pyłów i gazów.

d) transport - stacje i magazyny paliw, emisje gazowe, awarie ruchowe, zimowe utrzymanie dróg.

6. POMIARY STANÓW WÓD PODZIEMNYCH. MAPY HYDROGEOLOGICZNE. (hydroizohipsy, hydroizobaty).

Do pomiaru głębokości zwierciadła wody podziemnej wykorzystuje się punkty, w których zwierciadło jest odsłonięte, jak studnie, wykopy, szyby itp. lub specjalne studzienki obserwacyjne- piezometry (urządzenie, w hydrogeologii małośrednicowy otwór, służące do pomiaru wysokości ciśnienia piezometrycznego w określonym punkcie warstwy wodonośnej (a tym samym naporu). Piezometr obok małej średnicy (dla zachowania małej bezwładności przy rejestrowaniu zmian ciśnienia w warstwie), powinien ujmować warstwę przez dno lub filtrem o małej długości części czynnej, dla zagwarantowania odnoszenia pomiaru do określonego punktu w warstwie.

Do pomiaru głębokości zwierciadła wody używane są: łata, pręt z podziałką, pływak, gwizdek studzienny, świetlik studzienny, limnigraf.

Pomiar gwizdkiem studziennym używa się gdy głębokość studni nie przekracza 50m, a sygnał dźwiękowy nie jest zagłuszany. Gwizdki studzienne są to rury z mosiądzu lub innego nierdzewnego metalu, o średnicy zew. od 28-36mm. Długość gwizdka wynosi 22-30cm, od dołu są otwarte, a u góry zakończone rurką o średnicy ok. 10 mm., z otworem gwiazdkowym. Przy zanurzeniu przyrządu do wody , powietrze znajdujące się wewnątrz zostaje wyparte i wychodząc otworem gwiazdkowym wydaje gwizd. Przyrząd zawiesza się zwykle na taśmie pomiarowej .

Pomiar świetlikiem studziennym stosuje się na głębokości przekraczającej 50m, a także wtedy gdy nie można usłyszeć sygnału dźwiękowego. Stosowany jest w krótkich odstępach czas. Część środkowa świetlika ma wewnątrz małą lampkę, elektryczną z urządzeniem kontaktowym i sucha baterię. W części dolnej znajdują się dwie kolki celuloidowe, które prze zanurzeniu przyrządu do wody unoszą się do góry, naciskając sprężynkę kontaktowa i powodują świecenie lampki.

Hydroizohipsy - linie krzywe na mapie hydrogeologicznej łączące punkty o tej samej wysokości zwierciadła wody podziemnej względem przyjętego poziomu odniesienia, zwykle poziomu morza. Hydroizohipsy przypominają nieco poziomice, jednostką są metry n.p.m.

Hydroizobaty - linie krzywe na mapie hydrogeologicznej łączące punkty o takiej samej głębokości zwierciadła wody gruntowej względem powierzchni ziemi. Jednostką są metry.

7. WYZNACZANIE KIERUNKU PRZEPŁYWU WÓD PODZIEMNYCH.

Badanie kierunku przepływu wód

a) metoda graficzna - polega ono na dokładnym określeniu wysokości zwierciadła wody w jednej, konkretnej warstwie wodonośnej w minimum 3 punktach rozmieszczonych w trójkącie. Punkty te zaznacza się na mapie, a na każdym z boków utworzonego z nich trójkąta zaznacza się wartości pośrednie. Po połączeniu punktów o tych samych wartościach otrzymujemy linie – HYDROIZOHIPSY. Kierunek do nich prostopadły określa nam kierunek spływu wód podziemnych.

Badanie prędkości przepływu

Polega na wprowadzeniu do strumienia wody znacznika i obserwowaniu czasu pojawienia się go w określonej odległości. Wykorzystuje się tu co najmniej 2 otwory wiertnicze oraz źródła i cieki powierzchniowe. Do otworu wskaźnikowego wprowadza się znacznik, a z otworów obserwacyjnych lub źródeł pobiera się próbki wód i oznacza zawartość tego znacznika aż do czasu, kiedy minie maksymalne jego stężenie w badanej wodzie. Wskaźniki powinny mieć następujące cechy:
- dobrą rozpuszczalność w wodzie
- dużą trwałość
- obojętność chemiczną
- intensywność
- łatwą oznaczalność jakościową i ilościową
- muszą być proste w użyciu
- nie mogą być toksyczne lub trujące

Metody znacznikowe pozwalają nie tylko na wyznaczenie prędkości przepływu, ale także kierunków przepływu wód podziemnych Zależnie od rodzaju znacznika oraz sposobu pomiaru jego stężenia w wodzie wyróżnia się metody:
1) Kolorymetryczną – wskaźnikiem jest tu barwnik, najczęściej fluoresceina, erytrozyna, eozyna, błękit metylowy
2) Chemiczną - wskaźnikiem jest łatwo rozpuszczalny związek chemiczny, np.: chlorek sodu, chlorek amonu lub chlorek wapnia
3) Elektrolityczną – również wprowadza się łatwo rozpuszczalny związek chemiczny ale nie mierzy się jego stężenia lecz przewodnictwo elektrolityczne. Używanym najczęściej wskaźnikiem jest chlorek amonu, który wywołuje dysocjację elektrolityczną i zwiększa wartość przewodnictwa.

8. PRAWO DARCY'EGO, PRĘDKOŚĆ FILTRACJI, PRĘDKOŚĆ SKUTECZNA (SPADEK HYDRAULICZNY).

Filtracja - to zjawisko przepływu płynu przez ośrodek porowaty (np. wody przez grunt).
W większości przypadków przepływ odbywa się ruchem laminarnym, wyjątkiem może być przepływ przez pokłady grubego żwiru lub kamieni. Aby uprościć obliczenia wprowadzono pojęcie prędkości filtracji, czyli takiej prędkości, podczas której ciecz płynęłaby pełnym przekrojem ośrodka porowatego:

v = Q/A

Q – strumień objętości,

A – przekrój całkowity,

Przedstawiona zależność, zwana prawem filtracji, została podana przez Darcy’ego w postaci

równania:

v = k*J

J – spadek linii ciśnień (spadek hydrauliczny),

k – współczynnik filtracji, zależny od średnicy ziaren, porowatości gruntu oraz lepkości cieczy

Prawo Darcy'ego - fundamentalny wzór o charakterze fenomenologicznym, opisujący zależność między prędkością filtracji płynu przepływającego w ośrodku porowatym u, a występującym gradientem ciśnienia gradP. Prawo Darcy'ego zmieniało swoją postać z postępem wiedzy w zakresie hydrodynamiki podziemnej.

Prędkość skuteczna - prędkością przepływu wody w porach gruntu.

Spadek hydrauliczny - różnica wysokości hydraulicznej między dwoma punktami położonymi na jednej linii prądu (na kierunku maksymalnego spadku) w warstwie wodonośnej, przypadająca na jednostkową odległość między tymi punktami.

Spadek krytyczny - przy ruchu wody w gruncie powstaje opór tarcia wody o cząsteczki gruntowe, na pokonanie tego oporu musi być użyta hydrauliczna różnica ciśnień wody działających na przednia i tylna ścianę rozpatrywanego elementu gruntu..

9. WARSTWA W ZWIERCIADLE SWOBODNYM. (wzory).

Zwierciadło wód podziemnych (zwierciadło wód gruntowych) - granica stref aeracji (napowietrzenia) i saturacji (nasycenia). Zwierciadło wód podziemnych może być napięte, lub swobodne.

a) swobodne – pozostające pod ciśnieniem atmosferycznym, co oznacza, że nad zwierciadłem wody w tej samej warstwie przepuszczalnej występuje przestrzeń bez wody umożliwiająca jego podnoszenie się.

b) napięte – pozostające pod ciśnieniem wyższym od atmosferycznego. Jego położenie jest wymuszone przez wyżej leżące utwory nieprzepuszczalne, które uniemożliwiają wzrost poziomu zwierciadła wody. Występuje na granicy warstwy wodonośnej i warstwy nieprzepuszczalnej.