Geneza wód podziemnych
Ze względu na sposób powstawania wód podziemnych można wyróżnić wody infiltracyjne, które powstają wskutek przesiąkania wody przez szczeliny w glebie i warstwach skalnych, wody kondensacyjne, czyli takie, których przyczyną powstania było skraplanie pary wodnej w przypowierzchniowych warstwach gruntu, wody juwenilne, czyli wody, które powstają z magm wydostających się z głębi Ziemi lub wody reliktowe, które w przeszłości geologicznej zostały uwięzione w warstwach skalnych i przez to nie miały kontaktu z otoczeniem przez długi czas. Wśród reliktowych rozróżnić możemy również sedymentacyjne i infiltracyjne.
Sposób występowania
W zależności od głębokości i warunków występowania można wyróżnić następujące wody podziemne:
Wody strefy aeracji
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. Grubość błonki nie przekracza 0,5 μm. 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.
wody higroskopijne – związane siłami molekularnymi z ziarnami mineralnymi skał. Powstają na drodze adsorbcji przez ziarna drobin pary wodnej z powietrza. Gęstość w. h. wynosi 2 g/dm3, temperatura zamarzania -78 st.C. W. h. nie przenoszą ciśnienia hydrostatycznego, 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;
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
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.
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).
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. Różnica poziomów najniżej i najwyżej położonych punktów zwierciadła umożliwia powstawanie efektu artezyjskiego i subartezyjskiego w rozległych synklinach (Niecka Mazowiecka, Niecka Łódzka, Basen Londynu, Basen Dakoty, Wielki Basen Artezyjski).
wody głębinowe – wody uwięzione w warstwach skalnych w przeszłości geologicznej, całkowicie odizolowane od czynników zewnętrznych. Zazwyczaj są silnie zmineralizowane, niekiedy ogrzane ciepłem Ziemi.
Wody szczelinowe i krasowe
Wody krasowe to wody podziemne występujące w kawernach i kanałach powstałych wskutek agresywnego ługowania skał łatwo rozpuszczalnych krasowienia, przede wszystkim węglanowych. Mieszanym rodzajem wód krasowych są wody szczelinowo-krasowe.
Wody szczelinowe to wody podziemne występujące w szczelinach skał litych, niekiedy w szczelinach utworów spoistych – np. glin czy iłołupków. Rodzajem mieszanym są wody porowo-szczelinowe.
Zwierciadło wód podziemnych (zwierciadło wód gruntowych) - granica stref aeracji (napowietrzenia) i saturacji (nasycenia). Zwierciadło wód podziemnych może być napięte, lub swobodne.
Swobodne – pozostające pod ciśnieniem atmosferycznym, co oznacza, że nad zwierciadłem wody w tej samej warstwie przepuszczalnej występuje przestrzeń bez wody umożliwiająca jego podnoszenie się.
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.
W terminologii geologicznej funkcjonują ponadto pojęcia z.w.p. (z.w.g.) nawierconego i ustalonego:
nawiercone – oznacza poziom (najczęściej w metrach p.p.t. lub n.p.m.) na którym stwierdzono z.w.g. w otworze wiertniczym. Z reguły jest to poziom spągu warstwy nieprzepuszczalnej czyli stropu warstwy wodonośnej i odpowiada poziomowi zwierciadła napiętego (który może być bardzo zróżnicowany zależnie od położenia w poziomie).
ustalone (ustabilizowane) – poziom na którym zwierciadło ustabilizowało się. Najczęściej następuje to w ciągu niewielu minut lub godzin i poziom ten odpowiada zwierciadłu swobodnemu (linia ciśnień piezometrycznych).
Profil glebowy – pionowy przekrój, odsłaniający morfologię (budowę) danej gleby, a w szczególności rodzaj, miąższość i wzajemny układ poziomów genetycznych.
Procesy glebotwórcze powodują migrację oraz koncentrację składników mineralnych i organicznych. W ten sposób dochodzi do wytworzenia się specyficznych poziomów gleb. Poziomy te stanowią najważniejszą cechę rozpoznawczą, odzwierciedlającą etap rozwoju gleby. Na podstawie ilości i właściwości tych składników wyróżnia się określony typ gleby, który charakteryzuje się mniejszym lub większym zróżnicowaniem profilu glebowego.
Na podstawie budowy profili wyróżnia się profile glebowe:
wykształcone, składające się z określonych dla każdego typu lub rodzaju gleby, charakterystycznych i wyraźnie wykształconych poziomów,
niewykształcone, o małej miąższości z powodu braku niektórych poziomów w środkowej lub dolnej części profilu
Profile glebowe mogą być:
całkowite – na całej głębokości profilu, nie mniejszej niż 1,5 m, występuje materiał mineralny z tej samej skały macierzystej,
niecałkowite – utworzone ze skał macierzystych, których miąższość jest mniejsza niż 1,5 m.
Każdy rodzaj (typ) gleby powstaje z określonej skały macierzystej i może nią być zarówno lita skała magmowa, skała osadowa czy metamorficzna, zwarta jak granit czy wapień lub luźna jak piasek . Profil glebowy to układ poziomów genetycznych bądź warstw występujących w pionowym przekroju gleby do głębokości 150 cm (gleby uprawne) lub 200 cm (gleby leśne). Profile glebowe możemy badać bądź na podstawie naturalnych odsłonięć geologicznych, bądź też za pomocą specjalnie wykonywanych odkrywek glebowych. Np. w gleboznawstwie leśnym przyjęto, że profil glebowy powinien mieć głębokość 200 cm.
W zależności od głębokości na jakiej zachodzi zmiana warstwy gleb niecałkowitych, różnic stosunków wodnych i powietrznych, a także w zależności od głębokości występowania utworu odmiennego pochodzenia wyróżniamy:
gleby płytkie - utwór odmiennego pochodzenia występuje na głębokości do 50 cm,
gleby średnio głębokie - utwór odmiennego pochodzenia występuje na głębokości od 50 do 100 cm,
gleby głębokie - utwór odmiennego pochodzenia występuje głębiej niż 100 cm,
bardzo głębokie - utwór odmiennego pochodzenia występuje głębiej niż 150 cm.
Poziomy genetyczne i warstwy
Każda skała macierzysta gleb podlega z biegiem czasu istotnym przemianom, przy czym powstają poziomy zróżnicowania pomiędzy poszczególnymi utworami zwanymi inaczej poziomami genetycznymi gleby.
Poziomy genetyczne - część profilu glebowego, które są zmienione i powstają w wyniku procesu glebotwórczego i dają się odróżnić makroskopowo oraz na podstawie zmian właściwości chemicznych.
Każdy typ gleb charakteryzuje się właściwym sobie układem poziomów genetycznych. Główne poziomy genetyczne to:
O - poziom organiczny
A - poziom próchniczny
E - poziom wymywania
B - poziom wzbogacania
C - poziom skały macierzystej
G - poziom glejowy
P - poziom bagienny gleby organicznej
D - podłoże mineralne gleb organicznych
M - poziom murszowy gleby organicznej
R - podłoże skalne (lita skała)