Wody podziemne

Cele:
Uczeń:

- wyjaśnia przyczyny pojawienia się wody pod powierzchnią ziemi;
- potrafi wyjaśnić różnicę między napiętym i swobodnym zwierciadłem wód podziemnych;
- wymienia kilka czynników, od których uzależnione jest tempo wsiąkania;
- zna różnicę między wodami artezyjskimi i subartezyjskimi;
- zna formy będące wynikiem podziemnych zjawisk krasowych;
- przedstawia rodzaje źródeł;
- zna rodzaje mineralnych wód podziemnych;
- potrafi wskazać na mapie obszary występowania wód mineralnych w Polsce i kilka miejscowości uzdrowiskowych znajdujących się na tych obszarach.

Treści przedstawiane na lekcji:
Odpowiedź na pytanie: Skąd pochodzi woda, nie jest do końca wyjaśniona. Dominują dwie hipotezy:
- solarna - zakładająca, że woda powstała w wyniku wiązania się wodoru, który wraz z wiatrem słonecznym dotarł do Ziemi, z tlenem w atmosferze;
- ziemska - według której woda powstała z odgazowania wody zawartej w skałach płaszcza Ziemi.
Występowanie wód podziemnych jest związane z rodzajem skał i ich strukturą. Skały, w których gromadzą się wody podziemne, nazywają się wodonośnymi. Może się tak zdarzyć, że nad warstwą skał wodonośnych znajduje się warstwa skał nieprzepuszczalnych. Często doprowadza to do wzrostu ciśnienia wody podziemnej, na którą napierają wody znajdujące się wyżej. Zwierciadło wody podziemnej, czyli górna granica strefy nasycenia skały wodą, jest wtedy napięte.
W sytuacji, gdy nad warstwą skał wodonośnych nie ma skał nieprzepuszczalnych, zwierciadło wody podziemnej jest swobodne.
Bogactwo wód podziemnych jest uzależnione od czynników ułatwiających i utrudniających wsiąkanie, takich jak:
- porowatość podłoża;
- przepuszczalność;
- równinność terenu;
- bujna roślinność;
- gwałtowność opadów;
- temperatura.
Wody podziemne występują dzięki:
- infiltracji, czyli wsiąkania do ziemi wód powierzchniowych;
- kondensacji pary wodnej zawartej w magmie (wody juwenilne);
- pozostałości po istniejących kiedyś jeziorach i morzach (wody reliktowe).
W zależności od stopnia nasycenia wodą wyróżnia się następujące strefy wód podziemnych:
- strefę aeracji (napowietrzenia) – pory i szczeliny w skałach są wypełnione powietrzem i wilgocią glebową, w skład której wchodzi woda higroskopijna, błonkowata, włoskowata, woda wsiąkająca w grunt;
- strefę saturacji (nawodnienia) – pory i szczeliny w skałach wypełnia woda, strefy są oddzielone od siebie tzw. zwierciadłem wody, a od spodu ogranicza je warstwa nieprzepuszczalna.
W zależności od głębokości lub od miejsca występowania wyróżnia się następujące rodzaje wód podziemnych:
- wody zaskórne (przypowierzchniowe) występujące tuż przy powierzchni terenu, które nasycają wszystkie przestwory w płytkiej warstwie gruntu, powodują one zakwaszenie, wzmagają procesy gnilne, często są zanieczyszczone, w zimie zamarzają;
- wody gruntowe, głębokie (3 – 30 m poniżej poziomu ziemi) przefiltrowane o małych wahaniach temperatury, na ogół ze swobodnym zwierciadłem wody;
- wody wgłębne - występują w utworach skalnych, przepuszczalnych, ale często ograniczonych od spodu i od góry skałami nieprzepuszczalnymi. Jeśli te warstwy skalne są w kształcie rozległego zagłębienia, to są to wody artezjskie lub subartezyjskie. Zwierciadło ma wtedy charakter napięty;
- wody głębinowe - znajdują się bardzo głęboko i są oddzielone od pozostałych wód, wieloma warstwami skał nieprzepuszczalnych.
Wody artezyjskie to takie, które występują w warstwie przepuszczanej, ograniczonej od góry i spodu warstwami skał nieprzepuszczalnych. Kształt tych warstw jest nieckowaty, dlatego w miejscach, gdzie warstwa przepuszczalna dociera do powierzchni ziemi, jest zasilana w wodę. Ciągłe zasilanie warstwy przepuszczalnej wodą z powierzchni zwiększa ciśnienie hydrostatyczne.
W przypadku wykonania odwiertu w miejscu, gdzie warstwa skał przepuszczalnych jest najgłębiej, może dojść do samoczynnego wypłynięcia wody podziemnej do takiej wysokości, do jakiej sięga zwierciadło tej wody. Jeśli zwierciadło jest nad powierzchnią ziemi, to woda wypływa na powierzchnię i jest nazywana artezyjską, a jeśli poniżej, to woda znajdzie się w otworze, ale aby ją pozyskać, trzeba ją z niego wypompować. Taka woda jest nazywana subartezyjską.
Wyróżnia się jeszcze wody krasowe występujące w szczelinach i jaskiniach skał gipsowych i wapiennych, gdyż procesy krasowienia występują tam, gdzie znajdują się te skały. Woda pochodząca z opadów drąży najpierw szczeliny, później korytarze, wreszcie wielokilometrowe podziemne sieci kanałów. Procesy te zachodzą tym szybciej, im cieplejsza i bardziej nasycona dwutlenkiem węgla woda.
Osadzające się, pochodzące z wytrącenia roztworu wodnego, kryształki kalcytu tworzą stalaktyty zwisające od stropu jaskini. Tam, gdzie krople wody padają na podłoże, pną się ku górze stalagmity. Po 100-200 tysiącach lat dochodzi do ich połączenia i powstają kolumny zwane stalagnatami. Czasem ze stropu zwisa deszcz makaronów – śnieżnobiałych rurek. Na dnie jaskini często tworzą się misy nieraz wypełnione wodą. Z boku jaskini tworzą się kurtyny i draperie.
Czasem zdarza się, że podziemne wody krasowe, płynąc kanałami podziemnymi, są wypychane na powierzchnię ziemi pod ciśnieniem wody z wyższych partii gór. Jest to szczególny rodzaj źródła nazywany wywierzyskiem.
Wyróżnia się jeszcze kilka innych rodzajów źródeł, nazywanych w zależności od charakteru ich wypływu:
- warstwowe – wypływ wód następuje z warstwy wodonośnej, która na zboczu poddanym erozji jedna stroną dociera do powierzchni ziemi;
- uskokowe – woda płynie szczeliną wzdłuż płaszczyzny uskokowej;
- szczelinowe – w miejscu ujścia szczeliny w skale.
Wody podziemne na ogół są wzbogacone w różnego typu związki chemiczne, zwłaszcza sole. Wtedy nazywają się wodami mineralnymi:
- solanki (z solą kamienną i z solami magnezu),
- wody siarczanowe (z siarczkiem sodu i wapnia),
- wody arsenowe (z jodem, bromem i arsenem),
- wody radoczynne (z pierwiastkami promieniotwórczymi),
- szczawy (z węglanami wapnia i sodu).
Ciechocinek jest typowym miejscem występowania solanek, które przeprowadza się przez tzw. tężnie, aby zwiększyć powierzchnię ich oddziaływania na najbliższe otoczenie. Mają one właściwości lecznicze nie tylko podczas picia, ale również przy oddychaniu.
Solanki powstają w wyniku ługowania złóż soli kamiennej lub skał osadowych pochodzenia morskiego.
W Szczawnicy występują tzw. szczawy.
Szczawy powstają z wód podziemnych przez nasycenie CO2,w warunkach wysokiej temperatury i wysokiego ciśnienia, najczęściej w procesach wulkanicznych, ale również ze skał wapiennych w procesach chemicznych, a także w sąsiedztwie złóż torfowych lub węgla brunatnego, gdzie w wyniku reakcji chemicznych uwalnia się dwutlenek węgla w formie pęcherzyków zwanych mofetami (np. w Kudowie).
Wody siarczkowo-siarkowodorowe powstają w głębi ziemi przez saturowanie siarkowodorem wód o małej mineralizacji, zwłaszcza z kwaśnym jej odczynem, najczęściej w wyniku wietrzenia i rozpuszczania gipsów i anhydrytów. Duże ilości H2S wyzwalają się w ekshalacjach wulkanicznych.
Wody radoczynne powstają przez nasycenie wód podziemnych radonem, wydzielającym się ze skał zawierających rad powstały z uranu.
Wody termalne powstają albo z wód infiltracyjnych słabo zmineralizowanych, które mają kontakt z warstwami skał aktywnymi wulkanicznie lub też wysoko zmineralizowanych, pochodzących z dużej głębokości ziemi, np. solanki termalne.
W Zakopanem na Antałówce jest basen, który jest zasilany tego typu wodami i pomimo, że jest odkryty, istnieje możliwość kąpieli nawet w zimie, gdyż temperatura wody osiąga prawie 40⁰C. Wody te wykorzystuje się także do ogrzewania mieszkań na Podhalu – wody geotermalne.
Wody mineralne stosuje się do zabiegów baneologicznych, zwłaszcza kąpieli leczniczych (w wannach i w basenach), do inhalacji, płukań oraz kuracji pitnej. Kąpiele przeznaczone są do lecznictwa chorób układu krążeniowo-oddechowego, dermatologicznych, układu ruchu i innych.
Kuracja pitna tzw. krenoterapia, stosowana regularnie zapobiega lub uzupełnia niedobory mikro- i makroelementów w organizmie, co ma obecnie duże znaczenie, biorąc pod uwagę ubożenie gleby i środków spożywczych w niektóre z niezbędnych składników mineralnych np. magnez, jod.
Obszary występowania wód mineralnych w Polsce.
Złoża wód mineralnych są bardzo nierównomiernie rozmieszczone na obszarze Polski. Można je podzielić na następujące główne skupiska:
- obszar sudecki (Świeradów – Czerniawa, Cieplice Śląskie Zdrój, Szczawno, Jedlina, Kudowa Zdrój, Duszniki Zdrój Polanica Zdrój, Długopole-Zdrój, Lądek Zdrój);
- obszar karpacki (Ustroń, Goczałkowice Zdrój, Rabka Zdrój, Szczawnica, Piwniczna Zdrój, Żegiestów Zdrój, Muszyna, Krynica, Wysowa, Wapienne, Iwonicz Zdrój, Rymanów Zdrój)
- obszar środkowopolski (Trzebnica, Ostromecko, Inowrocław, Ciechocinek, Wieniec Zdrój, Busko Zdrój, Solec Zdrój);
- obszar pomorski (Świnoujście, Międzyzdroje, Kamień Pomorski, Ustka, Kołobrzeg, Krynica Morska).
 

Zadania i polecenia:
Minimum:
1. W jakich warunkach geologicznych powstają wody podziemne swobodne i napięte?
2. Które czynniki ułatwiają tempo wsiąkania wody w grunt?
3. Omów strefy wody podziemnej w zależności od ich nasycenia tą wodą.
4. Scharakteryzuj poszczególne rodzaje wód podziemnych w zależności od głębokości ich występowania.
5. Które formy są wynikiem działalności krasowej wód?
Na lepszą ocenę:
1. Wymień rodzaje wód mineralnych i wskaż miejsca występowania znanych ci źródeł na terenie Polski.
2. Narysuj szkic poszczególnych rodzajów źródeł.
3. W jakim celu mogą być wykorzystywane wody podziemne mające wyższą temperaturę niż temperatura otoczenia?
4. Z pomocą rysunku wyjaśnij, w jaki sposób dochodzi do powstania wód artezyjskich i subartezyjskich.

Zapis lekcji:
1. Przyczyny pojawienia się wody na Ziemi i pod powierzchnią ziemi.
2. Zwierciadło wód podziemnych.
3. Czynniki wpływające na tempo wsiąkania.
4. Wody artezyjskie i subartezyjskie.
5. Rodzaje źródeł.
6. Rodzaje mineralnych wód podziemnych i obszary ich występowania w Polsce.