Cele lekcji

• Zdefiniuj wody podziemne.
• Wyjaśnij lokalizację, wykorzystanie i znaczenie warstw wodonośnych.
• Zdefiniuj źródła.
• Opisz, jak działają studnie i dlaczego są ważne.

Słownictwo

• warstwa wodonośna
• działanie kapilarne
• nieprzepuszczalny
• przepuszczalność
• porowatość
• sprężyna
• osiadanie
• zwierciadło wody
• cóż

Wprowadzenie

Chociaż może się to wydawać zaskakujące, woda pod ziemią jest powszechna. Zwykle woda gruntowa przemieszcza się powoli i cicho pod powierzchnią, ale w niektórych miejscach wypływa na powierzchnię przy źródłach. Produkty erozji i depozycji przez wody gruntowe zostały opisane w rozdziale Erozja i depozycja.

Wody podziemne

Wody podziemne są największym zbiornikiem ciekłej słodkiej wody na Ziemi i znajdują się w warstwach wodonośnych, porowatych skała i osad, a pomiędzy nimi woda. Cząsteczki gleby przyciągają wodę, a działanie kapilarne opisuje, w jaki sposób woda przemieszcza się przez porowaty ośrodek, przenosi wodę z mokrej gleby do suchych obszarów.

Warstwy wodonośne znajdują się na różnych głębokościach. Niektóre znajdują się tuż pod powierzchnią, a inne znacznie głębiej pod powierzchnią lądu. W regionie może znajdować się więcej niż jedna warstwa wodonośna, a nawet większość pustyń znajduje się nad warstwami wodonośnymi. Region źródłowy warstwy wodonośnej poniżej pustyni prawdopodobnie będzie daleko od tego, gdzie się znajduje; na przykład może znajdować się na obszarze górskim.

Na ilość wody, która jest dostępna do przedostania się do wód gruntowych w regionie, wpływa lokalny klimat, nachylenie terenu, rodzaj skał występujących na powierzchnia, szata roślinna, zagospodarowanie terenu na danym obszarze oraz retencja wody, czyli ilość wody pozostałej w ziemi. Więcej wody trafia do gruntu, gdzie jest dużo deszczu, płaski teren, porowata skała, odsłonięta gleba i gdzie woda nie wypełnia już gleby i skał.

Czas przebywania wody w wodach gruntowych warstwa wodonośna może trwać od minut do tysięcy lat. Wody gruntowe są często nazywane „wodami kopalnymi”, ponieważ pozostają w ziemi przez tak długi czas, często od końca epok lodowcowych.

Warstwy wodonośne

Cechy warstwy wodonośnej

Aby być dobrą warstwą wodonośną, skała w tej warstwie wodonośnej musi mieć dobrą:

• porowatość: małe przestrzenie między ziarnami
• przepuszczalność: połączenia między porami

Ta animacja pokazuje porowatość i przepuszczalność. Kropelki wody znajdują się w porach między ziarnami osadu, co oznacza porowatość. Kiedy woda może przemieszczać się między rudami, jest to przepuszczalność. http://www.nature.nps.gov/GEOLOGY/usgsnps/animate/POROS_3.MPG

Aby dotrzeć do warstwy wodonośnej, woda powierzchniowa infiltruje w dół do gruntu przez małe przestrzenie lub pory w skale. Woda przemieszcza się w dół przez przepuszczalną skałę, aż dociera do warstwy, która nie ma pory; ta skała jest nieprzepuszczalna (rysunek poniżej). Ta nieprzepuszczalna warstwa skały tworzy podstawę warstwy wodonośnej. Górna powierzchnia, do której dociera woda gruntowa, to lustro wody.

Poziom wód gruntowych

Aby warstwa wodonośna wód podziemnych zawierała taką samą ilość wody, ilość doładowania musi być równa ilości zrzutu . Jakie są prawdopodobne źródła doładowania? Jakie są prawdopodobne źródła zrzutów?

W wilgotnych regionach strumienie zasilane są przez wody gruntowe; powierzchnia strumienia jest szczytem lustra wody (rysunek poniżej). W regionach suchych woda przesącza się ze strumienia do warstwy wodonośnej. Te strumienie są często wysychane przez większość roku. Woda opuszcza zbiornik wód gruntowych w strumieniach lub źródłach. Ludzie pobierają też wodę z warstw wodonośnych.

Co dzieje się ze zwierciadłem wody, gdy jest dużo opadów? Co się dzieje, gdy jest susza? Chociaż poziom wód gruntowych nie podnosi się i nie opada tak szybko jak na powierzchni, z czasem poziom wód gruntowych podniesie się w okresach mokrych i opadnie podczas susz.

Jeden z najciekawszych, ale niezwykle nietypowych typów warstw wodonośnych występuje na Florydzie. Chociaż warstwy wodonośne bardzo rzadko są rzekami podziemnymi, na Florydzie woda rozpuszcza wapień, tak że strumienie przemieszczają się pod ziemią i nad ziemią (rysunek poniżej).

Wykorzystanie wód gruntowych

Wody gruntowe są niezwykle ważnym źródłem wody dla ludzi. Woda gruntowa jest zasobem odnawialnym, a jej wykorzystanie jest zrównoważone, gdy woda pompowana z warstwy wodonośnej jest uzupełniana. Każdy, kto zamierza kopać studnię, powinien wiedzieć, jak głęboko pod powierzchnią znajduje się poziom wód gruntowych.Ponieważ woda gruntowa wiąże się z interakcją między Ziemią a wodą, badanie wód podziemnych nazywa się hydrogeologią.

Niektóre warstwy wodonośne są nadmiernie wykorzystywane; ludzie wypompowują więcej wody niż jest wymieniana. W miarę wypompowywania wody poziom wód gruntowych powoli opada, co wymaga głębszego kopania studni, co pochłania więcej pieniędzy i energii. Studnie mogą całkowicie wyschnąć, jeśli nie są wystarczająco głębokie, aby sięgnąć do obniżonego lustra wody.

Ogallala Aquifer dostarcza około jednej trzeciej wody do nawadniania w Stanach Zjednoczonych (rysunek poniżej). Warstwa wodonośna znajduje się na głębokości od 30 do 100 metrów na około 440 000 kilometrów kwadratowych! Woda w warstwie wodonośnej pochodzi głównie z ostatniej epoki lodowcowej.

Warstwa wodonośna Ogallala jest szeroko wykorzystywana przez ludzi do celów komunalnych i rolniczych.

Każdego roku z Ogallala Aquifer pobiera się około osiem razy więcej wody niż jest uzupełniane. Duża część wody jest wykorzystywana do irygacji (rysunek poniżej).

Obniżenie lustra wody może spowodować zapadnięcie się powierzchni ziemi. Osiadanie może wystąpić pod domami i innymi konstrukcjami (rysunek poniżej).

Kiedy nadbrzeżne warstwy wodonośne są nadmiernie wykorzystywane, słona woda z oceanu może dostać się do warstwy wodonośnej, zanieczyszczając ją i zmniejszając ją przydatne do picia i nawadniania. Wtargnięcie słonej wody jest problemem w rozwiniętych regionach przybrzeżnych, takich jak Hawaje.

Źródła

Wody gruntowe spływają na powierzchnię w postaci strumienia, jak pokazano powyżej, lub źródła (rysunek poniżej) . Wiosna może być stała lub może płynąć tylko w określonych porach roku.

Miasta w wielu miejscach są uzależnione od wody ze źródeł. Źródła mogą być niezwykle ważnym źródłem wody w miejscach, w których występuje niedobór wody powierzchniowej (rysunek poniżej).

Studnie

Odwiert jest tworzony przez kopanie lub wiercenie, aby dotrzeć do wód gruntowych. Gdy poziom wód gruntowych znajduje się blisko powierzchni, studnie są wygodną metodą wydobywania wody. Gdy poziom wód gruntowych znajduje się daleko pod powierzchnią, do wykopania studni należy użyć specjalistycznego sprzętu. Większość studni wykorzystuje pompy z napędem silnikowym do wydobywania wody na powierzchnię, ale niektóre nadal wymagają od ludzi używania wiadra do jej wydobycia (rysunek poniżej).

Podsumowanie lekcji

• Wody gruntowe są największe zbiornik świeżej wody.
• Poziom zwierciadła to szczyt warstwy wodonośnej, poniżej której znajduje się woda, a powyżej skały lub gleby zmieszane z powietrzem.
• Warstwy wodonośne to podziemne obszary osadów lub skał które zatrzymują wody gruntowe.
• Warstwa wodonośna potrzebuje dobrej porowatości i przepuszczalności.
• Tam, gdzie wody gruntowe przecinają powierzchnię gruntu, może powstać źródło.
• Ludzie kopią lub wiercą studnie dostęp do wód podziemnych.

Pytania kontrolne

1. Co to jest woda gruntowa?

2. Jaki jest poziom wód gruntowych?

3. Czym są warstwy wodonośne i dlaczego są tak ważne?

4. Uzupełnianie warstwy wodonośnej jest ważne, ponieważ sprawia, że warstwa wodonośna jest zasobem, który może służyć przez długi czas. Jak myślisz, jakie są sposoby utrzymania takiej samej ilości zużywanej wody i uzupełnianej wody?

5. Jak działa studnia?

6. Ponieważ woda gruntowa jest w większości niewidoczna z powierzchni, w jaki sposób możesz monitorować wpływ ludzi na ilość wód podziemnych w warstwie wodonośnej?

Więcej informacji / Linki uzupełniające

Kwestie do rozważenia

• Czy istnieje większe prawdopodobieństwo, że woda z rzeki lub ze studni będzie czysta?
• Dlaczego nadużywanie wód gruntowych jest dużym problemem?
• Jakie zasady mogą ludzi wprowadzonych w celu oszczędzania wody w jeziorach i warstwach wodonośnych?