Вода из скважины. Подземные воды

 Подземные воды

Подземные воды относятся к части водных ресурсов, являясь результатом просачивания в землю атмосферных осадков и поверхностных вод. Они содержатся в почве и водовмещающих осадочных породах, медленно перемещаясь по геологическим образованиям почвы, песка и горных пород – водоносных горизонтов. В свою очередь, водоносы состоят из песка, песчаника, гравия или таких пород, как известняк. По ним может перемещаться вода за счет больших связанных пространств, обеспечивающих проницаемость водоносным горизонтам. Подземные потоки движутся со скоростью, зависящей от размера пространств в почве, либо скале и пространственной связи между собой.  Подземные воды по классификации различаются на безнапорные и напорные воды.

Безнапорные воды

Безнапорные воды частично наполняют водоносные горизонты, обладая свободной поверхностью. Они удерживаются в больших порах почвы и быстро стекают из-за гравитации в течение дня или около того после дождливой погоды.

Подземные воды, находящиеся в верхнем водоносе называются грунтовыми, и их можно встретить почти везде. Обильные дожди или тающий снег могут привести к повышению уровня грунтовых вод, а чрезмерная выкачка, засуха привести к его падению.

Из-за быстрого использования грунтовых вод в сравнении с их замедленным пополнением естественным путем, в некоторых регионах люди сталкиваются с нехваткой воды. А в ряде других районов возникают проблемы с сильным загрязнением подземных вод в результате деятельности человека.

Вода в водоносных горизонтах выносится на поверхность естественным путем через источник или может быть сброшена в озера и ручьи. А грунтовые воды можно извлекать из пробуренной скважины. 

В районах, где поверхность над водоносным горизонтом является проницаемой, загрязняющие вещества способны легко погружаться в поставки подземных вод. Грунтовые воды могут быть загрязнены полигонами, септическими резервуарами, резервуарами для газа и чрезмерным использованием удобрений и пестицидов. При загрязнении грунтовых вод, пить из них небезопасно. При использовании грунтовых вод в качестве внутреннего или бытового обеспечения водой, следует учесть общие требования для строительства и установки насоса, а также собрать все необходимые документы для оформления скважины. Важно уделить особое внимание очистительной системе.

Напорные воды

Артезианские воды (напорные) наполняют водоносы полностью. Вода в артезианской скважине вытекает из водоносного горизонта, представляющего собой слой очень пористой породы или осадка, обычно песчаника, способного удерживать и передавать большие количества воды. В свою очередь, песчаник имеет наклонный водоносный слой, зажатый между непроницаемыми слоями горных пород выше и ниже этой ловушки. Вода попадает на открытую кромку водоносного горизонта на высоком возвышении и просачивается вниз через взаимосвязанные поры. Вода, содержащаяся в этих местах, находится под давлением из-за веса воды в части водоноса над ней. Если скважина пробурена с поверхности земли через перекрывающий непроницаемый слой в водоносный горизонт, это давление приведет к тому, что вода будет подниматься в скважине. Из артезианской скважины вода обычно холодная и не содержит органических загрязнений, что делает ее идеальной для питья и хозяйственных целей. Самые большие артезианские системы в мире находятся в России и Австралии. Другие важные артезианские системы обслуживают Лондон, Париж и Алжир.

В местах, где перекрывающиеся непроницаемые породы разрушаются разломами, вода может выходить наверх через них, в виде артезианских источников. В некоторых районах артезианские колодцы и скважины являются основным источником воды, особенно в засушливых равнинах, прилегающих к горным хребтам, где выпадают осадки. Тем не менее, быстрое развитие новых скважин путем сверления, как правило, снижает давление напора во многих артезианских системах. В результате, большинство скважин нуждаются в капитальном или мелком ремонте.

Как образовывается вода под землей?

Подземные воды были обнаружены человеком очень давно. Еще несколько тысяч лет назад инки и майя успешно строили глубинные колодцы, и получали из них питьевую воду. Водоносные горизонты для водоснабжения также использовали древние египтяне и вавилоны. Несмотря на активное пользование водой из-под земли, древние люди не имели представления о ее происхождении и образовании. Для них являлось мистической тайной, почему вода есть в одних регионах, но отсутствует в других, а также, почему она может внезапно исчезать.  

У многих людей и сегодня возникает вопрос, особенно при проектировании или бурение артезианских скважин на воду: как образовывается вода под землей?

Подземные воды являются важной частью водного цикла. Они происходят из-за дождя, снега, и града, которые впитываются в землю. Таково было мнение первых исследователей, что сегодня оказалось только верхушкой айсберга.

Вода действительно образуется путем атмосферных осадков, а затем перемещается вниз в землю из-за силы тяжести, проходя между частицами почвы, песка, гравия или камня, пока не достигнет глубины, где земля заполнена или насыщена водой. Область, заполненная водой, называется зоной насыщения, а верхняя ее часть называется грунтом. Хотя подземные воды существуют везде под землей, некоторые части насыщенной зоны содержат больше воды, чем другие. Даже если подземные воды не используются людьми, они по-прежнему играют важную роль в местной среде, поддерживая существование во многих районах.

Размер пород определяет скорость проникновения воды под землю, чем меньше зерно и плотнее поры между ними – тем медленнее движется вода. Такой процесс был открыт еще в 19 веке и был назван инфильтрацией. Вообще, в гидрогеологии обсуждается именно «фильтрация воды» в породах, а процесс именуют инфильтрационным образованием подземных вод. Таким способом водные подземные запасы пополняют не только атмосферные явления, но и воды из водоемов, рек, морей.

В горных системах очень часто встречаются монолитные скалы из гранита, базальта и прочих пород. Монолиты состоят из крепко спаянных минералов, поэтому отличаются незначительной пористостью, а соответственно они практически не пропускают воду. Из-за постоянного движения земной коры, колебаниям давления и землетрясений, на скалах образовываются многочисленные трещины. Они могут быть разных параметров – от 1 мм до 1 м, и независимо от размера, хорошо пропускают  воду. Процесс проникновения воды в почву через трещины породы в геологии называется инфлюацией.

Еще возникает сомнение в единственном происхождении подземных вод путем инфильтрации из-за появления влаги в пустынях. В этих регионах очень редко бывают атмосферные осадки, но вырытый колодец или артезианская скважина  способны водоносить. Как это объяснить?

Этот феномен многие годы не давал покоя многим ученым. И примерно сто лет назад техник из Венгрии предположил, что вода возникла вследствие конденсации водяных паров. По его убеждениям, они находятся в воздухе и проникают в землю. После просачивания в породы, густота паров повышается, после чего они приобретают жидко-капельное состояние.

Если судить по житейскому опыту, то косвенным доказательством подобной теории является такое природное явление, как туман. Он возникает после резкого спада температуры, повышения влажности, образовывающей капли. Такой процесс называется конденсация.  

У этой теории было множество сторонников, последователей, а также огромное количество противников. Большая часть ученых считали ее сумасшедшей.

Ученный из СССР, А.Ф.Лебедев провел серию экспериментов, и сумел научно обосновать конденсационную теорию формирования подземных вод. Только вода образовывается не из воздуха, а под воздействием водяных паров. Это и есть ответ на вопрос, откуда в пустынных местностях образовывается живительная влага.

На сегодняшний день современные геологи утверждают, что основным способом образования подземных вод является инфильтрация. Маленький процент жидкости обязан своему происхождению процессу конденсации. Но это не единственные причины нахождения воды под землей. В двадцатом столетии ученый из Австрии Э.Зюсс, предложил еще одну гипотезу – возникновение воды благодаря поднятию из глубинных недр паров и газов.

Известно, что в строении земли за земной корой следует мантия, и она содержит около трех процентов воды. Благодаря экспериментам А.Виноградова, теоретически было установлено, что содержащие в мантии породы при расплавлении выделяют водяные пары. На сегодняшний день эта теория не вызывает сомнений в ученом мире. И хотя водоснабжение из недр нашей планеты не так уже велико, но всеже играет важную роль в образовании подземных вод.

К дополнительным источникам образования подземных вод относится скопление останков, ила, отложений на дне водоемов. Эти способы также не претендуют на главенствующую роль в образовании подземных вод.

Так как формирование подземных вод обуславливается различными причинами, то вода может в разных местах отличаться показаниями температур, химическим составом, направлением и скоростью движения. Поэтому для проектирования, бурения скважин или обслуживание артезианских скважин должны учитывать все эти характеристики.