Підземні води — води, що містяться у верхній частині земної кори. Заповнюють проміжки, пори, тріщини, пустоти, порожнини. У ґрунті заповнюють капіляри. Поділяються на води зони аерації, ґрунтові і артезіанські.
Загальна характеристика
Підземні води розташовані нижче земної поверхні і дна поверхневих водоймищ і водотоків, що заповнюють пори, тріщини й інші порожнечі гірських порід у рідкому, твердому або газоподібному стані. Утворюються внаслідок інфільтрації атмосферних опадів та поверхневих вод, конденсації водяної пари, магматичних процесів та метаморфізму тощо.
Шари гірських порід, що насичені гравітаційною водою, утворюють водоносні горизонти, або пласти, котрі складають водоносні комплекси, гірські породи яких характеризуються різними ступенями вологоємності, водопроникності та водовіддачі. Перший від поверхні Землі постійно існуючий безнапірний водоносний горизонт називається горизонтом ґрунтових вод. Безпосередньо над його поверхнею (дзеркалом ґрунтових вод) поширені капілярні води, які можуть бути завислими, тобто не з'єднаними з дзеркалом ґрунтових вод. Весь простір від поверхні Землі до дзеркала ґрунтових вод називається зоною аерації, в якій проходить просочування вод з поверхні. В зоні аерації на окремих розмежованих прошарках порід, які характеризуються меншою фільтраційною здатністю, в період живлення ґрунтових вод можуть утворюватись тимчасові, або сезонні, скупчення підземних вод, які називається верховодкою. Водоносні горизонти, що залягають нижче ґрунтових вод і відділяються від них пластами водонепроникних (водотривких) або слабкопроникних порід, називаються горизонтами міжпластових вод. Вони звичайно перебувають під гідростатичним тиском (артезіанські води), рідше мають вільну поверхню — безнапірні води.
Підземні води є джерелом водопостачання (іноді їх використовують для зрошування), мінеральні води — для лікування. За характером використання підземні води підрозділялись на 4 види: питні і технічні, що застосовуються для господарсько-питного та виробничо-технічного водопостачання, зрошення земель та обводнення пасовищ; лікувальні мінеральні води, що використовуються з бальнеологічною метою і як столові напої; теплоенергетичні (включаючи пароводяні суміші) — для теплопостачання промислових, сільськогосподарських та громадських об'єктів, а в окремих випадках — і для вироблення електроенергії; промислові води — для вилучення із них цінних компонентів. У ряді випадків підземні води одночасно є мінеральними і теплоенергетичними, промисловими і теплоенергетичними, у зв'язку з чим вони розглядаються як комплексна корисна копалина. Родовища прісних і солонуватих вод, що використовуються для господарсько-питного водопостачання і зрошування, підрозділяються на основні типи: родовища річкових долин, артезіанських басейнів, конусів виносу передгірських шлейфів і міжгірських западин, що обмежені по площі структур або масивів тріщинних та тріщинно-карстових порід, тектонічних порушень, піщаних масивів, пустель та напівпустель, надморенних та міжморенних водольодовикових відкладів, областей розвитку вічномерзлих порід. Див. також карстові води, ґрунтові води, мінеральні води, артезіанські води.
Підземні води, що містяться в порах (наприклад, у піщанних породах), називають поровими, в тріщинах — тріщинними. Розрізняють підземні води і за віком та походженням водовміщуючих порід (наприклад води четвертинних відкладів, води флювіогляціальних відкладів тощо). Залежно від гідравлічних властивостей води можуть бути безнапірними і напірними. За температурою підземні води поділяють на дуже холодні (від 0 до 4 °С), холодні (від 4 до 20 °С), теплі (20–37 °C), гарячі (37–100 °С) i дуже гарячі, або перегріті (понад 100 °С).
Теорії походження підземних вод Інфільтраційна теорія — висунута французькими вченими Б. Паліссі і Е. Маріотом в 16 ст. Пояснювала утворення підземних вод просочуванням в породи атмосферних опадів. Конденсаційна теорія — висунута німецьким гідрологом О. Фогелем у 1887 році. За нею підземні води утворюються шляхом проникнення у гірські породи повітря і наступною конденсацією з нього водяної пари. Ювеніальна теорія — запропонована австрійським геологом Е. Зюссом на початку ХХ ст. Згідно з теорією підземні води утворилися з водяної пари і газоподібних продуктів, які виділяються з розплавленої магми в глибоких надрах землі; поступаючи у вищі шари земної кори, вони конденсуються і дають початок ювеніальним водам. Теорія реліктового походження підземних вод — згідно з нею підземні води глибоких зон являють собою залишкові води давніх басейнів, захоронені у відкладах, які утворились у цих басейнах.
Вік підземних вод
Вік підземних вод — середній час знаходження підземних вод у земних надрах, починаючи від попадання у водоносний горизонт і закінчуючи виходом на поверхню. У різних зонах водообміну поняття віку змінюється, а у осередках розвантаження часто можуть бути відносно древні води.
Існують три основних методи визначення віку підземних вод: 1) гідродинамічний; 2) інертних газів, які розчинені у підземних водах; 3) радіогенних (з коротким періодом життя) ізотопів.
Гідродинамічний метод базується на розрахунку сучасних швидкостей руху підземних вод. Метод інертних газів застосовується для визначення віку відносно древніх вод, час знаходження яких під землею нараховує, як правило, мільйони років. Метод радіогенних ізотопів використовує короткоживучі ізотопи (3Н, 14С, 32Si, 36Cl, 10Be), які безперервно утворюються у верхніх шарах атмосфери. Строк їх життя — від декількох до мільйонів років, тому вони можуть використовуватися як індикатор віку порівняно молодих підземних вод. Якщо за час, який дорівнює 4–5 періодам напіврозпаду радіогенного ізотопу, у водоносний горизонт надходили «свіжі» інфільтраційні води, то їх вік достеменно встановлюється за кількістю такого ізотопу. Найчастіше для цього використовують тритій і радіовуглець.
Класифікації підземних вод На сьогодні не існує єдиної комплексної класифікації підземних вод. Існують окремі класифікації підземних вод за: умовами залягання, хімічним складом, температурою, солоністю, використанням, забрудненістю, захищеністю, ступенем вивченості тощо.
За джерелами надходження у водоносні горизонти і комплекси: метеогенні (надходять з атмосфери, включають інфільтраційні, інфлюаційні та конденсаційні води); літогенні (формуються у літосфері і поділяються на седиментогенні, відроджені, новоутворені, конденсаційні, солюційні); ювенільні або ендогенні (ті, які вперше потрапили у літосферу з мантії).
Інфільтраційні води утворюються завдяки просочуванню з поверхні Землі дощових, талих та річкових вод. За складом вони переважно гідрокарбонатно-кальцієві та магнієві. При вилуговуванні гіпсових порід формуються сульфатно-кальцієві, а при розчиненні соленосних — хлоридно-натрієві води. Конденсаційні П.в. утворюються внаслідок конденсації водяних парів у порах або тріщинах порід. Седиментаційні води формуються в процесі геологічних осадоутворень і звичайно являють собою змінені поховані води морського походження (хлоридно-натрієві, хлоридно-кальцієво-натрієві тощо). До них також належать поховані розсоли солерудних басейнів, а також ультрапрісні води піщаних лінз у моренних відкладах. Води, що утворюються із магми при її кристалізації і при метаморфізмі гірських порід, називаються магматогенними або ювенільними водами.
За місцем знаходження: порові (у пісках, галечниках та інших уламкових породах); тріщинні (у скельних породах); карстові (у розчинних породах — вапняках, доломітах, гіпсах тощо).
Серед підземних вод розрізняють верховодку, ґрунтові води й міжпластові (безнапірні та артезіанські води); за ступенем мінералізації — прісні й мінеральні води.
За ступенем мінералізації (за В. Вернадським) на: прісні (до 1 г/л); солонуваті (від 1 до 10 г/л); солоні (від 10 до 50 г/л); підземні розсоли (понад 50 г/л).
За температурою °C: переохолоджені (нижче 0); холодні (від 0 до 20); теплі (від 20 до 37); гарячі (від 37 до 50); дуже гарячі (від 50 до 100); перегріті (понад 100).
Підземні води — корисна копалина, запаси якої, на відміну від інших видів корисних копалин, відтворювані. В областях існування підземних вод температура коливається від -93 до 1200 °С, тиск від декількох до 3000 МПа. Підземні води — природні розчини, що містять понад 60 хімічних елементів (найчастіше — K, Na, Ca, Mg, Fe, Cl, S, C, Si, N, O, Н), а також мікроорганізми. Як правило, підземні води насичені газами (СО2, О2, N2 та ін.). Підземні води, які переміщаються у водоносному пласті, тектонічній або карстовій зоні з великою швидкістю фільтрації називають підземним потоком. Переміщення підземних вод під дією гідравлічного напору або гравітаційних сил називають підземним стоком. Найчастіше такий стік направлений в бік моря, русла річки тощо.
Класифікація підземних вод за Зайцевим У 1961 р. Зайцев розробив класифікацію підземних вод за характером їх скупчень, яка дозволяє враховувати особливості розподілу, залягання і динаміки підземних вод, ступінь літифікації порід, характер їх прогальності. У класифікації 3 типи вод:
1. Пластові (індекс типу П. Класи: 1 порові; 2 тріщинно-порові; 3 порово-тріщинні; 4 тріщинні; 5 тріщинно-карстові) — зазвичай розвинуті в осадових породах.
2. Тріщинно-жильні (індекс типу Т. Класи: 6 регіонально-тріщинні води зон вивітрювання; 7 регіонально-тріщинні води зон тектонічної і літогенетичної тріщинуватості; 8 карстово-жильні; 9 локально-тріщинні води зон тектонічних порушень (їх Зайцев поділив на 3 відділи: води тектонічних розломів; води інтрузивних контактів; води жильних утворень)) — в метаморфічних та інтрузивних породах.
3. Лавові (індекс типу Л. Класи: 10 верхньолавові; 11 міжлавові; 12 внутрішньолавові) — в ефузивних породах.
П1 відносять до незцементованих піщаних та інших відкладів глибини залягання від декількох метрів до 3 км (півострів Апшерон); від кайнозою до верхнього протерозою. Розповсюдження в четвертинних відкладах — алювіальних, льодовикових, морських. Ці води через джерела та свердловини дають до 10–100 і більше л/с.
Між П2 і П3 немає чітких меж. Вік — палеозой — Російська платформа; мезозой — Західно-Сибірська плита, палеоген, неоген — у Передкавказзі, на Копетдазі.
П4 генетично пов'язані з регіонально-тріщінними водами Т7.
П5 — в карбонатних та теригенно-карбонатних. У палеозойських відкладах — Російська і Сибірська платформи. В мезозої і трохи в кайнозої — на Скіфській плиті. Є вони у міжгірських западинах, на вододілах і схилах Кримських, Кавказьких та інших гірсько-складчастих областях.
Т8 — залягання в карбонатних і теригенно-карбонатних перекристалізованих і сильно дислоційованих породах; розповсюдження для Криму, Кавказу, Тянь-Шань, Саян та ін., що перетерпіли складкоутворення.
Обводненість порід з водами П5 і Т8 велика (до сотень л/с).
Інші відділи класу Т9 складають води інтрузивних контактів і жильних утворень; розповсюджені в складчастих областях.
Фізичні властивості підземних вод Підземні води є розчинами, що містять солі, іони, колоїди і гази. До основних фізичних властивостей, які аналізують при дослідженні підземних вод, відносять: колір, запах, смак, прозорість, температуру, щільність, стисливість, в'язкість, радіоактивність, електропровідність. Колір підземних вод залежить від їх хімічного складу і механічних домішок. В основному підземні води безколірні. Жовтуватий колір характерний для вод болотного походження, що містять гумінові речовини. Сірководневі води внаслідок окислення сірководню і утворення тонкої колоїдної «муті», складеної з частинок сірки, мають зеленуватий відтінок. Колір води оцінюється за стандартною платино-кобальтовою шкалою в градусах. Запах в підземних водах в основному відсутній. Відчуття запаху свідчить або про наявність газів біохімічного походження (сірководень та ін.) або про присутність гниючих органічних речовин. Характер запаху виражають описово: без запаху, сірководневий, болотний, пліснявий та ін. Інтенсивність запаху оцінюють по десятибальній шкалі.