Autorka: prof. UAM dr hab. Renata Dondajewska-Pielka, Wydział Biologii UAM w Poznaniu
O ile głównym źródłem zaopatrzenia w wodę gospodarki narodowej pozostają wody powierzchniowe (w roku 2021 pobór wód z tego źródła wyniósł 7,5 km3 i zostały one wykorzystane głównie na cele produkcyjne w przemyśle), o tyle na potrzeby zaopatrzenia ludności w wodę do picia korzystamy w dużej mierze z zasobów wód podziemnych. W roku 2021 pobrano ich 1,7 km3, z czego 1,5 km3 popłynęło do naszych kranów za pośrednictwem sieci wodociągowych.
Wody te w przyrodzie nigdy nie występują w stanie czystym. Są roztworem wodnym rozpuszczonych w nich substancji stałych i gazów. Stwierdzono w nich występowanie ponad 50 pierwiastków w różnych stężeniach, warunkowanych licznymi czynnikami, zależnymi zarówno od cech poziomu wodonośnego w jakim krążą, jak i od czynników zewnętrznych. Niezależnie jednak od specyficznego składu wód podziemnych, z uwagi na ich znacznie większą czystość niż w przypadku wód powierzchniowych, szczególnie pod względem zawartości organicznych zawiesin oraz żywych organizmów, takich jak bakterie czy plankton, a także stabilność składu chemicznego, wody podziemne zaspokajają nasze potrzeby jako wody do picia. Z tego tytułu wymagają one szczególnej ochrony. Pochodzeniem wód podziemnych, ich rozmieszczeniem w litosferze, dynamiką, wielkością zasobów, jak i własnościami fizycznymi i chemicznymi zajmuje się dziedzina nauki zwana hydrogeologią (gr. hydro – woda, ge – ziemia, logos – nauka). Hydrogeolodzy badają także migrację zanieczyszczeń w wodach podziemnych, szacują podatność tych wód na zanieczyszczenia, jak i pochylają się nad problemami ochrony tych wód przed ich nadmiernym czerpaniem (ochrona ilościowa) oraz zanieczyszczeniem (ochrona jakościowa).
Hydrogeologiczna systematyka wód podziemnych
Cecha charakterystyczną wód podziemnych jest wielopoziomowość, czyli występowanie w warstwach wodnośnych oddzielonych warstwami nieprzepuszczalnymi. Ograniczają one lub wręcz uniemożliwiają wymianę wody pomiędzy poszczególnymi poziomami wodonośnymi. W rezultacie obserwujemy różnorodność składu wód podziemnych. Ale zanim zapoznamy się ze składem chemicznym wód, przyjrzyjmy się ich położeniu na różnych głębokościach.
Biorąc pod uwagę lokalizację wód podziemnych w gruncie pod naszymi nogami, możemy wyróżnić 4 główne ich rodzaje, przedstawione poniżej.
Wody przypowierzchniowe, zwane też wodami zaskórnymi, pojawiają się tuż pod powierzchnią terenu. Występują do głębokości kilkudziesięciu cm w głąb gleby, a zdarza się, że ich swobodne zwierciadło pokrywa się z powierzchnią terenu – wtedy obserwujemy występowanie terenów zabagnionych. Tego typu wody spotkamy na obszarach równinnych czy w obrębie den dolin rzecznych.
Ich płytkie występowanie oraz mała miąższość strefy aeracji a czasem nawet jej zupełny brak, powodują, że wody zaskórne są bardzo podatne na zanieczyszczenia spływające z powierzchni otaczającego terenu lub z atmosfery, w tym na zanieczyszczenia sanitarne. Jednocześnie pozostają w silnej relacji z otoczeniem pod względem temperatury, która może zmieniać się w cyklu dobowym, podobnie jak temperatura powietrza.
Wody gruntowe znajdziemy w warstwie wodonośnej o zwierciadle swobodnym, a zalegają one pod strefą aeracji o miąższości sięgającej kilku- a nawet kilkunastu metrów. Dzięki temu, strefa aeracji stwarza warunki do samooczyszczania się wód infiltrujących z powierzchni terenu podczas opadów atmosferycznych. Znajdziemy je zwłaszcza wśród sypkich utworów dolin rzecznych czy w różnego rodzaju stożkach napływowych, także zbudowanych z utworów piaszczystych. Z reguły są to dość dobre wody pitne, choć z uwagi na przepuszczalny charakter materiału budującego strefę aeracji, bezpieczne pobieranie wód gruntowych wymaga odpowiedniego zabezpieczenia strefy ich zasilania – np. objęcia jej ochroną w postaci strefy ochronnej ujęcia wód podziemnych. Pod względem fizycznym wody gruntowe wykazują się dużo stabilniejszą temperaturą, przy czym jej wahania będą zależne od głębokości zalegania tych wód – im głębiej, tym temperatura będzie bardziej stała.
W warstwach wodonośnych, które pozostają w izolacji od powierzchni terenu znajdziemy wody wgłębne. Warstwę izolującą stanowią materiały skalne o niewielkiej przepuszczalności, np. warstwy iłów czy glin. Ze względu na stałą temperaturą oraz bardzo dobrą jakość, wynikającą z naturalnego odseparowania ich od dopływu zanieczyszczeń z powierzchni ziemi, stanowią najlepsze źródło wody pitnej. Ich źródłem zasilania są z reguły dopływy boczne ze stref zasilania bardzo odległych od danej warstwy wodonośnej – w czasie dopływ ten może sięgać kilkuset lat.
Wody głębinowe pozostają uwięzione wśród utworów nieprzepuszczalnych na znacznych głębokościach. Nie posiadają one żadnej więzi hydraulicznej z innymi wodami podziemnymi, ani też z wodami powierzchniowymi. Z jednej strony zapewnia im to odporność na zanieczyszczenia, z drugiej jednak czyni zasobami nieodnawialnymi. Z punktu widzenia wykorzystania wód podziemnych jako wody pitnej z reguły nie znajdują jednak zastosowania – często są wysoko zmineralizowane. Również ich wydobycie nie jest proste, ponieważ znajdują się pod dużym ciśnieniem petrostatycznym, wywołanym ciężarem nadległych utworów skalnych.
Sprawdź co zapamiętałeś/zapamiętałaś…
- Który rodzaj wód z wymienionych stanowi najlepsze źródło wody pitnej?
- Jak zmienia się temperatura wód podziemnych wraz ze wzrostem głębokości ich położenia?
- Dlaczego wody głębinowe nie powinny być wykorzystywane jako woda do spożycia dla człowieka?
Czynniki kształtujące jakość wód podziemnych
Substancje, które znajdujemy w wodach podziemnych wykazują się różnym pochodzeniem. Najważniejszym czynnikiem wpływającym na wzbogacanie wód krążących w poziomach wodonośnych w różne składniki jest ługowanie środowiska skalnego. Tym mianem określamy zespół procesów, w tym wymiany jonowej, desorpcji, utleniania i redukcji, w rezultacie których składniki materiału skalnego trafiają do wody.
Rozpuszczalność skał, a dokładniej budujących je minerałów, zależy od ich właściwości, takich jak wartościowość zawartych w nich pierwiastków czy zdolność polaryzacyjna jonów. Na procesy te oddziałują także czynniki fizyczne, w tym odczyn, temperatura, ciśnienie, które zmieniają się wraz z głębokością danego poziomu wodonośnego. Na dużych głębokościach skład wody kształtowany jest przez oddziaływanie skał, w których wody krążą w warunkach wysokiego ciśnienia (nawet setki i tysiące atmosfer) oraz wysokiej temperatury (powyżej 100oC).
Niezwykle istotna jest obecność w wodzie gazów, takich jak dwutlenek węgla, tlen, metan czy siarkowodór. Mogą one pochodzić z atmosfery, z procesów wulkanicznych czy z rozkładu materii organicznej. Wody przesycone gazami łatwiej rozpuszczają nie tylko mało odporne na ługowanie skały, takie jak gipsy, dolomity czy wapienie. Są w stanie wypłukiwać poszczególne pierwiastki także z krzemianów i glinokorzemianów, przy czym dla tego procesu ważny jest wielkość i czas kontaktu wody ze skałą – im dłuższy, tym silniejsze oddziaływanie. Występowanie więcej niż jednego czynnika ługującego jednocześnie, dodatkowo zwiększa intensywność procesu. Na przykład wzrost rozpuszczalności dwutlenku węgla wraz ze wzrostem ciśnienia skutkuje zwiększeniem rozpuszczalności węglanów. Tego typu proces prowadzi do powstawanie zjawisk krasowych.
Oczywiście, sam rodzaj skał także jest kluczowy dla składu wód w nich krążących. Co do zasady, skały osadowe łatwiej ulegają rozpuszczaniu niż skały krystaliczne. Wśród tych pierwszych minerałami o szczególnej łatwości rozpuszczania przez wody są halit, gips, kalcyt i dolomit. W rezultacie ługowania halitu otrzymujemy wody ze znaczną zawartością jonów chlorkowych Cl– oraz sodowych Na+. W przypadku kontaktu wód podziemnych z gipsem zwiększa się w nich zawartość siarczanów SO42- oraz wapnia Ca2+. Z kalcytu wypłukane zostaną jony wodorowęglanowe HCO3– oraz kationy wapnia Ca2+. Z dolomitu zaś dodatkowo jeszcze wypłukiwany jest magnez Mg2+. Woda krążąca w skałach krystalicznych wykazuje się nie tylko niższymi zawartościami rozpuszczonych substancji, lecz również niższym odczynem, ale większą zawartością krzemionki.
Oprócz powyższych czynników, na jakość wód podziemnych wpływa także klimat, głębokość ich występowania, długość drogi jaką woda migruje pod ziemią, kontakt z wodami powierzchniowymi lub wodami innych warstw wodonośnych, a także działania człowieka, czyli antropopresja. Ta ostatnia jest szczególnie istotna w przypadku wód położonych najpłycej, bowiem im słabiej dany poziom wodonośny jest izolowany od powierzchni gruntu, tym zasilanie wodami infiltrującymi z opadem atmosferycznym większe i silniej kształtuje właściwości wód poziemnych. Przesączanie się wód opadowych, ale także wsiąkanie w grunt wód rzecznych, jeziornych czy bagiennych nie tylko wnosi do wód podziemnych nowe składniki, ale również wymywa te obecne w płytszych warstwach gleby, np. kwasy humusowe. Generalnie, wody zaskórne, a więc najpłycej położone są w swoim składzie mocno zależne od dopływu substancji z powierzchni ziemi, jak i wykazują największą zmienność składu, w tym także sezonową. Zależność składu chemicznego wód podziemnych od warunków geologicznych nie zawsze jest dobrze czytelna w środowisku. Wynika to z krążenia wód w różnego rodzaju skałach, mieszania się wód o różnym chemizmie, a wreszcie także ciągłego występowania szeregu procesów modyfikujących aktualny stan chemiczny wód w danym ośrodku wodonośnym. Dlatego też przedstawienie pełnego opisu właściwości chemicznych wód podziemnych nie jest możliwe, możemy jedynie zarysować ogólny obraz chemizmu tych wód.
Ogólne cechy jakości wód podziemnych
Składniki chemiczne zawarte w wodach podziemnych występują jako:
- gazy – rozpuszczone w wodzie, łatwo wydzielające się z nich podczas zmiany warunków fizyczno-chemicznych, i jak już wspomniano, wyraźnie wpływające na procesy rozpuszczania minerałów zawartych w skałach;
- substancje w postaci jonowej, do których zaliczymy takie aniony jak: chlorkowy Cl–, siarczanowy SO42-, wodorowęglanowy HCO3–, węglanowy CO32-, azotanowy NO3–, azotynowy NO2–, oraz kationy: sodowy Na+, potasowy K+, wapniowy Ca2+, magnezowy Mg2+, manganowy Mn2+, żelazowy Fe2+, amonowy NH4+;
- substancje koloidalne, do których należą niektóre związki żelaza, glinu i krzemu
Występowanie w roztworze jakim są wody podziemne jonów i kationów decyduje o jej mineralizacji. Tym terminem określa się ogólną łączną zawartość rozpuszczonych w wodzie składników. Im jest ich więcej, tym mineralizacja wód jest wyższa. A im dłużej woda krąży w ośrodku skalnym, tym większą zawartością składników, a zatem większą mineralizacją się cechuje. To zjawisko tłumaczy dlaczego wody położone najgłębiej w gruncie będą się cechowały wyraźnie wyższą mineralizacją niż wody płytszych poziomów wodonośnych.
Mineralizację wód wyrażamy zawartością rozpuszczonych w nich składników w gramach na litr (g/l). Te, w których składników jest mniej niż 1 g/l, określamy mianem wód słodkich, zaś te o wyższej mineralizacji – wodami mineralnymi. Ze względu na znaczną rozpiętość możliwych wartości, stosuje się jeszcze dodatkowe podziały na:
- wody słabo zmineralizowane, czyli takie o ogólnej mineralizacji 1-3 g/l, które w swoim składzie mają przede wszystkim kwaśne węglany wapnia, magnezu i sodu oraz siarczany wapnia i sodu;
- wody średnio zmineralizowane, zwane też słonawymi, o ogólnej mineralizacji na poziomie 3-10 g/l, wzbogacone dodatkowo o siarczany wapnia i magnezu oraz chlorki sodu;
- wody silnie zmineralizowane, zwane słonymi, o ogólnej mineralizacji wynoszącej 10-35 g/l, zdominowane przez chlorki sodu i wapnia;
- solanki o ogólnej mineralizacji przekraczającej 35 g/l, także w składzie zdominowane przez chlorki sodu i wapnia.
Oprócz podziału wód podziemnych opartego o ich ogólną mineralizację, możemy je także klasyfikować w oparciu o dominujące jony. I tak na tej podstawie wyróżnimy wody wodorowęglanowe, siarczanowe i chlorkowe, a w ich obrębie – w oparciu o zawartość kationów – wody wapniowe, magnezowe i chlorkowe. Podstawą tego systemu jest ilościowy stosunek między poszczególnymi jonami (wyrażony w mval), pozwalający wyróżnić następujące 4 typy wód:
- typ I: HCO3– > Ca2+ + Mg2+
- typ II: HCO3– < Ca2+ + Mg2+ < HCO3– + SO42-
- typ III: Cl– < Na+ czyli HCO3– + SO42- < Ca2+ + Mg2+
- typ IV: HCO3– = 0.
Większość wód podziemnych zaliczymy do typu II (słabiej zmineralizowane) lub III (silnie zmineralizowane).
Zawartość dużej ilości rozpuszczonych składników powoduje, że niektóre wody podziemne zostały uznane za lecznicze, ze względu na pozytywne oddziaływanie tych składników na różne dolegliwości i choroby. Taką rolą a przede wszystkim wykorzystaniem wód podziemnych w medycynie zajmuje się balneologia. W uzdrowiskach położonych w miejscach występowania naturalnych zasobów wód o udokumentowanym pozytywnym wpływie na zdrowie niektóre wody podziemne znajdują zastosowanie w postaci kąpieli, inhalacji czy doustnie. Do tego typu wód zaliczamy np. szczawy, czyli wody o wysokiej zawartości dwutlenku węgla, z których własności skorzystać można np. w Szczawnicy, czy solanki o składzie zdominowanym przez chlorek sodu, eksploatowane na potrzeby kuracjuszy np. w Ciechocinku.
Wybrane wskaźniki jakości wód podziemnych
Do ważnych właściwości wód podziemnych, odróżniających je od wód powierzchniowych należy temperatura. Jest ona oczywiście zależna od wahań temperatury powietrza, a te szczególnie silnie wpływają na temperaturę wód podziemnych położonych najpłycej. Wody znajdujące się na kilkunastu metrach głębokości wykazują się natomiast dużą stałością temperatury, a jej zmiany rozpatrywać należy raczej w cyklach rocznych niż dobowych czy sezonowych. W naszym kraju są to przeważnie wartości z zakresu 8-12oC (Rys. 1). Stabilność termiczna wód podziemnych jest ich dużą zaletą z punktu widzenia zaopatrzenia ludności w wodę do picia – gwarantuje w miarę stabilne warunki chemiczne i ogranicza aktywność mikroorganizmów, która może generować zanieczyszczenia wpływające np. na walory smakowe wody.
Zadanie
Przyjrzyj się rysunkowi 1. Porównaj temperatury wód podziemnych dla warstw wodonośnych znajdujących się pod terenami o różnym sposobie użytkowania. Czy znajdujesz różnice, a jeśli tak, to jakie? Z czego mogą one wynikać?
Wskazówka: miejska wyspa ciepła
Oprócz mineralizacji, której oznaczenie wymaga odparowania próbki wody, dysponujemy innym prostym wskaźnikiem informującym o zawartości rozpuszczonych w wodzie kationów i anionów. Jest nim przewodność elektrolityczna, której pomiar umożliwiają proste konduktometry. Jej wartość wzrasta wraz z ilością składników rozpuszczonych w wodzie, a więc im większa mineralizacja, tym większa wartość przewodności elektrolitycznej. W wodach podziemnych naturalnie zmienia się ona w szerokim zakresie od kilkuset do kilku tysięcy mS/cm w zależności od ich położenia.
Zadanie
Przyjrzyj się rysunkowi 2. Dla jakiej formy zagospodarowania terenu przewodnictwo elektrolityczne wód podziemnych jest najmniejsze? Jak myślisz, dlaczego?
Wskazówka: skąd drzewa pobierają składniki odżywcze?
W wodach podziemnych znajdziemy następujące rozpuszczone związki azotu: azot azotanowy (NO3) i azotynowy (NO2) oraz azot amonowy (NH4). Ich stężenia są z reguły niskie, szczególnie w głębiej położonych i silniej izolowanych od powierzchni terenu warstwach wodonośnych. W wodach podziemnych położonych na niewielkich głębokościach, zwłaszcza tych zasilanych przez wody opadowe infiltrujące przez warstwę gleby, możemy jednak czasem stwierdzić znaczne koncentracje azotu azotanowego. Jego głównym źródłem jest nawożenie pól. Azotany są wykorzystywane jako źródło azotu, niezbędnego do budowy białek przez rośliny, lecz jego nadmierne wprowadzane na grunty orne powoduje, że nie w całości jest przez plony konsumowany. Wysoka rozpuszczalność w wodzie powoduje, że ta nadmierna część azotanów trafia do wód powierzchniowych (rzeki, jeziora) oraz szybko zasila wody podziemne. Dlatego na obszarach o intensywnym rolnictwie, zauważamy w wodach podziemnych wzrost koncentracji azotu azotanowego, co widzimy także na poniższym wykresie. Ten problem widoczny jest w wielu krajach Unii Europejskiej, co spowodowało podjęcia działań zmierzających do redukcji zanieczyszczenia azotanami, wyrażonych w tzw. Dyrektywnie Azotanowej.
Konieczność eliminowania azotanów z wód podziemnych wynika także ze względów zdrowotnych. Jon azotanowy w wysokich stężeniach tj. powyżej 10 mgN/L jest niebezpieczny dla człowieka, a zwłaszcza dla niemowląt. Szkodliwość azotanów (NO3) polega na ich redukcji do azotynów (NO2), te zaś stanowią główny czynnik ryzyka methemoglobinemii (sinicy), ponieważ utleniają jony żelaza dwuwartościowego zawartego w hemoglobinie do żelaza trójwartościowego, uniemożliwiając transport tlenu do komórek organizmu. W rezultacie może występować niedotlenienie ośrodkowego układu nerwowego oraz mięśnia serca u osób spożywających wodę bogatą w azotany. Przyczyniają się one także do methemoglobinemmi u małych dzieci, zwanej syndromem „niebieskiego dziecka”. Ich większa wrażliwość wynika z niższego odczynu soku żołądkowego (około 4,0, w porównaniu do pH 1,0 u osoby dorosłej), który w niedostateczny sposób unieszkodliwia mikroorganizmy redukujące azotany. Dodatkowo, azotany ulegając redukcji do jonu azotynowego w naszych jelitach, skutkują powstawaniem nitrozoamin – grupy niebezpiecznych związków o działaniu kancerogennym. Z tego powodu woda pitna zawsze powinna być badana na obecność azotanów. Jest to szczególnie ważne w przypadku indywidualnych ujęć wody, czyli prywatnych studni.
Zadanie
Przyjrzyj się rysunkowi 3. Wiesz już, co jest źródłem wysokich stężeń azotanów w wodach podziemnych pod gruntami ornymi. Ale wysokie koncentracje zauważalne są także w odwiertach na obszarach o zabudowie wiejskiej? Jak myślisz, dlaczego?
Wskazówka: sposób gromadzenia ścieków i proces nitryfikacji
Żelazo
Z reguły zawartość żelaza w wodach podziemnych jest niewielka, sięgając kilku miligramów w jednym litrze. Jego obecność jest zależna od wielu czynników, w tym cech materiału skalnego budującego strefę wodonośną, prędkości przepływu wód oraz obecność substancji organicznych (torf) oraz niski odczyn wód. Najczęstszą formą występowania żelaza w wodach podziemnych jest dwuwęglan żelaza Fe(HCO3)2, który w żaden sposób nie wpływa na zabarwienie wody, lecz przy wysokich koncentracjach może obniżać właściwości organoleptyczne wody, nadając jej metaliczny posmak i zapach. Stykając się z tlenem ulega utlenieniu do wodorotlenku żelaza i strąca z wody w postaci brunatnych kłaczków, powodując mętnienie wody, które także jest niepożądane przez konsumentów. Dlatego też usuwanie żelaza z wody podziemnej jest podstawowym procesem jej uzdatniana w Stacjach Uzdatniania Wody, zanim zostanie ona skierowana do systemu wodociągowego.
Zadanie
Przyjrzyj się rysunkowi 4. Czy zauważasz różnice w zanieczyszczeniu wód żelazem pomiędzy różnymi sposobami zagospodarowania terenu? Czy są one wyraźne, czy mają raczej charakter losowy?
Wskazówka: przyjrzyj się czynnikom wpływającym na ilość żelaza w wodzie podziemnej.
Źródła zanieczyszczenia wód podziemnych
Do głównych przyczyn pogarszania się jakości wód podziemnych zaliczamy:
- Wprowadzanie substancji zanieczyszczających do wód podziemnych z różnych źródeł związanych z działalnością człowieka, np. rolnictwo, składowiska odpadów, działalność przemysłowa.
- Wywoływanie przemian hydrogeologicznych w środowisku geologicznym, skutkujących uruchomieniem do wód składników naturalnie występujących w ośrodku geologicznym.
- Wymuszanie dopływu do ujęcia naturalnie występujących wód o gorszej jakości lub wód o jakości pogorszonej przez dopływ zanieczyszczeń wynikających z działalności człowieka.
W hydrogeologii każda woda podziemna o zmienionym składzie fizyczno-chemicznym lub sanitarnym na skutek działań antropogenicznych jest uznawana za wodę zanieczyszczoną. Z praktycznego punktu widzenia, a więc użytkownika wód czy to z przeznaczeniem na cele produkcyjne w przemyśle, czy jako wody pitnej, kluczowe są normy jakości wód. Bardziej restrykcyjne są one dla wód przeznaczonych na potrzeby zaopatrzenia ludności w wodę do picia, nieco łagodniejsze dla wód wykorzystywanych na inne potrzeby. Normy te znajdziemy w aktach prawnych, głównie rozporządzeniach.
Pod względem zmian jakości wód podziemnych pod wpływem dopływających do nich zanieczyszczeń, wyróżnia się zmiany:
- cech biologicznych – obecność bakterii, wirusów, planktonu czy jaj pasożytów;
- cech chemicznych – nadmierne koncentracje niektórych substancji rozpuszczonych czy gazów;
- cech fizycznych – zwiększona zawartość zawiesiny.
Gdy mówimy o skażeniu wód podziemnych mamy natomiast na myśli zanieczyszczenie ich określoną substancją/substancjami, które nie występują naturalnie w wodach podziemnych. Należą do nich pestycydy, fenole, cyjanki, detergenty. Wreszcie, nieco inną sytuacją jest zatrucie wody – oznacza ono, że została ona zanieczyszczona substancją oddziałującą toksycznie na organizmy żywe, w tym człowieka.
W hydrogeologii źródło zanieczyszczenia wód podziemnych nosi miano ogniska zanieczyszczenia. Mogą one mieć różny charakter ze względu na bogactwo aktywności człowieka wpływającej na środowisko. Rozróżniamy zatem:
- ogniska punktowe – do tych należą m.in. nieszczelne zbiorniki na ścieki czy niezabezpieczone otwory wiertniczne
- ogniska liniowe – tymi mogą być cieki, zarówno naturalne jak i sztuczne zw. kanałami, których wody uległy zanieczyszczeniu, a teraz następuje ich migracja do wód podziemnych
- ogniska pasmowe – tymi będą drogi lub rurociągi służące do transportu substancji chemicznych, np. ropy
- ogniska małopowierzchniowe – w tej kategorii mieszczą się składowiska odpadów oraz pola filtracyjne (jeden ze sposobów oczyszczania ścieków z wykorzystaniem naturalnych procesów zachodzących w glebie)
- ogniska wielkoprzestrzenne – w ten sposób oddziałuje rolnictwo (upraw ziemi, hodowla zwierząt), zajmujące znaczne powierzchnie, ale tego typu ognisko reprezentują także zanieczyszczenia powietrza, które często rozchodzą się na znaczne odległości i pokrywają duże powierzchnie
Przyglądając się ściślej rodzajom aktywności gospodarczej człowieka, możemy także wyróżnić ogniska zanieczyszczeń pochodzących z:
- przemysłu i górnictwa – zanieczyszczenia przenikają do wód podziemnych np. ze zwałowisk odpadów pochodzących z eksploatacji zasobów naturalnych, nieszczelności w instalacjach technologicznych, ale także jako gazowe i pyłowe zanieczyszczenia atmosfery opadają na powierzchnię ziemi, skąd infiltrują wraz z wodami opadowymi do wód podziemnych;
- rolnictwa i leśnictwa – uprawa ziemi, wiążąca się w nowoczesnym rolnictwie z wykorzystaniem nawozów sztucznych oraz środków ochrony roślin, powoduje przenikanie tych substancji do wód podziemnych, zaś hodowla zwierząt, obecnie często wielkoprzemysłowa, generuje duże ilości obornika i gnojowicy, których niewłaściwe magazynowanie lub zastosowanie na polu uprawnym powoduje dopływ związków biogennych do wód podziemnych;
- gospodarki komunalnej – dwa główne źródła zanieczyszczeń wynikające z funkcjonowania człowieka w przestrzeni miejskiej to składowiska odpadów, a zwłaszcza nielegalne wysypiska, oraz systemy oczyszczania ścieków oparte o drenaż w gruncie (tzw. przydomowe oczyszczalnie ścieków); w tej kategorii znajdziemy również nieszczelne zbiorniki bezodpływowe na ścieki (tzw. szamba) oraz ewentualne nieszczelności w sieci kanalizacyjnej, jak i cmentarze;
- transportu i komunikacji – nasilenie ruchu samochodowego i kolejowego sprzyja ryzyku awarii i wypadków, które mogą spowodować wyraźne punktowe zanieczyszczenie wód podziemnych np. substancjami ropopochodnymi, ale także na co dzień generuje zanieczyszczenia zagrażające jakości naszych wód podziemnych, wynikające np. z wycieków substancji z pojazdów czy też z wykorzystania tzw. środków zimowego utrzymania dróg; do tej kategorii zaliczamy także miejsca gromadzenia substancji o dużym potencjale do zanieczyszczenia wód podziemnych, jak magazyny i stacje paliw, lotniska, czy w przeszłości obiekty wojskowe.
Warto pamiętać, że ogniska zanieczyszczeń mogą być efektem nie tylko zamierzonego działania człowieka, będąc jego efektem ubocznym, ale także mogą stanowić konsekwencję zdarzeń niezamierzonych, takich jak awarie urządzeń czy instalacji oraz wypadki np. podczas transportu.
Sprawdź co zapamiętałeś/zapamiętałaś…
- Czym różni się zanieczyszczenia od skażenia wody podziemnej?
- Jaki rodzaj ogniska zanieczyszczenia reprezentuje rolnictwo, a jaki nieszczelne zbiorniki na ścieki?
- Czy zanieczyszczenia atmosfery mogą wpływać na jakość wód podziemnych? Jeśli tak, to jak?
Monitoring wód podziemnych
Wielotorowa działalność gospodarcza i bytowa człowieka mogąca oddziaływać na jakość wód w środowisku, w tym wód podziemnych, wymaga byśmy przyglądali się bacznie ich jakości i reagowali na potencjalne zanieczyszczenia. Nie jest to możliwe bez sprawnie zorganizowanego systemu monitoringu, obejmującego szeroką siatkę punktów, uwzględniającą różne oddziaływania. Wody podziemne są badane każdego roku w ponad 1400 punktach, będących albo piezometrami albo wierconymi studniami. Badaniami objęte są wody położone na różnych głębokościach a w pobranych próbkach analizowane różne składniki, począwszy od typowych jak zawartość chlorków, siarczanów, sodu czy potasu, przez związki biogenne, jak azotany i fosforany, skończywszy na metalach takich jak arsen czy ołów. Wyniki pomiarów są dostępne na stronie www.mjwp.gios.gov.pl. Można tam znaleźć szczegółowe informacje o lokalizacji punktów i wynikach kontroli, zatem każdy może sprawdzić jak kształtuje się jakość wód podziemnych w okolicy w której mieszka, lub na ujściu wód podziemnych, z którego korzysta.
Oprócz zorganizowanego przez służby państwowe monitoringu jakości wód podziemnych, wiele badań jest prowadzonych także przez inne jednostki, np. uczelnie. Dzięki takim badaniom, prowadzonym przez prof. Barbarę Walną, pracownika ówczesnej Stacji Ekologicznej UAM w Jeziorach, wraz ze współpracownikami, udało się udokumentować problem zanieczyszczenia wód podziemnych na terenie Wielkopolskiego Parku Narodowego. Przez wiele lat tereny przyległe do południowo-zachodniej części Jeziora Góreckiego były wykorzystywane rolniczo i dopiero w ostatnich kilkunastu latach zostały zalesione. Niestety, wieloletnie nawożenie przełożyło się na stan zalegających stosunkowo płytko wód podziemnych. Ich badania pozwoliły stwierdzić nadmierne koncentracje azotanów. Co gorsza, wody podziemne u podnóża silnie nachylonego zbocza rynny jeziornej wypływają spod ziemi w postaci źródeł, co powoduje, że zanieczyszczone wody podziemne trafiają do wód Jeziora Góreckiego, uznawanego za najpiękniejszy akwen na terenie Wielkopolskiego Parku Narodowego. Na szczęście ich wydajność jest niewielka w odniesieniu do objętości jeziora. Przykład ten pokazuje, że tereny objęte najwyższą formą ochrony przewidzianą w naszym prawie także borykają się z zanieczyszczeniem środowiska, w tym wód, wynikającym z działalności gospodarczej człowieka. Podejmowane są jednak działania mające na celu ten wpływ redukować, chociażby poprzez przekształcanie terenów rolniczych w obszary leśne. Ponadto, dyrekcja WPN w ostatnich latach nałożyła silniejszy nacisk na ocenę zarówno wielkości zasobów wód podziemnych, ale także ich stan jakościowy. Jedynie sprawny monitoring może zapewnić szansę na szybkie reagowanie w razie wykrycia zanieczyszczenia, które w odniesieniu do wód podziemnych jest szczególnie istotne ze względu na ich wykorzystanie jako wody pitnej.
Źródła
Chełmicki W., 2012, Woda. Zasoby, degradacja, ochrona. Wyd. nauk. PWN, Warszawa
Górski J., 2022, Ochrona wód podziemnych w Polsce, Wyd. Nauk PWN, Warszawa
Kaniecki A., 2018, Hydrologia obszarów lądowych, Wyd. Nauk. PWN, Warszawa
Ochrona środowiska 2022. Raport GUS.[dostęp 21.11.2023, Główny Urząd Statystyczny / Obszary tematyczne / Środowisko. Energia / Środowisko / Ochrona środowiska 2022]
Pazdro Z., 1983, Hydrologia ogólna, Wyd. Geologiczne, Warszawa
Walna B., Siepak M., Lorenc M., 2011, Wpływ terenów porolnych na chemizm wód zasilających Jezioro Góreckie, Bogucki Wyd. Nauk. Poznań
www.mjwp.gios.giv.pl [dostęp: 24.11.2023]
Na koniec zapraszam Cię do rozwiązania quizu, który pozwoli Tobie zweryfikować co zapamiętałaś/zapamiętałeś.