Ниже слоя аэрации, мощность которого от 2 до 50 м, залегает первый постоянный водоносный горизонт. Его вода называется грунтовой. Вопрос о нижней границе грунтовой воды решается не однозначно. Обычно грунтовой называют воду верхнего водоносного горизонта на первом водоупорном слое, сверху не перекрытого водонепроницаемыми породами и поэтому ненапорного.
В сильно пересеченной местности не избыточно увлажненных зон на первом водоупорном слое воды может не быть. Это не означает, что такие местности лишены грунтовой воды. Она есть на следующих водоупорах. Поэтому нижнюю границу водоупорных вод правильнее проводить на уровне местных базисов эрозии, на глубине врезания речных долин. В этом случае некоторые грунтовые воды оказываются между водоупорными пластами и имеют местный напор.
Процесс проникновения атмосферной и поверхностной влаги в грунт, в толщу земной коры или происхождение грунтовых вод в сущности является процессом взаимодействия атмо-, гидро- и литосферы.
Поверхностная вода – дождевая, озерная, речная – с той или иной скоростью просачивается по порам грунта, достигает водоупорного горизонта и скапливается на нем, образуя водоносный горизонт. Так, еще в древности возникла теория, получившая название инфильтрационной или просачивания.
Даже во время сильных дождей насыщаются только почва и верхний грунт, ниже которого лежат сухие слои. Водоносный горизонт оказывается часто вне видимой связи с атмосферными осадками.
В песчаных пустынях небольшое количество подземной воды образуется путем конденсации атмосферного пара в порах охлажденных ночью песков.
Инфильтруются не только атмосферные осадки, но также вода рек, озер, водохранилищ, оросительных каналов. В зонах избыточного увлажнения действуют все названные приходные статьи. В аридных областях грунтовые воды образуются путем просачивания воды в рек и оросительных каналов, а также воды, временно скапливающейся в понижениях рельефа. В Каракумах, например, 74% грунтовых вод образуется за счет фильтрации из рек, 11% – от стока с гор и только 15% составляют местное питание.
Виды воды в почво-грунтах. В почво-грунтах вода находится в следующих формах:
1. Химически связанная, входит в состав минералов.
2. Гигроскопическая, обволакивает частицы грунта микроскопическим слоем, недоступна для растений.
3. Пленочная, располагается на частицах грунта в виде пленки поверх гигроскопической воды, находится в жидком состоянии, но труднодоступна для растений.
4. Капиллярная, занимает капилляры в почвах и грунтах.
5. Гравитационная, просачивается в жидком виде через грунт и циркулирует в каналах, трещинах и пустотах под действием силы тяжести. Растениями используется свободно.
6. Парообразная, занимает поры, свободные от жидкой воды.
7. Вода в твердом состоянии встречается в областях сезонной (зимней) и многолетней (вечной) мерзлоты.
В слое аэрации при достаточной его мощности могут быть две фазы движения воды:
1. В верхней части вода может опускаться, если почва прогрессивно увлажняется, и может подниматься, если стоит сухая погода и почва иссушается. Этот режим очень благоприятен для водоснабжения растений.
2. Вторая фаза начинается на глубине, где подземные воды выходят из сферы действия тропосферы. Здесь они движется только вниз и, достигнув водоупорного горизонта, скапливаются на нем. В случае малой мощности слоя аэрации вторая фаза может отсутствовать.
Зональность и региональность грунтовых вод. Грунтовые воды отражают сложные природные взаимозависимости и имеют зонально-региональный характер.
1. Тундровая зона ультрапресных вод. Тундрам свойственны избыточное увлажнение и на большей части территории плоский низменный рельеф, замедляющий поверхностный и подземный сток. Грунт схвачен вечной мерзлотой. Зеркало грунтовых вод находится близко от дневной поверхности или сливается с ней. В условиях низких температур химическое выветривание идет медленно. Тундровые воды ультрапресные, но содержат много неразложившихся органических веществ. Чистая вода встречается в песках.
Зона распадается на многочисленные регионы, в которых вариации грунтовых вод обусловлены характером рельефа и литологическими особенностями местности.
2. Лесная зона пресных высокостоящих вод. В лесной зоне умеренных широт за пределами области многолетней мерзлоты в связи с избыточным увлажнением и в общем равнинном рельефе зеркало грунтовых вод стоит высоко – на глубине 1,5-2,0 м на водоразделах, а в понижениях нередко подходит к дневной поверхности. Значительное эрозионное расчленение рельефа, большая продолжительность летнего периода и отсутствие мерзлоты обуславливают большую интенсивность выщелачивания. Воды пресные и качество хорошее. В период дождей грунтовые воды сливаются с верховодкой.
В подзоне широколиственных и смешанных лесов грунтовые воды залегают на глубине 3-4 м и часто вступают в контакт с межпластовыми.
3. Степная зона слабоминерализованных и глубокозалегающих вод. В лесостепях количество осадков и испаряемость приблизительно равны, поэтому инфильтрационные токи ослаблены и их действие ограничивается выщелачиванием из почвы солей, которые переходят в грунтовые воды. На междуречьях они не только жестки, но и солоноваты. Для зоны характерна гадрокарбонатно-кальциевая минерализация от 0,5 до 1,0 г/л. Она увеличивается в направлении возрастания сухости.
Степным районам свойственно превышение испаряемости над осадками, в связи с этим уменьшаются инфильтрация и выщелачивание. На междуречьяхгрунтовые воды залегают обычно на глубине 20 м и имеют хлоридную и хлоридно-сульфатную минерализацию от 1 до 8 г/л.
4. Зона соленых глубокозалегающих грунтовых вод и транзитных потоков пресных вод полупустынной и пустынной зон. В засушливых зонах годовая сумма осадков не превышает 30% испаряемости. Поэтому грунтовые воды местного питания могут скапливаться на глубине, на которой слабо оказывается испарение. Характерны разрозненные бассейны, не дающие сплошного зеркала грунтовых вод.
Основные массы грунтовой воды засушливых зон представлены миграционными потоками, поступающими из районов с иными природными условиями, обычно сопредельных горных стран.
Аридной зоне свойственна большая региональная пестрота. Как местные, так и миграционные грунтовые воды обеспечивают питание многих тысяч колодцев.
5. Зона слабоминерализованных и глубокозалегающих вод тропических степей и саванн. Грунтовые воды залегают на глубине от 15 до 50 м.
6. Зона высокостоящих и пресных грунтовых вод экваториальных высот. При избыточном атмосферном увлажнении и обилии поверхностных водоемов в зоне гилеи грунтовые пресные воды стоят высоко.
7. Совершенно особенной, обусловленной специфическими тепловыми условиями за последнее геологическое время является зона подземных вод областей многолетней мерзлоты Северной Азии и Северной Америки.