Przystanek nauka - portal Uniwesytetu Śląskiego w Katowicach

Ile mamy wody?

Analizując dane dotyczące zaopatrzenia w wodę w Polsce, można rzeczywiście zauważyć, że wskazują one na dwa główne źródła: ok. 70 procent wody przeznaczonej dla ludności to woda podziemna. W jedenastu województwach zaopatrzenie z wód podziemnych przekracza 75 procent, a tylko w dwóch przeważają wody powierzchniowe, w tym w województwie śląskim.

Zanim odpowiemy sobie na pytanie, skąd pochodzi woda w rzece czy studni, należy sobie uświadomić, że na Ziemi jest ok. 1,3 mld km3 wody i tak już pozostanie na zawsze. Nie będzie jej ani mniej, ani więcej. Praktycznie nie przybywa jej ani nie ubywa. Jest to system zamknięty. Woda, którą pijemy, była na Ziemi prawdopodobnie już 3,8 mld lat temu. W skład ziemskiej hydrosfery wchodzi jednak głównie woda słona. Na Błękitnej Planecie w morzach i oceanach znajduje się 97 proc. wody słonej, a tylko 3 proc. na Ziemi stanowi woda słodka, z tego większość występuje w postaci lodowców, głównie na biegunach. 1/3 całej objętości wody słodkiej zgromadzonej na kuli ziemskiej to woda podziemna. W rzekach, jeziorach i innych zbiornikach jest tylko 1,2 proc. wody słodkiej (0,036 proc. zasobów wody na kuli ziemskiej, a tylko 0,001 proc. wody jest w postaci chmur i pary wodnej). Woda słodka zatem to woda cicha, której nie widać ani nie słychać.

Pochodzenie wód podziemnych

W zamierzchłej przeszłości cywilizacji człowieka poglądy na pochodzenie wody opierały się na legendach bądź na wierze, że woda jest cudownym darem czczonego bóstwa. Pytanie o pochodzenie wód podziemnych zadawali sobie też starożytni filozofowie – Tales z Miletu, Platon czy Arystoteles (VI–IV w. p.n.e.). Ale dopiero Marek Witruwiusz (wybitny rzymski architekt i konstruktor, I w. p.n.e.) wypowiedział pogląd zbliżony do istoty rzeczy. Stwierdził on, że wody podziemne tworzą się z wód deszczowych ginących w ziemi. Słynny fizyk, astronom i filozof Galileusz (XVI–XVII w.) powiedział natomiast: „Mogę przewidzieć drogę ciał niebieskich, ale nie potrafię powiedzieć nic o ruchu małej kropli wody”. Pójdziemy zatem śladem tej kropli wody, żeby dowiedzieć się, jakie jest pochodzenie wody podziemnej.

Z podręczników szkolnych pamiętamy, że obieg wody w przyrodzie nazywany jest cyklem hydrologicznym. Woda paruje z powierzchni oceanów, gromadzi się w atmosferze, następnie spada na ziemię, spływa po powierzchni bezpośrednio do rzek, jezior, mórz, oceanów lub wsiąka w glebę, infiltruje. I tu zaczyna się najciekawsza część wędrówki kropli wody.

Jedna kropla wsiąka głębiej, inna płycej, ale każda zmierza do jakiegoś celu – najczęściej tym celem jest rzeka, jezioro, źródło, morze, ocean, ale może być też studnia. Różna jest prędkość przepływu wody. Woda podziemna przemieszcza się bardzo powoli, w zależności od rodzaju skały. W przypadku piasku plażowego może to być 10 m na dzień, czyli 3,6 km na rok. W przypadku żwiru może to być nawet kilkadziesiąt kilometrów na rok. Gdy mamy do czynienia z gliną lub iłem, prędkość przepływu wody może wynosić nawet kilka milimetrów na rok! Wiek wody czerpanej ze studni płytkiej określany jest na kilka dni, tygodni lub miesięcy, a gdy studnia jest głęboka na kilkaset metrów, to wiek wody może być liczony w setkach, a nawet w tysiącach lat.

Gdy czerpiemy wodę ze studni w Bibieli (niedaleko Miasteczka Śląskiego), to nie zdajemy sobie sprawy, że ma ona kilkaset, a nawet kilka tysięcy lat – to woda holoceńska. Studnia w rejonie Lublińca o głębokości ok. 200–250 m ma wodę mającą 20–30 tys. lat – to woda glacjalna. I nie są to najstarsze wody, jakie znamy na Śląsku. W Ustroniu czy Goczałkowicach znajdują się uzdrowiska, gdzie wody pobierane są otworami z głębokości blisko 2 km i są to wody, które pochodzą z deszczu padającego w okresie permu. Jest to epoka geologiczna tuż po powstaniu złóż węgla kamiennego na Śląsku, po okresie karbonu, czyli 300–350 mln lat temu! Korzystając z tej wody, mamy kontakt z bardzo odległą historią Ziemi. To czasy jednego kontynentu zwanego Pangeą, usytuowanego bliżej równika, stąd panował tu wówczas o wiele cieplejszy klimat.

Skąd wiadomo, ile lat ma woda? Do datowania wód stosuje się znaczniki środowiskowe. Są to izotopy tlenu, wodoru, chloru, węgla i inne. Do określania wieku wód młodych, współczesnych stosuje się izotopy trytu – jest to izotop wodoru, który pojawił się w środowisku po eksperymentach z bombą jądrową, czyli w latach 1954–1956. Jeśli zatem woda zawiera ten izotop, oznacza to, że ma ona kilkadziesiąt lat, a nie kilkaset lub tysiące lat. Jeśli tego izotopu nie ma, świadczy to o jej pochodzeniu sprzed czasów, gdy prowadzono eksperymenty z bombową jądrową.

Jaka woda płynie w rzece, jeśli deszcz nie pada przez kilka tygodni, miesięcy? Nie zdajemy sobie sprawy z faktu, że w polskich rzekach przez ponad 200 dni w roku płynie woda podziemna – dlatego możemy powiedzieć, że jest to woda cicha. Dlaczego tak wiele uwagi poświęcamy wodom powierzchniowym, a tak niewiele wodom podziemnym? Odpowiedź jest prosta: bo są łatwo dostępne, są także źródłem energii elektrycznej, ale również dlatego, że czasami są niebezpieczne – szczególnie, gdy grożą nam powodziami.

Możemy powtórzyć za Heraklitem z Efezu (VI w. p.n.e.), że wszystko płynie – Panta rhei. Czy na pewno wszystko? Dla pewności powiedzmy ostrożniej, że prawie wszystko. Nie wszystka woda podziemna pochodzi z deszczu. Znane są wody, które mają inne pochodzenie, są to pozostałości wód morskich zamknięte w osadach oraz wody z dehydratacji minerałów uwodnionych, czyli zawierających w swoim składzie chemicznym wodę. Występują one bardzo głęboko, w niewielkich ilościach. Udokumentowano ich istnienie w głębokich otworach wiertniczych w niektórych rejonach np. Karpat. Nie są to wody użytkowe, są to całkowicie odizolowane wody stagnujące, zamknięte w głębokich strukturach geologicznych.

Czym jest woda?

Woda jest znakomitym rozpuszczalnikiem, najpowszechniej występującym w przyrodzie. Rozpuszcza nawet skały, a produkty tego rozpuszczania powodują, że woda się mineralizuje. Efektem tego zjawiska są krajobrazy krasowe albo inne formy: pustki krasowe, kominy, jaskinie krasowe, będące efektem rozpuszczania skał węglanowych, wapieni i dolomitów. W takim skrasowiałym masywie krąży woda, która łączy się w większe strumienie, czasem nazywane rzekami podziemnymi. Środowisko krasowe to jedyny przypadek, kiedy możemy mówić o rzekach czy strumieniach podziemnych (powszechnie używane określenie ciek wodny w środowisku różdżkarzy do każdego innego środowiska wód podziemnych jest nieprawidłowe). Woda taka wypływa w postaci źródeł czy strumieni; wielkie źródła krasowe są nazywane wywierzyskami, występują one na przykład w Tatrach.

Bardzo ciekawe formy wytworzyły się w np. Pamukkale (Turcja) czy Hammam Meskhoutin (Algieria), gdzie z wody wypływającej z górotworu krasowego w sprzyjających warunkach temperatury i ciśnienia wytrąciły się minerały węglanowe, kalcyt i aragonit, tworząc niezwykłe urokliwe formy w jaskiniach lub na powierzchni terenu.

Miasta a wody podziemne

50 proc. ludności zamieszkuje 1 proc. powierzchni Ziemi. 29 największych miast świata zamieszkuje powyżej 5 mln ludzi, 16 z nich zaopatruje się głównie lub w całości w wodę pochodzenia podziemnego.

Miasto jest organizmem, który funkcjonuje nieustannie – nieustannie pochłania i wydala. Pochłania energię, surowce, żywność i wodę. Wydala produkty i zanieczyszczenia: gazy, pyły, ścieki i odpady. Te produkty to potencjalne lub faktyczne źródła zanieczyszczeń wód podziemnych.

Jednym z ciekawszych przykładów relacji miasta z wodami podziemnymi jest Mexico City. Tam znajduje się bazylika Matki Boskiej z Gwadelupy, która jest jednym z największych i najczęściej odwiedzanych miejsc kultu chrześcijańskiego na świecie. Bazylika ta została wybudowana obok szesnastowiecznej katedry, którą wniesiono na podmokłym, grząskim gruncie. W wyniku osiadania katedra się przechyliła. W tym miejscu osiadanie powierzchni terenu wynosi 9 metrów. Dlatego od lat 70. XX wieku do 2003 roku bazylika była zamknięta – trwały prace remontowe i zabezpieczające, ponadto obok niej wybudowano nową świątynię – w kształcie kapelusza indiańskiego – bazylikę Matki Boskiej z Gwadelupy. Warto w tym miejscu wspomnieć, że na Śląsku osiadania są rzędu 30 metrów, ale zjawisko to związane jest z górnictwem, podczas gdy w Mexico City górnictwa nie ma i nigdy nie było. Jak zatem doszło do osiadania gruntu w stolicy Meksyku? Miasto powstało w czasach hiszpańskiej konkwisty w kotlinie śródgórskiej, która była rozległym, wielkim jeziorem. Osiadania są wywołane wyłącznie intensywnym poborem wody – jest tam blisko 2 tys. studni, a miasto zaopatruję się prawie wyłącznie z wód podziemnych. Skutkiem tego, a także dlatego, że podłoże jest zbudowane z osadów bardzo luźnych, poziom wody podziemnej obniżył się o 9 metrów. Następuje sczerpywanie zasobów. Miasto nie oczyszcza większości ścieków i nie odprowadza ich poza góry. W większości wsiąkają w ziemię i w ten sposób przyczyniają się do spowolnienia sczerpania zasobów wody podziemnej. Wydaje się, że miasto zbliża się do pewnej granicy, gdy woda podziemna, a właściwie ograniczone jej zasoby będą stanowić barierę wzrostu, czyli nastąpi ograniczenie rozwoju i funkcjonowania tego miasta.

Innym przykładem skomplikowanych relacji miasta z wodami podziemnymi są Tarnowskie Góry. Miasto ma wielowiekową tradycję eksploatacji złóż rud, a także przemysłową. Funkcjonował tam i po części jeszcze funkcjonuje przemysł ciężki, w tym chemiczny. Na terenie miasta i w jego otoczeniu wody podziemne są bardzo skażone zanieczyszczeniami pochodzącymi ze ścieków i odpadów miejskich oraz przemysłowych. Niektóre zakłady truciciele nie funkcjonują już od ponad 25 lat, a jednak poziom zanieczyszczeń nie maleje albo spada bardzo powoli. Dlaczego? Gdyż wody podziemne mają długą pamięć, zanieczyszczenie raz wprowadzone pozostaje w nich na dziesiątki, a czasem setki lat.

Początkowo miasta korzystały z wody lokalnej pobieranej płytkimi studniami. Z biegiem czasu wody ulegały zanieczyszczeniu, w związku z tym poszukiwano nowych źródeł wody, a lokalne ujęcia porzucano. Wodę doprowadzano albo z gór akweduktami, jak na przykład w przypadku Rzymu, albo z ujęć podziemnych zlokalizowanych na obrzeżach miast. Ścieki pozostawały na miejscu, wsiąkały i odpływały poza teren miasta, w kierunku ujęć, z których sprowadzano wodę. To jednak grozi zanieczyszczeniem wody w tych ujęciach.

W województwie śląskim blisko 30 proc. wody dla ludności pochodzi z wód podziemnych. Niektóre miasta regionu mają własne ujęcia i korzystają wyłącznie z wód podziemnych. Aglomeracja katowicka ma bogatą historię przemysłową, co ma też odzwierciedlenie w degradacji środowiska, w tym także środowiska wód podziemnych. Weźmy pod uwagę tylko górnictwo węgla kamiennego. Jego wpływ na wody podziemne obejmuje obszar o powierzchni ok. 1600 km2, a w jego centrum znajduje się aglomeracja katowicka. Skutkiem tego zasoby wód podziemnych są tu zdegradowane, to znaczy zubożone poprzez osuszanie górotworu i zanieczyszczone na wiele lat.

Głównym dostawcą wody dla aglomeracji katowickiej jest Górnośląskie Przedsiębiorstwo Wodociągów SA. Ma swoje ujęcia na obrzeżeniach aglomeracji. Są to ujęcia wód powierzchniowych – w górach, na zbiornikach zaporowych: Goczałkowice na Wiśle oraz na Sole i na Brynicy, a po północnej i wschodniej stronie aglomeracji znajdują się ujęcia wody podziemnej. Wszystkie te ujęcia i źródła wody dla aglomeracji są oddalone od terenów zurbanizowanych i przemysłowych, znajduję się poza obszarem przekształconym przez górnictwo węgla kamiennego. Dzięki temu jest to woda bardzo dobrej jakości i nie narażona na jej zmiany w przyszłości.

Warto, byśmy mieli świadomość, że woda jest świadkiem historii Ziemi i ma długą pamięć. Pamięta wprowadzone do niej zanieczyszczenia i inne zagrożenia oraz presje, na skutek czego ulega degradacji. Z tego powodu dla wielu miast ograniczone zasoby wody, w tym wody podziemnej, będą stanowić barierę wzrostu społeczno- gospodarczego. Dla wielu aglomeracji woda podziemna będzie czynnikiem ograniczającym ich funkcjonowanie i dalszy ich rozwój.