Új fogalmak a régiek helyett - Miért idejét múlt a talajvíz és a rétegvíz elkülönítése?

„Vízszállító rendszerek a földkéregben. A felszín alatti vizekkel kapcsolatos új ismeretek és tanításuk lehetőségei”

Mádlné Dr. Szőnyi Judit és Makádi Mariann cikke a GeoMetodika online folyóirat 2019/1 számában jelent meg. 

Az írás nemcsak a földrajz tanároknak és középiskolás diákoknak szól, hanem mindenkinek, aki többet szeretne megtudni a felszínalatti vizeket mozgató és összetételüket befolyásoló természetes és emberi eredetű folyamatokról. Rovatunkban Mádlné Szőnyi Dr. Judit tolmácsolásában hétről hétre témaköröket közlünk az írásból, kiegészítve azt további információkkal. Jó tanulást kívánunk!

Új fogalmak a régiek helyett - Miért idejét múlt a talajvíz és a rétegvíz elkülönítése?

Még ma is széles körben használatosak a talajvíz és az attól vízzáró kőzetrétegekkel elszigetelt rétegvíz fogalmak. Holott a felszín alatti vízszállító rendszerek és a rendszerszemlélet megjelenése alapjaiban változtatta meg a korábbi a hidrogeológiai gondolkodást. Ma már bátran megállapíthatjuk, hogy az új ismeretek tükrében ezek a korábban használatos fogalmak értelmüket vesztették.

Nézzük meg, hogy miért okoz komoly kihívást, hogy ne egyszerűen talajvízben és rétegvízben gondolkozzunk, hanem a víz útját próbáljuk megérteni! 

Egyrészt gondot okoz  a  teljesen  vízzáró  kőzet  fogalmának  elengedése.  Ezt  mégis meg kell tennünk. Ugyanis a földkéregbe mélyített fúrások kőzetmintáinak vízáteresztő képességére vonatkozó mérési eredmények azt bizonyítják, hogy minden kőzetnek van „bizonyos mértékű” vízáteresztő képessége. Ha egy virágcserépbe agyagot rétegzünk, akkor nyilván megáll felette a víz, és nem halad át rajta, legalábbis nincs időnk kivárni, de a cserép szélén, ahol az agyag folytonossága megszakad, ott lejut a víz könnyedén. Ezeket a kézzelfogható tapasztalatokat a valóság annyiban árnyalja, hogy a víznek sok idő áll rendelkezésre, ha földtani időskálán gondolkodunk és bizony az agyagrétegek a felszín alatt sem folytonosak, elvégződnek, vagy törésekkel szabdaltak. Azaz, a kőzetek fizikai jellemzői, ha nem virágcserép méretben vizsgáljuk, bizony eltérőek lehetnek. Mi több, ezek a tulajdonságok földtani időskálán is változnak, a víz - bár sok estben lassan - de egyszer csak minden kőzeten átjut. Azaz ahogyan már utaltunk rá, tökéletesen vízzáró kőzet nincs, minden kőzet képes valamilyen mértékben vezetni a vizet. Kétségtelen, hogy vannak vízfogó kőzetek (pl. agyag, márga), amelyek képesek jelentősen lelassítani a vízmozgást. Míg mások, például a mészkő, a homokkő vagy a kavics, mint víztartó vagy vízvezető kőzetek, tárolják és mozgásában segítik a vizeket.

A másik szempont, hogy a vízmozgás a felszín alatt az utánpótlódási terülektől a megcsapolódási területekig összefüggő áramlási rendszert képez. Azaz, ha nincs teljesen vízzáró kőzet, akkor fogalmilag sem különülhetnek el így egymástól a felszínalatti vizek. Ebből az is következik, hogy nem létezik külön talajvíz és rétegvíz, mindkettő egyszerűen felszínalatti víz, mivel összefüggnek egymással. E fogalmak továbbélése gátol minket a felszínalatti vízrendszerek és a felszíni hidrológiai rendszerek összefüggéseinek a megértésében.

Ezek után is még marad két tisztázásra szoruló fogalom: a felszín közeli telítetlen zónában található talajnedvesség és az alatta lévő, vízzel teljesen telített zónában pedig a felszínalatti víz. A telítetlen zónában a víz a talaj- vagy kőzetszemcséket veszi körül, vagyis a vízburokkal rendelkező törmelék, málladék között levegő is van. A telített zónában a részecskék közül kiszorul a levegő. A telítetlen zóna és a telített zóna határvonala a felszínalatti víz szintje. Egyébként ez az, amit korábban talajvízszintként emlegettünk.

Hogyan lesz a csapadékvízből felszínalatti víz?

Forrás: ga.water.usgs.gov után módosítva

Magasabb fekvésű területeken a felszínalatti víz szintje is magasabban van (több a víz helyzeti energiája), a mélyebb fekvésű területeken pedig alacsonyabban található (kevesebb a víz helyzeti energiája). A felszínalatti vízszintek különbségének az a jelentősége, hogy ez az energiakülönbség mozgatja a felszínalatti vizeket a magasabb energiájú helyek felől az alacsonyabbak felé.

A vízáramlási rendszerek víztartó és vízfogó rétegeken való áthatolásának időléptéke 

Forrás: USGS ábrája nyomán

Új fogalmakkal is érdemes megbarátkoznunk. Ezek a vízáramlási rendszer, valamint ennek utánpótlódási és megcsapolódási területei. Ha az egész felszín alatti vízmozgást a vízkörforgalomhoz kapcsoljuk, akkor belátható, hogy a felszín alatti vízszállító rendszerek a vízkörforgalom felszín alatti részét jelentik. Az új koncepció sokkal érthetőbbé teszi például a források kialakulásának megértését. Azok ugyanis a megcsapolódási területek és a vízszállító rendszerek végállomását jelölik ki. Fontos felismerés továbbá az is, hogy a megcsapolódás síkvidéken, mint például Alföldjeinken, főleg folyókban, tavakban vagy egyszerűen párolgással történik.

Az artézi kutak fogalma továbbra is alkalmazható, olyan kutak, melyekben a víz a földfelszín fölé emelkedik. Definíciójuk azonban pontosításra szorul. Artézi kutak a megcsapolódási területek alatt létesíthetők, és bennük a víz – a nagyobb energiatartalom miatt – a felszín fölött áll meg. Tehát az artézi kutak nem vízzáró rétegek közötti víztartókból kapják a vizüket, hanem a többlet energia, ami a vizet a felszínre hozza, a vízáramlás eredménye. Ebből adódóan ezeket a kutakat nem kell szivattyúzni.

A belvíz a mélyebb fekvésű területeken fordul elő, ahol a felszínalatti víz szintje közelebb van a felszínhez. Kialakulásának oka a felszínalatti vízszint emelkedése és  felszínre bukkanása.

Az új szemlélet segít annak belátásában, hogy a felszíni vizek (folyók, tavak, tengerek) és a felszínalatti vizek szoros kapcsolatban állnak egymással, azaz összefüggéseiket mindig szem előtt kell tartanunk. Nemhiába a blog címe is erre utal: “Vízkörforgalom a felszín alatt is..”