Подзе́мные во́дные объе́кты – скопления вод в верхней части земной коры, которые находятся в активном взаимодействии с атмосферой и поверхностными водными объектами (океанами и морями, реками, озёрами, водохранилищами и болотами) и участвуют в круговороте воды на земном шаре. Подземные воды в таком понимании представлены в основном свободной (гравитационной) и капиллярной водой, а также перемещающимся в порах грунта водяным паром.

Скопления подземных вод, участвующих в круговороте воды на планете и являющихся объектом науки гидрологии, – это особые водные объекты, существенно отличающиеся от водотоков и водоёмов, и важные элементы гидросферы. Вместе с тем подземные воды тесно связаны с геологическим строением земной коры и свойствами почв, грунтов и горных пород и являются поэтому также объектом науки гидрогеологии как раздела геологии.

Согласно современным представлениям, подземные воды по происхождению могут быть как экзогенными (их источник –водные объекты на поверхности суши и влага атмосферы), так и эндогенными (их источник – недра Земли).

Экзогенные подземные воды попадают в грунты и горные породы либо при процессах просачивания (инфильтрации) поверхностных вод и конденсации водяного пара, либо в результате седиментации (осадконакопления). Эти воды часто называют соответственно инфильтрационными, конденсационнымии седиментационными.

Эндогенные поземные воды образуются в горных породах либо в результате дегидратации минералов (такие воды называют дегидратационными или «возрождёнными»), либо поступают из магматических очагов, в частности в районах современного вулканизма (их называют «ювенильными» водами).

Главный компонент подземной ветви круговорота воды на планете – инфильтрационные подземные воды.

Подземные воды по гидравлическим условиям – основному принципу типизации – делят на безнапорные (грунтовые) и напорные (артезианские). Грунтовые воды по характеру залегания делят на воды зоны аэрации и воды зоны насыщения.

Подземные воды участвуют в круговороте воды на земном шаре в основном согласно двум схемам: грунтовые воды « зона аэрации « атмосфера и грунтовые воды « поверхностные воды.

Зона аэрации занимает верхний слой почвенно-грунтовой толщи: от земной поверхности до уровня (зеркала) грунтовых вод.

Через зону аэрации осуществляется взаимосвязь атмосферы и грунтовых вод. В этой зоне происходят: инфильтрация дождевых и талых вод, формирование почвенной воды и верховодки, фильтрация гравитационной воды и десукция (потребление) влаги растительностью с последующей её транспирацией (испарением).

Попадая после дождей или таяния снега в грунт, вода расходуется прежде всего на смачивание почвенного слоя и формирование почвенных вод, под которыми понимают временные скопления свободной (гравитационной) и капиллярной воды в почвенной толще. Эти воды имеют связь с атмосферой и участвуют в питании корневой системы растений.

Почвенные воды обычно просачиваются в более глубокие слои грунта и не образуют постоянного водоносного горизонта. Почвенный сток возникает лишь при сильных дождях или снеготаянии, если в почве имеются наклонные слабопроницаемые прослои и если часть почвы насыщается водой. Мощность слоя с почвенной водой обычно изменяется от нескольких сантиметров до 1–1,5 м.

Инфильтрующиеся вертикально вниз под действием силы тяжести воды зоны аэрации, встречая на своём пути относительный водоупор (отдельные прослои или линзы грунтов, обладающие слабой водопроницаемостью), образуют верховодку, т. е. временные, сезонные скопления подземных вод. Мощность верховодки обычно равна 0,4–1,0 м, редко достигает 2–5 м.

Почвенные воды и верховодка обычно пресные. Однако в болотных и торфянистых почвах эти воды могут иметь застойный режим и высокую концентрацию кислот органического происхождения. Воды зоны аэрации легко подвержены загрязнению с поверхности земли.

Выше уровня грунтовых вод в пределах зоны аэрации располагается так называемая капиллярная зона (её иногда называют «капиллярной каймой»). Воды этой зоны (особенно при неглубоком залегании грунтовых вод) часто участвуют в питании почвенных вод и поглощаются корневой системой растений.

Весьма характерно изменение влажности грунта в зоне аэрации после обильного увлажнения: по мере приближения к уровню грунтовых вод влажность грунта увеличивается от наименьшей влагоёмкости (НВ) до полной влагоёмкости (ПВ).

Грунтовые воды (или воды зоны насыщения) – это подземные воды первого от поверхности земли постоянно существующего водоносного горизонта, залегающего на первом выдержанном по площади водоупорном пласте. Эти безнапорные гравитационные воды имеют свободную поверхность, называемую уровнем, или зеркалом грунтовых вод.

Важнейшими процессами, воздействующими на состояние грунтовых вод, являются их питание и разгрузка. Питание грунтовых вод осуществляется путём инфильтрации через зону аэрации атмосферных осадков, конденсации водяного пара и поглощения вод из водотоков и водоёмов (рек, каналов, озёр, водохранилищ и т.д.). Иногда в питании грунтовых вод участвуют и более глубокие водоносные напорные горизонты.

Разгрузка грунтовых вод осуществляется в виде источников (родников, ключей), фильтрацией в русло водотока или ложе водоёма, путём испарения и перетекания в нижележащие водоносные горизонты.

Грунтовые воды распространены почти повсеместно, тяготеют к рыхлым четвертичным отложениям (ледниковым, речным, озёрным и морским, современным аллювиальным, коре выветривания), участвуют в питании рек, легко доступны для практического использования.

Грунтовые воды обладают изменчивым режимом, связанным с режимом их питания и разгрузки. Расстояние от земной поверхности до уровня (зеркала) грунтовых вод называют глубиной залегания грунтовых вод. Она изменяется практически от нуля в зоне избыточного увлажнения до десятков метров в зоне недостаточного увлажнения. Уровень грунтовых вод испытывает сезонные и многолетние колебания.

Расстояние от кровли водоупорного пласта до уровня грунтовых вод называют мощностью водоносного горизонта. Её величина изменяется вместе с изменением уровня грунтовых вод. Лежащая выше уровня грунтовых вод капиллярная зона испытывает колебания вслед за колебаниями уровня грунтовых вод.

Минерализация грунтовых вод может быть самой различной: от свойственной пресным водам до характерной для солоноватых или даже солёных вод. В аридных районах сильное испарение грунтовых вод может даже привести к увеличению их минерализации до значений, характерных для рассола, и к сильному засолению почв.

Грунтовые воды наиболее подвержены загрязнению.

Артезианские воды – это напорные подземные воды, залегающие в водоносных горизонтах между водоупорными пластами. Артезианские воды залегают глубже горизонта грунтовых вод и имеют более стабильный режим. При вскрытии артезианского водоносного горизонта скважиной находящаяся под напором вода поднимается по скважине и может даже излиться на земную поверхность (в случае, если линия напора лежит выше уровня земли). Напор в артезианских водах создается в основном гидростатическим давлением, а также геостатической нагрузкой (весом вышезалегающих пород).

Артезианские воды нередко имеют повышенную минерализацию. Обычно они менее подвержены загрязнению в сравнении с грунтовыми водами.

Артезианскими бассейнами называют такие гидрогеологические структуры синклинального типа, которые содержат один или несколько водоносных горизонтов с напорными водами. Примером артезианских бассейнов могут служить бассейны Московский и Терско-Кумский.

Своеобразны подземные воды в районах распространения многолетнемёрзлых грунтов. Здесь аналогами почвенных вод и верховодки являются воды так называемого деятельного слоя, т.е. слоя ежегодного сезонного оттаивания и промерзания. Воды надмерзлотных таликов – аналоги обычных грунтовых вод. Эти воды представлены подрусловыми, подозёрными и склоновыми таликами. Межмерзлотные (расположенные между слоями мерзлого грунта) безнапорные воды также сходны с обычными грунтовыми водами. Однако если межмерзлотные, а также подмерзлотные воды (расположенные глубже слоя мерзлого грунта) находятся под напором, они становятся аналогами артезианских вод.

Промерзание и оттаивание деятельного слоя, изменение толщины слоя многолетнемерзлых грунтов ведет к изменению условий питания и режима подземных вод. Эти изменения становятся также причиной специфических мерзлотно-гидрогеологических явлений – бугров пучения, наледей, термокарста.

В условиях современного глобального потепления климата на севере Евразии и Северной Америки отмечаются признаки деградации многолетней мерзлоты, что создаёт проблемы при строительстве дорог и различных сооружений.

Специфичны подземные воды в зонах современного вулканизма. Здесь встречаются как напорные, так и безнапорные минеральные и термальные подземные воды. Минеральные воды – подземные воды, характеризующиеся повышенным содержанием некоторых биологически активных компонентов (СО2, сероводорода, брома и др.) и обладающие особыми физико-химическими свойствами (температура, химический состав, радиоактивность), которые позволяют их использовать в лечебных целях. Самые известные месторождения минеральных вод: в России – курорты Кавказских минеральных вод, в Грузии – Боржоми, на Украине – Трускавец, во Франции – Виши, в Чехии – Карловы Вары и др. Термальные воды – подземные воды, имеющие температуру 20ºС и выше вследствие поступления теплоты из глубинных зон земной коры. В некоторых горных странах (Тянь-Шань, Альпы, Кавказ, Камчатка, Исландия) термальные воды выходят на поверхность в виде многочисленных горячих источников, гейзеров и паровых струй.

Пресные подземные воды служат частью водных ресурсов, широко используемых в хозяйстве – для орошения земель, водоснабжения городов и населённых пунктов, промышленных объектов и др. По оценкам Государственного гидрологического института (2008), по состоянию на 2006 г. суммарный водоотбор пресных подземных вод на хозяйственные нужды составлял ежегодно 5,5 км3, или около 16,4% разведанных эксплуатационных запасов пресных подземных вод, которые доступны для использования без ущерба для связанных с ними поверхностных вод.

В.Н. Михайлов М.В. Михайлова