W sprawach deszczu najbardziej kompetentny jest podobno św. Medard z Noyon (francuski biskup żyjący na przełomie V i VI w.). Kiedy długotrwała susza niszczyła uprawy francuskich chłopów, wyprowadzali oni z kościoła figurę św. Medarda i nieśli ją procesjonalnie wśród winnic, sadów i pól, aby święty zobaczył, co się święci. Żeby zaś orędownik nie miał żadnych wątpliwości, czego dotyczą suplikacje, spuszczano go następnie na linie do ostatniej we wsi studni, w której było jeszcze nieco wody, i z całą należną świętemu atencją maczano mu w niej nogi.
WODA W ŁONIE ZIEMI
Ścisły związek stanów wody w studniach gospodarskich z okresami suszy i opadów jest dla wszystkich oczywisty. Te studnie czerpią wodę z najwyższego, czyli pierwszego poziomu wodonośnego. Ale czy opady mają wpływ na zasoby głębokich poziomów wodonośnych? Dziwne, ale twierdząca odpowiedź na to pytanie ugruntowała się dopiero w XIX wieku. A przecież problem, skąd bierze się „woda w łonie ziemi zawarta”, nurtował już starożytnych greckich filozofów.
TRAFNY TROP WITRUWIUSZA
Pierwszym badaczem, który wpadł na właściwy trop był rzymski inżynier Witruwiusz (Marcus Pollio Vitruvius), żyjący w I wieku p.n.e. Twierdził on, że wody podziemne pochodzą z opadów atmosferycznych. Ale minęło półtora tysiąca lat, nim myśl tę podjął powtórnie Leonardo da Vinci (1452-1519).
Bernard Palissy (ok. 1510 - ok. 1589). Autoportret
na fajansowej płytce. Zbiory Wikipedii
W 1580 r. teorię infiltracji (bo tak nazywa się ta koncepcja genezy wód podziemnych) uzasadnił bardziej szczegółowo genialny francuski samouk (ceramik, geolog, chemik, architekt, artysta) Bernard Palissy (ok. 1510-ok. 1589). Zmarł w lochach Bastylii, ale nie z powodu owych poglądów naukowych. Był zatwardziałym hugenotą.
Infiltracyjna teoria Palissy’ego była przez następne 250 lat znów odrzucana i ośmieszana. Choć byli też jej zwolennicy, m.in. francuski uczony Edme Mariotte (1620-1684) i Rosjanin Michaił W. Łomonosow (1711-1765). W lekceważeniu teorii infiltracji miały swój udział niewątpliwie studnie artezyjskie. Te w północnej Francji, w Artois, tryskały wodą od XII wieku, nie wykazując (pozornie) żadnych widocznych związków wydajności z opadami atmosferycznymi. W końcu jednak, w XIX wieku, teoria infiltracji weszła do kanonu podstawowych zasad nowej dyscypliny naukowej – hydrogeologii, nauki o wodach podziemnych.
INFILTRACJA
Słodka woda, którą czerpiemy z głębi ziemi, pochodzi z infiltracji (wsiąkania) wód opadowych. Wody te odbywają pod ziemią wędrówkę drogami znanymi sobie (i trochę hydrogeologom) i wypływają znów na powierzchnię w postaci źródeł i rzek. Sieć rzeczna jest niczym innym jak naturalną siecią rowków melioracyjnych usuwających nadmiar zawartej w ziemi wody. Rzeki z reguły drenują wody podziemne, ale czasem też infiltrują do wód podziemnych. Wody rzek wpadają do mórz i oceanów. Z parowania wód powierzchniowych powstają opady. I tak koło się zamyka.
Schemat krążenia wody w przyrodzie. Źródło: USGS
Gwoli ścisłości dodajmy, że są także wody podziemne innej genezy (kondensacyjne, juwenilne, reliktowe), ale pominiemy tu ich opis, bo to raczej ciekawostki przyrodnicze. Znaczenie gospodarcze jako źródło wody pitnej mają – w szczególności w Polsce – wyłącznie wody, które w odwiecznym cyklu krążą między atmosferą, hydrosferą i litosferą.
Człowiek dla swych potrzeb czerpie słodką wodę na wszystkich etapach jej życia: z deszczu (pod rynną), z ujęć podziemnych, ze źródeł, z rzek i ze zbiorników budowanych na rzekach. Ścieki najczęściej zrzuca do rzek, co nie oznacza jednak, że ich część nie trafia znów do wód podziemnych.
Podziemny zbiornik wodonośny to porowate, szczelinowate lub skrasowiałe skały wypełnione wodą. W Polsce rozpoznano 180 tzw. głównych zbiorników wód podziemnych (GZWP), które wymagają szczególnej ochrony.
Wody bardzo głębokich poziomów – słabo kontaktujące się z atmosferą – mineralizują się zwykle tak bardzo, że nie spełniają kryteriów wody pitnej. Mogą mieć niekiedy znaczenie jako wody mineralne i lecznicze, jako źródło pierwiastków (np. jodu), albo jako wody termalne. Najczęściej jednak są poważnym kłopotem, jak np. wody kopalniane Górnośląskiego Zagłębia Węglowego.
„WODA OLIGOCEŃSKA”
Wyjaśnijmy tajemnicę słynnej warszawskiej „wody oligoceńskiej”. Właściwie wody o takiej nazwie nie ma. To skrót myślowy, popularna ksywa współczesnej wody infiltracyjnej. Jest ona czerpana głębokimi otworami wiertniczymi w niecce warszawskiej ze zbiornika, którym są piaski wieku oligoceńskiego (powstałe 23-34 mln lat temu). Jej źródłem są jednak deszcze padające współcześnie na wychodniach skał wspomnianej niecki, m.in. w rejonie Radomia, i jakieś wylewane tam ścieki. Gwoli prawdy trzeba jednak przyznać, że podziemną drogę z Radomia do Warszawy woda przebywa na tyle długo, iż zdąży w tym czasie oczyścić się z różnych świństw (wycieków z nieszczelnych szamb oraz z kadmu i chromu, pierwiastków które pozostały po radomskich garbarniach). Oczywiście na kurku warszawskiego studziennego ujęcia albo w kanistrze zalęgnie się od czasu do czasu jakaś Escherichia (bo takie jest przecie jej życiowe przeznaczenie) i trzeba zrobić odkażanie, ale to nie jest wina wody.
Pierwsza studnia „wody oligoceńskiej” w Warszawie została odwiercona w 1897 r., nota bene dla wytwórni napojów wyskokowych. Artezyjska wówczas woda trysnęła na wysokość 14,5 m powyżej powierzchni terenu. Ówcześni warszawscy biznesmeni (nie masz szczwaniaka nad warsiawiaka), którzy po raz pierwszy w życiu skosztowali dobrej wody, wykonali kolejne wiercenia i planowali zamienić Warszawę w wielkie zdrojowisko. Owych studni jest dziś w Warszawie niemal dwieście, ale nie są już one artezyjskie.
Wiślane ścieki pobierane w Warszawie przez „Grubą Kaśkę” (wraz z „Chudymi Wojtkami”) są wodą zdecydowanie gorszej jakości. Na szczęście potrafimy już właściwie wykorzystywać chlor. Po raz pierwszy zastosowano go do odkażania wody w angielskim mieście Lincoln w 1905 r.
Mieszkańcy Kielc nie muszą kupować niegazowanej, butelkowanej „wody oligoceńskiej”. Mają w kranach jedną z najpyszniejszych wód w kraju, pobieraną z podziemnych zbiorników w wapienno-dolomitowych skałach środkowego i górnego dewonu (utworzonych 397-374 mln lat temu) i w porowatych piaskowcach dolnego triasu (powstałych 251-245 mln lat temu). Oczywiście jest to też współczesna woda infiltracyjna.
Skały zbiorników wody podziemnej mają na nią mniej więcej taki wpływ jak dębowe beczki i czas leżakowania na dojrzewające w nich: wino, koniak czy okowitę. Wiek skał owych zbiorników (np. czwartorzędowy, oligoceński, triasowy, dewoński) nie ma jednak znaczenia.
KRUCHO Z WODĄ
W Polsce z wodą nie jest najlepiej. Średni roczny opad atmosferyczny w kraju wynosi około 600 mm. Ale nasze opady są kapryśne. Czasem jest ich za dużo, czasem ich nie ma, czasem są zbyt szybkie i spływają gwałtownie, nie zasilając zbiorników podziemnych. Efektywna infiltracja dla Polski wynosi około 18%. Wciąż mówi się o potrzebie powierzchniowych zbiorników małej retencji – „łapaczy przepływu”. Zatrzymują one wodę opadową, uciekającą do Bałtyku, a równocześnie chronią przed powodziami (niektórzy fachowcy jednak tego znaczenia wręcz im odmawiają).
Droga, jaką przebywa kropla deszczu czy płatek śniegu wsiąkający na obszarze zasilania podziemnego zbiornika wodonośnego do miejsca poboru wody (głębokiego ujęcia studziennego) może trwać dni, miesiące, lata, a nawet setki lat. Hydrogeolodzy znają metody pozwalające zmierzyć czas podziemnego epizodu życia wody (naukowo nazywa się to retencją podziemną).
Szacunkowe teoretyczne zasoby eksploatacyjne wód podziemnych Polski wynoszą 1,8 mln m3/h. Zasoby eksploatacyjne to ilość wody, która może być pobrana bez niekorzystnych przekształceń środowiska. Udokumentowane zasoby eksploatacyjne wód podziemnych w Polsce (suma udokumentowanych zasobów wszystkich studzien wiertniczych) wynoszą już około 2 mln m3/h. Na szczęście nie wszyscy równocześnie i nie na całą dopuszczalną moc włączają swoje pompy.
JESTEŚ NAJWIĘKSZYM BOGACTWEM…
Francuski pisarz i lotnik, Antoine de Saint-Exupéry (1900-1944), w opowiadaniu „Ziemia – planeta ludzi” pisał: Wodo, nie masz smaku, ani koloru, ani zapachu. Nie można ciebie opisać. Pije się ciebie, nie znając ciebie. Nie jesteś niezbędna do życia: jesteś samym życiem (…). Wodo, jesteś największym bogactwem, jakie istnieje na świecie. Jesteś największą czułością, ty, jakże czysta w trzewiach ziemi! (…). Czysta, nie zgodzisz się na żadną mieszaninę, nieskazitelna, nie zniesiesz żadnego fałszerstwa, jesteś obraźliwym bóstwem… Ale obdarzasz nas szczęściem nieskończenie prostym. (tłum. W. i Z. Bieńkowscy).
Woda musi być czysta i nieskazitelna. Dziś jednak – za sprawą ludzi – zbiorniki wód podziemnych – tak jak rzeki – są zanieczyszczane.
Dopiero pod koniec XIX wieku zaczęto budować oczyszczalnie ścieków. Dużo wcześniej zrozumiano konieczność budowy kanalizacji. Naszym przodkom wydawało się jednak, że wystarczy zrzucić ścieki kanałami do rzeki, gdzie się rozcieńczą, rozcieńczone wpadną do morza i przyroda da sobie z nimi radę. Nie daje rady. Dziś nie trzeba nikomu tłumaczyć, że sieci wodociągowej musi towarzyszyć nie tylko sieć kanalizacyjna, ale także oczyszczalnia ścieków. Mamy jeszcze w Polsce duże zaległości w tej dziedzinie. Odrębnym problemem jest nadmierne czy nieumiejętne nawożenie pól, nieszczelne szamba i dzikie wysypiska – paskudne dla oka i potencjalne ogniska skażeń wód podziemnych.
W DWADZIEŚCIA LAT PÓŹNIEJ
Pierwszą wersję niniejszego tekstu opublikowaliśmy w „Gazecie Wyborczej” w 1992 r., ku pokrzepieniu serc, w czasie największej w ubiegłym stuleciu suszy w Polsce. Później zdarzały się jednak lata powodzi, kiedy retencja zbiorników podziemnych i odpływ powierzchniowy nie nadążały za opadami. Tekst o suszy i przypomnienie św. Medarda byłoby w owych latach co najmniej nie na miejscu.
Po dwudziestu latach, uzupełniając i przeredagowując tekst, możemy z radością powiedzieć, że z podziemnymi wodami w Polsce jest zdecydowanie lepiej. Zniknęło wiele lejów depresyjnych, tj. obniżeń poziomu zwierciadła wód podziemnych, spowodowanych nadmiernym ich sczerpywaniem, za którym nie nadążały procesy infiltracji. Konieczność budowy kanalizacji i oczyszczalni ścieków stała się dla wszystkich oczywista. Takie przedsięwzięcia są realizowane we wszystkich polskich gminach. Wiedza ekologiczna dociera do wszystkich, a zwłaszcza do młodych Polaków, a z nią budzi się rzecz najważniejsza – sumienie ekologiczne.
PODRÓŻE DO ŹRÓDEŁ I STUDZIEN
Podziemnymi wodami paramy się na co dzień. Czerpaliśmy i czerpiemy wodę nie tylko z zawodowego obowiązku, ale też – jak każdy – z czystej rozkoszy, z tysięcy studzien i źródeł w Polsce i w Europie.
Niektóre podziemne wody trzeba pompować, niektóre same wytryskują artezyjskim pióropuszem. Czasem dla celów badawczych trzeba wodę z głębokiego otworu wiertniczego łyżkować, tzn. cierpliwie czerpać (niekiedy z parokilometrowej głębokości) zapuszczaną na wiertniczej żerdzi specjalną „konwią”.
Utopiliśmy wiele świstawek i sond. Świstawka (gwizdek hydrogeologiczny) to prosty przyrząd, służący do mierzenia głębokości zwierciadła wód podziemnych. Czasem świstawka albo sonda, zafascynowane chyba swoim odbiciem w lustrze podziemnej wody, robią wszystko, by nie powrócić z głębiny otworu wiertniczego.
Studnia św. Patryka w Orvieto. Została oddana do użytku w 1537 r. Jej twórcy to Antonio da Sangallo młodszy i Giovanni Battista da Cortona. Fot. Mieczysław Studencki
Marzą się nam jeszcze turystyczne odwiedziny bezdennego i największego w Europie źródła Vaucluse w Prowansji (o którym pisał Francesco Petrarca), studni Jakuba w Samarii (o której pisał św. Jan Ewangelista), studni Mojżesza w Dijon (XIV-wieczne dzieło rzeźbiarza Clausa Slutera). Podobno nie da się dziś zobaczyć studni Jusufa w Kairze z XII w (którą oglądał J. Słowacki i o której wspominał A. Mickiewicz). Ma 93 m głębokości, 14 m średnicy i 300 schodów. Koniecznie musimy też jeszcze raz odwiedzić XVI-wieczną studnię św. Patryka w umbryjskim Orvieto (głębokość 62 m, średnica 13 m, 248 stopni). Konstrukcja jej schodów, podobnie jak klatka schodowa w zamku Chambord nad Loarą, jako żywo przypomina model DNA.
I spragnieni jesteśmy dotrzeć do jeszcze wielu źródeł i studzien…
FONTES IPSI IAM SITIUNT
To, że niekiedy nawet źródłom doskwiera pragnienie zauważył dwa tysiące lat temu Marcus Tullius Cicero. To spostrzeżenie pozostaje wciąż aktualne.
O geologii regionu świętokrzyskiego i nie tylko
Wirtualna wycieczka do Zachełmia
Projekty unijne