dia lý tư nhiên 2

Lượng hơi nước này cũng đi lên khí quyển và cũng tùy điều kiện nhiệt độ tồn tại ở các trạng thái khác nhau: Hơi nước, mây, mù, và khi gặp điều kiện nhiệt độ thấp thuận lợi, hơi nước sẽ n

Chương IV:

Thủy Quyển

A- Khái niệm chung

Thủy quyên là lớp nước tồn tại và phát triển trong lớp vỏ địa lý LỚp nước này có một khối lượng lớn và phân bố rộng rãi trong không gian Nước có thể xâm nhập lên tầng giới hạn của tầng đối lưu trong khí quyển hay tồn tại ở lớp trên của bề mặt thạch quyển… nhưng tập chung lớn nhất vẫn là ở bề mặt trái đất Ở đây, nước chiếm tỷ lệ rất lớn về khối lượng đồng thời lại rải ra trên một phạm vi rông và khá lien tục trên bề mặt trái đất Danh từ “Thủy quyển” thường dùng để chỉ phần nước này Nước cũng

là một thành phần của lớp vỏ địa lý như: không khí, nhan thạch, sinh vật Các thành phần này có quan hệ mật thiết với nhau và có tác động tương hôc mạnh mẽ tới nhau Về mặt này, nước có thể được coi như một nguồn động lực quan trong trong các quá trình chuyển động và dịch chuyển vật chat của lớp vỏ địa lý Đặc biệt, nước cũng được coi như một môi trường sống từ đó sinh vật đã phát sinh và phát triển

I Thành phần của thủy quyển

Thủy quyển tuy là một bộ phận của lớp vỏ địa lý, nhưng lại có nhiều thành phần phức tạp thành phần quan trọng nhât là nước, chiếm tới hơn 96% khối lượng của thủy quyển Ngoài ra, trong nước lại chiếm rất nhiều chất hòa tan, trong đó chủ yếu là ion và phần nào là các chất khí hòa tan Các chất hòa tan này cũng chiếm tới hơn 3% khối lượng thủy quyển Đồng thời trong nước cũng tồn tại nhiều vật chất rắn như bùn cát, huyền phù và các chất hữu cơ do các quá trình xâm thực hóa học và cơ học bề mặt trái đất, các bụi vũ trụ hay bụi núi lửa phun và các sinh vật sống trong nước Đặc biệt, cũng có thể kể thêm một thành phần nữa là nhiệt độ nước Nguồn gốc chủ yếu của thành phần này là từ vũ trụ tới và một phần rất nhỏ

là do các quá trình động lực của nước hay nhiệt độ của trái đất cung cấp… Các thành phần này tồn tại khác nhau tùy các đối tượng nước, giữa chúng lại có mối quan hệ chặt chẽ và cân bằng động Riêng nước cũng có các thành phần sau:

1 Nước nhẹ

Thành phần của thủy quyển khá phong phú, nhưng nước là quan trọng nhất Ý nghĩa này không những biểu thị ở tỷ lệ to lớn mà còn ở quá trình hình thành và phát triển các thành phần khác nhau trong nước và nhất là trong sản xuất và đời sống Do đó những ý nghĩa trên, nên nước được nghiên cứu từ lâu Tuy nhiên, hiểu được bản chất của nước là một quá trình lâu dài và phức tạp Các nà bác học cổ Hy Lạp như: Thales, Empedocle quan didemr về nước còn khá đơn giản Phải tới kết quả của những thí nghiệm phân tích và tổng hợp của Lavoisier, người ta mới bắt đầu hiểu được chính xác về nước Sau đó S.CL Devilles mới lập được phương trình cân bằng khái quát của nước như sau:

4000 – 5000oC

600 – 10000CNhư vậy, một phân tử nước bao gồm 2 nguyên tủ H và một nguyên

tủ O, hay nói một cách khác: nước là một hợp chất của hidro Theo Avogadro, trọng lượng của phân tử nước lấy tròn là 18 đv O, trong đo nguyên tử lượng của H lấy làm 1 và nguyên tử O lấy làm 16 Về trọng lượng thành phần, H chiếm 11,11% và O chiếm 88.89 %

Cấu trúc của một phân tử nước, theo Paunder là một dạng rất đặc biệt Đó là một tam giác cân Hình dạng này là do sự liên kết cộng hóa trị của nguyên tử O với các nguyên tử H

Ngoài ra, còn do đặc điểm liên kết ion của nguyên tủ H nữa, nên góc

ở đỉnh đo được khoảng 1050 và chiều dài mỗi cạnh bên là 0,97 A và bán kính phân tử là 1,93 A Do sự phân bố của nguyên tử như vậy nên đầu phân tử nước có O lại trỏ nên có âm điện hơn, còn đầu kia có 2 nguyên tử

H lại trỏ nên có dương điện hơn Như vậy, một phân tử nước có tính chất phân cực mạnh Moment lưỡng cự của phân tử nước rất lớn và bằng 1,85.1018 CGSE Cũng do tính phân cực này mà phân tử nước lại có lực phân tử mạnh ĐỒng thời các nguyen tử H cũng có độ âm điện mạnh nên các phân tử nước thường liên kết với nhau thành từng nhóm nhất định và

có công thức chung là (H20)n với tên ọi là polyhydrol Hiện nay đã xác định được 3 nhóm cơ bản của phân tử nước là: H2O, gọi là monohydrol, (H2O)2

goi là dihydrol và (H2O)3 gọi là trihydrol Các nhóm phân tử nước này lại còn có hình dạng khác nhau

Tỷ lệ (%) của các nhóm phân tử này luôn luôn thay đổi tùy theo nhiệt

độ và trang thái của nước Sự phân bố này được biểu thị cụ thể ở bảng sau:

Các nhóm phân tử

nước

Băng (O0)

195823

205921

365113

80200

Từ bảng trên có thể nhận thấy là H2O chủ yếu tập chung trong hơi nước, (H2O)2 tập trung trong nước lổng và (H2O)3 tập trung trong băng Đặc biệt, trong nước lỏng và ở nhiệt độ 40C, (H2O)2 có tỷ lệ cao nhất (59%) Cũng do đặc tính này mà nước chủ yếu ở chế độ lỏng chứ không phải ở thể rắn hay thể hơi

2 Nước nặng

Các nguyên tử H và O cấu tạo thành các phân tử nước đều là các chất đồng vị Nguyên tử O có các đồng vị là O16, O17, O18; còn nguyên tủ H lại có các đồng vị là H1 , H2 và H3 Do các đồng vị này mà có thể có tới 9 loại nước khác nhau, song chỉ có các đồng vị của H là quan trọng hơn cả

Các đồng vị H1 và H2 là bền vững và H3+ là đồng vị phóng xạ H1 là đồng vị nhẹ nên tạo thành nước nhẹ, còn các đồng vị H2 và H3 là đồng vị nặng nên tạo thành nước nặng Trong thiên nhiên, nước nhẹ chiếm khoảng 99,73% tổng lượng nước H2 còn gọi là lượng nước doterium 9D0 tạo nên nước nặng D2O Lượng nước này tồn tại trong tự nhiên với một lượng khá nhỏ, chỉ với khoảng 5.1019g (Sklovsky) hay 0,017% trong toàn bộ thủy quyển (N.I Egorov) thôi Tuy nhiên, lượng nước này rất quan trọng vì hầu như không bị điện giải, ít hòa tan các muối, nhưng lại có tác dụng sinh hóa rất

mạnh đối với một số cơ thể sống và đặc biệt là nguồn năng lượng vô tận trong tương lai Còn H3 hay tritium (T) tạo thành nước nặng T2O Trong thiên nhiên, nước nặng T2O được hình thành do tác dụng của các tia vũ trụ ĐÓ là chất phóng xạ β và các chu trình bán hủy là 12,41 năm Số lượng của loại nước này rất nhỏ Theo N.I Egorov, toàn bộ nước nặng

T2O chỉ có khoảng 800g trong các đại dương thế giới ĐỒng vị này cũng

sử dụng được trong các phản ứng nhiệt hạch, nhưng không quan trọng lắm

II Sự phân bố nước trong tự nhiên

Nước có khối lượng lớn và phân bố rộng rãi trên lớp vỏ địa lý Tùy môi trường tồn tại, nước mang những đặc tính nước khác nhau, nhưng nói chung, ở đâu nước cũng có tác dụng to lớn, nhất là đối với việc phát sinh và phát triển của sự sống

1 Khối lượng nước trong thiên nhiên

Nước có ý nghĩa to lớn đối với tự nhiên cũng như đối với xã hội, nên

đã được nghiên cứu từ lâu Về khói lượng của nước đã có nhiều tác giả tính toàn: K.K Markov, V.I Vernadski, A.P Vinogradov, M.I Lvovich Do những quan niệm, phương pháp khác nhau nên kết quả tính toán của các tác giả này cũng rất khác nhau Song chỉ sau 10 năm nghiên cứu Thủy văn quốc tế (1965 – 74), kết quả của các tác giả: K.P Voskresensky, A.I Davudov (1974)… mới được coi là hợp lý Theo kết quả nghiên cứu này, khống lượng nước thiên nhiên có vào khoảng gần 1386.106 km3 hay khoảng 1,386.1018 tấn Khói lượng này so với thạch quyển lại có thể gấp tới 30 lần Khối lượng này còng có ý nghĩ lớn hơn nếu xét về ý nghĩa của

nó đối với tự nhiên cũng như đối với xã hội…

2 Sự phân bố nước

Nước thiên nhiên có khối lượng lớn, lại có thể tồn tại ở cả 3 trạng thái rắn – lỏng – khí và luôn vận động nên đã phân bố rộng rãi trong lớp vỏ địa lý Tuy nhiên, nước vẫn tập trung chủ yếu tren bề mặt trái đất và khối lượng này thường được gọi là thủy quyển Nghiên cứu về sự phân bố của nước cũng có nhiều khoa học như: địa vật lý, thủy văn… Về mặt địa lý cần

nghiên cứu lỹ hơn, tức là ngoài sự phân bố chung của nước trong lớp vỏ địa lý còn cần phải biết cụ thể về sự phân bố nước ngay trong thủy quyển.

Về sự phân bố nước trong lớp vỏ địa lý thật là rộng tãi Đây cũng là đặc điểm của các thành phần địa lý tự nhiên Khối lượng này của nước được phân bố cụ thể như sau:

a Trong thủy quyển

Dây là lớp nước khá liên tục, tồn tại ngay trên các vùng đất thấp của

bề mặt trái đất Số lượng của phần nước này là 1362254090.103 km3, tức

là chiếm có khoảng 98,2879% tổng lượng nước Số lượng nước này phân

bố khá rộng khắp và thể chiếm tới 75% diên tích bề mặt trái đất Lớp nước này lại khá dày nên các châu lục chẳng khác gì là các đảo và quần đảo lớn nhỏ Do đó, N Gorsky đã có lần đề nghị gọi là hành tinh của chúng ta là một thủy cầu hơn là một địa cầu Ở đây, cũng tùy theo điều kiện tồn tại, nước có thể mang những đặc tính khác nhau và ở cả 3 trạng thái Lớp nước này có tác dụng rất lớn tới các thành phần tự nhiên khác, nhất là đối với sự tồn tại và phát triển của con người

b Trong thạch quyển

Trong thạch quyển cũng chứa một lượng nước khá lớn Đó là nước dưới đất Lượng nước này cũng có thể chiếm tới 23716, 5103 km3, tức là chiếm vào khoảng 1,7111% tổng nượng nước chung Ở đây, nước cũng khá phức tạp, Tùy thuộc vào các điều kiện tồn tại cụ thể NƯớc ở thể lỏng

có khối lượng lên tới 23 400.103 km3, tức là chiếm khoảng (1,6803%) tổng lượng nước chung Trong tổng số lượng nước này có khoảng 10 530.103

km3 là nước ngọt có thể sử dụng dễ dàng, tức là vào khoảng hơn 30% tổng lượng nước ngọt chung Ngoài ra, nước ở thể rắn ( băng kết và đông kết) có khoảng 300.103 km3 hay là 0,0296% tổng lượng nước chung

c Trong khí quyển

Trong khí quyển cũng chứa một lượng hơi nước nhất định Lượng nước này khá nhỏ, chỉ có khoảng 12,9.103 km3 tức là 0,0009% tổng lượng nước chung Ở đây, cũng tùy điều kiện cụ thể và tồn tại ở nhiều dạng khác nhau: hơi nước, mây, mưa…

d Trong sinh quyển

Trong cơ thể các sinh vật trên bề mặt trái đất cũng chứa một trọng lượng nhất định Trong cơ thể các thực vật cũng tới 75 – 95% trọng lượng, trong động vật cũng tới 60 – 98% và trong cơ thể con người, lượng nước này cũng trung bình chiếm tới 2/3 trọng lượng Riêng trong thực vật, lượng nước này đã lên tới 1,12.103 km3, tức là khoảng 0,0001% tổng lượng chung của nước Trong quá trình tồn tại và phát triển, sinh vật cũng cần nhiều nước

Tóm lại, sự phân bố chung của nước có thể được tóm tắt dưới bảng sau:

Quyển Lượng nước (103 km3) Tỷ lệ (%)

12,9001,120

98,28791,71110,00090,0001

Sự phân bố nước trong thủy quyển cũng khá phức tạp Tùy theo các đặc điểm của nước, và các điều kiện tồn tại cụ thể, nước trong thủy quyển lại có thể chia ra thành nhiều đối tượng khác nhau:

Trước hết là nước trong biển và đại dương Ở đây khối lượng nước

có thể tới 1338000 103 km3, tức là chiếm khoảng 98,2197% tổng lượng nước trong thủy quyển Các biển và đại dương chiếm một diện tích liên tục

và khá rộng của bề mặt trái đất, tới 361 106 km2 hay gần 72% diện tích bề mặt trái đất Độ sâu bình quân của cát biển và đại dương gần 4000m Biển

và đại dương có tác dụng rất lớn tới các quá trình địa lý tự nhiên khác và ngày cả trong cuộc sống nên Markov đã gọi là “đại dương quyển”

Sau các biển và đại dương là nước ở thể rắn, tức là băng tập trung ở

2 cực vầ trên các đỉnh núi cao Lượng nước này vào khoảng 24064,1.103

km3 hay vào khoảng 1,7617% tổng lượng nước của thủy quyển Đây là một khối nước ngọt dự trữ khổng lồ, Tức là khoảng 68,6972% tổng lượng nước ngọt trên trái đất, đồng thời lại có tác dụng lên tới nhiều quá trình địa lý: khí hậu, sinh vật và ngay cả đời sống con người Do đó, cũng đã có lúc đươc Mackov gọi là “ Băng quyển” Giả dụ, toàn bộ khối lượng này tan ra,

bề mặt các biển và đại dương sẽ dâng tới 120m Trong lịch sử lâu dài của trái đất đã xảy ra nhiều băng kỳ và lượng nước rắn trong băng kỳ này dao động trong khoảng 22 – 56.106 km3 Như vậy, với số lượng nước rắn này cũng có thể coi như 1 băng kỳ hiện đại và từ đầu thế XX này, lượng băng

đã tan ra khá nhiều làm cho các mực nước đại dương dâng lên khoảng 107cm

Tiếp theo là nước trong các hồ và đầm lầy Lượng nước ở đây khá nhỏ, chỉ bằng khoảng 187,870.103km3 và chiếm khoảng 0,0183% tổng lượng nước trong thủy quyển Nước hồ cũng có một phần là nước ngọt có thể sử dụng trong sản xuất và sinh hoạt đời sống được, khoản 91.103 km3

hay là khoảng 0,2598% tổng lượng nước ngọt Lượng nước trong các hồ

và đầm lầy cũng chiếm khoảng 9.106 km3, tức là khoảng 4,4% tổng diện tích các châu lục

Cuối cùng là lượng nước trong các song ngòi Lượng nước song ngòi lại càng nhỏ, chỉ vào khoảng 2,21.103 km3 hay gần 0,0003% tổng lượng nước trong thủy quyển Tuy vậy, nước từ các sông ngòi lại chảy ra các biển và đại dương, hồ… một số lương 47.103 km3/năm Lượng nước chảy lại lớn hơn 22 lần lượng nước chứa trong các song ngòi Đây có thể nói là nguồn nước ngọt quan trọng cung cấp trực tiếp nhất cho con người

Có thể tóm tắt các bộ phận nước trong thủy quyển trong bảng sau:

Đối tượng Lượng nước ( 103km3) Tỷ lệ (%)

Biển và đại dương

Băng

Hồ và đầm lầy

Sông ngòi

1338000,024064,1187,872,12

98,21971,76170,01830,0003

III Sự tuần hoàn của nước trong thiên nhiên

Nước thiên nhiên phân bố rất rộng rãi nhưng giữa các thành phần và đối tượng này vãn có mối liên hệ chặt chẽ với nhau Mối liến hệ này được thực hiện nhờ các quá trình tuần hoàn lớn và nhỏ

1 Các giai đoạn tuần hoàn

Nước trong thiên nhiên luôn vận động quá trình vận động này không chỉ xảy ra trong nội bọ thủy quyển mà còn qua các thành phần khác trong lớp vỏ địa lý

Mở đầu cho sự chuyển động của nước là các quá trình bốc hợi Dưới tác dụng của nhiêt bức xạ mặt trời, nước sẽ bốc hơi chủ yếu từ các bề mặt nước: đại dương, biển, ao hồ, đầm lầy và song ngòi Nước bốc hơi từ bề mặt đất ẩm Ngoài ra, các sinh vật, nhất là thực vật cũng thoát ra 1 lượng hơi nước nhất định gọi là thoát hơi sinh lý Lượng hơi nước này cũng đi lên khí quyển và cũng tùy điều kiện nhiệt độ tồn tại ở các trạng thái khác nhau: Hơi nước, mây, mù, và khi gặp điều kiện nhiệt độ thấp thuận lợi, hơi nước

sẽ ngưng tụ lại thành những hạt lớn hơn và dưới tác dụng của trọng lực, lại rơi xuống bề mặt trái đất thành nước rơi Cũng tùy điều kiện ngưng tụ, nước có thể rơi ở thể lỏng như mưa, ở thể xốp như tuyết hay cũng có thể rắn như mưa đá Khi tới bề mặt trái đất, một bộ phận cảu nước rơi lại đi ngay vào bốc hơi Một phần khác sẽ thấm dưới đất để trở thành nước dưới đât Lượng nước này có thể tòn tại 1 thời gian trong dất đã vụn bở và cuối cùng lại cung tấp cho sông ngòi qua các suối, nguồn Một phần quan trọng khác của nước hơi tập trung lại thành dòng và chảy ra các đối tượng nhận nước: biển, đại dương…gọi là dòng chảy Tùy điều kiện nhiệt độ địa phương dòng chảy có thể tồn tại ở dạng lỏng như sông ngòi hay cũng có thể ở dạng rắn như băng hà Rồi tù bề mặt trái đât ( biển, đại dương, lục địa, cây cối…) nước lại bốc hơi và hình thành 1 vòng tuần hoàn mới Theo R.E Horton, các giai đoạn tuần hoàn của nước trong thiên nhiên có thể được biểu thị trong sơ đồ tóm tắt ( hình 3) Quá trình tuần hoàn này của nước có thể làm thay đổi thành phần khác trong lớp vỏ địa lý

2 Các loại tuần hoàn

Trong lớp vỏ địa lý nước luôn luôn tham gia vào chu trình chuyển động

Sự chuyển động này thường được tiến hành theo những chu trình kín, gọi

là tuần hoàn nước Tùy theo số lượng các giai đoạn tuần hoàn mà nước

đã tham gia có thể chia tuần hoàn nước thành các loại khác nhau Nếu trong một chu trình vận động nước chỉ tham gia 2 giai đoạn là bôc hơi và nước rơi không kể số lượng nước ít hay nhiều gọi là tuần hoàn nhỏ Còn trong nhưng chu trình tuần hoàn, nếu nước tham gia tới 3 giai đoạn là bốc hơi, nước rơi và dòng chảy hay cả 4 giai đoạn như: bôc hơi, nước rơi, ngấm vào dòng chảy là tuần hoàn lơn Trong tuần hoàn lớn, tuy chỉ có 1 lượng nước nhỏ tham gia, nhưng theo M.Ilin , H.Janlan lại có ý nghĩa rất to lớn trong các quá trình địa lý tự nhiên, nhất là trong quá trình sống trên bè mặt trái đất

Ngoài ra, trong các vùng khí hậu khô hạn, nước cũng có quá trình tuần hoàn này, nhưng không chảy tới các đại dương thế giới mà chỉ có các hồ kín mà có khi lại ngấm và bôc hơi hết trong các hoang mạc, rồi lại bắt đầu

1 tuần hoàn mới Đó là tuần hoàn nội hay là tuần hoàn ẩm Thực ra, nước trong tuần hoàn này không hoàn toàn tách biệt trong tuần hoàn trên

3 Phương trình cân bằng nước

Tuy nước trong thiên nhiên luôn luôn vận động từ nơi này qua nơi khác theo các loại tuần hoàn thủy văn, nhưng cũng cần xác định sự thay đổi cụ thể của số lượng nước trong các quá trình này, tức là cần phải thành lập các phương trình cân bằng nước Vấn đền này đã được đặt ra từ lâu song chỉ mới gần đây mới thiết lậy được các phương trình cơ bản

Đối với cân bằng nước chung, có tính chất toàn cầu, trước đây A.Pinck

và Oppokov đã xây dưng phương trình cơ bản Nếu goi Zm là lượng nước bôc hơi tù bề mặt các biển và đại dương, Xm là lương nước rơi ngay trên

đó và Y là lượng dòng chảy do các sông ngòi mang tới, sẽ được phương trình cân bằng nước cho phần hải dương như sau:

Zm = Xm + Y

Và nếu gọi Zc và Xc là lượng nước bốc hơi và rơi xuống bề mặt các lục địa X và Y là lượng nước do sông ngòi mang đi, sẽ có phương trình cân bằng nước cho các lục địa như sau:

ZC = Xc – YTổng hợp cả 2 phương trình trên ẽ được phương trình cân bằng nước cho toàn cầu Nếu goi Zo và Xo là lượng nước bốc hơi và rơi xuống trung bình nhiều năm trên bề mặt trái đất, phương trình cân bằng nước khái quát sẽ có dạng sau:

Zo = Xo

Như vậy, lượng nước tham gia vào các quas trình tuần hoàn này là không đổi hay đây là một tuần hoàn kín Thực ra, cân bằng này là phức tạp hơn vì hơi nước có thể vượt lên các tầng cao của khí quyển và từ đấy có thể có trao đổi với vũ trụ bên ngoài

Từ phương trình cơ bản trên, có thể xây dựng phương trình cân bằng nước cụ thể cho từng loại đối tượng nước: hồ đầm, song ngòi… Phương trình cân bằng nước cho một lưu vực song được xác định dưới dạng sau:

Y = X – ZTrong đó Y là lớp dòng chảy, X là lớp nước mưa và Z là lượng nước mất đi trong đó chủ yếu là do bốc hơi trên bề mặt lưu vực

Từ các phương trình trên, các tác giả đã tính toán cân bằng nước cho toàn cầu hay các địa phương cụ thể Về cân bằng nước chung, các tác giả cũng đưa ra các kết quả khác nhau

Theo kết quả tính toán của K.P Voskresenski, A.I Davudov…(1974) có thể lập cân bằng nước cho toàn cầu như sau:

Khu vực Diện tích (106

km2)

Các thành phần cân bằng

(103km3)

Nước rơiDòng chảy

501,69458,0043,69

Lục địa Ngoại

lưu

Nước rơiDòng chảy

72,00115,6943,69

Nước rơiDòng chảy

3,313,313,31

NƯớc rơi

577,00577,00

Từ kết quả tính toán của bảng trên nhận thấy rằng, tổng lượng nước tham gia vào các quá trình tuần hoàn thủy văn là 577000 km3, tuần hoản lớn chiếm khoảng 43 690 km3 và tuần hoàn ẩm là 3310 km3/ năm Đây là 1 tuần hoàn kín vì nếu không có dòng chảy các song ngòi cung cấp nước trở lại thì biển và đại dương có thể vơi đi khoảng 0,93m/năm

IV Vai trò của nước trong tự nhiên và đời sống con người

Trong lớp vỏ địa lý, nước là một thành phần rất quan trọng Ý nghĩa vĩ đại này không chỉ ở só lượng phong phú và giải ra trteen một bề mặt rộng lớn

mà chủ yếu là tác dụng của nước trong các quá trình địa lý tự nhiên, nhất

là đối với nhu cầu sản xuất và sinh hoạt của con người

1 Vai trò của nước trong tự nhiên

Trong tự nhiên, nước chịu anh hưởng của nhiều nhân tố khác, nhưng chính nước laaij có tác đọng mạnh mẽ tới các thành phần đó

Đối với khí hậu, nước là nguồn cung cấp độ ẩm duy nhất trong các quá trình bốc hơi Ngoài ra, nước cung cấp một lượng nhiệ quan trọng trong lớp khí quyển bên trên Do nhiệt độ của nước bao giờ cũng cao hơn không khí ( biển cao hơn 3,40C, song hồ cao hơn 1 – 2 0C) nên thường phát xạ sóng dài và trao dổi nhiệt đối lưu với lớp không khí bên trên khoảng 50% tổng lượng nhiệt nhận được NGgoaif ra, hơi nước khi bôc lên khí quyển cũng mang theo một tiềm năng lớn, khoảng 50% tổng nhập xạ Đặc biêt các hải lưu nóng ( Gulfstream, Kuroshivo) cung cấp nhiều nhiệt cho không khí xung quanh Cuối cùng cũng do chênh lệch giữa biển va lục địa nên

cũng sinh ra chênh lệch áp và tạo nên các giáo địa phương (gió mùa, gió đât, gió biển)

Về phương diện địa mạo, nước có tác dụng xâm thực cơ học và hóa học, vân chuyển hay bồi tụ tạo nên các dạng địa hình cơ bản trên bề mặt trái đất điện: hình xâm thực do nước chảy, địa hình băng hà, địa hinh karst Đồng thời lại có thể làm biến đổi cả các quá trình địa mạo hiện đại: địa hình đất xấu ( Badlen ), chia sẻ các bậc thềm song, thềm biển, bóc mòn các đòng bằng song thổ… Đối với địa chất, nước đã tạo thành đá trầm tích như đá vôi, đá phiến… hình thành các mỏ ngoại sinh: than đó, dầu hoar, nimolit, cromit… hay cũng có thể tham gia vào các quá trình động lực khác

Đối với lớp vỏ thổ những nước góp phần quan trọng vào việc hình thành các loại đất: laterit, podsol… nước đã cung cấp độ ẩm cho đất, tạo điều kiện cho đất phát huy tác dụng tích cực đối với cây côi Đồng thời nước cũng tham gia vào các quá trình biến đổi các loại đất grlay hóa, phèn hóa, măn hóa…Đặc biệt đối với sinh quyển, vai trò của nước lại càng quan trọng Trong cơ thể thực vật, nước chiếm tới 75 – 95% trọng lượng và trong động vật, nước cũng chiếm 70 – 90% Trong quá trình tồn tại và phát triển, các sinh vật lại càng cần có nước Riêng thực vật, ngoài số lượng nước cần để quang hợp, cây cối lại cần một lượng nước để điều hòa môi trường sống

2 Nước trong đời sống con người

Trong đời sống, nước đóng một vai trò quan trọng, nước có thể được

sử dụng trong ăn uống, sinh hoạt và đặc biệt trong quá trinh sinh hoạt và các quá trình sản xuất

Đối với sản xuất nông nghiệp, thủy l ợi là biện pháp hàng đầu Theo các tài liệu thực nghiệm tại Giava, 1ha ruộng đất canh tác như nhau xong việc thủy lợi hóa hoàn toàn có năng suất gấp 10 lần so với cùng 1 diện tích canh tác bên canh nhưng theo chế độ nước tự nhiên Trong công tác thủy lợi, ngoài việc tưới nước còn có các biện pháp khác nhu: phòng chống lũ lụt, tiếu nước vùng úng lầy và cải tạo đất Ngày nay, theo M.I Lvovitch, con người đã dử dụng tới 3300km3/ năm nước để tưới ruộng Trong sản xuất công nghiệp, không có một nhà máy nào lại không cần tới nước Nhiều

ngành đx sử dụng quá nhiều nước để sản xuất nên được gọi là “công nghiệp khát nước” nhu: luyện kim, dầu lửa, các ngành công nghiệp hóa học… Một ngành công nghiệp mới được ra đời được gọi là ngành công nghiệp lọc nước biển Mức độ sản xuất lại tăng lên không ngừng với 1 quy

mô và tốc độ phi thường trước nhu cầu ngày càng tăng cao của nhân loại thì lượng nuwowcs cần dung lại càng nhiều

Trong đời sống hằng ngày, con người cũng cần dừng nhiều nước để ăn uống và sinh hoạt Nhu cầu về nước cũng tăng lên một cách khủng khiếp Trước kia ở thé kỷ XV, mỗi người chỉ cần 10 – 15 lít nước/ ngày, mà ngày nay con người lại cần tới 600-700 lít trên ngày Đặc biệt, tốc độ gia tăng dân số càng lớn, nước càng cần nhiều Ở đầu công nguyên nhân loại chỉ vào khoảng 230.16 người Ở thế kỷ XV nhân loại đã tới 460.106 người, mà nay đã tới hơn 4.109 người và với năm 2000 ít nhất con người sẽ lên tới 6.109 nhân khẩu Lúc đó, con người có thể sử dụng tới 18,7.103 km3/ năm tức là gần 40% tổng lượng nước của toàn bộ sông ngòi trên toàn bộ thế giới

Nước dưới đất tồn tại được trong lớp vỏ trái đất là do các thủy tinh của đất đá: tính chứa nước, tính phỏng thích nước, tính thấm nước.Đất đá có thể chứa được nước là do các lỗ hổng và khe hở dưới các hạt.Độ chứa nước của đất đá phụ thuộc vào độ kẽ hở hay kích thước của hạt.Có những đá chứa nước,nhiều than bùn, đất sét …, có những đá chứa nước kém hơn

như: đá marne, đá phấn, hoàng thổ(loes) và có những đá không chứa nước như các khối đá: magan hay biến chất… Đặc biệt, đất đá có thể để cho nước thấm qua gọi là tĩnh thấm nước.Độthấm nước của đất đá tỉ lệ thuận với kích thước hạt Nói chung, các hạt nhỏ: sét, than bùn… Có đọ thấm nước kém, còn các hạt lớn hơn: cát, sỏi, cuội có độ thấm nước mạnh hơn Quá trình hình thành của nước dưới đất cũng khá phức tạp Nước dưới đất có thể do nước trên mặt (mưa, tuyết bang tan, sông, hồ…) ngấm xuống, cũng có thể do nước trong lòng trái đất đi lên ngưng tụ lại

Nước dưới đất cũng tồn tại ở nhiều trạng thái khác nhau, hơi (hơi nước), lỏng (bão hòa…) và rắn (bang, đông kết).Nước dưới đát ở thể hơi như hơi nước trong không khí dưới đất, nước không liên kết trên các hạt đất đá.Dạng nước này có quan hệ chặt chẽ với độ ẩm của khí quyển bên trên.Nước dưới đất ở dạng lỏng cũng khá phức tạp Dạng nước này có thể

là nước màng mỏng hay nước phụ yếu, nước mao dẫn và nước trọng lực Nước màng mỏng và nước mao dẫn là thành phần quan trọng của thổ nhưỡng nên cũng gọi là nước thổ nhưỡng Còn nước trọng lực bão hòa trên tầng không thấm và thường không có áp lực Nước này thường được gọi là nước ngầm và có tác dụng quan trọng tới cuộc sống con người Nước dưới đất cũng ở dạng rắn như bang kết và đông kết, được hình thành trong điều kiện nhiệt độ quá thấp

Nói chung, nước dưới đất có một khối lượng khá lớn và có quan hệ chặt chẽ với nước trên mặt Vì vậy, E.N.Savarenski đã cho rằng “Không thể không nghiên cứu nước dưới đất, nhất là các lớp nước phía trên thường

có quan hệ trực tiếp với nước trên mặt” Nước dưới đất được nghiên cứu

từ lâu vì có nhiều tác dụng trong cuộc sống: ăn uống, chữa bệnh, tưới ruộng… Ngày nay, nghiên cứu về nước dưới đất rất phát triển, có xu hướng tách thành một khoa học độc lập: địa chất thủy văn và Opsosinhicov cũng đã gọi là “thủy quyển dưới đất”

xuống Danh từ “nước ngầm” không phản ánh một nội dung khoa học nghiêm túc, nhưng đã được nhân dân sử dụng phổ biến và lâu đời đến nỗi khó thay đổi được.

Tầng chứa nước ngầm có thể là các loại nham thạch khác nhau, nhưng thường là lớp vỏ phong hóa trẻ có tuổi đệ tứ.Trong lớp nước này, bề trên gọi là mực nước hay gương nước ngầm và bề mặt dưới gọi là đáy nước ngầm.Khoảng cách thẳng đứng giữa gương và đáy nước ngầm là chiều dầy lớp nước ngầm.Trên mực nước ngầm là tầng đá vụn bở, không chứa nước thường xuyên gọi là tầng không khí hay nước tầng trên Do đó, nước ngầm thường không có áp lực Bên trên mực nước ngầm thường phát triển lớp nước mao dẫn gọi là viền mao dẫn Đáy cách thủy là đất đá không thấm nước nhưng cũng có khi là đá gốc.Nước ngầm có quan hệ mật thiết với nước trên mặt Phạm vi tập trung của nước ngầm gọi là lưu vực ngâm Miền bổ sung thường trùng với nguồn phân bố Phần nước ngầm chuyển động thành dòng gọi là dòng chảy ngầm.Phần nước ngầm lộ

ra ngoài mặt đất gọi là suối Các suối thường tập trung trong thung lũng sông và cung cấp nước cho sông ngòi

Nước ngầm có một khối lượng khá lớn: 23,4.106Km3, chiếm khoảng 99% lượng nước dưới đất hay 1,6883% tổng lượng nước chung Trong nước ngầm, cũng có khoảng 10,5.106Km3 là nước ngọt Lượng nước này chỉ chiếm khoảng 0,7597% tổng lượng nước chung, nhưng lại tới 30,0606% lượng dự trữ nước ngọt toàn thế giới Vì vậy, nước ngầm có ý nghĩa lớn trong việc cung cấp nước cho ăn uống và sản xuất hàng ngày

1, Nguồn nước ngầm

Nước ngầm có khối lượng khá lớn lại rải ra trên một bề mặt rộng lớn của

vỏ trái đất và có tác dụng lớn lao trong cuộc sống nên được nghiên cứu từ lâu Tuy vậy, các ý kiến về nguồn gốc nước ngầm rất khác nhau và phải tới công trình của A.F.Lebedev (1919) mới được gọi là tương đối hoàn thiện

Có thể sắp xếp các ý kiến của tác giả này và một số giả thuyết sau:

Giả thuyết đầu tiên cho rằng nước ngầm có nguồn gốc từ nước biển Đó là quan niệm của các nhà bác học Cổ Hy Lạp: Thales, Milet, Platon… Các tác giả này cho rằng nước biển có thể thấm vào lục địa để hình thành nước

ngầm do tác dụng của gió dồn hay áp lực thủy tĩnh Tuy nhiên, giả thuyết này còn đơn giản và không giải quyết được nhiều vấn đề khoa học như: sự giảm độ mặn của nước biển, sự tồn tại của nước ngầm trên các đỉnh núi cao… Tiếp theo một số tác giả thuyết khác về nguồn gốc của nước ngầm

Đó là các học giả: Biruny (937-1048), B.Palissy (1510-1599), Agricola (1549), B.Perrault, E.Mariotte (1620-1684) và nhất là V.M.Lomolosov (1711-1765)…Các tác giả này cho rằng nguồn gốc của nước ngầm là do nước mặt: nước mưa, bang tuyết tan thấm xuống Giả thuyết này đã được Perrault và Mariotte chứng minh cụ thể ở lưu vực sông Seine Tuy nhiên, giả thuyết thẩm thấu này cũng chưa giải quyết được một số vẫn đề tồn tại như: số lượng lớn của nước ngầm, sự phát triển của nước ngầm trong các vùng khí hậu khô hạn (hoang mạc), hay sự tồn tại của nước ngầm sâu…

Do đó, một số tác giả khác lại đưa ra giả thuyết mới nữa Đó là giả thuyết ngưng tụ về nguồn gốc của nước ngầm.Ý kiến này đã được đưa ra từ thời

kỳ Aristotheles (-383-322), nhưng sau mới được O.Volger (1877) chứng minh cụ thể Theo tác giả, nước ngầm chính là do quá trình ngưng tụ của hơi nước trong khối không khí đi vào đất Tuy nhiên, giả thuyết này càng khó giải quyết nhiều vấn đề thực tiễn như: sự tỏa nhiệt của hơi nước khi ngưng tụ, lượng nước ngầm phong phú ở các miền xích đạo và nhiệt đới,

sự chênh lệch áp suất của không khí trong đất và ngoài khí quyển…Tới đầu thế kỷ XX, lại có một giả thuyết mới là nước ngầm có nguồn gốc từ trong lòng trái đất đi ra Đó là ý kiến của E.Zius (1902).Gần đây, F.P.Savarenski lại cho rằng nước ngầm có nguồn gốc từ các đất ra từ trong vỏ trái đất thoát ra Đó là các nước nguyên sinh đồng trinh và nước thứ sinh hay nước tách Tuy nhiên, số lượng các nước này cũng rất nhỏ và thường đi vào các quá trình hydrat hóa các đất đá xung quanh.Cuối cùng, giả thuyết có giá trị khoa học nhất là quan niệm tổng hợp về nguồn gốc nước ngầm Ý kiến này đã được đề xuất từ M.V.Pollio (-I) và gần đây mới được chứng minh bằng thực nghiệm trên cơ sở khoa học hiện đại của A.E.Lebedep (1907-1919) Theo các tác giả này, nước ngầm được hình thành cả trong quá trình thẩm thấu và ngưng tụ, ngay trong ngưng tụ cũng

do nhiều quá trình như hơi nước từ khí quyển vào, từ trong lòng đất đi ra

và từ các lớp đất đá khác nhau Giả thuyết này vừa đảm bảo được tính chất khoa học lại phù hợp với thực tế khách quan nên đã được F.N.Savarenski đánh giá như sau: “đó là ý kiến cơ bản đầu tiên có tính

chất khoa học dựa vào trạng thái động lực của độ ẩm trong đất đá vụn bở dưới ảnh hưởng của nước ngầm và hơi nước”.

2 Mực nước ngầm

Nước ngầm nằm sâu trong tầng đất đá vụn bở, nhưng không phải là cố định.Ứng với mỗi lượng nước có một mực nước nhất định Sự thay đổi của mực nước ngầm cũng khá phức tạp vì không những xảy ra theo thời gian mà còn cả trong không gian nữa

a.Các nhân tố ảnh hưởng tới mực nước ngầm:

Mực nước ngầm không phải là cố định mà cũng luôn thay đổi do nhiều nhân tố tác động Các nhân tố này có thể chia thành các loại cơ bản sau: -Nhân tố địa lý tự nhiên: Các thành phần địa lý tự nhiên trên mặt cũng như trong lưu vực nước ngầm đều có tác dụng tích cực tới mực nước ngầm Tùy theo mức độ ảnh hưởng của các nhân tố này lại chia thành hai nhóm khác nhau: khí tượng - thủy văn và bề mặt đệm

Về nhóm nhân tố khí tượng – thủy văn ảnh hưởng tới mực nước ngầm cũng đã được nhiều tác giả nghiên cứu: Koner, G.N.Kamenski, A.I.Tchebotare… Số lượng hay mực nước ngầm phụ thuộc chặt chẽ vào các điều kiện cung cấp nước Nước mưa, nước tuyết và băng tan đều có thể ngấm xuống cung cấp cho nước ngầm Ngoài ra, hơi nước trong khí quyển cũng cung cấp cho quá trình ngưng tụ nước ngầm, nhất là trong các miền khí hậu khô hạn và có biên độ nhiệt lớn…Ngược lại, hiện tượng bốc hơi lại làm giảm mực nước ngầm trong đó nhiệt độ không khí lại có tác dụng lớn lao Các kết quả nghiên cứu của A .Ross đã xác nhận mối quan

hệ này.Nước các hồ đầm, đặc biệt là nước các sông ngòi cũng cung cấp nước trực tiếp cho nước ngầm Theo các kết quả khảo sát của F.A.Ruchenko về nước ngầm ở vùng Trung Á đã được chứng minh rõ rang

Các nhóm nhân tố về bề mặt đệm, tuy không cung cấp, nhưng cũng có vai trò nhất định đến số lượng nước ngầm Độ dốc của địa hình có tác dụng tăng cường hay giảm bớt lượng nước ngấm của nước mưa, sự tích đọng lượng tuyết rơi và mức độ ngấm của nước tuyết tan… Độ ẩm và kích

thước hạt của lớp phủ thổ nhưỡng cũng có tác dụng nhiều tới các quá trình thấm, hút của nước thẩm thấu.Đặc biệt, vai trò tác dụng của rừng cây

là chưa được nhất trí Một số các tác giả cho là rừng cây có tác dụng tích cực như V.V.Docutchaev, S.N.Nikitin… Ngược lại, một số tác giả cho rằng rừng cây có tác dụng tiêu cực như: P.V.Otoski, C.N.Vusoski… Đồng thời, cũng có tác giả lại cho là rừng cây không có tác dụng gì đối với mực nước ngầm Kết quả nghiên cứu ở Procudin trong vùng trũng Messkaia cho biết

là mực nước ngầm ở miền rừng và ngoài đồng cỏ cùng mực nước và cùng pha dao động Nhân tố này có ảnh hưởng phức tạp và kết quả chủ yếu là phụ thuộc vào loại rừng và các điều kiện khí hậu địa phương

-Địa chất thủy văn: Lớp đất đá vụn bở bên trên tính từ mực nước ngầm lên tới mặt đất gọi là đới thông khí hay vùng khô.Đặc điểm địa chất thủy văn của đới này cũng có tác dụng nhất định đến mực nước ngầm.Lượng nước mặt thấm xuống cung cấp cho nước ngầm tùy thuộc vào kích thước hạt đất đá và thành phần nham thạch khác nhau.Độ ẩm và chiều dầy của tầng không khí cũng ảnh hưởng tới quá trình cung cấp nước ngầm.Trong cùng một điều kiện như nhau, chiều sâu của mực nước ngầm càng lớn lượng nước được cung cấp càng ít đi Các kết quả quan trắc sau một trận mưa cho biết mực nước ngầm ở độ sâu là 1- 1,8 m mực nước dâng lên khoảng 8mm, khi ở độ sâu 3m mực nước sẽ dâng lên 4mm và khi ở độ sâu là 5m mực nước sẽ chỉ dâng cao 2,5mm… Ngược lại, lượng nước bốc hơi từ bề mặt nước ngầm lại tăng lên theo chiều dầy đới không khí giảm đi Theo kết quả nghiên cứu của trạm Valdai trong thời gian từ 13-VI đến 10-X-1951, từ

bề mặt cát đồng nhất, khi chiều sâu mực nước ngầm là 40cm lượng nước bốc hơi là 163mm Khi chiều sâu vượt quá 70cm, lượng nước bốc hơi còn 75mm và khi ở độ sâu lớn hơn 150cm hầu như không còn bốc hơi nữa Đặc biệt khi cấu tạo tầng không khí đồng nhất có thể có những thẩm kính nước ngầm riêng biệt hay tầng nước ngầm có thể có áp lực cục bộ

-Con người: Trong quá trình sinh hoạt con người cũng có tác dụng tới mực nước ngầm Các tác dụng này có thể là trực tiếp hay gián tiếp, có thể

là tích cực hay tiêu cực tới lượng nước ngầm Tác dụng này xảy ra thường xuyên và ngày càng cao lón

Trong công tác thủy lợi, con người có thể dùng các giếng bơm để lấy nước ngầm tưới ruộng hay cung cấp nước cho sản xuất nông nghiệp và sinh hoạt…làm hạ thấp mực nước ngầm Ngược lại, trong các vùng đất đai được tưới bằng nước sông, hồ… lượng nước sẽ được bổ sung Khi xây dựng các hồ chứa nhân tạo, vùng xung quanh hồ, mực nước ngầm sẽ giảm thấp Cuối cùng, con người cũng có ảnh hưởng quan trọng tới mực nước ngầm qua việc phá rừng hay trồng lại rừng Ở nước ta, kết quả ngiên cứu của nhiều ngành khoa học như: thủy văn, lâm nghiệp… đã chứng minh tác dụng này.

b.Sự biến đổi của mực nước ngầm theo thời gian:

Mực nước ngầm cũng thay đổi theo thời gian và sự biến đổi này cũng khá phức tạp Mực nước này thay đổi chủ yếu là do sự thay đổi về lượng nước ngầm, nhưng cũng có khi do điều kiện khí áp bên ngoài Sự thay đổi của mực nước ngầm trên là do dao động thực Dao động này xảy ra thường xuyên ở khắp mọi nơi và tạo nên chế độ nước ngầm Còn sự thay đổi mực nước ngầm do khí áp là dao động ảo hay biểu kiến Sự thay đổi này chỉ xảy ra ở vết lộ, mặt nước giếng và trong thời gian nhất định Trong dao động thực của nước ngầm, A.I.Tchebotarev lại chia ra các loại: dao động liên tục và giao động đứt đoạn Dao động liên tục là sự thay đổi trong thời gian dài như dao động mùa trong năm và trong nhiều năm Còn dao động đứt đoạn xảy ra trong thời gian ngắn hơn sau các trận mưa mùa hè hay tuyết tan trong những thời kỳ ấm nhất định Ngoài ra, G.N.Kamensky còn căn cứ với quan hệ của sông ngòi và phụ thuộc vào chế độ nước sông Kiểu dao đông này đã được V.I.Rutchkovski quan trăc thấy ở lưu vực sông Borovka thuộc liên xô Cuối cùng, căn cứ vào đặc điểm dao động, Koner lại chia ra làm hai dạng dao động khác nhau: dao động biển và dao động lục địa Dao động biển là dao động có một cực đại và có một cực tiểu trong một năm, trong đó dao động cực đại xảy ra về mùa đông và dao động cực tiểu xảy ra về mùa hè.Ngược lại, dao động lục địa là dạng có 2 lần nước lớn và 2 lần nước nhỏ trong năm.Đỉnh cực đại xảy ra vào cuối mùa xuân

và đầu mùa hạ và đỉnh thứ hai xảy ra thấp hơn vào đầu mùa đông Dạng dao động biển đã được Koner chứng minh bằng tài liệu quan trắc ở các địa điểm: Nordvalde, Frideburg và Lembros… trong các năm 1916-25 thuộc miền Bắc nước Đức Còn dao động lục địa có thể được xác định bằng dao

động của mực nước ngầm có thể đơn giản hay phức tạp Chế độ đơn giản

là trong năm thủy văn có một cực đại và một cực tiểu như dao động của mực nước ngầm tại các miền nhiệt đới, ôn đới, hải dương, hàn đới Còn chế độ phức tạp là có 2 đỉnh cao xen kẽ với 2 lần mực nước thấp như dao động mực nước ngầm tại các miền: xích đạo, ôn đới lục địa…

Biên độ dao động của mực nước ngầm cũng khác nhau tùy thuộc theo các điều kiện cụ thể ở địa phương Theo Koner, biên độ dao động mực nước ngầm ở miền bắc nước Đức vào khoảng 1,5 – 2,5 m, theo A.P.Rod, biên độ ở miền cận đông kết là 2m, còn theo G.F.Basov, biên độ ở miền rừng thảo nguyên là có thể tới 2 – 4 m Ngoài ra, trong các miền đất đá ít thấm, tầng chứa nước ngầm lại nông, biên độ này càng lớn: về mùa mưa mực nước ngầm dâng rất cao, nhưng sang mùa khô nước ngầm lại có thể khô kiệt Một số giếng khơi ở đông nam bồn địa Lạng Sơn có hiện tượng này Đặc biệt, biên độ dao động của mực nước ngầm ven bờ sông cũng khác nhau tùy theo quan hệ với nước sông Theo V.I.Rutchkov, từ lòng sông Borovka, điểm quan trắc cách 500m, có biên độ mực nước là 140cm, điểm quan trắc cách sông 800m có biên độ dao động 70cm và điểm quan trắc cách xa 2500m biên độ chỉ còn 2cm

c.Sự thay đổi của mực nước ngầm trong không gian: Mực nước ngầm có

thể luôn thay đổi trong năm, nhưng cũng chỉ có thể dao động quanh một trị

số bình quân nào đó Trị số này gọi là mực nước trung bình của mặt nước ngầm.Mực nước bình quân này phụ thuộc vào nhiều nhân tố địa lí nên cũng thay đổi trong không gian Theo Koner, chiều sâu bình quân của mực nước ngầm tại miền bắc nước Đức là 1,5 – 2,5 m và theo A.M.Opsinhicov,

độ sâu mực nước ngầm miền thảo nguyên và rừng – thảo nguyên theo G.F.Bosov tới hơn 8m Còn theo V.S.Lilin ở đới mương sói nông, mực nước ngầm có thể sâu tới 20 – 25m Trên lãnh thổ Liên Xô rộng lớn, sau những năm quan trắc lâu dài, năm 1914 P.V.Otosky đã đi tới kết luận là

“Càng về phía nam (Liên Xô) mực nước ngầm càng sâu” Từ những kết quả trên, có thể nêu lên một nhận xét chung là: “mực nước ngầm tăng dần theo chiều sâu từ xích đạo về phía các miền khí hậu khô hạn, sau đó lại giảm đi về phía 2 cực” Ở các miền hàn đới và cận cực, mực nước ngầm

có thể nằm sát mặt đất

4.Nhiệt độ nước ngầm.

Nước ngầm cũng chứa một lượng nhiệt nhất định và thể hiện ở nhiệt độ nước Nhiệt độ nước cao hay thấp là phụ thuộc vào các điều kiện cân bằng nhiệt cụ thể ở địa phương Nhiệt độ cũng là một đặc trưng quan trọng của nước ngầm Nhiệt độ của nước ngầm có tác dụng lớn tới tốc độ hòa tan các chất khoáng Ngoài ra, biên độ dao động của nhiệt độ nước ngầm cũng là một trong những chỉ tiêu quan trọng cho chất lượng nước dùng nhất là trong việc sử dụng để ăn uống

a.Những nhân tố ảnh hưởng đến nhiệt độ nước ngầm:

Nhiệt độ và chế độ nhiệt của nước ngầm ở một nơi nào đó, phụ thuộc vào nhiều nhân tố, nhất là các điều kiện khí tượng – thủy văn và địa nhiêt của vùng thành tạo.Điều kiện này cũng khá phức tạp nên kết quả tác động cũng rất đa dạng

Trong quá trình hình thành nhiệt độ nước ngầm, các nhân tố khí tượng thủy văn đóng vai trò quan trọng nhất.Trước hết nhiệt độ không khí bên trên có tác dụng mạnh mẽ tới nhiệt độ nước ngầm.Tác dụng này được dẫn truyền cùng nhiệt bức xạ của mặt trời qua đất đá của lớp thông khí.Lượng nhiệt độ đó được truyền vào khá sâu và tới giới hạn là tầng thượng ôn.Tầng thượng ôn là tầng có nhiệt độ ổn định, có độ sâu trung bình khoảng 15 – 30m, dưới mặt đất Theo F.A.Ruchenko, nhiệt độ nước ngầm

ở tầng thượng ôn tương đương với nhiệt độ bình quân nhiều năm của lớp không khí sát mặt đất bên trên, cá biệt có thể cao hơn một chút Sau đó là nước mưa, nước sông ngòi…khi thấm xuống cũng cung cấp một lượng nhiệt nhất định Chỉ có tuyết tan và nhất là nước băng tan có nhiệt độ thấp, khi thấm xuống mới làm giảm nhiệt độ nước ngầm Ngoài ra, các quá trình ngưng tụ hay bốc hơi trong đới thông khí hay từ bề mặt nước ngầm cũng

có tác dụng nhất định tới nhiệt độ nước ngầm

Các điều kiện địa chất thủy văn và địa chất nhiệt cũng có ảnh hưởng tới nhiệt độ nước ngầm.Nếu tầng chứa nước ngầm nằm ở tầng cao gần mặt đất, nhiệt độ nước sẽ tương đối cao hơn các tầng chứa nước nắm sâu Đặc biệt khi tầng chứa nước nằm sâu hơn tầng thường ôn, nhiệt độ nước lại tăng theo địa nhiệt cấp Địa nhiệt cấp phụ thuộc vào thành phần của

nham thạch và lịch sử phát triển địa chất của vùng nhưng trị số bình quân

là 33m,0C

Đặc biệt, nhiệt độ của nước ngầm còn phụ thuộc vào quá trình hoạt động của núi lửa.Những khi có núi lửa hoạt động, dù đã tắt, đều có nhiệt độ lớn hơn Suối Vĩnh Hảo có nhiệt độ là 370C, suối Thăng Hải có nhiệt độ là

760C… Có những núi lửa đang hoạt động nhiệt độ của nước ngầm có thể lên tới 100 – 1200C hay hơn nữa như ở Liên Xô (Kamchatka), Nhật, Italia

b.Sự thay đổi của nhiệt độ nước ngầm theo thời gian:

Các nhân tố có tác dụng quyết định tới nước ngầm – khí tượng thủy văn thay đổi theo thời gian nên nhiệt độ nước ngầm cũng thay đổi theo Sự thay đổi này có tích chất chu kì rõ rệt Có chu kì ngắn như ngày đêm, ngoài

ra cũng có chu kì dài như chu kì năm và nhiều năm

Chu kỳ ngày đêm của nhiệt độ nước ngầm chỉ xảy ra rõ rệt ở những vùng

vĩ độ thấp như xích đạo, nhiệt đới…hay trong thời gian nóng của các vĩ độ trung bình Sự thay đổi này biểu thị rõ nhất là ở trong các miền khí hậu có tính chất lục địa còn trong các miền có khí hậu hải dương, biên độ không lớn lắm Phạm vi xảy ra chu kỳ này cũng không sâu lắm, tức là chỉ xảy ra trong đới dao động nhiệt ngày đêm của thổ nhưỡng và đất đá Chiều sâu của đới này ít khi vượt quá độ sâu 1m mà độ sâu của mực nước ngầm thường vượt quá giới hạn này nên dao động này không điển hình lắm Trong các chu kì dài, chu kì năm là quan trọng nhất Chu kì này xảy ra cũng khá phức tạp Sự thay đổi này nói chung cũng phản ánh chế độ nhiệt của các điều kiện khí tượng thủy văn bên trên tức là điển hình ở các vùng

có vĩ độ trung bình và cao, còn trong vùng có vĩ độ thấp biểu hiện không rõ rệt Như vậy, chế độ nhiệt của nước ngầm thường xảy ra đơn giản với một mùa nóng và một mùa lạnh trong năm Tuy nhiên, cũng tùy theo mối quan hệ giữa mực nước và nhiệt độ mà sinh ra các kiểu nhiệt chế khác nhau Nhiệt chế chính tắc hay thỏa thuận là điều kiện có mùa nóng trùng với mùa nước đầy Kiểu này xảy ra khá phổ biến và ở các vùng nước ngầm được nước mưa hay nước sông hồ cung cấp Còn nhiệt chế kiểu có mùa lạnh trùng với mùa có mực nước dâng cao Kiểu này không phổ biến

lắm, chủ yếu xảy ra trong các vùng nước ngầm có nước tuyết và băng tan thấm xuống.

Biên độ nhiệt của nước ngầm thường khá nhỏ do hệ số truyền nhiệt của đất đá nhỏ và điều kiện bảo tồn nhiệt của nước ngầm tốt Biên độ nhiệt ngày đêm của nước ngầm không đáng kể lắm, còn biên độ nhiệt năm xảy

ra rõ ràng hơn, nhưng thường nhỏ hơn biên độ nhiệt của không khí bên ngoài nhiều Thời gian xảy ra các mùa nhiệt của nước ngầm cũng chậm hơn không khí bên ngoài Kết quả nghiên cứu ở thảo nguyên Mugan như sau: mực nước ngầm bình quân ở đây có độ sâu là 4m và biên độ nhiệt năm là 6,60C trong khi đó biên độ nhiệt năm của không khí bên trên là

300C Biên độ này giảm dần về các miền vĩ độ thấp và đến xích đạo là hầu như không thấy biểu hiện nữa Biên độ nhiệt năm của nước ngầm cũng đặc biệt rõ khi tầng chứa nước ngầm nằm sát mặt đất, còn khi tầng nước ngầm nằm sâu biên độ này cũng giảm đi

Đến tầng thường ôn, các chu kì dao động nhiệt đều không tồn tại nữa Quá tầng này, nhiệt độ sẽ tăng theo địa nhiệt cấp

c.Sự thay đổi của nhiệt độ nước ngầm trong không gian

Nhiệt độ trung bình nhiều năm của nước ngầm có thể dao động trong khoảng 10 – 250C và thường lớn hơn nhiệt độ không khí bên trên.Ở đây, ngoài nguồn nhiệt trên mặt xuống, nước ngầm còn được cung cấp nhiệt từ trong lòng đất ra, nhất là ở các miền hỏa sơn đang hoạt động Do đó, sự thay đổi nhiệt độ của nước ngầm trong không gian cũng khá phức tạp, theo các quy luật địa đới và phi địa đới

Theo quy luật địa đới, nhiệt độ nước ngầm cũng giảm dần từ phía xích đạo về phía 2 cực Nước ta, ở miền vĩ độ thấp nên nước ngầm thường có nhiệt độ cao Theo kết quả nghiên cứu của Đoàn Trung Ngạc và Nguyễn Đồng Lâm (1965) nhiệt độ trung bình năm của nước ngầm vùng Khe Chàm (Quảng Ninh) là 20 – 240C Càng lên miền vĩ độ cao, nhiệt độ nước ngầm càng giảm đi Đặc biệt ở các miền ôn đới lạnh và hàn đới, do nhiệt độ thấp nên nước ngầm thường chuyển sang dạng rắn, dưới dạng đông kết hay băng kết Theo A.F.Ruchenko, chiều dày cực đại của lớp đóng băng quanh năm ở miền cực Bắc Liên Xô có thể tới 400 – 600m Tác hại của tầng đông

kết này rất lớn, nhất là đối với cây trồng và quá trình lầy hóa của các miền đất thấp bên trên Ngoài ra, nhiệt độ nước ngầm còn biến đổi theo các quy luật phi địa đới nữa Đó là sự tăng nhiệt độ nước ngầm ở các miền núi lửa hoạt động Ở đây, nước ngầm tiếp sức với các lò magma nên có thể lên tới 100 – 1200C (Liên Xô, Nhật Bản).Ở nước ta, suối Cổ Bi có nhiệt độ là

710C, suối Thăng Hải có nhiệt độ là 760C Từ tầng thường ôn xuống sâu, nhiệt độ nước ngầm lại tăng theo địa nhiệt cấp Còn trên các miền núi cao, nhiệt độ nước ngầm cũng giảm đi như nhiệt độ không khí bên ngoài

5.Thành phần hóa học của nước ngầm

Trong nước ngầm có chứa nhiều chất hóa học ở dạng hòa tan.Sự tồn tại của các chất này làm cho nước ngầm mang nhiều đặc tính khác nhau, đặc biệt có một số hoạt tính hóa học và có tác dụng nhất định tới cơ thể các sinh vật Do đó số lượng và thành phần các chất hòa tan biểu thị cho chất lượng nước ngầm mà khi sử dụng cần phải nghiên cứu kĩ

a.Các nhân tố hóa học của nước ngầm:

Nước ngầm bao giờ cũng chứa các chất hóa học hòa tan Số lượng và đặc tính của các chất hóa học này khá phức tạp do phụ thuộc vào nhiều nhân

tố tác dụng Về các nhân tố này, có thể chia thành các nhóm sau:

Các nhân tố địa chất và thổ nhưỡng đóng vai trò khá quan trọng Khi tiếp xúc với đất đá, nước ngầm có thể rửa lũa hay hòa tan các chất hóa học Thành phần và số lượng của các chất hòa tan này phụ thuộc chặt chẽ vào thành phần nham thạch và thời gian tiếp xúc với đất đá Số lượng các chất hòa tan tạo thành nồng độ khoáng hóa của nước ngầm Kết quả nghiên cứu trong tháng XII năm 1975 tại bồn địa Lạng Sơn cho biết là tinh cặn đốt cháy ở 6000C của nước ngầm vùng phiến thạch sét Trias là 36mg/l, ở vùng

đá violit là 144mg/l và ở vùng đá vôi C – P là 268mg/l Còn về thành phần Ion ở các miền có đá Magma và đá kết tinh bị hủy hoại, nước ngầm có chứa nhiều Clo, Ở miền đá thạch cao, nước ngầm có nhiều SO4, ở miền

có nhiều đá vôi, nước ngầm có nhiều Ca và Mg, ở vùng gần mỏ muối, nước ngầm sẽ chứa nhiều Na, K,Cl…Các quá trình kiến tạo và lịch sử địa chất của vùng cũng có ảnh hưởng tới thành phần Ion Mức độ lưu thông

cũng như vị trí tầng nước ngầm cũng đều có tác dụng tới nồng độ khoáng hóa.

Còn các nhân tố khí tượng thủy văn cũng có tác dụng không kém phần quan trọng Chính thành phần nước của các nhân tố này cũng đã chứa một lượng các chất hòa tan nhất định Trong quá trình thấm xuống đã cung cấp cho nước ngầm lại hòa tan thêm một số chất hóa học, nhất là khi nước lại chứa nhiều chất có tác dụng kích thích như CO2 Theo kết quả nghiên cứu của E.S.Buckser và N.K.Sedorov (1947) lượng các chất hòa tan trong nước mưa ở Kiev là 25,56 mg/l và ở Osipenko là 93,01mg/l Nước các sông ngòi, hồ đầm,biển và đại dương khi thấm vào đều cung cấp một lượng chất nào đó Đặc biệt, nhiệt độ không khí và nhiệt độ nước cũng tăng cường cho quá trình hòa tan.Tác dụng này có thể được chứng minh bằng định luật J.H.Van Hoff Còn các loại hay vùng khí hậu khác nhau sẽ

có tác dụng tới nồng độ khoáng hóa của nước ngầm khác nhau Quy luật này đã được P.V.Otoski (1914), H.Schoeller (1962)… chứng minh rõ rệt Ngoài ra các sinh vật tồn tại và phát triển trên bề mặt trái đất cũng có tác dụng tới các chất hòa tan trong nước ngầm Mối quan hệ này cũng đã được các tác giả H.Schoeller (1962), A.M.Opsinhicov (1955) nghiên cứu.Cuối cùng, sự sinh hoạt hàng ngày và những hoạt động kinh tế công, nông nghiệp của con người cũng có tác dụng quan trọng tới thành phần này

b.Các chất hòa tan:

Các chất hòa tan tồn tại trong nước ngầm khá phong phú Đặc tính này biểu hiện không những về mặt số lượng mà còn ở thành phần các chất hòa tan Riêng về thành phần của các chất hòa tan cũng khá phức tạp, có thể chia ra thành 3 loại chính là: các chất khoáng, các chất khí và các chất hữu cơ

Các chất khoáng hòa tan trong nước ngầm có vai trò quan trọng nhất vì tỷ

lệ lớn, nhất là trong cặn trưng khô Các chất khoáng hòa tan cũng có các thành phần phong phú Về mặt số lượng, có những chất hòa tan nhiều như: Ca, Mg, Na, HCO3, CO3, SO4, Cl…, có những chất hòa tan ít như Fe,

Mn, As, I, Br…và có những chất hòa tan rất ít như: Li, Ri, Hg…Các chất

hòa tan lại tồn tại ở dạng ion và mang điện tích khác nhau Các ion mang điện tích (+) gọi là cation như: Na, K, Ca, Mg…và các ion mang điện tích ( - ) gọi là các anion như: HCO3, CO3, SO4, Cl…Các chất này thường tạo thành các cặp nhất định như: Na – K, Ca – Mg… Trong cặp Na – K, Na thường hòa tan nhiều, có khi tới 100mg/l hay hơn nữa, ngược lại K lại hòa tan rất ít Giữa tổng lượng khoáng hóa và các anion cũng có mối quan hệ nhất đinh Trong nước có nồng độ khoáng hóa thấp, thành phần HCO3và

CO3 chiếm ưu thế, ngược lại, trong nước có thành phần khoáng hóa cao, thành phần Cl là chủ yếu, còn trong nước có nồng độ khoáng hóa trung bình, thành phần SO4 lại chiếm ưu thế Đặc biệt, một số ion có quan hệ với nhau theo các tỷ lệ nhất định A.P.Vinogradov đã tìm thấy một số cặp tỷ lệ điển hình như: , , … Các tỷ số này thường biểu thị cho đặc tính của

nước ngầm Ví dụ, tỷ số =300 là nước ngầm có nguồn gốc từ biển, khi

tỷ số <300 là nước ngầm có liên quan tới tàn dư của các hồ nước mặn

giàu Brombua và khi tỷ số >300 là nước ngầm có liên quan tới sự hòa tan của muối mỏ…

Ngoài ra, trong nước ngầm còn chứa nhiều chất khí hòa tan như O2, CO2,

H2S, N2, CH4 … Các chất này có thể làm thay đổi mãnh liệt một số tính chất và hoạt tính hóa học của nước ngầm, hay cũng có khi là những dấu hiệu nhiễm bẩn của nước Cuối cùng, nước ngầm, nhất là nước ngầm thông thường chứa nhiều tạp chất hữu cơ như: NO2, NO3, NH4, Cl… Các chất này dù ở mức độ nào cũng là điển hình cho dấu hiệu nhiễm bẩn của nước

Các chất hòa tan trong nước ngầm được biểu thị bằng nồng độ khoáng hóa hay còn gọi là nồng độ ion Việc xác định thành phần và số lượng của các chất này có thể bằng phương pháp thủy hóa hay chưng khô

c.Sự thay đổi thành phần và nồng độ ion theo thời gian và trong không gian:

Các nhân tố hình thành các chất hòa tan luôn biến đổi nên số lượng cũng như thành phần các chất hòa tan cũng biến đổi theo Sự thay đổi này diễn

ra cả trong thời gian cũng như trong không gian

Trước hết là sự biến đổi của lượng chất hòa tan theo thời gian Nhân tố quyết định sự thay đổi này là các điều kiện khí tượng thủy văn Sự biến đổi này rõ nhất là trong chu kỳ năm, nhưng cũng khá phức tạp Trong chu kỳ này, tổng lượng khoáng hóa tăng theo lượng nước cung cấp: (mưa, tuyết, băng tan, hồ đầm…) nhưng nồng độ tăng lên khi lượng nước bốc hơi nhiều và thời gian tiếp xúc với đất đá xung quanh Tuy nhiên, biên độ dao động của nồng độ khoáng hóa cũng không lớn lắm chỉ rõ ràng khi các tầng chứa nước gần mặt đất với mức độ lưu thông mạnh mẽ Còn nếu tầng nước ngầm nằm sâu, sự dao động này không rõ rệt lắm.Hiện tượng này

đã được xác nhận bằng kết quả nghiên cứu của A.M.Opsinhicov (1955) Ngược lại, sự thay đổi lượng khoáng hóa của nước ngầm trong không gian xảy ra rõ rệt hơn nhiều Sự biến đổi này các phức tạp theo các quy luật địa lí Theo quy luật địa đới, tổng lượng khoáng hóa của nước ngầm giảm dần từ xích đạo về phía 2 cực cùng với sự giảm của lượng nước Song, nồng độ khoáng hóa và do đó thành phần hóa học của các chất hòa tan lại thay đổi phức tạp hơn Theo kết quả nghiên cứu của Đoàn Trung Ngạc và Nguyễn Đồng Lâm (1965), N.G.Kamenski (1960), I.V.Garmanov (1948) và nhất là của P.V.Otoski (1923) và H.Schoeller (1948)… có thể đi tới nhận xét là: nồng độ khoáng hóa tăng dần từ xích đạo lên các miền khí hậu khô hạn, sau đó giảm nhanh về phía 2 cực Đồng thời thành phần anion cũng thay đổi từ HCO3 tới Cl rồi lại về HCO3 và SiO2 Theo quy luật phi địa đới, nhất là theo chiều sâu, nồng độ khoáng hóa cũng tăng lên và thành phần các anion chủ yếu cũng thay đổi theo Về quy luật này đã được nhiều tác giả nghiên cứu: Minor (1934), Terrey (1934), F.P.Savarenski (1935), Ignatovik (1956) Về quy luật thay đổi này có thể lấy kết quả nghiên cứu của Savarensky trong bảng sau:

Độ sâu lấy mẫu

(m)

Cặn chưng khô (mg/l)

Độ sâu lấy mẫu (m)

Căn chưng khô (mg/l)

- 3,3

- 10,4

- 16,7

322410430

- 24,6

- 32,3

- 39,3

10551422421296

Còn sự thay đổi thành phần của các anion chủ yếu có thể lấy sơ đồ của Ignatovik như sau:

HCO3 – HCO3, SO4 – SO4 – SO4, SO4 – Cl

Ở nước ta, kết quả nghiên cứu của Nguyễn Đồng Lâm và Đoàn Trung Ngạc năm 1965 ở vùng Quảng Ninh cũng cho các kết quả tương tự

6.Phân loại nước ngầm:

Nước ngầm có một số lượng lớn và phân bố khá rộng trong lớp phong hóa của vỏ trái đất.Các nhân tố tác động tới nước ngầm rất phức tạp nên đặc trưng của nước ngầm cũng khá phong phú.Để tiện cho việc nghiên cứu và

sử dụng, nhiều tác giả đã đưa ra các bảng phân loại dựa trên các phương pháp khác nhau Dưới đây là một số phương pháp phân loại nước ngầm

cơ bản:

a.Phân loại nước ngầm theo nguồn gốc phát sinh:

Nguồn gốc thành tạo nước ngầm có tác dụng quyết định tới nhiều đặc tính

lí hóa của nước Do đó, có nhiều tác giả đã dựa vào quá trình này để phân loại nước ngầm G.N.Kamenski, A.M.Jirmunski và A.A.Kozyrev… Dưới đây

là bảng phân loại nước ngầm của Kamenski:

-Nước lục địa: nước ngầm có nguồn gốc từ lục địa tới, tức là chủ yếu từ trên mặt thấm xuống Đó là các loại nước: mưa, tuyết và băng tan, sông ngòi, hồ đầm…

-Nước biển: nước ngầm có nguồn gốc là nước biển, phát sinh cùng với thời kỳ của đá trầm tích, hay sau khi đã hình thành nước biển thấm vào.-Nước biến chất: là nước ngầm có liên quan đến tác dụng biến chất của nham thạch hay tác dụng magma như trong các vùng hỏa sơn hoạt động

b.Phân loại nước ngầm theo nồng độ khoáng hóa:

Đặc tính hóa học, nhất là nồng độ của các chất hòa tan, là chỉ tiêu quan trọng của chất lượng nước ngầm Do đó, theo đặc điểm này cũng có nhiều tác giả tiến hành phân loại nước ngầm như V.I.Vernadsku, O.A.Alekin Dưới đây là bảng phân loại nước ngầm của Alekin:

-Nước rất ngọt: là nước có nồng độ khoáng hóa nhỏ hơn 0,2g/l

-Nước ngọt: là nước có nồng độ khoáng hóa trong khoảng 0,2 – 1g/l

-Nước khá mặn: là nước có nồng độ khoáng hóa là 1 – 3g/l

-Nước mặn: là nước có nồng độ khoáng hóa là 3- 10g/l

-Nước quá mặn: là nước có nồng độ khoáng hóa là 10 – 50g/l

-Nước muối: là nước có nồng độ khoáng hóa trên 50g/l

c.Phân loại nước ngầm theo nhiệt độ nước:

Nhiệt độ cũng là một đặc trựng chất lượng quan trọng của nước ngầm Vì vậy, cũng có một số tác giả dựa vào chỉ tiêu này để phân loại nước ngầm như: N.I.Tolstikhin, V.A.Alexandrod… Dưới đây là bảng phân loại nước ngầm của Alexandrod:

-Nước đá: là nước có nhiệt độ thấp hơn 40C

-Nước lạnh: là nước có nhiệt độ trong khoảng 4 – 200C

-Nước ấm: là nước có nhiệt độ là 20 – 370C

-Nước nóng: là nước có nhiệt độ khoảng 37 – 420C

-Nước sôi: là nước có nhiệt độ khoảng 42 – 1000C

-Nước quá sôi: là nước có nhiệt độ lớn hơn 1000C

Ngoài ra cũng có một số tác giả khác dựa vào chỉ tiêu và phương pháp khác để phân loại nước ngầm như: A.M.Opsinhicov và P.P.Klimentov… Ví

dụ, A.M.Opsinhicov đã dựa vào các điều kiện thành phần để phân loại

nước ngầm thành các loại chủ yếu sau: nước ngầm vùng thung lũng sông, nước ngầm vùng băng hà cổ, nước ngầm vùng núi…

7.Phân loại vùng nước ngầm

Phân vùng nước ngầm là một nhiệm vụ trọng yếu nhất là đối với công tác địa chất thủy văn.Mục tiêu của công tác này là xác định được các vùng nước ngầm với trữ lượng và chất lượng rõ rệt để phục vụ cho việc khai thác và sử dụng Đến nay có nhiều tác giả phân vùng nước ngầm cho từng địa phương nhất định như: P.V.Otoski, V.S.Ilin, O.K.Langhe, G.N.Kamenski, I.V.Garmanov, Igatovik, K.B.Filatov… Các tác giả này đã tiến hành theo những phương pháp riêng, đặc biệt theo hướng phân hóa khác nhau:

a.Phân vùng nước ngầm theo đới vĩ tuyến:

Nước ngầm cũng như các điều kiện tự nhiên khác điều kiện phan hóa theo hướng vĩ tuyến tức là theo quy luật địa đới Quy luật này đã được V.V.Dokutchaev phát hiện từ đầu thế kỷ này Một số tác giả đã dựa vào sự phân hóa của nước ngầm theo qua luật này để phân vùng như: V.S.Ilin, I.V.Garmanov…

Phân vùng nước ngầm của V.S.Ilin: năm 1923 khi tiến hành phân vùng nước ngầm ở đồng bằng Đông Âu thuộc Liên Xô, Ilin đã dựa vào các đới địa lí thủy văn để chia nước ngầm của lãnh thổ này thành 7 đới phân hóa theo hướng vĩ tuyến từ Bắc về Nam như sau:

-Đới nước đài nguyên

-Đới nước nằm cao ở phía Bắc

-Đới các mương sói nông, có mực nước ngầm không sâu qua 20 – 25m.-Đới mương lạch có nước cứng hay là nước muối

-Đới lạch cận Hắc Hải với nước ngầm nằm sâu

-Đới lạch cận Kaspi có nước ngầm nông nhưng nồng độ khoáng hóa cao

Phân vùng nước ngầm của I.V.Garmanov dựa trên cơ sở thủy hóa học Garmanov đã phân chia nước ngầm phần Châu Âu thuộc Liên Xô thành các đới phân hóa từ Bắc về Nam như sau:

-Đới nước bicarbonat silic

-Đới nước bicarbonate calci

-Đới nước sulfat và clorua chiếm ưu thế

-Phụ đới muối hóa học lục địa

b.Phân vùng nước ngầm theo đới thẳng đứng:

Ngoài sự phân hóa của nước ngầm theo quy luật địa đới, nước ngầm còn phân hóa theo chiều sâu, tức là theo quy luật phi địa đới Quy luật này đã được Vernadsky phát hiện trước đây Sau đó, một số tác giả đã dựa vào

sự phân hóa theo quy luật này để phân vùng nước ngầm như: Ignatovik, K.B.Filatov…

Phân đới nước ngầm của Ignatovik: dựa vào các đặc điểm địa chất thủy văn và quan hệ với nước mặt, Ignatovik đã phân vùng nước ngầm thành 3 đới thẳng đứng từ trên xuống như sau:

-Đới trên cùng: có đặc điểm địa chất lộ liễu, đặc điểm thủy động là chảy và quan hệ mật thiết với nước trên mặt Do đó, nước ngầm ở đới này có nồng

độ khoáng hóa không lớn lắm và thành phần hóa học thường là loại bicarbonate calci

-Đới giữa: có đặc điểm địa chất là nửa lộ liễu, đặc điểm thủy lực là chảy yếu… Do đó, nước ngầm ở đới này thường có nồng độ khoáng hóa khá cao và anion chủ yếu là SO4, Cl…

-Đới dưới: có đặc điểm địa chất kín đáo Đặc điểm thủy lực là chảy rất yếu hay không chảy Do đó, nước ngầm thuộc đới này thường có nồng độ khoáng hóa cao và thành phần muối chủ yếu là Cl

Phân đối nước ngầm của K.B.Filatov: năm 1953, Filatov đã đưa ra một giả thuyết mới về thủy địa hóa là khuếch tán trọng lực Theo giả thuyết này sự phân bố của các ion trong dung dịch phụ thuộc chặt chẽ vào mật độ riêng

Các ion có mật độ lớn sẽ chìm xuống dưới và ngược lại các ion có mật độ nhỏ sẽ nổi lên trên Do đó, dựa theo sự phân hóa này, tác giả cũng chia nước ngầm thành 3 đới tính từ trên mặt xuống dưới là:

-Đới trên: có các anion chủ yếu là HCO3 và CO3

-Đới giữa: có các anion chủ yếu là SO4

-Đới dưới: có các anion chủ yếu là Cl

II – NƯỚC ÁP LỰC

Nước áp lực hay là nước tự chảy là nước nằm giữa 2 tầng cách thủy Do

có áp lực nên khi có điều kiện thuận lợi để lộ ra (nứt nẻ, xâm thực hay khoan) nước sẽ dâng cao hơn nóc vỉa và nếu áp lực đã lớn nước có thể trào ra mặt đất hay phun lên Nước áp lực có tên là nước Artessien, lấy tên một thành phố cổ là Artoise ở Pháp khai thác nước này từ năm 1126 Cũng có tác giả định lấy tên nước này để gọi chung cho nước dưới đất là không chính xác Nước áp lực thường có trữ lượng lớn, có khi tập trung thành các biển lớn và có tác dụng quan trọng tới sinh hoạt và sản xuất như

ở Australia, Bắc Phi, bồn địa Paris, Leningrad, Novrogod, Cận Hắc Hải… Tuy nhiên nước này thường ở sâu và là đối tượng trực tiếp của địa chất thủy văn học

Nước áp lực thường được hình thành trong điều kiện cổ chất, hay trong các trầm tích tiền đệ tứ Phạm vi cấu tạo địa chất của vùng thường khá lớn, song cũng có khi khá nhỏ nhưng khá phức tạp Dạng cấu tạo chủ yếu

là dạng munda, điển hình là bồn địa Paris, ngoài ra cũng có cấu tạo dạng nếp oằn hay dạng đơn không đối xứng.Trong các khu vực đặc biệt, nước

áp lực lại nằm trong những hệ thống khe nứt và đứt gẫy phức tạp

Trong một bồn nước áp lực thường có 3 bộ phận là miền bổ sung, miền

áp lực và miền thoát nước Ở miền bổ sung, tầng chứa nước thường nằm trong phạm vi phân bố của phức hệ chứa nước song mỗi miền lại có những điều kiện địa chất thủy văn riêng Trong miền bổ sung, tầng nước thường nằm trồi cao lên có thể thoát được nước nên nước ở đây có mặt thoáng, tương tự giống như nước ngầm Ngược lại, nước trong miền áp lực, nước bị nén do tác dụng của áp lực thủy tĩnh nên khi lộ ra nước

thường dâng cao hơn nóc tầng chứa nước.Khoảng cách thẳng đứng từ nóc tầng chứa nước tớimức dâng đó gọi là cột nước áp lực.Trong trường hợp thuận lợi, như ở các thung lũng sông, khi trào ra sẽ cao hơn mực nước xung quanh, còn trong các miền đất cao, mực nước chỉ dâng tới một mức độ nhất định.Mực nước áp lực còn gọi là mực áp lực và đường nối các điểm có cùng một độ cao tuyệt đối của mực áp lực, gọi là đường thủy đẳng áp.Từ các đường này, người taco thể biểu thị bồn nước áp lực trên bản đồ Chiều dày của tầng nước áp lực không thay đổi theo thời gian như trong miền cung cấp.

Trong trường hợp có nhiều tầng chứa nước tồn tại song song, mỗi tầng sẽ

có một áp lực riêng.Trong điều kiên địa hình thuận, tức là thế nằm hướng

tà của lớp phù hợp với sự hạ thấp của địa hình, thế áp lực của mức nước dâng sẽ giảm dần từ dưới lên trên.Trường hợp ngược lại, mức áp lực của các tầng dưới sẽ thấp hơn

Ở ranh giới miền bổ sung và miền áp lực, tùy theo lượng nước thấm xuống mà trong các mùa khác nhau, một bộ phận của nước ở đây có thể chuyển từ nước ngầm sang nước áp lực hay ngược lại Cuối cùng ở miền thoát nước, nước áp lục chảy ra mặt đất thường là mạch nước lên.Sự tồn tại của mạch nước như vậy là có sự kết hợp đầy đủ của các điều kiện địa chất và địa mạo Còn trong trường hợp vỉa chứa nước có thể nằm đơn hoặc vát cụt ở các sườn núi, sẽ tạo thành các bồn địa đặc biệt không đối xứng gọi là dốc tự chảy Trong các dốc tự chảy, miền bổ sung và miền áp lực thường nằm kề nhau, còn miền áp lực sẽ nằm về một phía Lúc đó, tại ranh giới tiếp xúc người ta có thể thấy nước đi lên và đi xuống Cột nước

áp lực được thành tạo trong miền bổ sung và mực áp lực quyết định bởi độ cao tuyệt đối của vị trí vết lộ, nơi tiếp xúc giữa lớp chứa nước và lớp cách thủy ở đỉnh Như vậy nước áp lực bị ép từ miền áp lực, chiều sâu của dốc

tự lưu ra ngoài, tức là nước sẽ chảy từ dưới lên và cũng có thể chảy về phía các nham trồi.Đặc biệt, ở một vài nơi, nước áp lực của dốc tự chảy có thể cung cấp nước cho nước ngầm Còn trong những bồn nước áp lực kín, không có miền thoát nước, nước có thể thấm qua nóc cách thủy và hơi nước bốc hơi ra ngoài Tuy vậy, lượng nước này cũng không đáng kể lắm

Trong một bồn nước tự lưu thường có một hệ thống các lớp chứa nước và các lớp không thấm nước nằm xen kẽ Nếu tầng chứa nước ổn định, điện tích miền bổ sung lớn và khoảng cách chênh lệch giữa miền bổ sung và miền thoát nước càng lớn thì lượng nước áp lực càng lớn Để biểu thị mức

độ phong phú của bồn nước, người ta thường xác định trữ lượng nước.Trữ lượng nước lâu dài là lượng nước nằm trong toàn bộ tầng chứa nước và có thể lấy được khi tháo khô hoàn toàn

Trong lượng nước này, một phần cố định gọi là trữ lượng thiên nhiên và một phần có tính chất thay đổi gọi là trữ lượng điều tiết Trữ lượng này thường khá nhỏ ở miền bổ sung và mặt thoáng tự do

Nước áp lực thường là nước cổ và ít lưu thông nên có nồng độ khoáng hóa cao.Thành phần hóa học của nước phụ thuộc chặt chẽ vào các điều kiện địa chất thủy văn của vùng Trong bồn nước tự chảy, nơi sâu nhất thường có nồng độ cao nhất có khi là nước mặn và nồng độ này sẽ giảm đi

về phía các miền bổ sung và thoát nước Nếu miền bổ sung khá lớn, lượng nước sẽ nhạt có khi ngấm sâu vào tầng nước áp lực và nước cổ có thể bị dồn ép ra ngoài Do đó, khi phần đới nước áp lực, mặc dù có những ý kiến khác nhau, các tác giả thường chia thành 3 đới: đới trên, thường là nước nhạt và thành phần muối chính là HCO3, đới giữa là nước có nồng độ khoáng hóa cao với thành phần muối chính là SO4 và đới dưới là nước có nồng độ khoáng hóa rất cao với thành phần muối chính là Cl

có thể tan ra một phần trong thời gian mùa nóng và lại đóng băng trong

mùa lạnh Hiện tượng này gọi là đông kết tạm thời Đặc biệt lớp trên mặt thay đôi mãnh liệt theo thời gian gọi là lớp hoạt động Số lượng nước tham gia vào quá trình đông kết cũng khá lớn, khoảng 3.106Km3.Sự phân bố của đông kết trong lớp vỏ phong hóa cũng rộng lớn Theo Grave diện tích phân

bố của đông kết lớn có thể tới 21.105Km2, tức là chiếm 14% diện tích bề mặt các lục địa Do đó, chiều dày của lớp đông kết không lớn lắm, trung bình vào khoảng 700m Đặc biệt, theo Kalesnik, người ta mới phát hiện được một lớp đông kết dày tới 1500m Ngoài ra, ở thượng lưu sông Makkhi, một phụ lưu của sông Vilui, có một tầng đông kết khá thuần khiết gọi là lớp “băng đá” Nguyên nhân của băng đá có thể là do băng trên mặt chìm xuống cùng với vỏ trái đất Ngày nay, người ta đã xác nhận là đông kết và băng không tồn tại ở bên dưới băng mặt như trước đây nữa Sự phân bố lệch vùng này không thuận lợi lắm cho sản xuất nhất là sản xuất nông nghiệp.Diện tích đông kết lại tập trung tới hơn 95% ở Bắc bán cầu Đông kết chỉ tan khi trên mặt đất có nạn cháy rừng hay khí hậu trái đất nóng lên Sự tan ra của đông kết và băng có thể gây ra hiện tượng Karst nhiệt, ở đó tồn tại các dòng sông ngầm và hang động băng Ở Sibir thuộc Liên Xô, dưới dòng sông Tomsk có dòng sông Tomsk ngầm với kích thước

và lưu lượng tương đương

Đông kết có ý nghĩa địa lí quan trọng Ở miền vĩ tuyến khá cao, đông kết

có thể gây nên hiện tượng lầy hóa ở địa phương Đặc biệt, đông kết còn cản trở sự phát triển của lớp vỏ thổ nhưỡng và sinh vật bên trên như Armesnia thuộc Liên Xô.Ngoài ra, đông kết cũng hạn chế quá trình đào lòng của sông ngòi và trong điều kiện thuận lợi có thể gây nên hiện tượng Karst nhiệt

C Nước trên lục địa

Trên bề mặt lục địa nước tồn tại với một số lượng khá lớn Theo kết quả tính toán của V.I Vernadski trước đây và nhất là của các tác giả K.P>Voskresenki A.I DOvudov…(1974) lượng nước này có thể lên tới 24.106 km3 tức llaf chiến ần 1,75% tổng lượng nước chung Tuy vậy, nước trên các lục địa cũng tồn tại phức tạp tùy theo và điều kiện khí hậu cụ thể

và địa lý nước tren lục địa cũng có thể ở trang thái: hơi (hơi nước), lỏng (sông ngòi, hồ đầm ) và rắn (băng).

Nước trên các lục địa có ý nghĩa hết sức to lớn trong tự nhiên cũng như trong đời sống con người Trong lớp vỏ địa lý, nước lục địa góp phần tích cực vào cacsquas tribhf tuần hoàn vật chất và năng lượng, hoàn chỉnh các thành phần khác (khih hậu, sinh vật…)và là điều kiện khong thể thiếu được trong các sinh vật (môi trường sống)….Còn trong cuộc sống con người, nước có tác dụng trực tiếp và quyết định tới quá trinh sản xuất cũng như trong sinh hoạt hàng ngày Do đó con người đã nghiên cứu vè đối tượng nước này từ lâu Ngày nay, việc nghiên cứu về các đối tượng nước ngà càng cao và ngày càng phát triển thành nhiều khoa học độc lập; thủy văn sông ngòi (hà lưu học) thủy văn hồ đầm (hồ học), thủy văn băng (băng

hà học)….NGoài ra còn có một số ngành thủy văn mới như: thủy văn cửa sông, thủy văn hò nhân tạo…Tuy vậy, ở đay cũng chỉ trình bày về sông ngòi, đầm hồ Đặc biệt lại có một số ngành khoa học khác trong trung gian như: Thủy văn- rừng, thủy văn – khí tượng, thủy văn – thiên văn học…

Diện tích các biển và đại dương gấp gần ba lần các lục địa Do đó,

N.Goraky (1967) đã nhận xét là: Hành tinh chúng ta là một “thủy cầu” hơn

là một “địa cầu” Các hải dương và lục địa phân bố xen kẽ nhau một cách

phức tạp Tuy nhiên, vẫn có thể rút ra một vài nhân xét sau:

Trước hết là sự phân bố không đều của hải dương và lục địa ở mỗi bán cầu Mỗi bán cầu có diện tích khoảng 255.106 km2, nhưng các biển và đại dương chiếm tới gần 61% của bán cầu Bắc và gần 81% của bán cầu Nam, còn các lục địa chỉ chiếm hơn 39% và hơn 19% của mỗi bán cầu thôi Như vậy, tỉ lệ giữa các biển và đại dương với các châu lục ở Bắc bán cầu là hơn 3:2 và ở Nam bán cầu là hơn 4:1 Đặc biệt, có thể chọn một vòng tròn lớn để chia Trái Đất thành hai bán cầu : lục địa và hải dương Bán cầu lục địa tập trung ở Bắc bán cầu có cực ở gần cửa sông Loire (4020’N và 2 30’W) còn bán cầu hải dương cũng tập trung ở Nam bán cầu và

có đỉnh ở gần quần đảo Antipodes (40 S và -180 E) phía Đông Nam quần đảo Tây Tây Lan (New-Zealand) Bán cầu lục địa bao gồm toàn bộ các châu: Âu, Á, Phi, Bắc Mỹ và một phần Châu Nam Mỹ Nhưng các lục địa cũng chỉ chiếm 47% thôi Bán cầu đại dương gồm phần lớn các đại dương: Thái Bình, Ấn Độ và phần Nam Đại Tây Dương và chiếm tới 91% diện tích Trong bán cầu lục địa phần hải dương vẫn chiếm tới 53% và trong bán cầu đại dương, phần lục địa chưa bằng 1/10 diện tích của bán cầu

Một đặc điểm khác cũng khá quan trọng là các biển và đại dương thường phân bố xen kẽ với các lục địa dọc theo hướng kinh tuyến, rõ nhất

là Đại Tây Dương và Thái Bình Dương Các sống núi ngầm, cũng như các hốc và rãnh biển sâu cũng kéo theo hướng này Sống núi ngầm giữa Đại

Tây Dương kéo dài từ 60 N đến 60 Svà chia đại dương này thành 5 vùng đáy sâu trên 5000m Các dải trũng (vực và hốc sâu) trong Thái Bình

Dương cung kéo dọc theo 2 bờ Đông – Tây

Cuối cùng, một đặc điểm khác nữa là các đại dương và lục địa

thường ở trạng thái đối xứng qua tâm Trái Đất Đó là thể đối xứng xuyên tâm Theo quy luật phân bố này nếu ở phái này là biển thì phía đối lập qua tâm Trái Đất phải là lục địa Người ta đã nghiệm 19/20 trường hợp Điển hình nhất là trường hợp đối xứng giữa Bắc Băng Dương và Châu Nam Cực Đặc biệt ở Bắc Băng Dương có hố sâu tới 5440m, ở Châu Nam Cực cũng có một đỉnh núi cao trên 5000m Một trường hợp khác là ở Bắc bán cầu trong các vĩ độ 45 - 70 N phần lục địa chiếm ưu thế, ở Nam bán cầu trong các vĩ độ 40 - 65 S biển lại chiếm ưu thế

2.Đại dương thế giới và các bộ phận.

Có thể nói trên bề mặt Trái Đất, các biển và đại dương chiếm một diện tích rộng lớn và lưu thông với nhau thành một dải liên tục, còn các lục địa rải rác như các đảo lớn, nhỏ Tùy theo kích thước và các đặc điểm hải văn riêng, người ta chia các dải nước mênh mông này các biển và Đại dương, trong đó các đại dương chiếm phần quan trọng nhất Dưới đây là một vài đặc điểm chung nhất cho các bộ phận trên

a)Đại dương:

Về khối lượng nước các Đại dương chiếm phần quan trọng nhất Tuy nhiên, về số lượng các đại dương lại quá ít Về điểm này, các tác giả chưa thật nhất trí: 3 – 8 đại dương Quan niệm phổ thông nhất vẫn là có 4 Đại dương: Thái Bình Dương, Đại Tây Dương, Ấn Độ Dương và Bắc Băng Dương Ngoài ra, các tác giả mới đề nghị phần thêm một Đại dương mới: Nam Đại Dương, thuộc Nam các Đại dương lớn do sự khác biệt về các đặc trưng hải văn

Đặc điểm chung của các Đại dương là kích thước lớn Theo kết quả tính toán của một số tác giả (Kossina ) các đại dương chiếm tới 89% về

diện tích và 96% về tổng lượng nước của các biển và đại dương Riêng Thái Bình Dương cũng chiếm gần 50% về diện tích và gần 53% về lượng nước của các biển và đại dương Độ sâu bình quân của các đại dương có thể tới 4117m và độ sâu lớn nhất trong vực Marian phía tây Thái Bình

Dương là 11034m Độ mặn bình quân của các đại dương là 35 , cao nhất ở Đại Tây Dương là 35,5‰ Nhiệt độ bình quân của các đại dương là 17,4 và cao nhất ở Thái Bình Dương tới 19,1 Tỷ trọng bình quân của nước các đại dương là 1,024 cũng chưa thật nhất trí Năm 1930, Wiist đã dựa trên cơ sở địa mạo để phân chia nhưng chưa hợp lý Sau đó, năm

1935, Scott có đề nghị thêm chỉ tiêu hải văn (các thủy đoàn) và sinh vật biển

Về nguồn gốc phát sinh các đại dương lại càng phức tạp Các tác giả

đã đưa ra nhiều giả thuyết khác nhau như: Tai biến (V.L Vernadski ) , co rút hay giãn nở của Trái Đất (L Egyed), trôi dạt lục địa (A Wegener), tách giãn đáy đại dương (E.C Bullard) Tuy nhiên các giả thuyết này vẫn chưa giải quyết được vấn đề nhất là quan hệ với việc giải quyết vấn đề của thủy quyển

39928.106km2, tức là chiếm khoảng 11,06 % tổng diện tích các biển và đại dương Còn nếu không, diện tích các biển còn 25838.106km2 , tức là 7% thôi Thể tích nước chứa trong các biển lại càng nhỏ Nếu cả Bắc Băng Dương thể tích các biển lên tới 48125km2, tức là chỉ tới 3,5% tổng lượng nước biển và đại dương, còn nếu không, lượng nước chỉ còn

31145.106km2 và chỉ 2,2% thôi Độ sâu bình quân của các biển là 1080m

và nơi sâu nhất là 9140m ở biển San hô Độ mặn bình quân của các biển cũng thấp chỉ vào khoảng 32‰ thôi vì tác dụng pha loãng của nước sông ngòi

Do các biển cũng có số lượng khá lớn nên tác giả cũng tiến hành phân loại biển để tiện nghiên cứu và sử dụng Tuy nhiên phương pháp phân chia cũng chưa nhất trí: đa số cấc tác giả dựa vào quan hệ giữa các đại dương để phân loại (Lâm Hoán Niên), hay có tác giả lại dựa vào nhiều chỉ tiêu hơn Nhìn chung các phương pháp phân loại này chưa nêu được bản chất của biển, nhất là về mặt lí hóa của nước biển.

3.Một vài đặc điểm của các biển và đại dương.

Tuy các biển và đại dường thường xuyên lưu thông với nhau và tạo thành một dải khá liên tục nhưng vẫn mang một số đặc điểm riêng do các điều kiện địa phương ảnh hưởng Để nhân thức rõ ràng, có thể nêu một vài đặc điểm chung trong các bảng tóm tắt sau:

Các đại lượng và biển phụ thuộc với những đặc điểm riêng có thể biểu thị trong bảng sau: