Kodėl iš žemės trykšta šaltiniai?
Trumpas atsakymas: Šaltiniai susidaro, kai požeminis vanduo pasiekia žemės paviršių. Tai atsitinka, kai gruntinio vandens lygis susiduria su šlaitu arba kai slėgis užkasto vandens sluoksnyje išstumia vandenį (artezinis efektas).
Kas iš tikrųjų vyksta?
Lietus ir sniegas susigeria į žemę. Vanduo juda tarp dirvožemio ir uolienų. Šios vandeniu užpildytos ertmės vadinamos vandeningaisiais sluoksniais.
Vanduo lėtai teka žemyn po žeme, sekdamas gravitacija ir uolienų sluoksnių forma. Ten, kur vandeningasis sluoksnis susitinka su žeme, vanduo gali ištekėti kaip šaltinis. Jei uolienų sluoksnis sulaiko slėgį turintį vandenį, tas slėgis gali jį išstumti aukštyn ir iš jo be siurblio.
Šaltiniai taip pat gali susidaryti ten, kur kieta, nepralaidi uoliena arba lūžis stumia vandenį į šonus į paviršių. Ištekantis vanduo gali būti šaltas, šiltas ar net karštas, priklausomai nuo to, kaip giliai jis nukeliavo ir ar praėjo šalia karštų uolienų.
Mokslinis paaiškinimas
Įvardyti dėsniai / principai: Darcy dėsnis ir hidrostatinis slėgis (artezinis efektas).
Vanduo dirvožemyje ir uolienose juda per mažas poras ir įtrūkimus. Darcy dėsnis apibūdina, kaip tėkmės greitis priklauso nuo hidraulinio gradiento (vandens lygio skirtumo) ir medžiagos gebėjimo praleisti vandenį (pralaidumo) . Gravitacija traukia gruntinį vandenį į žemesnius aukščius, todėl vanduo kaupiasi slėniuose ir nuteka ten, kur gruntinio vandens lygis pasiekia žemę.
Spaudžiamas vandeningasis sluoksnis yra įspraustas tarp sluoksnių, kurie sunkiai praleidžia vandenį. Jei vanduo spaudžiamame vandeningame sluoksnyje yra aukščiau įkalnėje, hidrostatinis slėgis gali stumti vandenį į šulinį arba iš žemės kaip artezinį šaltinį. Geologija taip pat lemia šaltinių tekėjimą į paviršių: lūžiai, jungtys ir nepralaidžių uolienų kanalų sluoksniai.
Šaltinio vandens temperatūra priklauso nuo gylio ir šilumos srauto iš Žemės gelmių, kuris gali sušildyti giluminį gruntinį vandenį.
Kaip mes tai žinome: Mokslininkai matuoja vandens lygį, tėkmės greitį ir slėgį šuliniuose ir šaltiniuose. Jie kartografuoja uolienų sluoksnius ir naudoja žymeklius bei dažiklius požeminiams tėkmės keliams sekti .
Kasdieniai pavyzdžiai
- Kalnų šaltinis, susidarantis uolėto šlaito papėdėje
- Artezinis šaltinis, iš kurio vanduo kyla iš uždaro vandeningo sluoksnio
- Šiltas arba karštas šaltinis, šildomas gilios geoterminės šilumos
- Karstinis šaltinis, iš kurio vanduo nuteka per klinčių urvus
- Sėdėjimasis palei kelio griovį, kur gruntinis vanduo nuteka į šlaitą
Praktinis bandymas
Modelio šaltinio gamyba
Sauga: Negerkite eksperimente naudoto vandens; nuvalykite išsiliejusį skystį.
Priemonės
- skaidrus plastikinis padėklas
- šiurkštus smėlis
- smulkus smėlis
- žvyras
- vanduo
- maistiniai dažai
- nedidelio nuolydžio atrama (knygos)
Žingsniai
- Pakreipkite padėklą, vieną galą atremdami į knygas, kad susidarytų švelnus nuolydis.
- Apačioje, netoli apatinio galo, sluoksniuokite žvyrą, tada šiurkštų smėlį, o tada smulkų smėlį – viršutiniame gale.
- Lėtai pilkite spalvotą vandenį ant viršutinio galo, kad imituotumėte lietų, ir leiskite jam įsigerti.
- Stebėkite, kur spalvotas vanduo atsiranda apatiniame gale arba krašte tarp sluoksnių.
- Pabandykite pertvarkyti sluoksnius, kad pamatytumėte, kaip keičiasi išėjimo taškas. Ką tai rodo: Vanduo juda per porėtus sluoksnius ir išteka ten, kur požeminis gruntinio vandens lygis pasiekia paviršių arba kur sluoksniai jį išstumia.
Svarbūs žodžiai
- Vandeningasis sluoksnis: uolienų arba nuosėdų telkinys, kuriame yra ir praleidžiamas gruntinis vanduo.
- Požeminio vandens lygis: viršutinis gruntinio vandens lygis; virš jo žemė nėra visiškai prisotinta.
- Uždaras vandeningasis sluoksnis: vandeningasis sluoksnis, įstrigęs tarp dviejų mažo pralaidumo sluoksnių.
- Artezinis: apibūdina vandenį, kurį uždarame vandeningajame sluoksnyje slėgis stumia į viršų.
- Pralaidumas: matas, rodantis, kaip lengvai vanduo gali judėti per uolieną arba dirvožemį.
Trumpi klausimai
Ar visi šaltiniai yra saugūs gerti?
Ne. Šaltinio vandenyje gali būti mikrobų ar kenksmingų cheminių medžiagų, todėl prieš geriant jį reikia patikrinti.
Kodėl kai kurie šaltiniai yra šilti?
Šiltų šaltinių vanduo nukeliavo pakankamai giliai, kad jį sušildytų Žemės vidinė šiluma.
Ar žmonės gali sukurti šaltinius?
Gręžiant ar kasant galima išgauti vandeninguosius sluoksnius ir priversti vandenį tekėti, bet tai ne tas pats, kas natūraliame šaltinyje.
Ar šaltiniai kada nors nustoja veikti?
Taip. Šaltiniai gali sulėtėti arba išdžiūti, jei vandeningąjį sluoksnį papildo mažiau vandens arba jei pasikeičia požeminis srautas.