Artesiallinen pohjavesialue – määritelmä, toimintaperiaate ja esimerkit
Artesiallinen pohjavesialue: selkeä määritelmä, toimintaperiaate ja käytännön esimerkit — opi paineistetuista kaivoista, virtaavista artesaanikaivoista ja vaikutuksista ympäristöön.
Artesialainen pohjavesialue on maanalainen kerros, jossa pohjavesi on paineen alaisena. Tämä tarkoittaa sitä, että veden paine pinnan yläpuolella (piezometrinen tai potentiaalipinta) on sellainen, että poratun kaivon vedenpinta nousee siihen kohtaan, jossa paine tasapainottuu. Tällaisia kaivoja kutsutaan yleisesti artesialaisiksi kaivoiksi. Jos paine on riittävän suuri, vesi voi nousta maanpinnalle asti ja kaivo luo luonnollisen puron; tällaisesta pisteestä käytetään nimitystä virtaava artesaanikaivo.
Miten artesiallinen pohjavesialue muodostuu?
Pohjavesikerros muodostuu yleensä vettä pidättävästä ja läpäisevästä materiaalista, kuten hiekasta tai sorasta, kalkkikivestä tai hiekkakivestä, jonka läpi vesi sekä virtaa että varastoituu. Artesiallisessa esiintymässä nämä vettä varastoivat kerrokset ovat peittyneinä vähemmän läpäisevillä kerroksilla (esimerkiksi savella, tiiviillä moreenilla tai kovalla kivellä), jotka rajoittavat veden vapautumista ja aiheuttavat paineen kertymisen. Veden paine syntyy, kun veden palautumisalueen (recharge) pohjaveden pinta on korkeammalla kuin kaivon korkeus ja veden varastokerros on rajoitettu tiiviillä peitekerroksilla.
Erityispiirteet ja mittaaminen
- Potentiaalipinta (piezometrinen pinta): kuvaa sitä korkeutta, johon vedenpinta nousee vapaasti yhteydessä olevaan kaivoon. Artesiallisella esiintymällä potentiaalipinta voi olla maanpinnan yläpuolella.
- Paineen mittaus: paineellisuutta seurataan usein piezometreillä tai erillisillä mittakaivoilla, joista voidaan lukea paineen mukainen vesipinta- tai painearvo.
- Fossiilinen pohjavesi: joissain artesiallisissa esiintymissä vesi on hyvin vanhaa (fossiilista), eli sen uusiutuminen on hidasta tai olematonta. Tällaiset varannot voivat käyttäytyä kuin paineistetut öljyesiintymät, mistä on olemassa vertailu öljylähteiden paineisiin.
Käyttö, hyödyt ja riskit
Artesialliset kaivot ovat arvokkaita, koska ne voivat tarjota puhdasta ja usein vakaa-virtaista vettä ilman jatkuvaa pumppausta, jos paine ylläpitää nostetta. Ne soveltuvat juomaveden, kastelun ja teollisuuden tarpeisiin. Toisaalta artesiallisten esiintymien hyödyntäminen vaatii varovaisuutta:
- Ylikuormitus: liiallinen vedenotto voi laskea potentiaalipintaa ja menettää artesialisen paineen, jolloin kaivot lakkaavat virtaamasta.
- Saastumisriski: jos kaivon rakenne ei ole oikein tiivistetty tai jos pintavesi pääsee valumaan huonosti suojattuun huokoseen, kontaminaatio voi levitä paineen mukana.
- Hallinta: virtaavia artesaanikaivoja saatetaan joutua varustamaan sulkuventtiileillä, tihkulevyillä tai muilla rakenteilla vedenhallinnan vuoksi.
- Geologinen haavoittuvuus: rannikkoalueilla voimakas vedenotto voi aiheuttaa suolaveden tunkeutumista.
Esimerkit ja esiintyvyys
Tunnettuja artesiallisia alueita on maailmalla useita; klassinen esimerkki on Australian suuri Great Artesian Basin, jossa monin paikoin kaivot ovat luonnostaan paineellisia ja osa on jopa virtaavia. Artesiallisia esiintymiä voi syntyä monenlaisissa geologisissa ympäristöissä, myös kerrostuneissa moreeni- ja sorakerrostumissa sekä kallioperän halkeamissa, mikä tekee ilmiöstä yleismaailmallisen mutta paikallisesti vaihtelevan.
Kun huomioidaan käytännössä
Artesiallisten pohjavesialueiden kartoitus ja hallinta perustuvat geologisiin tutkimuksiin, paine- ja vesinodeetutkimuksiin sekä pitkäaikaiseen seurantaohjelmaan. Käytännössä tämä tarkoittaa: porausten ja porausten tukimateriaalien huolellista suunnittelua, piezometrien asentamista paineen seuraamiseksi, vedenoton rajoittamista kestävälle tasolle ja tarvittaessa suojatoimenpiteitä virtaavien kaivojen turvalliseksi kontrolloimiseksi.
Yhteenvetona: artesiallinen pohjavesialue on paineellinen, peitekerrosten rajoittama pohjavesikerros, jonka paine voi nostaa vedenpinnan kaivossa korkealle — joskus jopa maanpinnalle asti. Ilmiö tarjoaa käytännön hyötyjä mutta vaatii huolellista geologista ymmärrystä ja pitkäjänteistä hallintaa.
Piirustus artesialaisesta kaivosta
Geologiset kerrostumat, joista artesiinikaivo syntyy.
Messelin kuopan artesiinikaivo.
Alkuperä
Artesialaiset kaivot on nimetty Ranskan Artois'n maakunnan mukaan. Karthusialaismunkit porasivat sinne vuodesta 1126 alkaen monia artesialaisia kaivoja.
Sijainti
Artesialaisia pohjavesialueita on monissa maissa, kuten Australiassa, Yhdysvalloissa, Espanjassa, Italiassa, Yhdistyneessä kuningaskunnassa, Fidžillä ja Kanadassa. Great Artesian Basin on maailman suurin ja syvin artesialainen allas, joka kattaa 23 prosenttia Australian mantereesta.
Kysymyksiä ja vastauksia
K: Mikä on artesialainen pohjavesialue?
V: Artesialainen pohjavesialue on maanalainen kerros, jossa pohjavesi on paineen alaisena.
K: Mikä saa kaivon vedenpinnan nousemaan arteesisessa pohjavesialueessa?
V: Kaivon vedenpinta nousee pisteeseen, jossa paine on yhtä suuri kuin veden paino, joka asettaa sen paineen alaiseksi artesian pohjavesialueella.
K: Mikä on virtaava artesialainen kaivo?
V: Virtaava artesiinikaivo on kaivo, joka yltää maanpintaan, jos luonnollinen paine on riittävän korkea.
K: Mikä on pohjavesialue?
V: Akviferi on geologinen kerros, joka voi pidättää vettä, kuten hiekka ja sora, kalkkikivi tai hiekkakivi, jonka läpi vesi virtaa ja varastoituu.
K: Mikä aiheuttaa paineen artesian pohjavesialueella?
V: Artesialainen pohjavesialue on kallion tai saven välissä, mikä aiheuttaa paineen.
K: Milloin vesi palaa pohjavesialueelle?
V: Vesi palaa pohjavesikerrostumiin, kun pohjaveden pinta sen muodostumisalueella on korkeammalla kuin kaivon korkeus.
K: Voivatko fossiiliset pohjavesikerrostumat olla arteesisia?
V: Kyllä, fossiiliset pohjavesiesiintymät voivat olla myös arteesisia, jos ympäröiviin kiviin kohdistuu riittävä paine.
Etsiä