13.5 A felszín alatti vizek megcsapolódásához köthető jellegzetes jelenségek részletes bemutatása

Az előző fejezetekben részletezett különböző jelenségtípusok közül talán a leggyakrabban előfordulók és legkönnyebben tanulmányozhatók a kiáramlási területekhez kötődő jelenségek. Ezért a felszín alatti víz kiáramlásáshoz kötődő jelenségek közül részletesen tárgyalunk néhány jellegzetes példát.

13.5.1 Elsődleges és másodlagos jellemzők kiáramlási területek esetében

Meinzer megfogalmazásával élve (1923, p. 48) „A felszín alatti víz hidraulikus megcsapolódása a víz folyadék állapotban történő kifolyása a telített zónából a földfelszínre vagy egy felszíni víztestbe". A felszín alatti vizek megcsapolódása – mint azt a 11. medencehidraulikai fejezetből megismerhettük – negatív függőleges hidraulikus gradienssel (fluxusvektor pozitív, gradiens vektor ezzel ellentétes irányú, ezért negatív), viszonylagosan alacsony topográfiai helyzettel, környezettől eltérő vízminőséggel és hőmérsékleti viszonyokkal jár együtt. Ezeket összefoglalóan a felszín alatti víz megcsapolódás elsődleges jellemzőinek nevezzük (Tóth, 1971).

Ugyanakkor a megcsapolódáshoz szisztematikusan köthetők bizonyos jelenségek: források (springs), szivárgások (seepages), folyóshomok (quicksand), szappanlyukak (soap holes), gejzírek (geysers), fagyott dombok (frost mounds), pingók (pingos), felszín alatti vizek által táplált tavak (groundwater lakes) és mocsarak (marshes). Továbbá bizonyos felszínközeli és felszíni só felhalmozódások, földcsuszamlások (landslides), süppedékes talajok (slumps), talajfolyások (soil creep), vízmosások (gully) amelyek azt jelzik, hogy ezeknek a különféle jelenségeknek egy közös előidézője a felszín alatti víz megcsapolódása.

A fönti morfológiai és geológiai jelenségek ezért úgy értelmezhetők, mint a gravitációs vezérlésű vízáramlásokon keresztüli felszín alatti víz megcsapolódás (groundwater discharge) környezetileg befolyásolt megnyilvánulásai, másodlagos jellemzői (Tóth, 1971).

13.5.2 Megcsapolódási jelenségek a hidrogeológiai környezet függvényében

13.5.2.1 Források

A forrás a felszín alatti víz látható felszínre kerülése egy vagy több jól definiált természetes nyíláson keresztül (13.7. ábra).

Forrás

13.7. ábra: Forrás – Oregon, Three Sisters Wilderness Area, Linton Meadow (USA)

A források kialakulásának környezeti feltételei: elkülönülő forráskilépési pontok; a megcsapolódás mértéke haladja meg a helyi evapotranspiráció mértékét; a forrásszáj környezetének nagy permeabilitása; nagy hidraulikus gradiens; elegendően nagy mennyiségű, az áramlási rendszert tápláló csapadék.

A különféle típusú források kapcsolata a négy elsődleges jellemzővel egyértelmű. A források közelében a víztükör szintje alatt, a mélységgel nő a hidraulikus emelkedési magasság. Nemegyszer kifolyó vizű kutak fordulnak elő a források közelében. A források a környezetükhöz képest mély topográfiai szinten fakadnak (Léczfalvy,1966). A források kémiai öszetétele gyakran eltér a forráskilépési pont kőzetétől. Ezt bizonyítják a példák, amikor szulfátos forrásvíz fakad karbonátos kőzetből. A forrásvíz hőmérséklete gyakran évszaktól függetlenül stabil értéket mutat. Ugyanezt erősítik az ásványvíz minőségű vizet adó és a forróvizes források is. A forrást gyakran kör vagy félkör alakú mélyedés veszi körül, számos esetben patakot táplál a forrásvíz. A forrás közelében ásványlerakódások lehetnek (mésztufa, pl. Pamukkale), gőzölgések kísérhetik, ha a forrásvíz hőmérséklete melegebb a környezeténél. Ahol a forrásvíz jelentős nedvességtöbbletet jelent a terület átlagos nedvesség viszonyaihoz képest, ott jellemzően vízkedvelő növények veszik körül (13.7 ábra). A környező talajok, kőzetek elszíneződése is gyakran megfigyelhető a hő vagy a kémiai reakciók (pl. vasoxi-hidroxid kiválás) miatt. A források jelzik a létrejöttüket befolyásoló domináns környezeti tényezőket. Hévizes források származhatnak abból, hogy a forrást tápláló áramlási rendszer nagy mélységben felfűtődik (pl. Hévíz, budai melegforrások), forró magmás intrúzió közelségéből lemeztektonikailag aktív területeken (Új-Zéland, Izland stb.) vagy hideg víz és forró gázok keveredéséből.

A forrás vízhozam változásait a geológiai és éghajlati tényezők együttesen szabályozzák. A vízhozam változások függenek az áramlási rendszer tározási képességétől, továbbá az áramlási rendszert feltöltő csapadék események közötti idő és az áramlási rendszerben való tartózkodási időarányától. Ahol ez az arány kicsi, a forráshozamok változékonysága is kicsi, ahol nagy, ott a források időszakosak.

A források körüli depressziók nagyobbak és az elvezető patakok is gyakoribbak laza, erodálható kőzetekből fakadó forrásoknál, mint a konszolidált kőzetekből kilépőknél. Nagy hozamú, kisszámú forrás, fejlett forrásszájak jellemzőek az oldási járatokkal vagy repedezettséggel jellemezhető kőzetekben. Nagyszámú, kis hozamú forrás fakad a porózus kőzetekből.

Arid területeken a források körül jellemzően előforduló vízkedvelő növényzet feltűnőbb, mint humid klímán, ahol a vízkedvelő növények nem okoznak a környezethez képest nagy eltérést. Arid klímán, sík terepen rossz vízelvezetés és nagy evapotranspiráció mellett számottevő lehet a források közelében az ásványkiválás. Humid klímán ez kevésbé jellemző vagy egyáltalán nem fordul elő.

13.5.2.2 Szivárgások

A szivárgás a felszín alatti víz folyadék állapotban történő diffúz felszínre kerülése ott, ahol az átlagos intenzitása meghaladja a helyi evapotranspirációt.

Kialakulásuk környezeti feltételei ugyanazok, mint a források esetében az egyedi forrásszájtól eltekintve. A kapcsolódó jelenségek is hasonlóak. A szivárgások gyakran forrásokkal együtt fordulnak elő.

13.5.2.3 Folyós homok

A folyós homok vízzel telített konszolidálatlan homok tömeg, melynek hatékony szilárdsága kisebb, mint ugyanezen anyag szilárdsága száraz körülmények között. A szilárdság elvesztése a kiáramló víz pórusnyomás emelő hatásának a következménye, amely elegendő ahhoz, hogy a szemcseközi hatékony feszültséget le csökkentse vagy negatívvá tegye. Ebben a helyzetben a homokszemcsék szuszpenzióba kerülnek és a homok fizikailag folyadékként viselkedik.

Kialakulásának környezeti feltételei: konszolidálatlan vízzel telített homok, a vízmozgás függőleges komponensének határozott kiáramlási jellege. Ez szükséges ahhoz, hogy a homokszemcsék súlyát ellensúlyozza. Fontos a homok nagy permeabilitása, a jelentős hidraulikus gradiens és a vízutánpótlás. Ezek a feltételek ott teljesülnek, ahol kiáramlási területeken, heterogén kőzetekben zsebszerűen laza, finomszemcsés üledékek találhatók a felszínen vagy a felszín közelben. Alluviális, glaciális és eolikus területeken jellemző, de megtalálható folyóvölgyek alacsonyabb lejtőin, tó- és tengerpartokon is.

A kapcsolódó jelenségeket itt is a hidrogeológiai környezet határozza meg. Ezek részben hasonlóak a forrásoknál ismertetettekhez. Ezen kívül jellemző ezeken a területeken a gyér vízkedvelő, sótűrő vegetáció, ill. a növényzet teljes hiánya. Gyakori az ásványi anyag felhalmozódás. A felszíni vízelvezető csatornákban erózió figyelhető meg ott, ahol a folyós homok gyengítő hatása érvénysül. A folyós homok az áramlás erőssége függvényében szivárgássá alakulhat. Fontos a megcsapolódás időbeli változása a folyós homokok esetében. Száraz időszakban a folyós homok kiszáradhat, de intenzív csapadékosság után ismét aktívvá és veszélyessé válhat.

13.5.2.4 Szappanlyukak

A szappanlyuk a földfelszín olyan része, amely korlátozott kiterjedésű, homok, iszap, agyag és víz viszkózus keverékéből épül fel. Ezen a heterogén, tixotróp tulajdonságokkal jellemezhető közegen keresztül mérsékelt megcsapolódás zajlik. A szappanlyukak nem fordulnak elő sem extrém hideg, sem meleg klímán. Leginkább mérsékelt égövön jellemzőek. Aktivitásuk az áramlási rendszerek aktivitásával áll szoros összefüggésben. Csapadékosabb időszak után jellemzőbbek. Az iszapvulkán (mud vulcano) (13.8. ábra) ugyanaz a jelenség, mint a szappanlyuk, azzal a különbséggel, hogy a megcsapolódási zsebekben több az agyagos, kolloid anyag. A kapcsolódó jelenségek a folyós homokéhoz hasonlóak.

Iszapvulkán

13.8. ábra: Iszapvulkán

13.5.2.5 Gejzírek

A gejzírek olyan forró vizes források, amelyekből a forró víz és gőz szakaszosan, robbanásszerűen csapolódik meg (13.9 ábra).

Gejzír működésben

13.9 ábra: Kaptár vagy méhkas gejzír – Yellowstone National Park, Wyoming, USA

Lényegében módosult megcsapolódási mechanizmusú forrásoknak tekinthetők.

Kialakulásukhoz szükséges: hőforrás (magma vagy gőz), víz utánpótlás és a forrásszáj alatti kavernásodott tárolórendszer. Ha ezen környezeti feltételek közül bármelyik hiányzik, forró vizes forrás vagy szivárgás vagy hideg karsztforrás alakul ki.

A forrásszáj alatti tárolórendszer egy vagy több kavernából áll, amely alatt közvetlenül repedezett kőzetek találhatók. Ebbe a tároló rendszerbe csapadék eredetű vizet szállítanak a gravitációs vízáramlások. A vizet közeli magmás test, forró gőz vagy gáz melegíti fel. Amikor a rezervoárban uralkodó nyomás a légköri és a hidrosztatikus nyomás összegét meghaladja, a víz és a gőz a nyíláson kitör, hirtelen nyomásesést idézve elő a felszín alatti járatokban, kavernákban.

Az, hogy a gejzírek a felszín alatti víz megcsapolódás speciális megnyilvánulásai az is igazolja, hogy az elsődleges megcsapolódási jegyek környezetükben megfigyelhetők. Általában mély fekvésű helyzetben fordulnak elő, ezért beszélhetünk ún. gejzír medencékről.

13.5.2.6 Fagyott dombok

A fagyott dombok olyan domborzati magaslatok, amelyek a fagyhatás következtében jönnek létre. Kialakulásuk feltétele a domb alatt található konszolidálatlan anyag, vizet jól vezető lencse, amelyen keresztül koncentrált vízkiáramlás lehetséges. További feltétel az időszakosan vagy állandóan fagyott talaj jelenléte. Méretük rendkívül változó, átmérőjük néhány métertől kilométer nagyságrendig terjedhet, magasságuk néhány centiméter és 100 m között változhat. A hideg égövi területeken jellemzőek, Alaszkában, Észak-Kanadában és Szibériában. Előfordulnak még a hosszú téli fagy területein, de csak évszakos jelenségként. Kialakulásuk egyszerűen magyarázható a víz fagyás során bekövetkezőtérfogat növekedésével.

A pingók vagy hidrolakkolitok eredete is hasonló. Változatos méretű jég maggal rendelkező dombok, amelyek konszolidálatlan szemcsés anyagban alakulnak ki. Csúcsukon gyakran kráter-szerű depresszió található, amelyben kis tavacska, forrás vagy szivárgás észlelhető. Gyakran árkok szabdalják a tetejüket, amelyet vízkedvelő növények népesítenek be.

A pingókhoz, fagyott dombokhoz kapcsolódó jelenségek megegyeznek a többi jelenségnél említettekkel: alacsony topográfiai helyzet, források, szivárgások, vízkedvelő növények, környezetnél magasabb hőmérséklet (folyik a víz a hideg égövön).

13.5.2.7 Felszín alatti vizes tavak és mocsarak

Felszíni víztest, amely körül a nedves, mocsaras felszíni körülmények utalnak a felszín alatti vizes eredetre. Fennmaradásuk csapadék és felszíni lefolyás hiányában is biztosított. Az állandóan nedves viszonyok a felszálló felszín alatti víznek köszönhetők, ezért a tavak, mocsarak kialakulásához szükséges feltételek hasonlóak a forrásokéhoz, szivárgásokéhoz. Ugyanakkor rendkívül változatos környezeti feltételek mellett, trópusi, préri, hegyvidéki vagy hidegégövi körülmények között egyaránt előfordulhatnak. Valamennyi egyedi esetben a megcsapolódási körülmények a helyi környezeti viszonyokat tükrözik, amelyet nehéz sematizálni.

Ugyanakkor lényeges különbségek vannak hasonló klimatikus körülmények között kialakult felszín alatti vizes és felszíni vizes tavak, mocsarak között. A vízvezető kőzetek tározó képességük folytán áramlás kiegyenlítő hatást fejtenek ki a felszín alatti vizes tavak és mocsarak vízhozamára. Ezért a felszín alatti vízzel táplált tavak kevéssé változékonyak, kisebb a vízszintingadozásuk, mint a felszíni lefolyással táplált megfelelőiknek. A viszonylagosan stabil vízszint a tavak partja körül övezetes növényzet kialakulásához vezet.

Ezek körül a tavak körül szintén megtalálhatók a megcsapolódásra jellemző egyéb jelenségek, források, szivárgások, szappanlyukak, sókiválások, míg ugyanezek nem fordulnak elő a kizárólag felszíni vízzel táplált tavak körül.

Az előbbi jeggyel szoros összefüggésben, a felszín alatti vízből táplálkozó tavak sótartalma jóval jelentősebb, összehasonlítva felszíni vizes megfelelőikkel.

A hőmérsékletingadozásban is különbség mutatható ki, a felszín alóli táplálás stabil hőmérsékleti viszonyokat eredményez.

Különbség észlelhető a tófenék állagában is. A felszín alatti vízzelt táplált tavak medre a folyamatosan feláramló felszín alatti víz miatt viszonylag lágy, folyós, esetenként hepehupás, zónás elhelyezkedésű növénytársulások, sófelhalmozódás jellemzik. A felszíni vízből táplált tavak tömör, kevéssé nedves fenekűek jóval egységesebb növényborítottsággal, sófelhalmozódás nem jellemző.

A vízszintek jellemzően minimum szintet érnek el a téli időszakban a felszíni vizes mocsaraknál, tavaknál, míg a felszín alatti vizes megfelelőik vízszintje télen növekedhet.

Az előbbiekben vázolt diagnosztikus különbségek természetesen viszonylagosak. Mindazonáltal megértésük fontos szerepet játszhat egy terület felszín alatti vízrendszereinek megértésében.

13.5.2.8  Só felhalmozódások

A felszín alatti vizek által kioldott ásványi sók szállítódás után kiválhatnak és a víz evaporáció révén a felszínen vagy a felszín közelben felhalmozódhatnak a kiáramlási területek felett. A környezeti tényezők függvényében a só felhalmozódások típusa és intenzitása is változhat. A legjellemzőbbek a nátrium-klorid, nátrium-szulfát, kalcium-, magnézium-klorid és szulfátkiválások. Az intenzitás az analitikailag kimutatható mértékű gyenge sósságtól egészen a só kivirágzásig, playakig, ásványi nyersanyag méretű só felhalmozódásig terjedhet.

A só felhalmozódás hidrogeológiai környezeti feltételei: az evaporáció haladja meg a felszín alatti víz megcsapolódás mértékét, az áramlási közeg viszonylag magas sótartalma, viszonylag hosszú felszín alatti tartózkodási idő, viszonylag kevés csapadék és a felszín alatti lefolyás hiánya (amely a sót eltávolíthatná a felszínről) (13.10 ábra).

Szikes területek jelenségei a kiáramlási területek elhelyezkedéséhez képest

13.10 ábra: Szikes területek jelenségei a kiáramlási területek elhelyezkedéséhez képest (Simon, 2010 nyomán)

Mindezekből következik, hogy a felszín alatti víz kis áramlási intenzitása és a forró száraz klíma kedveznek leginkább a sófelhalmozódásnak. A kis áramlási intenzitás leginkább a csekély topográfiai gradienssel vagy a kis kőzetpermeabilitással áll összefüggésben. Ezek a feltételek mérsékelt reliefen, szemiarid és arid klímán, agyagos vagy iszapos kőzetek jelenléte esetén teljesülnek.

13.5.2.9 Gravitációs tömegmozgások

A léptéktől függően a csuszamlások, suvadások, talajfolyások tartoznak a gravitációs tömegmozgások körébe. Közös jellemzőjük, a kőzetanyag lejtés irányában történő elmozdulása. Ha felszíni víz indít el ilyen mozgásokat, akkor szűk és meredek falú árok képződik, más néven vízmosás. Gyakran találkozhatunk azzal, hogy a felszín alatti víz megcsapolódás szolgál alapjául ilyen jellegű mozgásoknak.

Megnöveli a felszíni anyag mobilitását a megnövekedett pórusnyomás és a feláramló víznek köszönhetően. Ez utóbbi csökkenti a hatékony feszültséget, a kőzet stabilitást; a víz nedvesítő hatása pedig elősegíti a szemcsék elmozdulását. Bizonyos agyagásványok duzzadása is hozzájárul a folyamathoz.