Powyższy opis brzmi znajomo, prawda? Codziennie obserwujemy zmiany klimatu, które zachodzą tu i teraz. Pojawiają się ekstremalne zjawiska pogodowe, powodzie, pożary. Zmiany dotyczą całego świata jaki znamy. Od Biebrzańskiego Parku Narodowego po lasy w Kalifornii (USA). Mianownik tragedii środowiskowych jakie mają miejsce jest zawsze jeden – brak wody. I tu dochodzimy do najczęstszego stwierdzenia jakie towarzyszy nam w życiu codziennym i przestrzeni medialnej – brak wody. Co to znaczy „brak wody”? Czy naprawdę możemy z niepohamowaną łatwością przypisywać światu brak wody, skoro ilość wody nie zmieniła się od czasu powstania naszej planety? Od około 4,6 miliarda lat, bo wtedy powstała Ziemia z mgławicy słonecznej, mamy pierwiastki chemiczne, które warunkowały późniejszy skład wody. Wystygnięcie powierzchni litosfery poniżej temperatury wrzenia wody umożliwiło powstanie pierwszych zbiorników wodnych przed około 4 miliardami lat. Zbiorniki te rozwinęły się w późnym archaiku, a objętość Wszechoceanu ustaliła się na poziomie zbliżonym do dzisiejszego. Ta woda, którą teraz wykorzystujemy może być dokładnie tą sama kroplą wody, która w swej długiej drodze od ery mezozoicznej, w okresie jury była wypita przez dinozaury około 150 milionów lat temu. 

Ostatnie lata przynoszą kolejne klęski związane z wodą – latem susze i pożary lasów, wiosną torfowisk, a zimą powodzie. „Brak wody” w potocznym wydźwięku oznacza bowiem fakt, że wody nie ma tam, gdzie byśmy tego sobie życzyli w takiej ilości jakiej oczekujemy. Dostatek taniej, dobrej i łatwej w dostępie wody powoli się kończy. A zatem to całkowicie zmienia postrzeganie procesu zaniku wody, o którym z taką łatwością rozmawiamy na co dzień. Żeby zrozumieć niedobory wody, musimy prześledzić cykl krążenia wody w przyrodzie. 

Klasyczny obieg wody w przyrodzie jest nam znany przynajmniej od szkoły podstawowej. Woda paruje, następnie ulega kondensacji, a później spada na powierzchnię w postaci opadu atmosferycznego, najczęściej w formie deszczu. Dalej albo spływa po powierzchni do większego zbiornika wody powierzchniowej, albo infiltruje, czyli przesiąka w głąb utworów skalnych i dociera do strefy, gdzie wszystkie pustki skalne (przestrzenie porowe) są wypełnione wodą. Zawodnione warstwy skał przepuszczalnych tworzą warstwy wodonośne. Stąd woda przemieszcza się pod wpływem różnicy ciśnień hydraulicznych do terenów dolinnych. Tam przenikają do koryt rzecznych i mis jeziornych lub wypływają w postaci źródeł a także zasilają siedliska łąkowe i bagienne. Takie obszary nazywamy strefami drenażu. Z tych stref woda ponownie paruje. Cykl się zamyka. Ten cykl w klasycznym rozumieniu nie jest niczym zaburzony, obejmuje wyłącznie strefy naturalne i nie zmienia się od czasu jego pierwszej prezentacji dla szerszego grona odbiorców. Nasza planeta jednak ewoluuje i zabudowuje się w sposób znaczny. Powstają miasta i strefy przemysłowe. To wszystko zmienia pojęcie obiegu wody.

Prześledźmy zatem cykl obiegu wody w strefie zurbanizowanej. Początek jest ten sam. Woda paruje, ulega kondensacji i poprzez transport chmury są przeniesione ponad strefę zurbanizowaną. Taka strefa cechuje się silną izolacją powierzchni terenu, to znaczy, że znaczna powierzchnia jest pokryta dachami, ulicami wykonanymi z nieprzepuszczalnego asfaltu, chodnikami i placami. Jest szczelna i zabetonowana. To sprawia, że podczas opadu atmosferycznego zdecydowana jego część albo wyłapywana jest bezpośrednio do sieci kanalizacyjnej albo ulega spływowi powierzchniowemu.

Infiltracja wód opadowych do gruntu, a później do warstwy wodonośnej jest wysoce ograniczona. Skutkuje to zmniejszeniem zasilania warstwy, a to z kolei przekłada się na obniżanie zwierciadła wody w warstwie. Zwiększony jednak spływ powierzchniowy powoduje lokalne podtopienia w okresach wzmożonych opadów, szczególnie deszczu. Wówczas pobliskie cieki powierzchniowe w okresie bezdeszczowym (a te wydłużają się w Polsce coraz bardziej) wysychają, a w okresie intensywnych opadów zagrażają wystąpieniem powodzi. Rodzą się zjawiska ekstremalne. To tu zatem należy szukać powodów zmian w obiegu wody w środowisku, bo to właśnie strefy zurbanizowane stanowią obszary nowe z przyrodniczego punktu widzenia. Najważniejszym elementem przytoczonego opisu jest ekstremalnie ograniczona infiltracja wód opadowych do gruntu, przez strefę aeracji aż do warstwy wodonośnej wód podziemnych – strefy saturacji. Problem ten dotyczy jednak nie tylko obszarów zurbanizowanych.

Najważniejszymi strefami z hydrogeologicznego punktu widzenia są strefy zasilania wód podziemnych. Strefy zasilania bezpośredniego to obszary, na których odbywa się dopływ do strefy saturacji określonego poziomu wodonośnego, na drodze infiltracji wód opadowych. To tu wody powierzchniowe infiltrują, czyli wsiąkają do gruntu, a następnie aż do warstwy wodonośnej i rozpoczynają swoją podróż w obiegu w przyrodzie już jako woda podziemna. Czyli to takie strefy, w których kropla wody z powierzchniowej zmienia swój charakter na wodę podziemną. Zasilanie wód podziemnych może również zachodzić na drodze dopływu lateralnego z innych poziomów wodonośnych, jak również poprzez sztuczne wzbogacanie zasobów wód, jednak to zasilanie bezpośrednie z opadów atmosferycznych jest najcenniejsze. A co za tym idzie w przypadku ograniczenia infiltracji, szczególnie w strefach zasilania wód podziemnych eliminujemy możliwość odbudowy zasobów i ilość wody, w tym konkretnym miejscu, ubożeje.

KRO odbił się od gałązki i wylądował na miękkiej murawie. Spłynął po listku trawy na ziemię, która natychmiast go wchłonęła, po wielu dniach suszy spragniona wilgoci. PEL spadł na skałę. Po jej krawędzi ostrożnie i powoli, wężowym ruchem płynął w dół. […] po suchej skale trudno było szybko się poruszać. […] KA złapała się pnia, po czym prędziutko spłynęła po nim w dół. Dotknęła ziemi i natychmiast w nią wsiąknęła. W miarę jak zagłębiała się w ściółkę, potem w lekką czarną glebę, a wreszcie w piasek, robiło się coraz ciemniej.

Gdzie możemy znaleźć strefy zasilania? W ujęciu lokalnym będą to wszystkie obszary, w których zwierciadło wody jest położone wyżej, a nadległa strefa aeracji jest zbudowana ze skał umożliwiających infiltrację wód z powierzchni. Skały te musza mieć charakter przepuszczalny.
W aspekcie regionalnym są to w Polsce przede wszystkim tereny górskie i wyżynne. Szacuje się, że obszarze naszego kraju do poziomów wodonośnych dociera około 18% średniorocznej sumy opadów. Mechanizm zasilania nie jest jednak tak prosty. Najważniejszym opadem atmosferycznym, który ma decydujące znaczenie dla zasobności wód podziemnych jest śnieg, a nie deszcz. To obecność pokrywy śnieżnej w okresie zimowym jest kluczowa. 

Zalegający śnieg na powierzchni terenu tworzy pokrywę śnieżną, która jest stosunkowo trwała wobec chwilowych zmian pogodowych. Warstwa jest izolowana i może utrzymywać się na powierzchni aż do połowy wiosny. Sposób zanikania pokrywy śnieżnej w strefach bezpośredniego zasilania wód podziemnych jest najbardziej istotny. Śnieg bowiem wytapia się bardzo powoli, a to przekłada się na wolne, ale dokładne zwilżanie strefy aeracji ponad zwierciadłem wód podziemnych. Każda kropla wytopiona z pokrywy śnieżnej zaczyna infiltrować i wytraca swoją objętość na potrzeby zwilżenia drogi filtracji – części milimetra. Kolejna kropla, jeśli trafi w ten sam punkt może pokonać drogę uprzednio zwilżoną (tzw. uprzywilejowana droga filtracji) bez wytracenia swojej objętości,
a następnie, poniżej wilgotnej głębokości ponownie zacznie zanikać znów na potrzeby zwilżenia drogi filtracji. I tak każda kropla z kolei zanika przedłużając wilgotną ścieżkę dla kolejnej. Dopiero któraś
z kolei kropla, jeśli ponownie trafi na tę samą drogę, może przepłynąć strefę aeracji w całości, gdy strefa ta jest zwilżona. Dlatego tak ważne jest wytapianie pokrywy śnieżnej na dużej powierzchni. Dzięki temu znaczna objętość strefy aeracji ulega zwilżeniu. Zwilżenie tej strefy umożliwi wodzie z kolejnych opadów atmosferycznych już bezpośrednie wsiąkanie do gruntu. 

W przeciwnym razie w strefie powyżej zwierciadła wód podziemnych tworzy się swoista poduszka powietrza. Działa ona jak bufor uniemożliwiający infiltrację wód opadowych do warstwy wodonośnej. Proces ten można porównać do podlewania ziemi w doniczce. Jeśli nie podlewaliśmy kwiatów przez dłuższy czas i doszło do przesuszenia ziemi to przy pierwszym podlaniu woda utrzymuje się na powierzchni lub zaczyna spływać na boki. Dokładnie taki sam mechanizm zachodzi w środowisku gruntowo-wodnym w przypadku braku zwilżenia strefy aeracji. Jeśli strefa ta jest wypełniona powietrzem to uniemożliwia to skuteczną, bezpośrednią infiltrację w celu zasilenia wód podziemnych. Jest to tym bardziej dotkliwe, że woda, która spada na taką powierzchnię terenu natychmiast podlega spływowi powierzchniowemu i jest wychwytywana w najbliższych zbiornikach wód powierzchniowych płynących lub stojących, albo co gorsze w kanalizacji ściekowej jako deszczówka. Najobfitsze opady przypadają w Polsce na okres lipiec-sierpień i to właśnie ta woda opadowa nie ma możliwości infiltracji w głąb. 

Niby zasoby na kuli ziemskiej są ogromne. Nie licząc wody zawartej w skałach, w hydrosferze znajduje się ponad miliard kilometrów sześciennych. Zdawałoby się, że to bardzo dużo. Jednak z tak dużej masy aż 96,5% to słone wody oceanów i mórz. Do spożycia się nie nadają, a uzyskanie wody pitnej poprzez odsalanie wód morskich jest bardzo kosztowne. Całkowite odnawialne zasoby wody w Polsce są szacowane na około 60,5 miliarda metrów sześciennych i pod wieloma względami sytuacja w kraju przypomina problemy wodne Nigerii. Większość jednak odnawialnych zasobów pochodzi z zasilania wodami opadowymi, stąd tak kluczowe znaczenie infiltracji tych wód do warstwy wodonośnej.

Mechanizm zasilania bezpośredniego wód podziemnych jest powszechnie znany. Możemy zatem wskazać newralgiczne punkty, które wpływają na zaburzenie procesu wzbogacania zasobów wodnych. Głównym problemem jest brak pokrywy śnieżnej, która zalegałaby w górach i regionach wyżynnych co najmniej kilka miesięcy. Od kilku lat obserwujemy coraz łagodniejsze zimy w Polsce, kiedy opad śniegu można policzyć na palcach jednej ręki w całym okresie zimowym. Mimo iż zima 2020/2021 wydawała się być śnieżna to śnieg szybko się wytopił i trwało to bardzo krótko – kilka tygodni. Moja mama do dziś wspomina, że zima trwała 3 miesiące i była pełna śniegu, a zdarzało się, że i szkoły były pozamykane, bo dotarcie do nich było po prostu niemożliwe. Moja córka z kolei w roku 2020 nie widziała śniegu w ogóle. To jest właśnie namacalny dowód na zmianę klimatu, która bezpośrednio odbija się na zasilaniu wód podziemnych i tym co rozumiemy pod pojęciem „braku wody”. Co możemy zatem zrobić dla odbudowy zwierciadła wód podziemnych?

Jedyną możliwością przywrócenia pokrywy śnieżnej w okresie zimowym w górach i regionach wyżynnych jest ograniczenie lub cofnięcie zachodzących zmian klimatycznych. Odbudowa klimatu umiarkowanego to nie tylko zahamowanie wzrostu średniej temperatury, ale przede wszystkim przywrócenie równomiernych, intensywnych opadów atmosferycznych, ale przede wszystkim zimą. Działania te możemy równolegle wspierać poprzez rozbudowę małej retencji w Polsce, a to może zrobić każdy z nas. Retencjonowanie wody może obejmować wykonanie ziemnego zbiornika przydomowego dla magazynowania wody do podlewania ogródka, wykorzystanie wody deszczowej pochodzącej z dachów osiedla na którym mieszkamy do podlewania trawnika. Świadome
i profesjonalne budowanie zbiorników dedykowanych dla retencji lub basenów infiltracyjnych. Wszystkie działania, które zwiększają retencję mogą wspomóc lub w skrajnych przypadkach zastąpić naturalną infiltrację wód do warstwy wodonośnej. Pobocznym skutkiem infiltracji jest podczyszczanie wykorzystywanej wody. Na skutek przesiąkania przez kolejne warstwy gruntu i skał woda samoistnie się oczyszcza.

Brak wody w środowisku gruntowo-wodnym nie oznacza mniejszej ilości wody na świecie, ale zubożenie zasobów wód podziemnych lokalnie, bądź regionalnie. Wody nie jest mniej w obiegu, ale zmienia swoją formę występowania. Woda podziemna, z której korzystamy najchętniej nie jest dostępna tam, gdzie sobie życzymy i w takiej ilości jak sobie życzymy. Objawia się to obniżeniem zwierciadła wód podziemnych w warstwie wodonośnej, a to z kolei często przekłada się na obniżenie zwierciadła wód w rzekach i jeziorach. Obserwujemy wówczas, że zanikają, mówimy że wysychają. Mało kto zdaje sobie sprawę z tego, że drastyczne obniżenie poziomu wody w okresie letnim jest bezpośrednio skutkiem braku pokrywy śnieżnej w okresie zimowym. 

Latem nie ma wody, bo zimą nie ma śniegu.

Fragment artykułu zaczerpnięto z książki autorstwa Elżbiety Zubrzyckiej „Wielkie przygody małej kropelki wody. Bardzo pouczająca historia” GWP, Gdańsk 2016.

Autorka: Dorota Pierri, doktor inżynier nauk o Ziemi