3. Hüdrosfäär

Suur osa veest, mis langeb sademetena maapinnale, ei satu otse vooluvetesse, vaid imbub raskusjõu mõjul läbi pinnase. Põhjaveeks nimetataksegi seda maakoores leiduvat vaba ehk vedelal kujul olevat vett, mis võib koguneda kaevudesse ja imbuda pinnaveekogudesse. Põhiliseks toiteallikaks on sademed, vähesemal määral ka pinnaveekogud. Põhjavesi asub maakoores kihtidena. See on tingitud maakoore kihilisest ehitusest. Kihid koosnevad erinevatest kivimitest, mis erinevad üksteisest nii füüsi-kaliste kui keemiliste omaduste poolest. Seetõttu on erinev ka iga maakoore kihi veejuhtivus st. mõni kivim laseb vett paremini läbi kui teine. Veejuhtivuse määrab eelkõige ära kivimite struktuur, nendes olevate pooride ja lõhede suurused. Nt liivas ja kruusas liigub vesi kiiremini, savis aga aeglasemalt. Kivimi veejuhtivust iseloomustab filtratsioonimoodul, mille ühikuks on cm/s või m/ööp. Pinnase veeläbilaskvus on oluline nii taimekasvatuse kui ka näiteks ehitustegevuse seisukohalt. Põhjavee liikumise kiirust mõjutab otseselt ka kivimikihtide kallakus – mida suurem see on, seda kiiremini vesi liigub. Kivimeid, mis sisaldavad põhjavett, nimetatakse vettkandvateks. Vett tavalistes tingimustes mitteläbilaskvaid kivimeid nimetatakse vettpidavateks. See ei tähenda aga, et nendes kivimites pole vett. Nad võivad vett siiski seotud kujul või jääna sisaldada. Tüüpilised vettkandvad kivimid on liiv, liivakivi, lõhenenud lubjakivi. Vettpidava kivimi esindajana võib aga ära tuua savi. Lisaks esineb ka vahepealseid kivimeid, mis lasevad vett läbi aeglaselt ja suure surve all (nt moreen, liivsavi, dolomiit, lubjakivi jt). Neid nimetatakse suhteliselt vettpidavateks.

Animatsioon põhjavee kujunemise kohta

Põhjaveest kõrgemal asuvat maakoore osa, läbi mille sademete ja pinnavesi põhjavette imbub, nimetatakse aeratsioonivööndiks. Aeratsioonivöönd on ühtlasi ka põhjavee puhastusfiltriks. Tema paksusest sõltub põhjavee kvaliteet ja kaitstus reostuse eest. Vee imbumist läbi aeratsioonivööndi põhjavette nimetatakse infiltratsiooniks.

Vahetut kivimi kihti põhjavee taseme peal nimetatakse kapillaartõusu kihiks. Kapillaartõusuks nimetatakse vee imbumist poorsetesse kivimitesse molekulaarsete jõudude toimel. Analoogne nähtus tekib, kui kuiv käsn asetada veeloiku. Vesi imendub käsna. Nii imendub ka osa põhjaveest veekihi peal asuvatesse kivimitesse. Kapillaartõus on seda suurem, mida peenemad on kivimi poorid. Tänu kapillaartõusule on poorne pinnas põhjaveekihi peal püsivalt niiske ka kuivadel perioodidel. See soodustab taimede kasvu.

Aeratsioonivööndis võib põhjavesi esineda ka nn. ülaveena. See on vesi mis koguneb suhteliselt vett-pidavate kihtide peale (nagu moreen, liivsavi, dolomiit jt). Ülavesi on üldjuhul ajutine nähtus, kadudes kuivadel aastaaegadel. Ülavesi võib muutuda probleemiks hoonete ehitamisel. Kui eelnevad pinnase uurimistööd on läbi viidud kuivadel aastaaegadel ei ole ülavee teket tihtipeale võimalik ette näha.

Kapillaartõusu kõrgused eri kivimites (cm)

• Jämeteraline liiv 2...3,5
• Keskmiseteraline liiv 12...35
• Peeneteraline liiv 35...120
• Saviliiv 120...350
• Liivsavi 350...650
• Savi 650...1200

Kõige ülemine põhjaveekiht ei ole pealt kaetud vettpidava materjaliga. Seetõttu toitub see otseselt sademetest ja ka pinnavee (jõed, järved, sood) varudest ning nii tekkiv veekiht ei ole surve all. Ülemine põhjaveekiht liigub raskusjõu mõjul kõrgemalt madalamale. Selle ülemine piir on üldjoontes paralleelne maapinna reljeefiga. Orgude, jõesängide või järvenõgude kohal avaneb ülemine põhjaveekiht maapinnale allikatena või vee väljaimbumisena. Nii võivad ka nõlvadel kujuneda sood, mis muidu tekivad madalamatel aladel. Sügavamal esineb põhjavesi harilikult vettpidavate kihtide vahel ning on seetõttu surveline. Survelist põhjavett nimetatakse arteesiaveeks. Kaevu rajamisel survelisse põhjaveekihti tõuseb veetase kaevus tunduvalt kõrgemale vettandva pinnase lasumissügavusest.

Tavaliselt on põhjavesi jahe, sest maapõues on ta kaitstud nii liigse kuumenemise kui ka külmumise eest. Kui põhjavesi jõuab suurele sügavusele (üle 3 km) või on tegemist vulkaanilise piirkonnaga, kujunevad maa sisesoojuse mõjul termaalveed ehk kuumad veed (temperatuur kõrgem kui 37°C). Kuna kõrgema temperatuuri korral on ainete lahustumine vees suurem kui madalal temperatuuril, siis on termaalveed ka kõrgema mineralisatsiooniga ehk suurema lahustunud ainete sisaldusega.

Mineraalveed kujunevad ka 400 - 500 m sügavusel paiknevates põhjaveekihtides, kus temperatuur pole kõrge, kuid vee liikumine kivimites on väga aeglane ning vee ja kivimite kokkupuuteaeg seetõttu pikk. Sügavate põhjaveekihtide vesi võib vahetuda alles mitmesaja aasta jooksu.

Põhjavee kasutamine ja kaitse

Põhjavee režiimi, eriti maapinnalähedaste kihtide oma, võib mõjutada inimtegevus. See mõju võib avalduda veetaseme alanemise või veekvaliteedi halvenemise näol. Veetaseme alanemine on hästi märgatav intensiivsel vee väljapumpamisel, kui kuivaks jäävad peamiselt madalad kaevud. Suure veevõtu korral kujuneb kaevu ümber alanduslehter, kus sügavamate kaevude jaoks vett veel jätkub, kuid madalamate jaoks enam mitte. Kui alanduslehter tekib merelähedasel alal, võib soolane merevesi hakata liikuma hoopis põhjaveekihi suunas ja põhjustada põhjavee sooldumist.

Põhjaveetaset alandatakse teadlikult maavarade kaevandamisel. Kaevetööde tegemiseks allmaa-kaevanduses või karjääris on vaja põhjaveetaset alandada kaevanduskäigu või karjääri põhjani. Põhjavee väljapumpamiseks rajatakse puurkaevud, lisaks pumbatakse vett ära ka kaevanduskäikudest. Mida paremini kivimid vett juhivad, seda rohkem peab vett maa seest välja pumpama. Veetaseme alandamine kaevetööde tegemisel mõjutab põhjaveetaset ka kaevandusalast kaugemal – kujuneb alanduslehter, mis võib hõlmata sadu ruutkilomeetreid ja jätta kuivaks kõigepealt madalad kaevud. Nii on juhtunud aastakümnete jooksul ka Kirde-Eesti põlevkivikaevanduste ümbruses.

Maa sisse imbuv vesi võtab endaga kaasa mitmesuguseid, muuhulgas ka kahjulikke aineid. Kahjulike lisandite tungimist põhjavette inimtegevuse otsese või kaudse mõju tulemusena nimetatakse reostuseks. Reostusallikateks võivad olla lekkivad reoveetorustikud, sõnnikuhoidlad, prügilad, aga ka liigne väetiste ja mürkkemikaalide kasutamine. Reostuse alla arvatakse ka soolase vee sissetungimine põhjaveekihti põhjavee intensiivse väljapumpamise tagajärjel. Reostumine on aktuaalne kahel põhjusel:

• Reostunud vee tarbimine on tervisele kahjulik, kusjuures selle mõju võib avalduda alles pika aja möödudes.
• Reostunud vee puhastamine on aeganõudev ja väga kulukas tegevus.

Bakteriaalse reostuse korral satuvad põhjavette eluvõimelised bakterid, millest mõned võivad ka haigusi tekitada. Anaeroobsed bakterid, mille hulka kuulub enamik haigusi tekitavaid baktereid, hukkuvad aeratsioonitingimustes teatud aja jooksul. Bakterite eluiga sõltub nende liigist, kivimi koostisest, vee temperatuurist ja teistest elutingimustest ning kõigub 30 ööpäevast kahe aastani. Kõige intensiivsem vee puhastumine bakteritest toimub selle infiltratsiooniteekonna esimeste meetrite jooksul. Pinnase puhastusvõime on seda suurem, mida peeneteralisemad on kivimid. Jämedateraliste, karstunud ja lõheliste kivimite korral on vee isepuhastumine väga nõrk.

Keemiline reostus allub looduslikule isepuhastusele tunduvalt halvemini. Keemiline reostus põhjustab vee ebameeldivat lõhna, toksilised reoained võivad esile kutsuda mürgistust. Kui põhjavette sattunud keemilisi reoaineid pinnaseosakeste poolt ei seota või kui nad põhjavees lahustunud komponentidega ei reageeri, võivad nad vees püsida pika aja jooksul.

Mehhaanilist reostust (nt kivimipuru) esineb põhjavees harva. See võib olla tingitud näiteks kaevandamistöödest. Kui on tegemist poorse keskkonnaga, settivad mehhaanilised lisandid põhjaveest välja juba vee liikumise esimestel meetritel. Lõhelistes ja karstunud kivimites levib selline reostus kaugemale, kuid ka seal see pikapeale kaob.

Radioaktiivne põhjavee reostus on tavaliselt seotud aatomienergial töötavate seadmetega ja radioaktiivsete isotoopide kasutamisega tööstuses, meditsiinis või teadustegevuses. Tehispäritolu radioaktiivsed ained võivad ka koos sademetega atmosfäärist maapinnale langeda ja põhjavette infiltreeruda. Radioaktiivne reostus levib põhjavees üldiselt aeglaselt, sest enamik radioaktiivseid aineid adsorbeeritakse pinnaseosakeste poolt.

Kokkuvõtvalt võib öelda, et mida kiiremini saab vesi kivimites liikuda, seda suurem on põhjavee reostusoht. Hästi on põhjavesi kaitstud savika pinnakattega aladel. Seevastu väga väike on põhjavee reostuskaitstus karstialadel, isegi kui karstunud kivimid on kaetud mõne meetri paksuse pinnakattega. Näiteks Eestis on Pandivere kõrgustikul põhjavesi suure nitraatide sisaldusega, sest põldudelt satub lämmastikuühendeid koos vihma- ja lumesulaveega kergesti põhjavette.

Reostust tuleb vältida eriti puurkaevude läheduses. Selleks on iga veehaarde ümber moodustatud sanitaarkaitseala, kus luuakse eeskirjadekohane kaitserežiim, et vältida reoainete sattumist puurkaevu. Tavaliselt on sanitaarkaitseala taraga piiratud ja puudega haljastatud territoorium. Sanitaarkaitseala ulatus sõltub veetarbimisest ja põhjavee looduslikust reostuskaitstusest.