Artesiaalne põhjaveekiht ja artesiaankaev — määratlus
Artesiaalne põhjaveekiht on maa-alune põhjavee reservuaar, mis asub kahe või enama madala läbilaskvusega kihi (nt savi, tihedam lubjakivi või muu mitteläbilaskev settekivim) vahel ning mille sees olev vesi on rõhu all. Kui sellise kihiga ühendatud kaev puurida läbi ülemise kaitsekihi, tõuseb veetase kaevus kuni tasemeni, kus rõhk kaevutorus on tasakaalus vee kaaluga. Seda tüüpi kaevu nimetatakse artesiankaevuks. Kui potentsiaalpind (veerõhu vastav kõrgus) asub maapinna kohal, võib vesi kaevust loomulikult välja voolata — sellist kaevu kutsutakse voolavaks artesia puurkaevuks.
Põhjaveekiht ise on geoloogiline kihistus, mis suudab vett hoida ja läbi lasta (näiteks liiv, kruus, lubjakivi või liivakivi). Artesiaalne (piiratud) põhjaveekiht erineb vaba (unconfined) põhjavee kihist sellega, et artesia kiht on üle- ja allosas suletud vähem läbilaskvate kihtidega, mis tekitavad selles rõhu. Rõhu tekkimise põhitingimused on:
- piiratud (konfineesitud) põhjaveekiht, mis paikneb mitteläbilaskvate kihtide vahel;
- taastumisala (recharge) või vee sissetungimise tsoon, mis asub tavaliselt kõrgemal maapinna reljeefis ja kus vesi saab ligipääsu kihile;
- süsteemi väljapääs (nt kaev või allikas), kus rõhk võib põhjustada vee tõusu kuni potentsiaalpinnani.
Kuidas rõhk tekib ja mida tähendab potentsiaalpind
Rõhk artesia kihis tuleneb vee kaalust ja sellest, et vesi on „lukustatud“ kahe vähem läbilaskva kihi vahele. Hüdraulilist rõhku väljendatakse sageli hüdraulilise koormuse või potentsiaalpindana — see on teoreetiline vesi tase, kuhu vesi kaevus tõuseks, kui kaev vabas õhus avaneks. Kui see potentsiaalpind on maapinna kohal, tekib voolav artesiaallikas või -kaev.
Praktilised ja keskkonnanäitajad
Artesia põhjaveed võivad olla puhastatud ja sobivad joogiveeks, sest kaitsvad kihid vähendavad pinnase jaotuse otsest reostusriski. Kuid piiratud kihid võivad taastuda väga aeglaselt — eriti kui tegu on nn fossiilse vee kihtidega, mille vesi kogunes ja suleti ligi geoloogiliselt pika aja jooksul. Ülekaevandamine võib põhjustada rõhu languse, artesia voolu kadumise, kaevude kuivamise ja mõnel juhul maapinna laskumise.
Artesiaelektrilised ja tehnilised ohud: puurimisel võib esineda kõrge surve tõttu purskeoht (nn blowout), mistõttu kaevude rajamisel ja ekspluatatsioonil kasutatakse vooluhulkade kontrollimiseks varustust (vooluhulga reguleerimine, sulgurid, ventiilid). Samuti võivad survetundlikud kihid olla haavatavad reostusele, kui taastumisala satub saastunud alale.
Näited ja seosed teiste tööstusharudega
Mõned naftapuurkaevud ja gaasikaevud on samuti rõhu all, mis on analoogne uurimis- ja puurimisprobleemide kontekstis — survet tuleb kontrollida, et vältida õli- või gaasipurseid. Termin "artesiaalne" pärineb ajalooliselt Prantsusmaa Artois' (Artesi) regioonist, kus sarnased rõhu all voolavad kaevud olid tuntud juba keskajal.
Mõõtmine ja haldamine
Artesia rõhku ja potentsiaalpinda mõõdetakse piezomeetrite ja kaevude hüdromeetriliste mõõtmiste abil. Vastutustundlik haldamine hõlmab taastumisala kaitset, kaevude õigesti lähtestatud puurimissügavust ning vee kasutuse piiramist, et vältida rõhu ja veeresursside ammendumist.
Lühidalt: artesiaalne põhjaveekiht on hästi suletud ja rõhu all olev veekogu, mis võib varustada vett ilma pideva pumpamiseta, kui potentsiaalne veetase on piisavalt kõrge. Sellised kihid on väärtuslikud, kuid nõuavad hoolikat kaitset ja haldamist, et tagada jätkusuutlik kasutus.
Joonis artesiankaevu kohta
Geoloogilised kihid, millest tuleneb arteesia puurkaev.
Artesiline kaev Messeli kaevikus.
Päritolu
Artesia puurkaevud said oma nime vana Artois' provintsi järgi Prantsusmaal. Alates 1126. aastast puurisid seal kartuslaste mungad palju artesia kaevusid.
Asukoht
Artesilised põhjaveekihid on paljudes riikides, sealhulgas Austraalias, USAs, Hispaanias, Itaalias, Ühendkuningriigis, Fidžil ja Kanadas. Great Artesian Basin on maailma suurim ja sügavaim arteesia vesikond, mis hõlmab 23% Austraalia mandrist.
Küsimused ja vastused
K: Mis on arterioosne veekogu?
V: Artesiline põhjaveekiht on maa-alune kiht, mis hoiab põhjavett rõhu all.
K: Mille tõttu tõuseb veetase puurkaevus arteesia põhjaveekihis?
V: Veetase kaevus tõuseb punktini, kus rõhk on võrdne vee kaaluga, mis paneb selle artesilise põhjaveekihi rõhu alla.
K: Mis on voolav artesiline kaev?
V: Voolav arteesia puurkaev on puurkaev, mis jõuab maapinnale, kui looduslik rõhk on piisavalt kõrge.
K: Mis on põhjaveekihi?
V: Põhjaveekiht on geoloogiline kiht, mis suudab vett hoida, näiteks liiv ja kruus, lubjakivi või liivakivi, mille kaudu vesi voolab ja ladestub.
K: Millest tuleneb surve artesilises põhjaveekihis?
V: Artesiline põhjaveekiht on kivimite või savi vahel kinni, mis põhjustab rõhu.
K: Millal vesi põhjaveekihi tagasi jõuab?
V: Vesi naaseb põhjaveekihtidesse, kui põhjavee tase selle taastumisvööndis on kõrgemal kui kaevu kõrgus.
K: Kas fossiilne põhjaveekiht võib olla artesiline?
V: Jah, fossiilsed veekihid võivad olla ka artesilised, kui neid ümbritsevatest kivimitest tulenev surve on piisav.
