De structuur van de aarde: Grondwater

Water stijgt als waterdamp op uit de zeeën en het vochtige land in de dampkring, daalt weer neer op het land en keert weer terug in de zeeën in een voortdurende kringloop. Een deel wat neerkomt op het land verdampt bij het neervallen, een ander deel verdampt van het aardoppervlak, maar het grootste deel wordt door de bodem opgenomen. Het water dat zich in de bovenste lagen van de bodem bevindt en de plantenwortels ter beschikking staat noemen we grondwater.

De rol van het grondwater in de bodem

Het tempo waarin water wegzakt of in de grond doordringt ten gevolge van de zwaartekracht, hangt af van de aard van de bodem. Zandgrond heeft een hoog infiltratievermogen en kan dus veel water opnemen. Bekend zijn de grote zoetwatervoorraden diep onder woestijngebieden zoals de Sahara. Kleideeltjes daarentegen zwellen op bij wateropname, waardoor de bodem zich sluit en ondoordringbaar wordt. De loop van het water door de aarde speelt een belangrijke rol bij de vorming van bepaalde grondsoorten:

• In warme, natte klimaten worden nitraten en vele andere zouten afgevoerd uit de bovenste lagen van de bodem, waardoor de vruchtbaarheid sterk vermindert.
• In droge klimaten overtreft de verdamping de neerslag van water.

Capillaire werking van de bodem
Grondwater wordt naar het aardoppervlak vervoerd, zoals lampenolie wordt opgezogen door een lampepit. Dit noemen we de capillaire werking van de bodem op het grondwater. Gedurende lange perioden van droogte laat het verdampende grondwater de zouten die het in de oplossing had meegevoerd, op het aardoppervlak achter. Grondwater zakt in de bodem tot het stuit op een ondoordringbare laag, gewoonlijk een niet-poreus vast gesteente. De poriën van gesteente en grond er boven raken verzadigd, dikwijls tot op een diepte van honderd meter en meer. Boven de verzadigingszone zal zich als regel een gebied bevinden dat een mengsel van water, grond en lucht bevat. In weerwil van de capillaire werking waarvan sprake is in dit laatste gebied, vloeit de overgrote hoeveelheid grondwater zeer langzaam door de aarde in vrijwel horizontale richting, om naar boven te komen in poreuze bergwanden en bronnen, in stromen en meren en zelfs op sommige plaatsen in de zeebodem.

De werking op gesteenten

Water speelt ook een grote rol bij het verweren van vast gesteente. Herhaald vriezen en dooien van water in spleten en gaten verbrokkelt het gesteente. Omdat in water meer stoffen oplossen dan in andere vloeistoffen, is het grondwater nooit zuiver, maar steeds een min of meer ingewikkelde oplossing. Het proces waarbij water een chemische binding vormt met tal van mineralen uit gesteenten heet hydrolyse en werkt ook mee in het vergruizen van vast gesteente. Zo gaat alkaliveldspaat, een belangrijk bestanddeel van graniet, over in een kleisoort, kaolien geheten, dat niet alleen week is, maar tevens de neiging heeft op te zwellen, waardoor het moedergesteente uiteenvalt.

Ontstaan grottenstelsels
Kalksteen wordt gemakkelijk aangetast door het zwakke koolzuur dat ontstaat bij de oplossing van koolstofdioxide (koolzuurgas) in water uit de dampkring. Door hydrolyse in kalksteen ontstaat het zout calciumbicarbonaat, dat zich gemakkelijk uit het gesteente laat uitwassen. Dit proces heeft, samen met de stroming van grondwater, aanleiding gegeven tot de vorming van grote onderaardse grottenstelsels, zoals die van Han-sur-Lesse in de Belgische Ardennen en vele andere druipsteengrotten. Het grottencomplex van Han heeft één van de grootste zalen van Europa. In één van de andere zalen bevindt zich de 'minaret', een stalagmiet van vijf m. hoogte. Door het permanente druipen van water door de zoldering zijn de hangende , ijspegel-achtige stalactieten en de naar boven gerichte stalagmieten ontstaan. De minuscule afzettingen, die door het sijpelende water worden achtergelaten, bouwen deze formaties in eeuwen op. Sommige groeien slechts enkele centimeters per honderd jaar.

Vulkaanuitbarstingen door waterdamp
Vulkanische uitbarstingen worden soms veroorzaakt door opgesloten waterdamp in de vloeibare gesteenten. Op zwakkere plaatsen in de aardkorst vindt de waterdamp in de vorm van stoom onder druk een weg naar buiten door spleten in de gesteentelagen en vervolgens wordt het magma met explosieve kracht naar boven gespoten.

Geothermische energie
Toen Russische geologen naar olie en gas zochten in West-Siberië, waren zij teleurgesteld dat hun boringen slechts heet water opleverden. Dit water bleek afkomstig te zijn van een geweldige, ondergrondse zee, groter dan de Middellandse Zee! Deze zee is gescheiden van het aardoppervlak door een laag sedimentsgesteente van enkele kilometers dikte. De bovenste lagen van het water hebben een temperatuur van 40° C, maar naar de bodem toe neemt de temperatuur toe tot 140° C. Uiteindelijk werden hier grote aardolie- en aardgasvelden ontdekt en geëxploiteerd. Als bron van geothermische energie (aardwarmte) kan deze onderaardse zee vérstrekkende gevolgen hebben voor de toekomstige ontwikkeling van Siberië.