Теорию Мариотта поэтапно развил Де-ла-Метри в своей книге «Теория Земли», изданной в самом конце семнадцатого века. Он популяризировал свою теорию в среде ученых метеорологов и физиков. Очень важным видом атмосферных осадков, не считая дождией, он полагал конденсацию туманов и туч на холодной поверхности земли, опираясь на то наблюдение, что даже искусственные земляные насыпи – береговые плотины, крепостные валы, вызывают иногда появление источников и дают им достаточное и непрерывное питание. Добывать в этом случае воду каким-либо способом не нужно.
Целым рядом опытов Де-ла-Метри положил начало изучению водопроницаемости горных пород. По его данным, известняк удерживает мало атмосферной влаги, кварцевый песок же совсем ее не удерживает. Глина, даже смешанная, оказывается непроницаемой. Отсюда вывод, что часть воды, выпадающей на земную поверхность, тотчас стекает, другая – смачивает почву, питает растения и испаряется, третья же – поглощается почвой, задерживается на некоторой глубине и образует водоемы, из которых вода стекает лишь постепенно.
Каменистые породы действуют подобно глинистым породам: вода стекает по ним. Иное отношение у пород вторичного происхождения, которые поглощают влагу, собирая ее в своих скважинах, и обусловливают образование обильных источников на земной поверхности. Свойствами непроницаемых глинистых пластов легко объясняется действие так называемых артезианских колодцев; в то же время есть причины, по которым можно полагать, что часть атмосферной влаги, поглощенной землею, попадая в соседство подземных вулканов, испаряется и дает начало горячим источникам.
В данном обзоре отмечено, что в исторической перспективе сложились две теории происхождения подземных вод: инфильтрационная теория и конденсационная теория.
Современная теория может быть в целом кратко описана следующим образом.
Подземной или грунтовой водой является всякая вода в жидком состоянии, находящаяся под земной поверхностью и проникшая туда естественным путем. Не следует проводить различие между водою, циркулирующей в рыхлых водопроницаемых породах при отсутствии непроницаемого покровного слоя, и находящейся под таким изолирующим непроницаемым слоем или заполняющей трещины и пустоты плотных горных пород.
Знания о подземных водах опирается на геологию – поскольку дело касается состава и способа залегания водоносных слоев; на химию – в отношении химического состава пройденных водою, видоизмененных, выщелоченных ею пород; на физику – в отношении гидростатических и гидродинамических явлений, вызываемых движением влаги под землей. Таких, например, как самоизливание воды из скважины, когда она скважины течет из скважины под своим собственным давлением и не нуждается в принудительной добыче.
Слой, содержащий жидкую воду – в промежутках ли между отдельными частицами, в случае рыхлых пород, или в пустотах и трещинах, в случае пород плотных, самих по себе не проницаемых – называется водоносным слоем. Зеркалом или скатертью их является поверхность находящейся в земле воды. Непроницаемый слой и задерживающий движение воды в вертикальном или горизонтальном направлении является водоупорным.
Линия, соединяющая наивысшие точки зеркала водоносного слоя является водораздельной. От нее воды стекают в двух противоположных, перпендикулярных к ней направлениях, точно так же, как у обыкновенных поверхностных водоразделов.
Водоносный слой, в котором вода может быть открыта при помощи бурения скважины или колодцев, является водоносным горизонтом. А несколько водоносных горизонтов, расположенных один над другим и отделенных неводоносными пластами, обозначаются как ярусы грунтовых вод.
Выход на поверхность подземной воды называется источником или ключем. Линия, по которой открываются водоносные слои, по которой воды выходят на поверхность в виде источников является горизонтом источников или линией источников. В этом случае необходимо наблюдать действительно выход на поверхность воды, что не относится к тем водам, которые открываются посредством бурения и которые обозначаются как водоносный горизонт.
Непосредственно над зеркалом водоносного сласта могут залегать либо породы проницаемые для воздуха и воды, либо породы малопроницаемые для воздуха и совершенно не проницаемые для воды. В первом случае подземную воду называют обыкновенной или открытой грунтовой водой, во втором случае – артезианской или напорной. Под профилем водоносного слоя понимается сумма наполненных или могущих быть наполненными водою пустот в вертикальном разрезе.
Баланс подземных вод слагается из убыли и прибыли. Убыль происходит из-за отдачи влаги в виде подземных источников , выходов потоков подземных вод непосредственно в русла рек, а также в результате испарения влаги растительным покровом. Незначительное количество подземной воды расходуется путем непосредственного испарения из в проницаемых пород. Много воды потребляется при химических процессах – в ходе превращение безводных силикатов в гидро силикаты, образование растворимых гидро солей и коллоидальных соединений. И наконец, хозяйственная деятельность человека, которая сводится к работам по сельскохозяйственной мелиорации, дренажу, осушению болот, следствием чего является нарушение естественного круговорота подземных вод, выход их на поверхность и сток в реки.
Совокупное действие всех перечисленных выше факторов убыли воды под землей компенсируется прибылью троякого рода:
- поглощение почвой атмосферных осадков;
- конденсацией водяных паров подземной атмосферы;
- вновь образующаяся вода, ювенальная.
В первых двух случаях, вода находится в общем круговороте, пройдя через сток, испарение и образование осадков, она находится в стадии поглощения почвой. Это «вадозная» влага. Ювенальная вода возникает в глубочайших недрах земли при выделении газов расплавленными жидкими массами, поднимаясь в виде пара, достигает верхних холодных горизонтов земной коры, где и переходит в капельножидкое состояние. Смешиваясь с вадозной водой и повышая ее температуру, вода такого происхождения едва доходит в чистом виде до земной поверхности.
Что касается равновесия в режиме подземных грунтовых вдных горизонтов, то оно установилось в течение веков, когда убыль покрывается прибылью из атмосферных осадков. Деятельность человека использующему для добычи воды бурение скважины на воду приводит лишь к кажущемуся и только местному нарушению общего состояния; в действительности же, искусственное извлечение из земли некоторого количества необходимой воды не вызывает уменьшения убыли по остальным статьям. Где из почвы извлекают большие количества воды, там пересыхают источники, уменьшается подземный сток в реки, ослабляется испарение растительным покровом вследствие понижения уровня грунтовых вод, что ведет к коренному изменению сельскохозяйственных условий – к высыханию болот, к превращению лугов в пахоты.
