Trong đất đá, n−ớc có thể tồn tại d−ới nhiều dạng khác nhau: n−ớc ở thể hơi; n−ớc liên kết vật lý; n−ớc tự do; n−ớc ở thể rắn; n−ớc trong mạng tinh thể của các khoáng vật (n−ớc liên kết hóa học).
1- N−ớc ở thể hơi: Hơi n−ớc tồn tại cùng với không khí trong lỗ hổng (khe nứt, hang hốc) của đất đá ch−a bão hoà. N−ớc ở thể hơi trong môi tr−ờng đất đá rất linh
35
động. Trong điều kiện nhiệt độ và áp suất không khí thay đổi, hơi n−ớc có thể ng−ng tụ lại thành giọt lỏng hoặc n−ớc ở trạng thái lỏng có thể bốc thành hơi và khi có sự chênh lệch áp suất không khí ở các điểm khác nhau, hơi n−ớc sẽ di chuyển từ chỗ áp suất cao đến chỗ áp suất thấp cùng với hiện t−ợng đối l−u. Quá trình này gây ra sự l−u thông giữa không khí d−ới đất với không khí trên mặt đất. Do vậy, hơi n−ớc d−ới đất luôn có sự thay đổi về l−ợng.
2- N−ớc liên kết vật lý: Các hạt đất có kích th−ớc rất nhỏ nh− hạt sét luôn tồn tại năng l−ợng bề mặt rất lớn. Chúng có khả năng hút các ion và các phân tử n−ớc phân ly trong n−ớc d−ới đất, tạo nên màng n−ớc bao quanh bề mặt của hạt. Đó chính là n−ớc liên kết vật lý. Chiều dày của màng n−ớc liên kết vật lý phụ thuộc vào quan hệ t−ơng tác giữa hạt đất với môi tr−ờng n−ớc d−ới đất. Có thể chia n−ớc liên kết vật lý xung quanh các hạt khoáng thành 2 phần: phần bên trong, t−ơng ứng với lớp ion cố định đ−ợc gọi là màng n−ớc liên kết chặt hay màng n−ớc hấp phụ, còn phần bên ngoài, t−ơng ứng với lớp ion khuyếch tán (có khả năng trao đổi ion với môi tr−ờng n−ớc xung quanh) đ−ợc gọi là màng n−ớc liên kết yếu.
N−ớc liên kết vật lý có vai trò rất lớn đối với đất loại sét. Chính sự có mặt của n−ớc liên kết vật lý ảnh h−ởng đến độ ẩm của đất, do đó đã tạo nên những tính chất đặc biệt nh− tính dẻo, tr−ơng nở, co ngót, giữ n−ớc, ... của hạt sét.
3- N−ớc tự do:N−ớc tự do gồm n−ớc mao dẫn và n−ớc trọng lực.
∗ N−ớc mao dẫn nằm trong lỗ hổng và khe nứt nhỏ của đất đá do tác dụng của lực mao dẫn. Sự tồn tại của n−ớc mao dẫn có quan hệ với tầng n−ớc ngầm phía d−ới. N−ớc mao dẫn th−ờng tạo thành đới liên tục phía trên tầng n−ớc ngầm. Vị trí của đới mao dẫn thay đổi tuỳ theo sự dao động của mực n−ớc ngầm. Chiều cao đới mao dẫn phụ thuộc vào kích th−ớc lỗ hổng hay khe nứt của đất đá, thành phần khoáng vật đất đá, độ khoáng hoá và thành phần hoá học của n−ớc d−ới đất. Lỗ hổng hoặc khe nứt trong đất đá càng nhỏ thì chiều cao mao dẫn càng lớn (trừ đất loại sét nói chung). ứng với kích th−ớc lỗ hổng hoặc khe nứt nhất định, đối với mỗi loại n−ớc, chiều cao mao dẫn không thay đổi, do lực mao dẫn phải cân bằng với trọng lực. Vì vậy, nếu nh− có n−ớc ở trên ngấm xuống bổ sung thì n−ớc mao dẫn sẽ di chuyển xuống tầng chứa n−ớc.
N−ớc mao dẫn có thể ảnh h−ởng đến nền các công trình nh− làm giảm độ bền của đất đá, gây hiện t−ợng bùng nền, muối hoá đất đá, ....
∗ N−ớc trọng lực là loại n−ớc d−ới đất có thể di chuyển trong môi tr−ờng đất đá d−ới tác dụng của trọng lực. Đặc điểm của n−ớc trọng lực là n−ớc có thể di chuyển tự do, có khả năng chuyền áp lực thuỷ tĩnh. Trong đới thông khí, n−ớc trọng lực di chuyền từ trên xuống theo hình thức ngấm, còn trong đới bão hoà, n−ớc trọng lực di chuyển trong các tầng chứa n−ớc theo hình thức thấm. N−ớc trọng lực là đối t−ợng nghiên cứu chủ yếu của địa chất thuỷ văn.
4- N−ớc ở thể rắn: ở những vùng lạnh, khi nhiệt độ xuống d−ới 00C, một phần n−ớc d−ới đất bị đông kết lại thành thể rắn. Khi chuyển sang thể rắn, n−ớc sẽ gắn kết các hạt đất đá lại với nhau làm cho đất bở rời cũng biến thành đất cứng và tính chất cơ lý của đất đá khác hẳn với tr−ớc khi ch−a đông kết.
5- N−ớc trong mạng tinh thể của khoáng vật: Tuỳ theo mức độ liên kết và dạng tồn tại của n−ớc mà ng−ời ta chia n−ớc trong mạng tinh thể của khoáng vật ra thành các loại: N−ớc zêôlit; n−ớc kết tinh và n−ớc kết cấu.
36
∗ N−ớc zêôlit là n−ớc nằm trong mạng tinh thể của khoáng vật d−ới dạng phân tử H20 với số l−ợng không cố định (nH20). N−ớc zêôlit có thể đ−ợc tách ra khỏi mạng tinh thể khoáng vật khi nung nóng ở nhiệt độ không cao lắm (d−ới 2000C). Sau khi mất n−ớc, mạng tinh thể khoáng vật vẫn không bị phá hoại, tính chất cơ bản của khoáng vật hầu nh− không thay đổi. Điển hình cho loại n−ớc này là n−ớc trong khoáng vật zêôlit (Na2Al2Si4012.nH20), ôpan (Si02.nH20).
∗ N−ớc kết tinh cũng nằm trong mạng tinh thể của khoáng vật d−ới dạng phân tử nh−ng khác với n−ớc zêôlit là số l−ợng cố định. So với n−ớc zêôlit, n−ớc kết tinh đ−ợc tách ra khỏi mạng tinh thể khi nung nóng ở nhiệt độ cao hơn (d−ới 3000C) và tuy mạng tinh thể cũng không bị phá hoại nh−ng tính chất của khoáng vật thì thay đổi đáng kể. Thí dụ: Khoáng vật thạch cao (CaS04.2H20) sau khi mất n−ớc kết tinh trở thành khoáng vật anhyđrit (CaS04).
∗ N−ớc kết cấu nằm trong mạng tinh thể của khoáng vật không phải d−ới dạng phân tử nh− hai loại n−ớc trên mà d−ới dạng các ion H+ và 0H-. Vì thế mà nhiều tác giả cho rằng, chính loại n−ớc này mới thực sự là n−ớc liên kết hoá học, còn hai loại n−ớc trên vẫn mang tính chất của n−ớc liên kết vật lý.
Muốn tách loại n−ớc này ra khỏi mạng tinh thể khoáng vật, cần phải nung nóng ở nhiệt độ cao hơn nữa (trên 5000C). Sau khi n−ớc hoá hợp tách ra thì không những tính chất của khoáng vật thay đổi mà mạng tinh thể của khoáng vật cũng hoàn toàn bị phá huỷ. Thí dụ: Khoáng vật kaolinit (Al4[Si4010](0H)8) sau khi mất n−ớc hoá hợp trở thành khoáng vật octôcla (K[Si3Al08]).