Địa thủy quyển là toàn bộ không gian chứa nước trong đất đá của Trái đất. Để có thể chứa nước được thì đất đá cần có khe hở. Các khe hở chứa nước bao gồm hai loại chủ yếu: khe hở dạng lỗ hổng hình thành từ khoảng không của đất đá có cấu trúc hạt, mảnh vụn (cát, cuội, sỏi,…) và dạng khe nứt, dải, mạch,… của các đá cứng bị nứt nẻ. Một loại khe hở hình thành từ một số loại đá nhất định như đá vôi (thành tạo cacbonat) có khe hở dạng hang hốc, khe nứt, mạch kích thước lớn nhỏ khác nhau đã trở thành không gian chứa nước ngầm trong lòng đất. Toàn bộ nước tồn tại và vận động trong các dạng khe hở của đất đá trong vỏ Trái đất được gọi là địa thủy quyển .

Toàn bộ lượng nước của thủy quyển có khoảng 1.386 triệu km3 thì lượng nước của địa thủy quyển là 23,4 triệu km3 (chiếm 1,68% tổng lượng nước của Thủy quyển). Trong số 23,4 triệu km3 nước của địa thủy quyển thì chỉ có 10,53 triệu km3 là nước nhạt (loại nước có thể sử dụng cho ăn uống sinh hoạt), chiếm 45% tổng lượng nước trong địa thủy quyển, còn lại là nước mặn có giá trị sử dụng hạn chế. Lượng nước này chỉ giới hạn trong phạm vi đất liền. Trên thực tế, trong lòng đất dưới đáy đại dương cũng tồn tại những tầng chứa nước ngầm lớn, độ khoáng hóa thấp, lượng nước phong phú, hình thành trong những thời kỳ biển thoái bằng con đường thấm lọc từ nước mưa, nước mặt. Đến thời kỳ biển tiến chúng lại bị chôn vùi dưới đáy đại dương qua hàng triệu, hàng tỷ năm đến tận ngày nay. Dưới thềm lục địa một số vùng biển của Australia, Bắc Mỹ, Nam Phi,… có những tầng chứa nước khoáng hóa thấp với tổng lượng nước lên đến 500.000 km³ (bằng tổng lượng nước khai thác trên toàn thế giới trong 100 năm qua).

Địa thủy quyển tồn tại đủ các trạng thái của nước như rắn, lỏng và hơi tùy thuộc vào vị trí tồn tại. Loại nước này còn gọi là Nước dưới đất. Ngoài ra, nước dưới đất còn có trạng thái liên kết vật lý (loại nước được bao bọc quanh các hạ t rắn) và nước liên kết hóa học (loại nước tồn tại trong các ô mạng tinh thể khoáng vật). Các trạng thái này của nước đều chiếm tỷ lệ nhỏ và đặc biệt không giống với nước thường. Nước dưới đất hình thành do nước mưa, nước mặt ngấm/thấm vào đất đá, do ngưng tụ hơi ẩm trong đất, do tồn lưu nước trầm tích, nước chôn vùi cổ, từ sự phun trào núi lửa và những miệng thoát thủy nhiệt dưới đáy đại dương (nước manti). Nước dưới đất cũng có thể hình thành do sự bổ cập nhân tạo.

Cấu trúc của địa thủy quyển bao gồm các lớp/tầng/thành tạo đất đá có chứa nước trên toàn hành tinh Trái đất. Nước có mặt ở khắp mọi nơi, có trong khe hở của đất đá, bao quanh các hạt rắn, có trong cấu trúc ô mạng tinh thể của đất đá nên ở đâu có đất đá là có nước tồn tại. Hiện tại, nước tồn tại trong manti còn chưa được nghiên cứu nhiều nên địa thủy quyển chỉ giới hạn trong phạm vi vỏ Trái đất. Ranh giới trên của địa thủy quyển là bề mặt Trái đất, ranh giới dưới được quy ước là khoảng 12-16 km tính từ bề mặt đất, nơi đó nước đạt nhiệt độ tới hạn (347°C). Trong phạm vi đó, địa thủy quyển sẽ chia thành hai đới chính là đới không bão hòa nước và đới bão hòa nước.

Trong địa thủy quyển có thể chia thành hai cấu trúc chứa nước lớn là bồn địa chất thủy văn (tập hợp các tầng/lớp chứa nước trong các thành tạo bở rời phân bố ở các cấu trúc lõm, trũng, có đáy “bồn” là đá cứng, phân bố ở các đồng bằng châu thổ) và khối địa chất thủy văn (tập hợp các tầng/đới chứa nước trong các thành tạo đá cứng nứt nẻ, karst hóa phân bố ở miền núi).

Chức năng quan trọng bậc nhất của địa thủy quyển là quyết định sự sống của Trái đất. Địa thủy quyển là nơi chứa nước dưới đất và là không gian diễn ra vòng tuần hoàn của nước trong thiên nhiên. Chức năng của nước dưới đất không thể tách rời với các mối quan hệ tương hỗ giữa nước với đất đá (địa quyển), với không khí (khí quyển), với sinh vật (sinh quyển) và đặc biệt là các hoạt động sống của con người trên Trái đất. Địa thủy quyển là nơi cung cấp nước dưới đất cho cuộc sống của con người. Địa thủy quyển là nơi cung cấp nước cho các dòng sông, suối trong mùa khô (không có mưa), cung cấp nước cho sinh quyển từ độ ẩm của đất. Địa thủy quyển là một kho ngầm lưu giữ nước thông qua các khe hở có kích thước khác nhau của đất đá. Kho chứa tài nguyên linh động này có thể di chuyển từ nơi này đến nơi khác cung cấp, bổ sung và được cung cấp đã tạo nên nguồn tài nguyên luôn được tái tạo. Địa thủy quyển là nơi cung cấp nước cho các quá trình phong hóa, thủy phân… thành tạo thổ nhưỡng, hình thành chất dinh dưỡng cho sinh quyển. Thành phần vi sinh vật trong nước dưới đất là những vi khuẩn; đây chính là những “nhà máy chế biến mini dưới đất”. Quá trình vi sinh vật diễn ra trong Địa thủy quyển không những hình thành chất dinh dưỡng cho đất trồng mà còn là cơ sở để hình thành các mỏ nhiên liệu hóa thạch. Địa thủy quyển là nơi hình thành nhiều mỏ khoáng sản như các mỏ nhiệt dịch, mỏ sa khoáng.

Tài liệu tham khảo

1. David K.Todd, Larry W.Mays, Groundwater Hydrology, Third Edition, Copyright 2005 @ John Wiley Son, Inc.
2. Nguyễn Kim Cương, Địa chất thủy văn, Nxb. Khoa học và Kỹ thuật, Hà Nội, 268tr, 1991.
3. Pinneker E.V, General hydrogeology, Cambridge University Presss, 2010.
4. Дерпгольц В.Ф., Мир воды. Недра, Ленинградcкое отделение, Ленинград, 53-175, 1979.