Подземные воды

Воды, находящиеся в толщах горных пород верхней части земной коры в жидком, твердом и газообразном состоянии называются подземными водами.

По своему происхождению подземные воды делятся на 3 группы: вадозные, ювенильные, седиментационные воды – сохранившиеся в недрах воды древних водоемов.

Запасы подземных вод и условия их залегания зависят от состава горных пород определяющего пористость (наличие капиллярных пор) и скважность (присутствие капиллярных пустот). Они определяют влагоемкость (способность удерживать воду) и влагопроницаемость (способность пропускать через себя воду). Отсюда деление горных пород на водопроницаемые (песок, галечник) и водоупорные (глина, глинистый сланец).

Верхнюю часть земной коры в зависимости от особенностей распределения в ней подземных вод делят на зону аэрации в которой вода обычно не заполняет полностью поры и пустоты породы и зону насыщения поры породы которой заполнены водой.

Воду, содержащуюся в горных породах условно делят на

  1. химически связанную, входящую в молекулу вещества гидроксильной группой;
  2. парообразную, находящуюся в порах и пустотах пород и перемещающуюся, под влиянием разности упругостей пара;
  3. гигроскопическую – адсорбированную частицами породы и покрывающую их слоем в одну молекулу;
  4. пленочную – обволакивающую частицы породы поверх гигроскопической воды, она может перемещаться между частицами пород;
  5. капиллярную – заполняет сравнительно мелкие поры породы, перемещается под влиянием капиллярных сил;
  6. гравитационную или свободную – заполняет некапиллярные пустоты породы и перемещающаяся под действием силы тяжести;
  7. дополнительно к названным отдельно рассматривают воду в составе мерзлых почв, льда, не полностью разложившейся органики и в живых организмах.

Воды, залегающие выше первого водоупора – верховодка, между двумя водоупорными слоями – межпластовые (безнапорные и напорные).

Подземные воды могут выходить на дневную поверхность на склонах речных долин, в балках, оврагах. Такие выходы называются источники (родники, ключи). Особенно мощные выходы подземных вод наблюдаются в предгорьях на наклонных равнинах, в карстовых районах.

Для подземных вод характерны различные режимы: промывной (если ГКО больше испаряемости), непромывной, выпотный

По температуре подземные воды делятся на переохлажденные (ниже 0ºС), холодные (0-20 ºС), и термальные: теплые (20-37 ºС), горячие (37-50 ºС), очень горячие (50-100 ºС) и перегретые (более 100 ºС). Воды могут быть пресными, если содержание в них солей не превышает 1 г/л, солоноватыми (1-10 г/л), соленые (10-50 г/л) и рассолы (более 50 г/л).

Подземные воды имеют важнейшее значение для человека и в первую очередь как источник пресных вод для водоснабжения, особенно в засушливых районах, также их используют для нужд промышленности и сельского хозяйства (в том числе для орошения). Минеральные подземные воды используются в медицине, термальные – для нужд отопления. К сожалению, излишний отбор подземных вод зачастую проводит к истощению их запасов, просадкам грунтов, их загрязнению.

 


Подземные воды – это воды, находящиеся в горных породах в жидком, твердом и газообразном состоянии. В верхней части земной коры они образуются в основном из атмосферных осадков и называются вадозными. Вадозные воды подразделяются на три группы: инфильтрационные – просачивающиеся сквозь зернистые породы, инфлюационные – втекающие в глубь пород по трещинам, и конденсационные, образующиеся из водяного пара воздуха, находящегося в подземных порах и трещинах. Глубокие горизонты вод могут быть магматического происхождения (ювенилъные воды) или реликтовыми, сохранившимися со времен накопления морских осадков (седиментационные воды), т.е. это остатки древних водоемов.

Условия залегания и запасы подземных вод зависят от вещественного состава горных пород, определяющего их водно-физические свойства. Среди них важны пористость – наличие капиллярных пор и скважность – присутствие некапиллярных пустот. Они обусловливают такие важные свойства пород, как влагоемкость и водопроницаемость.

 

Влагоемкостъ – способность пород удерживать определенное количество воды. По влагоемкости горные породы подразделяются на сильновлагоемкие (торф, глина и др.), слабовлагоемкие (лёсс, мелкий песок и др.), невлагоемкие (галька, гравий, крупный песок и др.). Водопроницаемость – способность пород пропускать через себя воду. Обычно в земной коре, особенно на равнинах, чередуются слои различной водопроницаемости. Рыхлые породы (песок, гравий, галька) и трещиноватые скальные (известняк, опока, доломиты), хорошо пропускающие воду, называются водопроницаемыми, плотные породы (глины, глинистые сланцы и др.), которые задерживают воду,– водонепроницаемыми (водоупорными). Просочившаяся сверху вода задерживается на водоупорных слоях, заполняя пустоты рыхлых и трещиноватых водопроницаемых пород, в которых образуется водоносный горизонт.

Воды в рыхлых породах относятся к типу пластовых. Они равномерно распределены по всему пласту. Воды в трещиноватых породах называются трещинно-жильными, они движутся по крупным пустотам и трещинам. Мелкозернистым рыхлым породам свойственно ламинарное движение воды. В крупнообломочных и трещиноватых породах может происходить турбулентное движение, свойственное открытым потокам.

Воду, содержащуюся в породах, условно делят на разные категории, из которых для природных процессов наиболее важны два вида жидкой воды – капиллярная и гравитационная, так как они усваиваются растениями и участвуют в почвообразовании, рельефообразовании и поверхностном круговороте воды на Земле.

Капиллярная вода заполняет мелкие поры породы и передвигается в них под влиянием менисковых сил из зоны большего увлажнения в зону меньшего увлажнения. Различают капиллярную подпертую и подвешенную воду. В первом случае капиллярная вода соприкасается с верхним водоносным горизонтом, что характерно для гумидного климата. Во втором случае капиллярная вода отделена от него, что типично для зон недостаточного увлажнения.

Гравитационная – свободная вода, заполняющая некапиллярные пустоты породы. Под влиянием силы тяжести она просачивается в породе сверху вниз и движется в горизонтальном направлении, а под влиянием гидростатического напора может подниматься вверх, как в сообщающихся сосудах. Гравитационная вода обеспечивает миграцию химических элементов, от нее зависят условия проникновения в почвогрунты кислорода и соответственно аэробные и анаэробные условия почвообразования.

В зоне многолетнемерзлых пород – геокриозоне вода находится в твердом состоянии, либо в виде льдистых почвогрунтов, либо в виде линз ископаемого льда. Этим обусловлена специфика почвообразования и форм рельефа геокриозоны.

Водный режим почвогрунтов зависит от климата и от таких их свойств, как влагоемкость и водопроницаемость. Выделяют следующие типы водного режима почвогрунтов. Промывной тип существует в условиях влажного климата, при котором происходит ежегодное промачивание всей почвенно-грунтовой толщи до водоносного горизонта. Непромывной тип наблюдается в условиях умеренно-недостаточного неустойчивого увлажнения, при котором нет сплошного промачивания почвенно-грунтовой толщи и почвенная вода представлена формой подвешенной капиллярной воды. Выпотной тип существует в засушливом климате в условиях неглубокого залегания водоносного горизонта и резкого преобладания испаряемости над осадками. Застойный тип наблюдается в понижениях в условиях гумидного климата. Мерзлотный тип имеет место, когда летом почва перенасыщена водой, несмотря па небольшое количество осадков, поскольку неглубоко залегает мерзлый водоупорный слой.

По температуре подземные воды подразделяют на переохлажденные (ниже 0°С), холодные (от 0 до 20°С) и термальные: теплые (20-7°С), горячие (37-50 °С), очень горячие (50-100 °С) и перегретые (свыше 100°С). Высокотермальные воды в районах современного вулканизма (Исландия, Камчатка) используются для отопления жилищ, строительства геотермальных электростанций, тепличного теплоснабжения и т. д.

Подземные воды, которые благодаря своим физико-химическим свойствам оказывают благотворное физиологическое воздействие на организм людей и используются для лечебных целей, называются минеральными. Многие термальные воды тоже содержат различные полезные соли и газы и имеют бальнеологическое значение. Среди минеральных вод по степени минерализации выделяют воды: солоноватые (1-10 г/л), соленые (10-50 г/л) и рассолы (более 50 г/л). Химический состав минеральных вод весьма разнообразный: бывает углекислая вода (Кисловодск и другие курорты района Кавказских Минеральных вод. Боржоми, Карлови-Вари и др.), азотная (Цхалтубо), сероводородная (Мацеста), железистая, радоновая и др.

В речных долинах, в предгорьях, в балках и оврагах водоносные пласты могут вскрываться, образуя естественные выходы подземных вод на поверхность – источники (родники, ключи). Количество воды, даваемое родником (колодцем или скважиной) в единицу времени, называется дебитом (л/с, м3/с, м3/сут.). По характеру выхода вод на поверхность источники подразделяются на нисходящие (свободный сток грунтовых и межпластовых ненапорных вод) и восходящие (выходы напорных вод). В лечебных целях особенно ценятся минеральные источники.

Особым типом источников являются гейзеры – фонтанирующие источники, периодически выбрасывающие горячую воду и «пар» на большую высоту. Известностью пользуются Большой Гейзер в Исландии, высота фонтана которого достигает 55 м, гейзер Великан на Камчатке с высотой фонтана горячей воды (95-97°С) до 50 м, а столба «пара» – до 300 м, интервал извержения около 4 ч, который дает начало реке Гейзерной. Крупнейший гейзерный район – Йеллоустонский национальный парк в Скалистых горах США.

Подземные воды имеют большое значение в природе и хозяйственной деятельности людей. Это важный постоянный источник питания рек и озер. Они снабжают растения влагой и растворенными в воде питательными веществами. Подземные воды принимают участие в формировании оползневого, карстового, суффозионного и другого рельефа. При близком залегании от поверхности они вызывают процессы заболачивания. Пресные воды используются человеком для водоснабжения, промышленности, орошения и обводнения земель. Минеральная вода используется для лечебных целей и является источником химического сырья (глауберова соль, бура, йод и др.). Термальные воды дают тепло для обогрева зданий и теплиц.

Подземные воды, особенно пресные – национальное богатство каждой страны. Необходимо бережно их расходовать и охранять от сточных и промышленных вод, химических удобрений и ядохимикатов. В местах продолжительного интенсивного забора подземных вол на глубине образуются пустоты и часть территории оседает (Мехико, Токио). По возможности необходимо искусственное пополнение запасов пресных подземных вод во время половодий и паводков на реках, для чего уже разработаны и внедряются различные технологические приемы, основанные на фильтрации  воды в грунт.

Велика специфика подземных вод в области многолетней (вечной) мерзлоты которая занимает около четверти суши на земном шаре. С поверхности над слоем многолетнемерзлой породы залегает деятельный слой, который зимой промерзает, летом оттаивает. Мощность его составляет от 0,5 м до нескольких метров. К деятельному слою приурочены надмерзлотные воды, но есть еще межмерзлотные и подмерзлотные воды, которые залегают соответственно внутри мерзлой толщи или на водоупоре под ней. Он обычно сильно минерализованные. Надмерзлотные воды питаются атмосферными осадками, необильны, слабо минерализованы, летом ненапорны, осенью могут становиться напорными, зимой замерзают, в теплый сезон используются для бытовых нужд. Для хозяйственных и бытовых нужд зимой пользуются межмерзлотными и подмерзлотными водами.

Литература.

  1. Любушкина С.Г. Общее землеведение : Учеб. пособие для студентов вузов, обучающихся по спец. "География" / С.Г. Любушкина, К.В. Пашканг, А.В. Чернов; Под ред. А.В. Чернова. - М. : Просвещение, 2004. - 288 с.

Еще статьи о водах суши.

 
 
Баннер