- Химический состав подземных вод. - Минеральные воды. - Происхождение подземных вод. Образование подземных вод. - Добыча подземных вод. Лицензия на подземные воды.
Подземные воды – запасы подземных вод, ресурсы подземных вод.
Подземные воды являются частью гидросферы планеты (2 % от объема) и участвуют в общем круговороте воды в природе. Запасы подземных вод еще до конца не разведаны. Сейчас в официальных данных фигурирует цифра в 60 млн кубических километров, но гидрогеологи уверены в том, что в недрах Земли находятся колоссальные неразведанные месторождения подземных вод и общее количество воды в них может исчисляться сотнями миллионами кубометров.
Подземные воды встречаются в буровых скважинах на глубине до нескольких километров. В зависимости от условий, в которых залегают подземные воды (таких как температура, давление, виды горных пород и т.п.), они могут быть в твердом, жидком и газообразном состоянии. По данным В.И. Вернадского, подземные воды могут существовать до глубины 60 км в связи с тем, что молекулы воды даже при температуре 2000 о С диссоциированы всего на 2%.
- О запасах подземной воды читайте: Океаны воды под землей. Сколько же воды на Земле?
При оценке подземных вод, кроме понятия «запасы подземных вод» используется термин «ресурсы подземных вод», характеризующий питание водоносного горизонта.
Классификация запасов и ресурсов подземных вод:
1. Естественные запасы – объем гравитационной воды, заключенной в порах и трещинах водовмещающих пород. Естественные ресурсы – количество подземных вод, поступающих в водоносный горизонт в естественных условиях путем инфильтрации атмосферных осадков, фильтрации из рек , перетекания из выше- и нижерасположенных водоносных горизонтов.
2. Искусственные запасы - это объем подземных вод в пласте, сформировавшийся в результате орошения, фильтрации из водохранилищ, искусственного пополнения подземных вод. Искусственные ресурсы – это расход воды, поступающей в водоносный горизонт при фильтрации из каналов и водохранилищ, на орошаемых площадях.
3. Привлекаемые ресурсы – это расход воды, поступающей в водоносный пласт при усилении питания подземных вод, вызванном эксплуатацией водозаборных сооружений.
4. Понятия эксплуатационные запасы и эксплуатационные ресурсы являются, в сущности, синонимами. Под ними понимается то количество подземных вод, которое может быть получено рациональными в технико-экономическом отношении водозаборными сооружениями при заданном режиме эксплуатации и при качестве воды, удовлетворяющем требованиям в течение всего расчетного срока водопотребления.
По степени общей минерализации выделяют воды (по В.И. Вернадскому):
- пресные (до 1 г/л),
- солоноватые (1 -10 г/л),
- соленые (10-50 г/л),
- рассолы (более 50 г/л) - в ряде классификаций принято значение 36 г/л, соответствующее средней солёности вод Мирового океана.
В бассейнах Восточно-Европейской платформы мощность зоны пресных подземных вод варьирует от 25 до 350 м, солёных вод - от 50 до 600 м, рассолов - от 400 до 3000 м.
Приведенная классификация указывает на значительные изменения в минерализации воды – от десятков миллиграммов до сотен граммов на 1 литр воды. Максимальная величина минерализации, достигающая 500 – 600 г/л, встречена в последнее время в Иркутском бассейне.
Более подробно о химическом составе подземных вод, химических свойствах подземных вод, классификации по химическому составу, факторах, влияющих на химический состав подземных вод, и других аспектах читайте в отдельной статье: Химический состав подземных вод.
Подземные воды - происхождение и образование подземных вод.
В зависимости от происхождения подземные воды бывают:
- 1) инфильтрационные,
- 2) конденсационные,
- 3) седиментогенные,
- 4) «ювенильные» (или магмогенные),
- 5) искусственные,
- 6) метаморфогенные.
Подземные воды - температура подземных вод.
По температуре подземные воды подразделяются на холодные (до +20 °С) и термальные (от +20 до +1000 °С). Термальные воды обычно отличаются высоким содержанием различных солей, кислот, металлов, радиоактивных и редкоземельных элементов.
По температуре подземные воды бывают:
Холодные подземные воды подразделяются на:
- переохлажденные (ниже 0°С),
- холодные (от 0 до 20 °С)
Термальные подземные воды подразделяются на:
- теплые (20 – 37 °С),
- горячие (37 – 50 °С),
- очень горячие (50 – 100 °С),
- перегретые (свыше 100 °С).
Температура подземных вод зависит также и от глубины залегания водоносных пластов:
1. Грунтовые воды и неглубоко залегающие межпластовые воды
испытывают сезонные колебания температуры.
2. Подземные воды, залегающие на уровне пояса постоянных температур
, сохраняют неизменную температуру в течение всего года, равную среднегодовой температуре местности.
- Там, где средние годовые температуры отрицательные , подземные воды в поясе постоянных температур круглый год находится в виде льда. Так образуется многолетняя мерзлота («вечная мерзлота»).
- В районах, где среднегодовая температура положительная
, подземные воды пояса постоянных температур, наоборот, не замерзают даже зимой.
3. Подземные воды, циркулирующие ниже пояса постоянной температуры , нагреты выше среднегодовой температуры местности и за счёт эндогенного тепла. Температура вод в данном случае определяется величиной геотермического градиента и достигает максимальных значений в областях современного вулканизма (Камчатка, Исландия и др.), в зонах срединно-океанических хребтов, достигая температур 300-4000С. Высокотермальные подземные воды в районах современного вулканизма (Исландия, Камчатка) используются для отопления жилищ, строительства геотермальных электростанций, тепличного теплоснабжения и т. д.
Подземные воды - методы поиска подземных вод.
- геоморфологическая оценка местности,
- геотермические исследования,
- радонометрия,
- бурение разведочных скважин,
- изучение керна, извлечённого из скважин, в лабораторных условиях,
- опытные откачки из скважин,
- наземная разведочная геофизика (сейсморазведка и электроразведка) и каротаж скважин
Подземные воды – добыча подземных вод.
Важной особенностью подземных вод как полезного ископаемого является непрерывный характер водопотребления, что вызывает необходимость постоянного отбора воды из недр в заданном количестве.
При определении целесообразности и рациональности добычи подземных вод учитываются следующие факторы:
- Общие запасы подземных вод,
- Ежегодное поступление воды в водоносные горизонты,
- Фильтрационные свойства водовмещающих пород,
- Глубина залегания уровня,
- Технические условия эксплуатации.
Таким образом, даже при условии больших запасов подземной воды и значительном ежегодном ее поступлении в водоносные горизонты, добыча подземных вод не всегда является рациональной с экономической точки зрения.
Например, нерациональным будет добыча подземных вод в следующих случаях:
- очень маленькие дебиты скважин;
- сложность эксплуатации в техническом отношении (пескование, солеотложение в скважинах и др.);
- отсутствие необходимого насосного оборудования (например, при эксплуатации агрессивных промышленных или термальных вод).
Высокотермальные подземные воды в районах современного вулканизма (Исландия, Камчатка) используются для отопления жилищ, строительства геотермальных электростанций, тепличного теплоснабжения и т. д.
В этой статье мы рассмотрели тему Подземные воды: общая характеристика. Далее читайте:
История изучения подземных вод.
(до глубины 12-16 км) в жидком, твердом и парообразном состояниях. Основная масса их образуется вследствие просачивания с поверхности дождевых, талых и речных вод. Подземные воды постоянно перемещаются как в вертикальном, так и в горизонтальном направлениях. Глубина их залегания, направление и интенсивность движения зависят от водопроницаемости пород. К водопроницаемым породам относят галечники, пески, гравий. К водонепроницаемым (водоупорным), практически не пропускающим воду — глины, плотные без трещин , мерзлые грунты. Слой горной породы, в котором заключена вода, называется водоносным.
По условиям залегания подземные воды подразделяют на три вида: , находящиеся в самом верхнем, почвенном слое; , залегающие на первом от поверхности постоянном водоупорном слое; межпластовые, находящиеся между двумя водоупорными пластами. Грунтовые воды питаются просочившимися осадками, водами , озер, . Уровень грунтовых вод колеблется по сезонам года и различен в разных зонах. Так, в он практически совпадает с поверхностью, находится на глубине 60-100 м. Распространены они почти повсеместно, не обладают напором, перемещаются медленно (в крупнозернистых песках, например, со скоростью 1,5-2,0 м в сутки). Химический состав подземных вод неодинаков и зависит от растворяемости прилегающих пород. По химическому составу различают пресные (до 1 г солей на 1 л воды) и минерализованные (до 50 г солей на 1 л воды) подземные воды. Естественные выходы подземных вод на земную поверхность называется источниками (родниками, ключами). Они образуются обычно в пониженных местах, где земную поверхность пересекают водоносные . Источники бывают холодными (с не выше 20°С, теплыми (от 20 до 37°С) и горячими, или термальными (свыше 37°С). Периодически фонтанирующие горячие источники называются гейзерами. Они находятся в областях недавнего или современного ( , ). Воды источников содержат разнообразные химические элементы и могут быть углекислыми, щелочными, соляными и т.д. Многие из них имеют лечебное значение.
Подземные воды пополняют колодцы, реки, озера, ; растворяют различные вещества в породах и переносят их; вызывают оползни, . Они обеспечивают растения влагой и население питьевой водой. Источники дают наиболее чистую воду. Водяной пар и горячая вода гейзеров служат для отопления зданий, теплиц и энергетических установок.
Запасы подземных вод очень велики — 1,7%, но возобновляются крайне медленно, и это необходимо учитывать при их расходовании. Не менее важна и охрана подземных вод от загрязнений.
Немалую часть водных запасов Земли составляют подземные бассейны, которые протекают в толще почвы и слоях горных пород. Огромные скопления подземных вод - озера, которые вымывают залежи пород и почву, образуя котлованы.
Значение грунтовой жидкости велико не только для природы, но и для человека. Поэтому исследователи проводят регулярные гидрологические наблюдения за ее состоянием и количеством, все глубже изучают, что такое подземная вода. Определение, классификация и остальные вопросы темы будут рассмотрены в статье.
Что такое подземная вода?
Подземная вода - это вода, располагающаяся в межслоевых пространствах горных пород, залегающих в верхнем слое земной коры. Такая вода может быть представлена в любом агрегатном состоянии: жидком, твердом и газообразном. Чаще всего подземные воды - это тонны текучей жидкости. Вторые по распространенности - это глыбы ледников, которые сохранились еще с периода вечной мерзлоты.
Классификация
Подразделение подземных вод на классы зависит от условий их залегания:
- почвенные;
- грунтовые;
- межпластовые;
- минеральные;
- артезианские.
Помимо перечисленных видов, разделяются подземные воды на классы, зависящие от уровня слоя, в котором они расположены:
- Верхний горизонт - подземные воды пресного содержания. Как правило, их глубинное нахождение невелико: от 25 до 350 м.
- Средний горизонт - это место залегания минеральной или соленой жидкости на глубине от 50 до 600 метров.
- Нижний горизонт - глубина от 400 до 3000 метров. Вода с повышеным содержанием минералов.
Подземная вода, располагающаяся на больших глубинах, по возрасту может быть молодой, то есть недавно появившейся, или реликтовой. Последняя могла закладываться в подземных слоях вместе с грунтовыми породами, в которых она "размещена". Или же образовалась реликтовая подземная вода от многолетней мерзлоты: ледники таяли - жидкость скапливалась и сохранялась.
Почвенные воды
Почвенная вода - это жидкость, которая залегает в верхнем слое земной коры. Преимущественно она локализуется в пространственных пустотах между частичками почв.
Если понять, что такое подземная вода почвенного вида, становится очевидным тот факт, что эта разновидность жидкости самая полезная, поскольку ее поверхностное расположение не лишает ее всех минералов и химических элементов. Такая вода является одним из главных источников "питания" для сельскохозяйственных полей, лесных массивов и других агрокультур.
Эта разновидность жидкости не всегда может залегать горизонтально, зачастую ее очертания схожи с рельефом почвы. В верхнем слое земной коры влага не имеет "твердой опоры", поэтому она находится в подвешенном состоянии.
Избыточное количество почвенных вод наблюдается по весне, когда тает снег.
Грунтовые воды
Грунтовая разновидность - это воды, которые располагаются на некоторых глубинах верхнего земного слоя. Глубины протекания жидкости могут иметь большие показатели, если это засушливая местность или пустыня. При умеренном климате с периодичным постоянством выпадения осадков, грунтовые воды залегают не так глубоко. А при избытке дождей или снега грунтовая жидкость может приводить к подтоплению местности. В некоторых местах эта разновидность вод выходит на поверхность почв и называется родником, ключом или источником.
Грунтовые воды пополняются благодаря выпавшим осадкам. Многие путают ее с артезианской, но последняя залегает глубже.
Избыточное количество жидкости может скапливаться в одном месте. В результате стоячего положения образуются из подземных вод болота, озера и пр.
Межпластовые
Что такое подземная вода межпластовой категории? Это, по сути, те же водоносные горизонты, что и грунтовые и почвенные, но только уровень их протекания глубже, чем у двух предыдущих.
Положительной особенностью межпластовых жидкостей является то, что они намного чище, поскольку залегают глубже. Кроме того, их состав и количество всегда колеблется в одном постоянном пределе, и если и происходят изменения, то незначительные.
Артезианские
Артезианские воды располагаются на глубинах, превышающих 100 метров и достигающих 1 км. Эта разновидность считается, да и является, самой пригодной для употребления в пищу. Поэтому на загородных участках часто практикуется бурение подземных скважин как источник водоснабжения жилых домов.
При бурении скважины артезианская вода фонтаном вырывается на поверхность, поскольку явлется напорной разновидностью подземных вод. Залегает в пустотах горных пород между водоупорными пластами земной коры.
Ориентиром для добычи артезианской воды являются определенные природные объекты, расположенные на поверхности: впадины, флексуры, мульды.
Минеральные
Минеральные - самые глубоководные и самые целебные и ценные для человеческого здоровья. В них повышенное содержание разнообразных минеральных элементов, концентрация которых постоянна.
Минеральные воды также имеют собственные классификации:
По назначению:
- столовая;
- лечебная;
- смешанная.
По преобладанию химических элементов:
- сероводородные;
- углекислые;
- железистые;
- йодные;
- бромные.
По степени минерализации: начиная от пресных и заканчивая водами с самой высокой концентрацией.
Классификация по назначению
Подземные воды используются в жизни человека. Их назначение бывает разным:
- питьевая - это вода, которая пригодна для употребления или в своем природном, нетронутом виде, или же после очистки;
- техническая - это жидкость, которая применяется в различных технологических, хозяйственных или промышленных отраслях.
Классификация по химическому составу
На химический состав подземных вод влияют те породы, которые прилегают в непосредственной близости к влаге. Выделяются следующие категории:
- Пресные.
- Слабоминерализованные.
- Минерализованные.
Как правило, воды, залегающие в непосредственной близости с земной поверхностью, пресноводные. И чем глубже располагается влага, тем более минерализованный ее состав.
Как образовались подземные воды?
На образование подземных вод влияет несколько факторов.
- Осадки. Выпавшие осадки в виде дождей или снега поглощаются почвой в размере 20 % от общего количества. Они формируют почвенную или грунтовую жидкость. Кроме того, эти две категории влаги участвуют в круговороте воды в природе.
- Таяние ледников многолетней мерзлоты. Подземные воды образуют целые озера.
- Есть еще ювенильные жидкости, которые образовались в застывшей магме. Это разновидность первичных вод.
Мониторинг подземных вод
Мониторинг подземных вод - важная необходимость, которая позволяет отследить не только ее качество, но и количество, и вообще, ее наличие.
Если качество воды исследуют лабораторно, обозревая изъятую пробу, то разведка наличия подразумевает следующие методы, друг с другом взаимосвязанные:
- Первое - это проводится оценка местности на наличие предполагаемых подземных вод.
- Второе - это производится замерение температурных показателей обнаруженной жидкости.
- Далее применяется радоновый метод.
- После производится бурение базовых скважин, сопровождаемых изъятием керна.
- Выделенный керн отправляют на исследование: определяют его возраст, толщину и состав.
- Из скважин откачивают некоторое количество подземных вод, чтобы определить их характеристики.
- По базовым скважинам составляют карты залегания жидкости, оценивают ее качество и состояние.
Разведка подземных вод подразделяется на следующие типы:
- Предварительная.
- Детальная.
- Эксплуатационная.
Проблемы загрязнения
Проблема загрязнения подземных вод очень актуальна на сегодняшний день. Ученые выделяют следующие способы загрязнения:
- Химическое. Этот тип загрязнения очень распространен. Его глобальность зависит от того, что на Земле огромное количество сельскохозяйственных и промышленных предприятий, которые сбрасывают свои отходы в жидком и твердом (кристаллизованном) виде. Эти отходы очень быстро проникают в водонесущие горизонты.
- Биологическое. Загрязненные стоки от хозяйственно-бытового использования, неисправные канализации - все это причины заражения подземных вод болезнетворными микроорганизмами.
Классификация по типу водонасыщенных грунтов
Различают следующие:
- поровые, то есть те, которые обосновались в песках;
- трещенные, те, что заполняют полости глыб горных пород и скал;
- карстовые, те, которые располагаются в известняковых породах или иных хрупких породах.
В зависимости от места расположения формируется и состав вод.
Запасы
Подземные воды расцениваются как полезное ископаемое, которое возобновимо и участвует в круговороте воды в природе. Общие запасы этой разновидности полезных ископаемых составляют 60 млн км 3 . Но, несмотря на то что показатели не маленькие, подземные воды подвержены загрязнению, а это существенно сказывается на качестве потребляемой жидкости.
Заключение
Реки, озера, подземные воды, ледники, болота, моря, океаны - все это водные запасы Земли, которые так или иначе взаимосвязаны между собой. Влага, располагающаяся в слоях почвы, не только формирует подземный бассейн, но и влияет на формирование поверхностных водоемов.
Грунтовые воды пригодны для питья людей, следовательно сбережение их от загрязнения - одна и главных задач человечества.
ПОДЗЕМНЫЕ ВОДЫ
Все воды, находящиеся в порах и трещинах горных пород ниже поверхности
Земли, относятся к подземным водам. Часть этих вод свободно перемещается в верхней
части земной коры под действием гравитационных сил, а другая часть находится в очень
тонких порах, удерживаясь силами поверхностного натяжения. Подземные воды не могут
существовать без обмена с водой поверхностной и активно участвуют в круговороте воды
в природе.
Структура и свойства воды определяется строением ее молекулы – Н2О в виде
тетраэдра, в центре которого находится атом кислорода. На концах одного из ребер
тетраэдра расположены два положительных заряда ядер атомов водорода, что составляет
гидроль или элементарную дополнительную структурную единицу воды.
Виды подземных вод
1. Кристаллизационная вода находится в составе кристаллической решетки некоторых
минералов, например, в гипсе – CaSO4·2H2O (.21% воды по массе), мирабилите
Na2SO4.10H2O (.56% воды по массе
2. Вода в твердом виде встречается в многолетнемерзлых породах в виде кристаллов и
прожилков льда. Также лед образуется и при сезонном промерзании воды, содержащейся
3. Вода в виде пара содержится в воздухе, который находится в порах почвы.
4. Прочносвязанная вода располагается в виде молекулярной прерывистой пленки на
поверхности мельчайших частиц таких пород, как глины и суглинки. Эта пленка
удерживается силами молекулярного сцепления и не может стечь с поверхности частицы
5. Рыхлосвязанная вода представляет собой более толстую пленку из нескольких слоев
молекул воды на частицы породы. Эта вода обладает способностью перемещаться от
более толстой пленке к менее толстой.
6. Капельно-жидкая (гравитационная) вода уже обладает способностью свободно
перемещаться в почвах по трещинам и порам под действием силы тяжести,
начиная с верхнего почвенного слоя.
7. Капиллярная вода, как следует из названия, находится в тончайших капиллярных трубочках или порах, в которых удерживается силами поверхностного натяжения с образованием менисков. Капиллярная вода обычно располагается выше уровня грунтовых вод и при этом она может подниматься подтягиваясь вверх от этого уровня на 1,5 – 3 м. Капиллярная кайма, будучи связана с уровнем грунтовых вод, колеблется вместе с ним.
Выше уровня грунтовых вод может располагаться еще одна неширокая кайма капилярно-подвешенной воды, удерживаемой в тонких порах почвы и подпочвенных
горизонтов суглинков и глин.
Подземные воды распределяются в верхней части земной коры вполне закономерно. Самая верхняя часть земной коры, вблизи поверхности, называют зоной аэрации, т.к. она связана с атмосферой и с почвенным покровом. Ниже нее залегает зона полного насыщения, где вода распространена преимущественно в жидком виде, тогда как в зоне аэрации она может быть и парообразной. Если температуры отрицательны, то вода в этих двух зонах может
присутствовать и в виде льда.
Таким образом, зона аэрации представляет собой как бы переходный буферный слой
между атмосферой и гидросферой.
Классифицировать подземные воды можно по разным признакам – по условиям
залегания, по происхождению, по химическому составу.
Типы подземных вод по условиям залегания. Выделяются воды безнапорные,
подразделяющиеся на верховодку, грунтовые и межпластовые, а также напорные или
артезианские.
Верховодка – это временное скопление воды в близповерхностном слое в пределах
зоны аэрации, располагающееся в водоносных отложениях, лежащих на линзовидном,
выклинивающемся водоупоре. Как правило, верховодка появляется весной, когда тают снега или в дождливое время, но потом она может исчезнуть. Поэтому колодцы, выкопанные до верховодки, летом пересыхают.
Временными водоупорами могут быть любые выклинивающиеся линзовидные пласты
глин и тяжелых суглинков, располагающиеся в толще водоносных аллювиальных или
флювиогляциальных отложений.
Грунтовые воды представляют собой первый сверху постоянный водоносный
горизонт, располагающийся на первом же протяженном водоупорном слое. Питаются
грунтовые воды из области водосбора в пределах водоносного горизонта. Грунтовые воды
могут быть связаны с любыми породами как рыхлыми, так и твердыми, но
трещиноватыми.
Поверхность грунтовых вод называется зеркалом, а мощность водосодержащего
слоя оценивается вертикалью от зеркала до кровли водоупорного горизонта и она не
остается постоянной, а меняется из-за неровностей рельефа, положения уровня разгрузки,
количества атмосферных осадков, изгиба кровли водоупорного слоя. Выше зеркала
грунтовых вод образуется кайма капиллярно подтянутой воды.
Движение и режим грунтовых вод.
Зеркало грунтовых вод ведет себя в зависимости от рельефа повышаясь на
водоразделах и понижаясь к рекам, оврагам и другим местам дренирования. Естественно, что вода в водоносном слое под действием силы тяжести находится в непрерывном движении и стремится достичь наиболее низкого места в рельефе, например, уреза воды в реке, тальвега дна оврага. Именно там, в области разгрузки подземных вод, образуются родники. Вода в водоносном слое перемещается в зависимости от пористости пород, характера соприкосновения частиц, формы и размеров пор, уклона водоносного слоя. Обычно в песках скорость движения воды при небольших уклонах составляет от 0,5 до 2-3 м/сутки. Но если уклон большой и поры велики, то скорость может достигать первых десятков м/сутки.
В зависимости от количества атмосферных осадков объем грунтовых вод может
изменяться и летом дебит источников падает, а в сильные засухи родники даже пересыхают. Зеркало грунтовых вод особенно сильно может понижаться в связи с забором воды для промышленных нужд. Вокруг скважин, откачивающих воду, уровень грунтовых вод постепенно понижается и образуется депрессионная воронка
Межпластовые безнапорные подземные воды приурочены к водоносным слоям,
располагающимся между двумя водоупорными слоями. Иногда таких водоносных пластов
может быть несколько. Если водоносный горизонт обладает большой мощностью и выше
его зеркала находится озеро, пруд или река, то направление течения воды в водоносном
горизонте будет проходить по изогнутым линиям, стремящимся к реке.
Напорные или артезианские межпластовые воды образуются в том случае, если
водоносный горизонт, зажатый между двумя водоупорными, приурочен либо к пологой
синклинали или мульде, или к моноклинали, или еще к каким-нибудь структурам, в которых возможно образование напорного градиента. Напорные воды обладают способностью самоизливаться и фонтанировать, т.к. находятся под гидростатическим давлением.
Впервые такие фонтаны воды были получены во Франции в провинции Артезия, поэтому
они и стали называться артезианскими. Каждый артезианский бассейн включает в себя
области: питания, напора и разгрузки. Первая область представляет собой выход на
поверхность водоносного слоя, на которую выпадают все атмосферные осадки, питающие
этот водоносный горизонт. Область напора заключена между двумя водоупорами –
водоупорной кровлей и водоупорным ложем, а там, где водоносный слой появляется на
поверхности, или вскрывается скважинами, но ниже области питания, называется
областью разгрузки. Нередко в артезианских бассейнах развито сразу несколько
водоносных напорных горизонта, что особенно характерно для артезианских бассейнов в
межгорных впадинах, где глубины водоносных горизонтов могут превышать 1000-1500 м.
В платформенных областях, где артезианские бассейны большие, верхние
водоносные горизонты до глубин в 200-5-м содержат преимущественно пресные воды, а
ниже воды обладают уже высокой минерализацией.
В центре Европейской части России находится Московский артезианский бассейн,
располагающийся в пологой чашеобразной впадине – Московской синеклизе. Водоносные
горизонты связаны с трещиноватыми каменноугольными и девонскими известняками, а
водоупорами служат прослои глин. Области питания располагаются на крыльях
синеклизы. В девонских карбонатных отложениях на глубинах от 400 до 600 м развиты
минеральные воды с минерализацией 2,4-4,5 г/л. Это всем хорошо известная московская
минеральная вода. В Московском артезианском бассейне сосредоточены большие запасы
пресных и промышленных вод. На всю территорию России составлены карты
распространения артезианских бассейнов и подсчитаны запасы в них воды, как пресной,
так промышленной и термальной.
Типы источников. Всем хорошо известны выходы подземных вод на поверхность в
виде родников и ключей с холодной, вкусной водой. Родники появляются там, где
происходит разгрузка водоносных горизонтов.
Нисходящие источники чаще всего располагаются недалеко от уреза воды в долине
реки, в нижней части склонов оврагов, там где к поверхности подходят водоупорные
горизонты. Источники этого типа связаны как с верховодкой, так и с грунтовыми, а также
межпластовыми водами. Все они характеризуются изменяющимся дебитом, вплоть до
высыхания в жаркое лето. В источниках нисходящего типа вода изливается спокойно, в
виду небольшого угла наклона слоев. Нередко можно наблюдать вдоль берега реки
сплошную линию сочащихся подземных вод. Нисходящие источники обычно
водообильны, поэтому местами они дают начало ручьям и небольшим речкам, как
происходит с карстовыми источниками, вытекающими из пещер.
Восходящие источники - это выходы на поверхность в местах разгрузки напорных
вод, тогда как сам водоносный горизонт расположен намного ниже. Вода может
подниматься вверх по трещинам или тектоническому разлому.
Вокруг минеральных источников, особенно углекислых вод, на поверхности
образуется скопление т.н. известкового туфа или травертина, иногда достигающего
нескольких метров мощности. Такие травертины белого, желтоватого или розового цветов
известны на г.Машук в Пятигорске, в районе Кавказских минеральных вод. Туф
образуется из гидрокарбонатно-кальциевых вод, когда гидрокарбонат Ca(HCO3)2
переходит в СаСО3 при уходе в воздух СО2 – углекислого газа. В травертинах часто
находят отпечатки листьев растений, кости древних животных, которые постепенно
обвалакиваются известковым туфом.
Вспомните
- Что происходит с водой, выпавшей на землю с дождем? Через какие горные породы вода просачивается быстрее - пески или глины? Что такое родники (ключи)? Почему в роднике вода холодная даже летом?
Как образуются подземные воды. Вода в земной коре находится в трех состояниях: жидком, газообразном и твердом. Вода и водяной пар заполняют промежутки между частицами горных пород.
Вода в твердом состоянии - это кристаллики и прослойки льда в промерзших породах.
Подземные воды - это воды, находящиеся в горных породах земной коры.
Подземных вод намного больше, чем поверхностных вод суши - рек, озер, болот. Они возникают за счет просачивания в глубь земли атмосферных осадков. Важнейшее условие образования подземных вод - способность горных пород пропускать воду. Различают водопроницаемые и водонепроницаемые (водоупорные) породы (рис. 142).
Рис. 142. Водопроницаемость горных пород
Горные породы, которые пропускают воду, называются водопроницаемыми. Это рыхлые пористые (песок, галька, гравий) или твердые, но трещиноватые породы (известняк, песчаник, сланец). Чем крупнее частицы и поры, тем лучше водопроницаемость. Горные породы, не пропускающие воду, - водонепроницаемые, или водоупорные. Это глины или любые нерастрескавшиеся твердые породы.
Вода с поверхности просачивается через водопроницаемые породы до тех пор, пока не встречает на своем пути водоупорные слои. Здесь она задерживается, постепенно заполняя поры или трещины водопроницаемых пород. Пласты, насыщенные водой, образуют водоносные слои (рис. 143). Вода в них течет вниз по наклоненной поверхности водоупорного слоя.
Какими бывают подземные воды. Из-за чередования пород с разной водопроницаемостью в земной коре на разной глубине может быть несколько водоносных слоев. Рыхлые и пористые породы сменяются водоупорными, затем снова водопроницаемыми и вновь водоупорными. В зависимости от положения водоносных слоев различают грунтовые и межпластовые подземные воды (см. рис. 143).
Рис. 143. Подземные воды
Воды верхнего водоносного горизонта, расположенного на первом водоупорном слое, называются грунтовыми. Межпластовые воды располагаются между двумя водоупорными слоями. Сюда вода с поверхности попадает только через те места, где водоносные слои выходят на поверхность.
Глубина и толщина слоя грунтовых вод зависят от геологического строения территории, рельефа и климата. На равнинах с холодным и влажным климатом грунтовые воды могут подходить к самой поверхности, способствуя образованию болот. Если климат жаркий и сухой, грунтовые воды располагаются на большой глубине. Глубина слоя грунтовых вод может меняться по сезонам года. В России весной грунтовые воды располагаются ближе к поверхности, а летом - дальше от нее.
В пористых породах недр величайшей пустыни мира Сахары имеются огромные запасы подземных пресных вод. Их так много, что они могут обеспечить потребности всех стран, расположенных на территории пустыни. Однако эти воды залегают на глубине 150-200 м от поверхности.
Грунтовые воды часто выходят на поверхность, образуя источники (родники, ключи) в понижениях рельефа: речных долинах, оврагах. Межпластовые воды добывают с помощью специально пробуренных скважин. Иногда вода бьет через скважину фонтаном. Такие воды называют артезианскими (рис. 144).
Рис. 144. Артезианские воды
Артезианские воды образуются в вогнутых слоях горных пород. Вода оказывается здесь под большим давлением, поэтому она фонтанирует при вскрытии скважины.
Не все подземные воды пресные. Некоторые из них содержат много растворенных веществ и газов. Такие воды называют минеральными. На больших глубинах в толще земной коры возрастает температура. Поэтому здесь подземные воды становятся теплыми и даже горячими.
Если толщи земной коры сложены легко растворимыми породами (известняками, гипсом, солями), то подземные воды вымывают в них многочисленные пустоты, полости, пещеры (рис. 145). Такое явление природы, а также формы рельефа на поверхности и в толщах горных пород называются карстом.
Рис. 145. Формы карста
Вода не просто создает карстовые пещеры. Она украшает их живописными каменными «скульптурами». Из капель, просачивающихся с потолка пещер, как сосульки, нарастают вниз сталактиты. Из капель, падающих на пол пещеры, снизу постепенно растут столбики - сталагмиты. Эти формы иногда срастаются друг с другом в единые колонны.
Вопросы и задания
- Откуда вода попадает в толщу земной коры?
- Назовите виды подземных вод.
- Что такое источник? Где он образуется?
- Где образуются карстовые пещеры?
