Об утверждении классификации запасов и прогнозных ресурсов питьевых, технических и минеральных подземных вод

Месторождения теплых и горячих подземных вод

Под Волго-Уральской низменностью на глубине 2—3 км недавно обнаружены обширные водоносные пласты. Вода в этих месторождениях соленая и горячая, ее температура достигает 60—90°. Мощное водоносное месторождение найдено и в Западной Сибири, На юге его граница идет по линии, соединяющей Кустанай, Семипалатинск, Бийск, Красноярск. На востоке его удалось проследить до Енисея, а на западе — до Уральских гор. На юге водоносный слой залегает на глубине нескольких десятков метров, температура воды здесь от 5 до 10° выше нуля. Чем дальше на север, тем глубже месторождения уходят в землю и тем более теплая в них вода.

В Новой Зеландии и в итальянской провинции Тоскане горячими водяными парами, образовавшимися на местном месторождении, приводят в движение турбины электростанций. У нас на Камчатке, в долине р. Паужетки, есть электростанция, работающая на пароводяной смеси с температурой 195°. Камчатские фермеры отапливают подземными горячими водами парники. Теплая и горячая вода из месторождений в Махачкале используется для бытовых нужд.

Минерализованные подземные воды нередко сами выходят на поверхность земли в виде источников через глубокие трещины в грунте. Многие из них обладают целебными свойствами и используются для лечения больных. В таких случаях они называются минеральными. В вулканических районах подземные воды нередко выбрасывают на поверхность фонтаны пара и горячей воды. Они действуют не все время, а периодически. Такие фонтаны называются гейзерами.

Загрязнение подземных вод

Под загрязнение подземных вод понимается изменение физико-химических и биологических характеристик воды, которое ведет к ухудшению ее качества и делает ее частично или полностью непригодной к употреблению.

Основные загрязняющие вещества появляются в ПВ в результате техногенного воздействия. К ним относятся соединения азота (нитраты, нитриты, аммиак и аммоний), нефтепродукты, сульфаты и хлориды, тяжелые металлы и фенолы.

Загрязнения подземных вод бывают:

• биологическими;
• химическими;
• тепловыми;
• радиоактивными.

Биологические загрязнения ПВ возникают из-за того, что в воду поступают болезнетворные микроорганизмы, которые являются опасными для человеческого организма. «Виновниками» такого загрязнения являются выгребные ямы, скважины и колодцы, зоны фильтрации, скотные дворы и др.

Источниками химических загрязнений ПВ являются стоки и твердые отходы промпредприятий. Эти вещества могут иметь органическую или неорганическую природу. Тяжелые и токсичные металлы, которые загрязняют ПВ, – железо, медь, цинк, ртуть, свинец и др.

Химическому загрязнению подвержены особенно грунтовые воды. В них вредные вещества проникают через зоны аэрации, а также при сбросе жидких и твердых загрязнений в колодцы и скважины. На сельскохозяйственных территориях загрязнения образуются из-за использования химудобрений и ядохимикатов.

Тепловые загрязнения связаны с увеличением температуры подземных вод. Это происходит из-за воздействия речных и озерных вод с более высокой температурой и сброса отработанных тепловых технологических сточных вод в колодцы и скважины.

Радиоактивные загрязнения ПВ – последствия пробных взрывов водородных, атомных, нейтронных бомб. Кроме того, они возникают из-за деятельности различных производств, связанной с изготовлением ядерных реакторов, оружия или использующих радиоактивные вещества.

Еще одним возможным источником загрязнений ПВ являются атомные электростанции. На состояние вод влияют также утечки с предприятий, где производят ядерное топливо. Природные источники подобных загрязнений – урановые руды и другие породы, которые обладают радиоактивными свойствами (пегматиты, граниты и др.).

В последнее время часто наблюдается загрязнение подземных вод – это связано с закачкой жидких отходов в глубины литосферы, инфильтрацией загрязнителей с поверхности земли.

Водные ресурсы относятся к незаменимым и дефицитным, поэтому их охрана очень важна.

Особенности грунтовых вод

В большинстве случаев грунтовые воды залегают неглубоко от земной поверхности. Они заполняют различные поры и трещины, возникающие в твёрдых породах, а также заключаются в рыхлых породах. Как правило, над ними нет водонепроницаемого слоя, а потому без особых трудностей может осуществляться водообмен с поверхностными водами.

Кстати говоря, не стоит путать грунтовые воды с артезианскими. Артезианские воды находятся глубже грунтовых и обладают напором. Они считаются более полезными, поскольку обладают большим количеством минеральных веществ. Хотя, справедливости ради стоит заметить, что не всегда это соответствует действительности.

Пополнение запасов грунтовых вод происходит за счёт атмосферных осадков и поверхностных вод. Именно поэтому климат и деятельность людей оказывают сильное влияние на количество и качество подземных водных запасов (и иногда оно может быть действительно высоким).

Проблемы использования водных ресурсов

В течение многих сотен лет воздействие человека на водные ресурсы было незначительным и носило исключительно локальный характер. Великолепные свойства воды — ее возобновление благодаря круговороту и возможность очищаться — делают пресную воду относительно очищенной и обладающей количественными и качественными характеристиками, которые будут неизменными в течение длительного времени.

Однако, эти особенности воды породили иллюзию неизменности и неисчерпаемости данных ресурсов. Исходя из этих предубеждений возникла традиция небрежного использования чрезвычайно важных водных ресурсов.

Ситуация сильно изменилась за последние десятилетия. Во многих частях мира были обнаружены результаты долгосрочных и неправильных действий по отношению к столь ценному ресурсу. Это касается как прямого использования воды, так и косвенного.

Во всем мире в течение 25-30 лет наблюдается массовое антропогенное изменение в гидрологическом цикле рек и озер, влияющих на качество воды и их потенциал в качестве природного ресурса.

Объем водных ресурсов, их пространственное и временное распределение, определяются не только естественными колебаниями климата, как ранее, но теперь также по видам экономической деятельности людей. Многие части мировых водных ресурсов становятся настолько истощенными и сильно загрязненными, что они уже не в состоянии удовлетворить постоянно растущие потребности. Это можетстать основным фактором, препятствующим экономическому развитию и росту численности населения.

Как человек использует?

Подземные воды широко используют в хозяйственной деятельности человека. Требования к качеству, объему предварительной обработки зависят от сферы их применения.

В пищевой промышленности

По данным Европейской экономической комиссии подземные воды – основной источник хозяйственно-питьевого водоснабжения в большинстве европейских стран.

Их доля в общем непромышленном потреблении составляет 48% от их общего объема, использующегося для хозяйственной деятельности человека.

В пищевой промышленности разрешается использовать некондиционные, загрязненные воды. Но только после предварительной очистки, дезинфекции и, при необходимости, дистилляции.

В пищевой промышленности они применяется следующим образом:

• в качестве сырья – для производства столовых, очищенных питьевых вод, при приготовлении газировок, восстановлении соков;
• ликероводочная промышленность – и как источник сырья, и как моющее средство;
• для дезинфекции и очистки оборудования, зданий, сооружений;
• в качестве теплоносителя в системах отопления и хладагента.

Для питья

Человеку при соблюдении правил здорового питания требуется от 1,5 до 3 л воды в день. Это зависит от возраста, веса и его вида деятельности.

Преимуществом подземных вод в этом случае является экологичность. Они меньше подвергаются воздействию антропогенной деятельности человека, чем поверхностные источники.

Например, подземные источники в Мюнхене покрывают 100% потребности города в питьевой воде. В прочих мегаполисах этот показатель варьируется от 11 до 48%.

В сельском хозяйстве

Подземные воды широко применяются для орошения в странах с пустынным и полупустынным климатом, в зонах рискованного земледелия.

Например, в США – до 45%, а в Ливии – 100% сельскохозяйственных угодий обрабатывается с применением ресурсов из подземных горизонтов. В ряде стран разработано строгое водоохранное законодательство.

В первую очередь высококачественные ресурсы применяются для питья, нужд пищевой промышленности. Для орошения – только после удовлетворения потребностей защищенных отраслей народного хозяйства.

Кроме этого, учитывается объем поверхностных источников и возможность их использования для орошения сельскохозяйственных угодий.

В штате Калифорния 85% воды, получаемой из подземных горизонтов, уходит на полив угодий.

В медицине

В медицине подземные воды применяются как для обслуживания лечебных учреждений, так и для терапии различных заболеваний.

Сферы использования:

• обеспечение хозяйственной деятельности стационара, поликлиники;
• приготовление пищи и питьевые нужды;
• дезинфекция;
• изготовление лекарственных препаратов;
• получение дистиллята для обработки инструмента;
• лечебные минеральные и термальные – при санаторно-курортном лечении, для профилактики рецидивов хронических заболеваний.

В промышленности

В промышленности подземные воды используют в качестве сырья для получения полезных ископаемых и для обслуживания производства.

В первом случае количество добываемых микроэлементов должно быть экономически выгодно.

В Варне из рассолов получают хлористый кальций, углекислый и едкий натр. В Германии – рубидий и цезий, в Италии – йод.

Термальные источники, гейзеры – применяют в качестве альтернативного и возобновляемого источника энергии для отопления, производственных нужд.

Образование

Подземные воды отличаются от поверхностных вод, которые встречаются в больших объектах гидросферы, таких как океаны, моря, озера, или реки. Как поверхностные, так и подземные воды связаны через гидрологический цикл (непрерывный круговорот воды в природе).

Большинство подземных вод образуются от осадков. Они проникают ниже поверхности земли в почву. Когда почвенная зона становится насыщенной, вода просачивается ниже. Зона насыщения находится там, где все пустоты заполнены водой. Существует также зона аэрации, где пространство частично занято водой и частично воздухом.

Подземные воды продолжают спускаться ниже, пока, на некоторой глубине, они не достигнут горной породы. Вода накапливается в порах и трещинах, и образует водоносный горизонт, также называемый аквифером. Процесс осаждения, благодаря которому увеличиваются объемы подземных вод, известен как подпитка. В общем, подпитка происходит только во время сезона дождей в тропическом климате или зимой в умеренном климате. Как правило, от 10 до 20% осадков попадают в водоносные горизонты.

Подземные воды постоянно движутся. По сравнению с поверхностными водами это происходит очень медленно. Фактическая скорость движения зависит от пропускной способности и объема водоносного горизонта. Естественный отток грунтовых вод происходит через источники и русла рек, когда давление грунтовых вод выше атмосферного давления вблизи поверхности земли. Внутреннюю циркуляцию нелегко определить, но вблизи уровня грунтовых вод среднее время круговорота воды может составлять год или меньше, тогда как в глубоких водоносных горизонтах этот процесс длится тысячи лет.

питание рек подземными водами и расчет подземного стока

Подземные воды служат надежным источником питания рек. Они действуют круглый год и обеспечивают питание рек в зимнюю и летнюю межень (или при низких уровнях стояния горизонта воды), когда поверхностный сток отсутствует.

При сильно замедленных скоростях движения грунтовых вод, по сравнению с поверхностными, подземные воды в речном стоке выступают как регулирующий фактор.

Также, при сильно замедленных или небольших скоростях движения грунтовых вод, на реках Крайнего Севера при низких температурах воздуха, наблюдается перемерзание (полное или частичное) реки, и тогда вода заходит с подпорной части того водоема, в которую впадает река (это может быть главная река, море, озеро и т.п.). Такие явления наблюдаются, например, в п. Нижнеянск, который находится в 25 км от устья р.Яны, где в период стояния низких температур и полного перемерзания реки на перекатах, с подпора в русло реки выше по течению от места перемерзания, заходит соленая вода из Северного Ледовитого океана.

Количественной мерой питания служит значение подземного стока, который, в свою очередь, характеризуется так называемым модулем подземного стока:

М_подз. = К•М/100,

где М_подз. – модуль подземного стока, л/сек с 1 км2 водосборной площади;

М – средний многолетний модуль общего стока, л/сек с 1 км2 поверхностного водосборного бассейна;

К – модульный коэффициент, показывающий процент подземного стока в общем стоке и определяемый по формуле

К=М_min/М,

где М_min — минимальный модуль стока, л/сек с 1 км2 поверхностного водосборного бассейна, определяемый по зимнему расходу реки и равный модулю подземного стока, т.к. реки зимой питаются преимущественно подземными водами.

Модуль подземного стока является надёжным показателем для оценки водоносности горных пород, распространённых на площади водосборного бассейна какой-либо реки, т.к. он представляет собой то количество подземной воды (в л/сек), поступающее в реку с 1 кв. км того или иного водоносного горизонта, дренируемого рекой.

Кроме этих формул, величина подземного стока может быть определена гидрохимическим методом (по А.Т. Иванову):

где Q_подз – годовой объём подземного стока;

Q – годовой объём речного стока;

с — концентрация какого-либо компонента (например, хлора) в речной воде в период наблюдений;

c₁ – концентрация того же компонента в подземных водах в тот же период;

c₂ — концентрация того же компонента в поверхностных водах в тот же период.

Согласно Б.И. Куделину, для более точного расчёта подземного стока малых и средних рек предлагается различать четыре типа питания рек подземными водами:

1. 1. Питание грунтовыми водами, гидравлически не связанными с рекой;

   2. Питание грунтовыми водами, гидравлически связанными с рекой;

   3. Смешанное грунтовое питание (a+b);

   4. Смешанное грунтовое и артезианское питание (a+b+c).

Согласно этих данных Б.И. Куделиным были предложены формулы для определения слоя h_подз и коэффициента подземного стока α_подз. Слой подземного стока выражается в миллиметрах в год (или любой другой единице времени) с одного квадратного километра площади подземного бассейна и рассчитывается как:

где h_подз – слой подземного стока, мм/год;

Q_подз – объем подземного стока с площади бассейна, м3/год;

F – площадь бассейна, м2.

Коэффициент подземного стока α_подз представляет собой отношение подземного стока к осадкам, выпавшим на площадь данного речного водосборного бассейна, и показывает ту часть осадков, которая идёт на питание подземных зон весьма интенсивного водообмена в бассейне:

где x – слой осадков, мм/год.

Расчёты подземного стока обычно обобщаются в виде карт подземного питания, коэффициентов и модулей подземного стока, отражающих естественные ресурсы различных видов подземных вод, развитых в пределах малых и средних речных бассейнов и их отдельных районов и участков.

Загрязнение водных ресурсов

Основными причинами загрязнения водных ресурсов являются:

Захоронение отходов в морях и океанах

Захоронение мусора в морях и океанах может вызвать огромные проблемы, ведь оно отрицательно сказывается на живых организмах, которые обитают в водах.

Промышленность

Промышленность — это огромный источник загрязнений вод, который производит вещества, вредные для людей и окружающей среды.

Радиоактивные вещества

Радиоактивное загрязнение, при котором в воде находится высокая концентрация радиации, является самым опасным загрязнением и может распространяться в океанические воды.

Разлив нефти

Разлив нефти несет угрозы не только водным ресурсам, но и поселениям людей, расположенным вблизи загрязненного источника, а также всем биологическим ресурсам, для кого вода является средой обитания или жизненно важной необходимостью

Утечки нефти и нефтепродуктов из подземных хранилищ

Большое количество нефти и нефтепродуктов хранятся в резервуарах, изготовленных из стали, которая со временем подвергается коррозии, что в следствии создает утечки вредных веществ в окружающую почву и грунтовые воды.

Атмосферные осадки

Атмосферные осадки, такие как кислотные осадки, образовываются при загрязнении воздуха и изменяют кислотность воды.

Эвтрофикация

Эвтрофикация — процесс снижения качественных характеристик воды, связанный с чрезмерным обогащением питательными веществами.

Понятие о водоносных горизонтах

В просачивании поверхностных вод большое значение имеет проницаемость горных пород. В одних районах вода застаивается, почти не проходя в грунт, образуя болота или полноводные реки (Енисей). А в других местах она очень быстро оказывается под землёй, не давая возможности растениям удержать её (Австралийские пустыни).

Все горные породы по проницаемости делятся на 3 группы:

• водопроницаемые (пески, галечники, гравий, песчаник с большим количеством трещин, растворимые породы — доломиты, известняки и др.);
• слабопроницаемые (супеси, легкие суглинки, лёсс, неразложившийся торф);
• водоупорные, или относительно водонепроницаемые (глины, тяжёлые суглинки, хорошо разложившийся торф и нетрещиноватые массивные кристаллические осадочные горные породы).

Представления о водопроницаемых и водоупорных породах относительны, поскольку в разных геолого-структурных и термодинамических условиях одна и та же порода может быть либо водоносным горизонтом, либо водоупором.

При значительных перепадах давлений и повышенных температурах водопроницаемыми могут быть даже толщи глин мощностью несколько десятков метров. Однако при господствующих в верхней части земной коры (до 2-5 км) температурах и давлениях породы с коэффициентом проницаемости менее 0,1 мкм2 являются достаточно надежными водоупорами.

Пласт, подстилающий водоносный горизонт, называется подошвой, а пласт, перекрывающий его, — почвой водоносного горизонта. Поверхность, образованная подземными водами, носит название зеркала подземных вод. Для первого от поверхности водоносного горизонта, воды которого называются грунтовыми, зеркало является границей, разделяющей зону аэрации и зону полного насыщения.

Различают напорные и безнапорные водоносные горизонты. Безнапорные водоносные горизонты не имеют перекрывающих непроницаемых горных пород, вследствие чего питание атмосферными осадками происходит по всей площади их распространения и подземные воды испытывают только атмосферное давление.

Напорные водоносные горизонты, наоборот, перекрыты трудно проницаемыми горными породами и поэтому характеризуются давлениями, превышающими атмосферное. Питание этих горизонтов атмосферными осадками может осуществляться только на отдельных участках, где отсутствуют перекрывающие слабопроницаемые породы. Часто напорные водоносные горизонты могут переходить в безнапорные и наоборот.

В какой форме бывает вода под землёй?

Вода в недрах земной коры бывает:

• парообразной — находится в воздухе, заполняющем трещины горных пород;
• гигроскопической — образуется при адсорбции молекул водяного пара поверхностью минеральных частиц горных пород. Гигроскопическая вода образует тонкую плёнку на поверхности горных пород и удерживается молекулярными и электрическими силами;
• плёночной — образует более толстую плёнку поверх гигроскопической воды и вокруг частиц горных пород. Она может перемещаться от большей концентрации воды к меньшей, от частицы к частице, пока плёнка на них не станет одинаковой толщины;
• капиллярной — заполняет тонкие трещины и поры, удерживаясь при помощи силы поверхностного натяжения. Капиллярная вода поднимается вверх над поверхностью грунтовых вод, её используют растения для почвенного питания;
• свободной (капельножидкая) гравитационной. Свободно передвигается по пустотам, трещинам и порам под влиянием силы тяжести. Она делится на воду, полностью заполняющую поры и трещины в горных породах, образующую горизонт подземных вод и воду, просачивающуюся сверху вниз в зоне аэрации — в зоне, расположенной выше грунтовых вод, где в горных породах находится воздух;
• твёрдой (в виде льда). Образуется при отрицательных температурах горных пород. Лёд может находиться в литосфере в виде отдельных кристаллов, в виде плёнки или прослоек. Особенно много льда в областях распространения “многолетней мерзлоты“ — на Аляске и в северной части Сибири;
• кристаллизационной — является частью кристаллических решёток горных пород.

Ресурсы пресной воды

Пресная вода содержит минимальное количество солей (не более 0,1%) и подходит для человеческих потребностей. Однако, не все ресурсы доступны для людей, а даже те, которые доступны не всегда пригодны для использования. Рассмотрим источники пресной воды:

• Ледники и снежные покровы занимают около 1/10 суши в мире и содержат около 70% запасов пресной воды. К сожалению, большая часть этих ресурсов расположена вдали от населенных пунктов, поэтому является трудно доступной.
• Подземные воды на сегодняшний день являются наиболее распространенным и доступным источником пресной воды.
• Пресноводные озёра в основном расположены на больших высотах. В Канаде находится около 50% пресноводных озёр мира. Многие озёра, особенно, которые находятся в засушливых районах, становятся солеными за счет испарений. Каспийское море, Мертвое море, и Большое Солёное озеро являются одними из крупнейших в мире соленых озёр.
• Реки образуют гидрологическую мозаику. На Земле насчитывается 263 международных речных бассейна, которые охватывают более 45% суши нашей планеты (исключение — Антарктика).

Рациональное использование и охрана водных ресурсов

Водные ресурсы предусматривают рациональное использование и охрану, начиная от частных лиц до предприятий и государств. Существует много способов, благодаря которым мы можем уменьшить наше воздействие на водную среду. Вот некоторые из них:

Экономия воды

Такие факторы, как изменение климата, рост численности населения и увеличение засушливости усиливают давление на наши водные ресурсы. Лучшим способом сохранить воду является сокращения потребления и избежание роста сточных вод.

На бытовом уровне, есть много способов для экономии воды, такие как: более короткий душ, установка водосберегающих приборов, стиральные машины с низким расходом воды. Другой подход заключается в высаживании садов, которые не требуют большого количества воды.

Повторное использование

Повторное использование или рециркуляция является альтернативным источником использования воды и является ключевым способом снизить давление на наши водные ресурсы

Важно выбрать наиболее подходящий альтернативный источник воды с точки зрения рисков и затрат энергии. Для повторного использования, воду можно получить из дождевых, ливневых, бытовых, сточных и промышленных вод

Предотвращение загрязнения

Загрязнение окружающей среды, в результате антропогенного воздействия человечества, является чрезвычайно важной и актуальной проблемой. Поэтому, чтобы не сталкиваться с решением, необходимо предотвратить ее появление, путем приобщение всех слоев населения к проблеме и создания строгой законодательной базы, которая будет стимулировать, как частных лиц, так и предприятия заботиться о водных ресурсах нашей планеты

Проблемы

Ученые беспокоятся о проблемах, которые возникают при использовании слишком больших объемов подземных вод для повседневной жизни, в том числе дома, бизнеса и сельского хозяйства. Одна из проблем заключается в том, что эти воды все больше и больше удаляются от поверхности Земли. Люди используют подземные воды быстрее, чем дождь или таяние снега могут пополнить водоносные горизонты. Это означает, что необходимо глубже производить бурение, чтобы добраться до источника.

Это может показаться не очень важным, но когда грунтовые воды настолько далеки, почва и глина, составляющие поверхностный слой Земли, подвергаются напряжению и становятся слабыми. В конце концов, может упасть слабая поверхность и образоваться воронка. Воронки являются серьезной проблемой и встречаются в районах, где происходила добыча глубоких подземных вод.

Основные проблемы использования и защиты подземных вод

В силу своего местонахождения подземные воды лучше защищены от внешних воздействий, чем поверхностные, однако имеются серьёзные симптомы неблагоприятного изменения режима подземных вод на больших площадях и в широком диапазоне глубин. К ним относятся: истощение и понижение уровня подземных вод из-за чрезмерного отбора; внедрение на побережье морских солёных вод; образование депрессионных воронок и другие.

Большую опасность представляет загрязнение подземных вод. Можно выделить два типа загрязнений – бактериальное и химическое. В определённых условиях в водоносные горизонты могут проникать сточные и техногенные промышленные воды, загрязнённые поверхностные воды и атмосферные осадки.

При создании водохранилищ в результате подпора происходит повышение уровня грунтовых вод. Положительным следствием такого изменения режима является увеличение их ресурсов в прибрежной зоне водохранилища; отрицательными – подтопление прибрежной зоны, что вызывает заболачивание территории, а так же засоление почв и грунтовых вод вследствие повышенного их испарения при неглубоком залегании.

Ввиду небольших паводковых явлений (или вообще их отсутствия) на зарегулированных реках паводочное питание подземных вод значительно уменьшено. Скорости течения на таких реках снижаются, что способствует заилению русла; поэтому взаимосвязь речных и подземных вод затруднена.

В определённых условиях отбор подземных вод может оказать существенное влияние на качество поверхностных вод. В первую очередь это относится к промышленной эксплуатации и сбросу минерализованных вод, сбросу шахтных и попутных нефтяных вод. Поэтому должно предусматриваться комплексное использование и регулирование ресурсов поверхностных и подземных вод. Примерами такого подхода могут служить использование подземных вод для орошения в маловодные годы, а так же искусственное восполнение запасов подземных вод и сооружение подземных водохранилищ.

К.х.н. О.В. Мосин

списоклитературы

1. Новиков Ю.В., Сайфутдинов М.М. Вода и жизнь на Земле. – М.: Наука, 1981. – 184 с.

2. Киссин И.Г. Вода под землёй. – М.: Наука, 1976. – 224 с.

3. Бондарев В.П. Геология. Курс лекций: Учебное пособие для студентов учреждений среднего профессионального образования. – М.: Форум: Инфра М., 2002. – 224 с.

4. Горошков И.Ф. Гидрологические расчёты. – Л.: Гидрометеоиздат, 1979. – 432 с.

5. Черданцев В.А., Пивон Ю.И. Методические указания по дисциплине: «Гидрология». – Новосибирск: НГАЭиУ, 2004, 112 с.

6. Справочное руководство гидрогеолога. В 2 томах. Под ред. В.П. Якуцени. – Л.: Недра, 1967. – Т.1. – 592с.

Происхождение и формирование подземных вод

Представьте себе, что земная кора вдруг стала прозрачной, тогда вы увидели бы, что она вся пропитана водой до самых больших глубин. Каково же происхождение подземной воды? Одни ученые считали, что за формирование подземных вод отвечают атмосферные осадки, т. е. дождь и снег.

Другие утверждали, что большая часть атмосферных осадков, не успев глубоко просочиться в почву, стекает в ручьи и реки. По их мнению, подземные воды формируются в порах грунта подобно росе при конденсации (превращении в воду) водяных паров, содержащихся в воздухе.

Против этого решительно возражали сторонники первой теории. Для того чтобы оставить в грунте такое большое количество влаги, говорили они, надо профильтровать через него так много воздуха, что в порах грунта должен дуть настоящий сквозняк. Между тем движение воздуха в грунте совсем невелико.

Большинство сторонников обеих теорий примирил русский ученый А. Ф. Лебедев. Он убедительно показал, что перемещение водяных паров в порах грунта может происходить без одновременного движения воздуха. Водяные пары перемещаются из пространства, в котором упругость (давление) их больше, в пространство, где упругость их меньше. Разница в упругости водяных паров и заставляет их перемещаться. Если при этом водяные пары охлаждаются, то частично они превращаются в воду. А. Ф. Лебедев считал, что происхождение подземных вод происходит как путем просачивания выпавших атмосферных осадков, так и за счет конденсации водяных паров в порах грунта.

Состав и движение подземных вод

Подземные воды часто для красного словца называют «подземными морями». Но это неверно. Точнее, это гигантские подземные губки, пропитанные пресной, солоноватой или соленой водой. Стекая в подземные котловины, вода может образовать крупное озеро-губку, но в большинстве случаев подземные воды находятся в постоянном движении. Скорость рек на поверхности земли 50—100 км в сутки, а подземная вода течет со скоростью нескольких километров, иногда нескольких метров в год.

Повсюду, где бывают морозы, почва промерзает вместе с содержащейся в ней водой и снова оттаивает весной. Но в северных районах России и Америки за время короткого лета оттаивает только верхний тонкий слой почвы. Замерзшая в грунте вода хранится без движения, вероятно, со времени последнего оледенения, сохраняя свой состав неизменным на протяжении тысячелетий. В вечной мерзлоте нередко находят хорошо сохранившиеся трупы мамонтов и других древних животных.

Толщина слоя вечной мерзлоты достигает местами сотен метров. Нижнюю границу мерзлоты устанавливает тепло, которое выделяется из недр Земли. Слой вечной мерзлоты водонепроницаем. Весенние талые воды и летние дожди увлажняют только оттаявший верхний слой почвы. Они совершают движение глубоко вниз только в тех случаях, если в мерзлоте встречаются трещины.

В вечной мерзлоте на некоторой глубине от поверхности земли встречаются участки сплошного льда — линзы. Это могут быть погребенные остатки древнего ледника или замерзшего озера. Состав таких линз также неизменен в течение длительного времени. Есть линзы и другого происхождения. В подземных водах, текущих ниже слоя вечной мерзлоты, порой образуется повышенное давление. Если в вечной мерзлоте окажется трещина, вода совершает по ней движение вверх, как в скважине артезианского колодца. Но воде не всегда удается пробиться на поверхность земли. В таких случаях вода приподнимает и раздвигает верхние слои грунта. Заполнив образовавшийся мешок, вода замерзает и образует такую линзу льда.

В вечной мерзлоте нельзя закладывать фундаменты зданий. Под постройкой почва отогревается, движется, вспучивается или опускается и перекашивает постройку. Поэтому в районах вечной мерзлоты дома строят на сваях, чтобы под ними круглый год свободно гулял ветер. И постройки стоят непоколебимо, как на скале.

Из всех природных жидкостей (нефть, ртуть и др.) вода обладает самой большой способностью растворять различные вещества, включая их в свой состав. Вода находит себе дорогу в трещинах самых твердых пород — в базальте и граните, а в известняке и отложениях гипса она сама себе прокладывает дороги. Эти породы особенно легко растворяются в воде. Районы известняка и гипса, изрытые ямами, прорезанные пещерами и извилистыми подземными ходами, называются карстовыми. Карстовые области встречаются во многих частях суши.

Этот геологический термин произошел от названия местности на берегу Адриатического моря (Карст). Во времена древней Римской империи на склонах известняковых гор и холмов росли густые леса. Римляне их вырубили, а дожди смыли плодородную лесную почву и обнажили известняк и гипс, в котором вода промыла сложные и причудливые лабиринты пещер. С тех пор здесь во мраке таинственных гротов струятся подземные ручьи и реки, шумят водопады, нетронутой ветром гладью разливаются озера.

Карстовые явления встречаются у нас в Крыму, на Урале, в Горьковской области, в бассейне р. Онеги, в Сибири и в других местах.

В числе подземных «архитектурных чудес» созданных водой, всемирно известны пещеры — Мамонтова в Северной Америке, Кунгурская на Урале и Адельсбергская в Западной Европе. Обследованная часть запутанных лабиринтов Мамонтовой пещеры протянулась на 240 км. В пещере оказалось три подземные реки и три больших озера. Пещеру населяют слепые сверчки и пауки, а в озерах живут слепые рачки и рыбы. В Кунгурской пещере находятся 36 небольших озер, очень красивые ледяные гроты, украшенные сталактитами (известковые сосульки, свисающие с потолка и сталагмитами натеки, образовавшиеся на дне пещеры). Адельсбергская пещера славится кружевными извест-ковыми «занавесями» и цветными сталагмитами — белыми, желтыми, серыми и коричневатыми.