Тема 7. Подземные воды

Вода, просачивающаяся в верхние слои земной коры, образует, подземные воды суши. Главный источник подземных вод – атмосферные осадки, но Мировой влагооборот не замкнут, и некоторое количество воды поступает в земную кору из мантии.

Подземные воды имеют разное происхождение:

• приповерхностные (вадозные) образуются за счет инфильтрации атмосферных осадков и наиболее активно участвуют в круговороте воды

• седиментационные образуются при отжатии кристаллизационной воды из осадочных горных пород при их метаморфизации

• ювенильные воды образуются при дегазации вещества мантии из магматических и метаморфических горных пород.

По условиям залегания подземные воды бывают:

• почвенные

• почвенно-грунтовые (верховодка)

• грунтовые безнапорные или с местным напором

• межпластовые напорные

• артезианские, расположенные в вогнутой геологической структуре и имеющие за счет этого гидростатический напор.

Вода в горных породах может находиться в виде газа, жидкости и льда, быть кристаллически-связанной и химически связанной, находиться в надкритическом состоянии перегрева выше температуры кипения (в магме).

В почво-грунтах выделяют воду, по разному связанную с частицами грунта:

• парообразную

• гигроскопическую адсорбционную

• пленочную неплотно связанную

• капиллярную

• свободную гравитационную.

Почво-грунты и горные породы характеризуются пористостью, диаметром частиц, от которого зависит сила капиллярного поднятия воды, плотностью и удельным весом скелета грунта, водопроницаемостью, водоотдачей, влагоемкостью и фактической влажностью, коэффициентом фильтрации.

Различают зональность подземных вод широтную и вертикальную (глубинную). Широтная зональность свойственна только грунтовым водам. Режим и минерализация грунтовых вод зависят от климата, характера почвенного и растительного покрова, имеют зональный характер. Чем суше климат, тем глубже залегают грунтовые воды, тем больше их минерализация. Химический состав в сухом (аридном) климате хлоридно-натриево-сульфатный. При влажном (гумидном) климате химический состав грунтовых вод гидрокарбонатный, минерализация низкая. В зоне вечного холода (криолитозоне) подземные воды находятся в твердом состоянии (вечная мерзлота).

Гораздо сложнее природа вертикальной зональности. Чем глубже залегают подземные воды, тем они менее подвижны, более минерализованы, имеют большую температуру, их химический и газовый состав меняется от азотно-кислородного до метано-сероводородно-углекислого. В связи с этим выделяют зональность:

• гидрогеодинамическую

• гидрогеохимическую

• газовую

• гидрогеотермическую.

При этом выделяют по глубине зоны: верхнюю, переходную и нижнюю в соответствии с показателями. Причина такой вертикальной дифференциации подземных вод:

• гравитационные силы Земли, расслоение воды по плотности

• геостатическое давление при уплотнении горных пород

• термический режим земных недр

• физико-географические, геологические и термодинамические факторы, меняющиеся во времени.

Верховодка – временное скопление подземной воды над местным водоупором, имеющее ограниченное распространение. Она образуется в результате просачивания дождевых и талых вод, стекает и испаряется. Уровень верховодки резко колеблется, в сухое время года она может вообще исчезнуть.

Химический состав подземных вод определяется сложными процессами взаимодействия между составом горных пород и динамикой самих вод в прошлом и настоящем. Пресные воды имеют минерализацию 0-1г/л, солоноватые - 1-10г/л, соленые - 10-50г/л, рассолы - более 50г/л.

Физико-географическое значение грунтовых вод велико. Они образуют устойчивое питание рек (базисный сток), который существует даже в зимнее время, когда реки покрыты льдом и не получают других видов водного питания. Таким образом, грунтовые воды - это воды, залегающие выше базиса эрозии малых и средних рек, дренируемые речными долинами и озерными котловинами. При высоких уровнях воды в реке происходит обратное пополнение грунтовых вод речными водами.

У грунтовых вод есть своя подземная водосборная площадь и подземный водораздел. Зеркало грунтовых вод имеет волнистую или наклонную поверхность, напоминающую наземный рельеф. Зеркало грунтовых вод обычно наклонено в сторону речной долины, озерной котловины или выхода грунтовых вод на поверхность и называется депрессионная кривая. Над зеркалом имеется слой грунта с влажностью, равной капиллярной влагоемкости, называемый слоем капиллярной каймы. Чем мельче частицы грунта, тем выше капиллярная кайма. У грунтовых вод область питания совпадает с областью разгрузки, а у артезианских напорных вод они по территории не совпадают.

Уровень грунтовых вод колеблется по годам и сезонам в зависимости от климатического режима. Зимой и в конце лета в умеренных широтах обычно он понижается, а в конце весны и начале лета - наивысший.

Межпластовые воды заключены в слое между двумя водоупорными пластами. Питание их атмосферными водами происходит там, где верхний водоупорный пласт отсутствует.

Ненапорные межпластовые воды не заполняют водоносного слоя и стекают по уклону так же, как грунтовые воды.

Напорные межпластовые артезианские воды находятся в водоносных слоях, расположенных между двумя водонепроницаемыми пластами таким образом, что вода по условиям залегания находится под напором и при бурении поднимается выше водонепроницаемой кровли.

Артезианские воды не могли образоваться исключительно за просачивания атмосферных осадков, вероятно, они возникли одновременно с накоплением осадков.

Естественные выходы подземных вод на поверхность – источники весьма разнообразны.

Безнапорные, спокойно изливающиеся источники - нисходящие, ненапорные (артезианские) – восходящие. Многие источники дают начало ручьям и рекам.