Гидросферные функции

Гидросфера - жидкая земная оболочка по Э. Зюссу. Скопление поверхностных вод по В.И. Вернадскому. Запасы подземных вод в земной коре – 1,3 на 10 в девятой, что примерно равно воде Мирового океана. Анализируя различные трактовки гидросферы (Алпатьев, Федосеев, Посохов и др.) понимаешь необходимость выделения надземной и подземной гидросферы. Всю водную массу Земли, по-видимому, целесообразно именовать мегагидросферой, или планетарной водной оболочкой (Добровольский, Никитин).

«Природная вода как бы предназначена для жизни, и жизнью связана она одна из всех химических соединений. Эта тесная связь воды с жизнью и её исключительное распространение в земной коре, резко отличающие её от всех минералов, не может быть игрою случая: она указывает на закономерность явления, на определённую организованность земной коры. Вода и живое вещество – генетически связанные части этой организованности» (В.И. Вернадский).

Трансформация атмосферных осадков в почвенно-грунтовые и грунтовые воды

К грунтовым водам относят подземные воды, расположенные ниже почвенной толщи и дренируемые реками или вскрываемые эрозионной сетью. Если зеркало вод постоянно или временно располагается в пределах почвенного профиля, то их можно выделить в отдельную категорию почвенно-грунтовых вод.

Рассматривая влияние почв на формирование грунтовых вод, необходимо обратить внимание на изменение химического состава атмосферных осадков при прохождении их через почвенных профиль. Почвенный покров, тесно соприкасающийся с водой, играет значительную роль в трансформации состава выпадающих атмосферных осадков (О.А. Алекин, 1970). Почвы двояко воздействуют на хим-состав природных вод: 1) формируют первичный состав фильтрующихся через них атмосферных осадков, 2) метаморфизирующий – качественно меняют ионный и газовый состав воды, взаимодействующей с почвой. При этом в обоих случаях состав воды полностью зависит от характера почвы.

Изменение газового состава атмосферных осадков при прохождении их через почву связано, прежде всего, с тем, что в ней идут процессы окисления органического вещества… Характер изменения атмосферных осадков при прохождении через почвенный профиль определяется не только генетическими свойствами почв, возникающими в результате почвообразования, но и свойствами, унаследованными от материнских пород, разнообразие которых значительно, а влияние на состав воды различно.

Большая часть пород, образованных силикатами и алюмосиликатами, почти не растворима в воде, и только при длительном воздействии воды часть соединений из них переходит в раствор: CaCO3, MgCO3, NaHCO3, KHCO3. Значительно интенсивнее обогащают воду осадочные породы, такие как известняки, доломиты, мергели, гипс, каменная соль (причём обогащают воду ионами).

При разработке проблемы закономерностей формирования состава грунтовых вод важно установить особенности удаления из почвы ионов при инфильтрации через неё атмосферных осадков. Существующий ряд закономерностей удаления ионов и растворения кристаллических солей, был предложен Алехиным О.А. и Бражниковым Л.В. (1964): 1) легче всего вымываются соли из песчаных почв. Кристаллические соли в грубодисперсных почвах выщелачиваются легче, чем ионы раствора; 2) легче всего вымываются ионы хлора, затем SO4 и HCO3; 3) количества промывной воды и выщелоченных солей не пропорциональны; 4) при промывании плотной засолённой почвы в первой стадии выщелачиваются хлориды, затем воды с преобладанием сульфатов и натрия, далее сульфаты и кальций, и наконец, при падении минерализации снова хлор, сульфат и натрий.

Необходимо отметить, что грунтовые воды, тесно связанные с почвой по ряду химических показателей, занимают особое место среди других типов природных вод. Для них характерно следующее соотношение главных ионов: HCO3 > SO2 > Cl. В водах с затруднённым водообменом казанное соотношение нарушается, в частности сульфатные анионы играют второстепенные роли или вообще никакой.

При рассмотрении вопроса трансформации атмосферных осадков в грунтовых водах нельзя обойти вниманием влияние процессов взаимодействия атмосферной влаги с почвогрунтами на изотопный состав подземных вод. Значимость данных процессов была показана в работах Ферронского и Полякова, 1983 и др., которые позволили сделать вывод о случаях изменения изотопного состава метеорной влаги при взаимодействии её с почвой. В частности в некоторых экспериментах отмечены эффекты обогащения дейтерием инфильтрующихся вод на участках, не покрытых растительностью, по сравнению с участками с равяным покровом. Данное явление в значительной мере связано с испарительной концентрацией изотопов, идущей более активно в случае почв с открытой поверхностью. Факты влияния почвы на изотопный состав грунтовых вод, несомненно, должны послужить стимулом более всестороннего изучения данной проблемы; без чего не могут объективно решаться вопросы генезиса подземной гидросферы. Следует особо подчеркнуть, что формирование изотопного состава подземных вод, идущее в естественных условиях, значительно отличается от аналогичных процессов, протекающих на территориях с антропогенным загрязнением почвенного покрова. Поэтому расшифровка генезиса подземных вод таковых районов по их изотопному составу оказывается особенно сложной.

Установлено, что в воздушный океан планеты попадает огромное количество газообразных отходов промышленности, в том числе хлор, соляная и серная кислоты, способные сильно подкислять атмосферные осадки. В результате рН атмосферных осадков во многих районах уменьшился с 5,5-6 до 3-4. В связи с этим усилилось вымывание Са и Mg, К и других хим-элементов из почвы. Кроме того, произошла активация и мобилизация аллюминия, железа и марганца и связывание фосфора (Ковда, 1985, 1990).

Такие изменения снижают почвенное плодородие и заставляют дополнительно увеличивать дозировку удобрений и усиливать известкование почв.