Грунтовые воды

Грунтовые воды играют важную роль в питании речного стока, служат и самостоятельным источником водоснабжения. Они формируются в зоне активного водообмена самой верхней части земной коры непосредственно в результате фильтрации атмосферных осадков и образуют первый от поверхности горизонт подземных вод, преимущественно ненапорных. Грунтовые воды обычно залегают выше уровня вреза речной сети, а также уровня воды озер, чем обеспечивается их разгрузка и водообмен в водовмещающих породах (большей частью четвертичных). Постоянный водообмен обусловливает низкую минерализацию грунтовых вод, которая увеличивается с глубиной по мере затруднения водообмена.

Грунтовые воды распространены повсеместно, но крайне неравномерно по обилию и качеству, подчиняясь разнообразию ландшафтов.

Широтная зональность грунтовых вод:

с севера на юг уменьшается обводненность верхней толщи горных пород в зоне свободного водообмена;

увеличивается глубина залегания грунтовых вод;

возрастают их минерализация и жесткость (содержание ионов кальция и магния), закономерно изменяется химический состав;

повышается температура (на одинаковых глубинах);

уменьшается (до нуля) содержание органических примесей (т.е. ослабляется степень вымывания).

В зоне избыточного атмосферного увлажнения грунтовые воды пресные, преимущественно гидрокарбонатно-кальциевые, в зоне недостаточного увлажнения они становятся солоноватыми и солеными, минерализация достигает 3–10 г/л, а местами и более, в ионном составе преобладание переходит к сульфатам и хлоридам.

Многолетняя мерзлота на территории России (карта)

Суть явления м.м. (неправильно называемой вечной мерзлотой): горные породы длительное время (от нескольких лет до тысячелетий) находятся в охлажденном состоянии при температуре ниже 0C (полигонально-жильные льды, ледяные ядра торфяных бугров, ледяные интрузии и пр.)

К области многолетней мерзлоты относится более половины территории России (общая площадь мерзлых пород около 11 млн км²), в распространении м.м. ярко проявляются долготно-климатические факторы.

Южная граница области островной многолетней мерзлоты (см. соответствующие карты в Атласе СССР) проходит параллельно побережью Баренцева моря через Кольский п-ов, далее субширотно близко к Сев. полярному кругу (местами южнее его) до Урала, затем опускается примерно до 62 с.ш., пересекает Урал, далее идет параллельно Оби (с правого берега), спускаясь до 60 с.ш., до Енисея и вдоль Енисея опускается намного к югу, захватывая Саяны, Горный Алтай и Кузнецкий Алатау (исключая Минусинскую котловину), уходя за гос. границу России. На Дальнем Востоке от м.м. свободны Приамурье (южная граница м.м.идет почти параллельно Амуру, севернее его на расстоянии в среднем 200 км, пересекая гос. границу выше впадения Зеи), Приморье (кроме верхнегорий Сихотэ-Алиня), Сахалин, Курилы и равнины Камчатки (вдоль побережий Охотского моря и Тихого океана южная граница м.м. поднимается до 57-58 с.ш.

Южная граница области сплошной многолетней мерзлоты (существуют разные варианты проведения): от Пай-Хоя проходит вблизи Полярного круга до Енисея, далее вблизи Ниж. Тунгуски, к верховьям Вилюя, Якутску и Охотску; от Магадана к Анадырскому заливу.

Максимальной мощности (более 500 м) м.м. достигает на севере Ямала, Гыдана, Таймыра, на Сев. острове Новой Земли, Северной Земле, Новосибирских островах, в Центральной Якутии. По данным К.К.Маркова (цит. по Гвоздецкому и Милькову), в некоторых частях Лено-Вилюйского междуречья мощность многолетней мерзлоты превышает 1000 м.

На Кольском полуострове толщина мерзлого слоя менее 25 м, на СВ Большеземельской тундры она возрастает до 100200 м.

Присутствие многолетней мерзлоты откладывает отпечаток практически на всех компонентах ландшафта:

в рельефе и грунтах: солифлюкция, бугры вспучивания  булгунняхи, полигональные грунты, торфяные бугры и др. (более подробно будут рассмотрены в соответствующих «зональных» лекциях);

в режиме рек, характере озер (см. выше);

в растительности: м.м., будучи хорошим водоупором, часто служит причиной заболачивания оттаивающей летом почвы, способствует формированию угнетенной корневой системы, понижает устойчивость древесной растительности против ветра и т.д. – в целом набор видов древесных пород резко сужается (наиболее приспособлена лиственница); с др. стороны, оттаивающая к середине довольно засушливого лета мерзлая влага  дополнительный источник увлажнения для древесной растительности в резкоконтинентальных областях; ель сибирская на восточном пределе ареала растет только при близком залегании м.м.; редкостойные леса и болота с близким залеганием м.м. хорошо видны сверху.

в почвах: формируются специфические мерзлотные почвы, характерная трещиноватость.

Грунтовые воды районов м.м. делятся на надмерзлотные, межмерзлотные и подмерзлотные.

Надмерзлотные воды зимой целиком или частично замерзают; при этом нередко создается напор и, прорываясь наружу, они образуют наледи. [В Момо-Селенняхской котловине между хр. Черского и Момским хр. находится самая крупная наледь в Евразии  Момский Улахан-тарын (Мома – правый приток Индигирки) площадью около 100 км²; крупнейшая наледная провинция  Охотско-Чукотская горная страна, где ими занято почти 2% территории].

В толще мерзлых пород грунтовые воды в жидком виде встречаются лишь фрагментарно.

С одной стороны, м.м.  древнее явление (свидетельства  захоронения мамонтов и др.); ее огромная мощность свидетельствует, скорее всего, об унаследованности с периода плейстоценовых оледенений.

С другой стороны, современное распространение м.м. в районах с отрицательными среднегодовыми температурами воздуха и холодными малоснежными зимами свидетельствует о связи м.м. и с современными климатическими условиями. По всей видимости, современный климат лишь поддерживает, консервирует ранее образовавшуюся мерзлоту, местами вызывая либо ее деградацию (напр., образование термокарстовых озер в Якутии), либо новообразование (например, м.м. появляется в новейших речных наносах и на недавно образованных островах на реках бассейна Лены).

С севера на юг неустойчивость м.м. возрастает. На юге Сибири заметная активизация мерзлотных процессов наблюдается при строительстве железных дорог. [В начале XX в. сооружение насыпей для них привело к резкому увеличению оттаивающего слоя: на марях (заболоченных равнинах) его глубина выросла в 2 раза, на каменных развалах  в 3,5 раза. Из-за этих изменений дорожные сооружения расползались в стороны. Если же земляные работы велись рядом с путями, то в выемках грунта возникали наледи. Некоторые участки Транссиба опустились на 2,5 м].

В связи с потеплением климата, в ряде регионов зафиксировано смещение к северу границы многолетнемерзлых пород (например, в Мезенском районе Архангельской обл. за последние 160 лет она сместилась на север на 50-60 км – «Поиск» , 21.12.2001, данные Института экол. проблем Севера).

Данные С.Кирпотина (ботаник из Томского ГУ), Ю.Марканд (Оксфордский университет):

В связи с потеплением Западной Сибири, которое происходит быстрее чем где-нибудь на планете (средние месячные температуры выросли на 3C за последние 40 лет) в последние 3-4 года началось активное таяние мерзлоты в субарктических районах. Это может привести к мощным выбросам в атмосферу метана, законсервированного в промерзшем торфе (запасы метана оцениваются в 70 млрд. т, что составляет четверть всего количества метана на земной поверхности). Ландшафты на площади, превышающей Германию и Францию вместе взятые, превращаются в обводненные территории с мелководными озерами.

Данные сети мониторинга многолетней мерзлоты показывают, что с 1960-х г. температура приповерхностного мерзлого слоя в Северной Евразии увеличилась на 1-3C. Согласно данным математического моделирования, уменьшение площади области м.м. в северном полушарии составит (в скобках цифры уменьшения области сплошной м.м.): к 2030 г. – 10-18% (15-25%), к 2050 г.  15-30% (20-40%), к 2080 г.  20-35% (25-50%). Прогнозируемые изменения глубины сезонного оттаивания: 10-15% к 2030 г., 15-25% к 2050 г., 30-50% и более к 2080 г. [О.Анисимов, Т. Хромова, В.Романовский, М.Ананичева, А. Георгиади, тезисы доклада на семинаре NEESPI/GOFC, 2004].

Важное свойство м.м.  ее способность консервировать органические и неорганические вещества и препятствовать разложению. Когда речь идет о домашнем холодильнике, такое качество оборачивается множеством удобств. Однако если приходится решать задачу о захоронении бытовых отходов, м.м. превращается в серьезную проблему.

Бассейн р. Свирь	Средняя тайга
Побережье Карагинского залива	Лесотундра
О. Кунашир, Итуруп, Уруп, Южный Сахалин	дальневосточная подтайга
Остров Котельный	Арктические пустыни
Барабинская низменность	Лесостепь
Побережье Тазовской губы	Типичная тундра
Приазовская низменность	Предсубтропические степи
Возвышенность Кейвы	Лесотундра (граница с сев. тайгой)
Ишимская равнина	Лесостепь
Андомская возвышенность	Средняя тайга
Остров Врангеля	Арктическая тундра
Побережье залива Петра Великого	Зона широколиственных лесов
Яно-Индигирская низменность	Лесотундра
Бассейн р. Вятка	Подтайга
Остров Новая Сибирь	Арктические пустыни
Кряж Ветреный Пояс	Северная тайга
Пай-Хой	Южная тундра
Кузнецкая котловина	Лесостепь
Приволжская возвышенность	Лесостепь, зона широколиственных лесов
Хр. Джагды	Южная (+средняя) горная тайга
Терско-Кумская низменность	Полупустыни
Большеземельская тундра	Южная тундра
Окско-Донская низменность	Лесостепь
Бассейн р. Индигирка	Северная тайга
Подножье Восточного хребта	Лесолуговая зона
Смоленско-Московская возвышенность	Подтайга
Чукотское нагорье	Горная типичная и арктическая тундра
Ставропольская возвышенность	(Сухие) степи
Бассейн Нижней Тунгуски	Северная (+средняя) тайга
Низовья р. Зея	Широколиственные леса
Бассейн р. Таз	Северная тайга
Бассейн р. Самара	Степи
Бассейн р. Поной	Южная тундра
Междуречье Лены и Вилюя	Средняя тайга
Верховья Лены	Южная тайга
Междуречье Ишима и Тобола	Подтайга
Бассейн р. Аргунь	Степи
Тихвинская гряда	Южная тайга
Побережье Чёшской губы	Лесотундра
Полесье	Зона широколиственных лесов
Центрально-Камчатская низменность	Северная тайга
Черноморское побережье Кавказа к юго-востоку от Туапсе	Предсубтропические влажнолесные ландшафты

Сектор Зона

Слабоконтинентальный

Умеренно-континентальный

Континентальный

Резкоконтинентальный

Притихоокеанический (муссонный)

Арктические пустыни

Острова Арктики

Урало-Новоземельская

Субарктические тундровые

Фенноскандия

Русская равнина

Западная Сибирь

Северная Сибирь

Северо-Восточная Сибирь

Бореально-субарктические (лесотундра)

Средняя Сибирь

Бореальные, переходные к субарктическим (лесолуговые)

Камчатско-Курильская

Бореальные (тайга)

Фенноскандия

Русская равнина

Урало-Новоземельская

Западная Сибирь

Средняя Сибирь

Северная Сибирь

Байкальская

Северо-Восточная Сибирь

Амуро-Приморская

Камчатско-Курильская (Централь-ная Камчатская депрессия)

Бореально-субтропические (подтайга)

Русская равнина (Калининград)

Камчатско-Курильская

Суббореальные гумидные (широколиственные леса)

Крымско-Кавказская

Субтропические семигумидные (лесостепи)

Западная Сибирь

Алтайско-Саянская

Субтропические семиаридные (степи)

Крымско-Кавказская

Монголо-Даурская

Байкальская

Субтропические аридные (полупустыни и пустыни)

Туран

Субтропические гумидные

Крымско-Кавказская

Субсредиземноморские

Соотношение ландшафтных зон, секторов и физико-географических стран на территории Российской Федерации (страны соответствуют клеткам таблицы; желтым выделены названия горных стран)

1 С учетом предсубтропических степей.

2 На Кулойском плато с близким залеганием карбонатных пород - ельники и сосново-лиственничные леса с обогащенным травяно-кустарничковым покровом среднетаежного типа.

3 Образуется при слиянии Котуя (справа) и Хеты (слева)

4 Образуется при слиянии Сухоны (слева) и Юга (справа)