4. Геологическая деятельность подземных вод

Геологическая деятельность подземных вод заключается главным образом в процессах растворения ими вещества минералов и горных пород, его переноса в растворённой форме и переотложения. Кроме того, подземными водами могут переноситься и мелкие взвешенные частицы (глинистые, алевритовые).

Отложение минеральных веществ, переносимых в растворённой форме, происходит преимущественно на геохимических барьерах (участках, где резко изменяются химические, термодинамические или иные условия, влияющие на растворимость тех или иных веществ). Такие барьеры могут возникать и на путях движения подземных вод внутри земной коры, и в местах их выхода на поверхность. В последнем случае в местах функционирования источников может наблюдаться отложение известковых туфов и иных минеральных образований. Но в целом при деятельности подземных вод процессы растворения минеральных веществ существенно преобладают над их осаждением.

4. Карстовые процессы.

Наиболее масштабные проявления геологической деятельности подземных вод связаны с карстовыми процессами. Карстом называется процесс растворения подземными водами горных пород, приводящий к формированию крупных пустот в их толще. Подвергаться практически полному растворению подземными водами способны горные породы трёх классов: карбонатные, гипсовые и соляные.

Чаще всего карст проявляется в карбонатных породах, по причине их значительно более широкого распространения. Растворение и осаждение карбонатов определяются смещением равновесия между карбонатной и гидрокарбонатной формами карбоната кальция, в зависимости от содержания в воде растворённого в ней углекислого газа (СО₂):

При высоких содержаниях СО₂ осуществляется переход нерастворимой карбонатной формы (CaCO₃) в бикарбонатную и вещество карбонатной породы подвергается растворению. При снижении процесс идёт в обратном направлении. В результате начинается осаждение из водного раствора натёчного карбоната, образуются сталактиты и сталагмиты.

Начинается карстовый процесс с проникновения воды в поры и трещины, имеющиеся в горной породе. На поверхности образуются вначале небольшие углубления, затем промоины, далее – глубокие борозды (карры). Скапливающаяся в них дождевая вода проникает на глубину, растворяет карбонаты, выносит растворённое вещество и мелкие частицы. Образуется целая система подземных полостей. На поверхности с крупными подземными полостями связаны естественные колодцы и шахты, карстовые воронки, котловины. Крупнейшая известная шахта – на плато Карст в Хорватии – имеет глубину 450 м. В строении карстовых систем проявлена вертикальная зональность. В них выделяются:

-верхняя зона стока;

-средняя зона периодического насыщения водой полостей и трещин;

-нижняя зона постоянного заполнения полостей и трещин водой.

В пределах верхней зоны ориентировка подземных полостей преимущественно вертикальная или наклонная, что обусловлено нисходящим движением подземных вод. Формирование субгоризонтальных каналов стока характерно для нижних уровней.

Глубина развития карстовых процессов определяется уровнем вод в открытых водоёмах и водоносных горизонтах прилегающих долин. Ниже этого уровня процесс распространяться не может. С течением времени положение этого уровня может измениться в связи с тектоническими движениями. Если он повысится, нижние горизонты карстовой системы будут затоплены подземными водами. Если понизится – развитее процесса продолжиться вглубь и будет формироваться многоярусная система пещер. Движение подземных водотоков может также резко меняться в результате появления новых каналов при растворении горных пород.

Карстовые процессы порождают серьёзные экологические проблемы.

Образование и рост карстовых полостей под основаниями зданий и сооружений может привести к их разрушению. Известны случаи, когда различные сооружения целиком проваливались в карстовые пустоты. Поэтому любое строительство в областях развития карста требует самых тщательных предварительных инженерно-геологических изысканий. В некоторых городах (например, в Уфе) имеются целые районы, где запрещено возведение домов высокой этажности. Большие сложности могут возникать при решении вопросов водоснабжения в районах развития карста. Неустойчивость режима карстовых вод может привести к исчезновению водоносных горизонтов, на которых обустроены водозаборы – и, напротив, к появлению этих вод и развитию процессов подтопления на других участках. В 2005 году из-за изменения путей движения карстовых вод внезапно полностью ушла вода из одного в Нижегородской области, и более не появилась. Шахтные разработки в карстовых районах всегда потенциально опасны и требуют особо тщательного контроля за любыми изменениями режима подземных вод вблизи горнотехнических сооружений. Наибольшую потенциальную опасность в этом отношении представляет соляной карст. Соляные горные породы отличаются наибольшей растворимостью, и в случае прорыва в соляную шахту подземных вод процесс может развиваться стремительно. В истории шахтных соляных разработок известно несколько крупных катастроф, произошедших по этой причине.