Тема 5. Подземные воды. Процессы формирования, состав и свойства. Изменение количества и качества вод

Подземные воды являются связующим звеном всей гидросферы Земли. Они замыкают круговорот воды. Преимущественно учитывают запасы вод в 2х-3х-5ти километровом слое от поверхности. Бурение показало, что подземные воды могут находиться и на глубине 10 км.

Процессы формирования, свойства и состав подземных вод

С глубиной температура недр возрастает и все больше образуется парообразной воды. А большой глубине вода превращается в пароводяную смесь. В критических условиях (Т=374 ^оС, Р=217 атм) возникает особое состояние воды – водяная плазма. В ней скорость движения молекул такая же как и у молекул газа, плотность – как у жидкости. Подземные воды в жидком и газообразном состоянии составляют 7 % от всей массы гидросферы.

В земной коре существует также вода, которая химически связана.

Подземные воды образуют разнообразные водоносные слои. Простейший водоносный слой – это пласт, заполненный водой и залегающий на водоупорном слое или между слоями. Эти пласты образуют сплошные сплетения разных масштабов на разной глубине. В толще Земли по вертикальному разрезу выделяют несколько зон по интенсивности обмена.

Схема залегания подземных вод

До глубины 0,1-0,5 км –находится зона активного водообмена подземных вод. Это верховодка и грунтовые воды. Они связаны с наземными водоёмами: реками, озёрами, океанами. Скорость обмена высокая (см/с). Период полного водообмена с поверхностными водами – годы, столетия.

До глубины 0,5-2 км – наблюдается замедление водообмена, снижение скорости. Связь с поверхностными водами затруднена. Максимальная скорость 100 км в тысячу лет, минимальная – 10 км в тысячу лет.

Глубже 2х км – зона пассивного водообмена. Темп возобновления миллионы лет.

А – верховодная зона;

Б – грунтовые воды, образуют зону активного водообмена;

В – безнапорные мелкопластовые воды;

Г – напорные подземные воды.

Тёмные слои – непроницаемые породы – водоупоры.

Светлые слои – проницаемые породы.

- буровые скважины и уровни воды в них

-·-·-·-· - уровни воды,

- - - - - свободный уровень воды.

Минерализация подземных вод

В активной зоне Б: минерализация пресной воды 0,1 г/л, преобладают HCO₃^-. Минерализация в зоне В (0,5-2 км) – от 1 до 3,5 промилей. В зоне Г - более 3,5промилей, хлоридный состав близок к морской воде. С глубиной увеличивается количество термальных вод. Огромные водные бассейны под землей могут существовать даже в пустыне. Например, в Сахаре 10 таких бассейнов.

С повышением давления растворимость увеличивается. На глубинах 1,4 км содержание газа до 500 см³/л. Общая масса газа в мировом океане приближается к массе наземной атмосферы.

Тема 6. Криосфера Земли. Криолитозона. Основные криогенные процессы Строение, распространение, условия возникновения. Основные криогенные процессы.

Криолитозоны – области распространения водонепроницаемых многолетнемёрзлых горных пород.

Другое название – перигляциальные зоны, к ним относятся области суш, примыкающие (или примыкавшие в древности) к ледниковым покровам и развивающиеся в условиях многолетнемёрзлых горных пород и многократных колебаний температуры выше и ниже 0°C.

Три типа перигляционных областей:

1) арктическая континентальная;

2) арктическая субмаринная;

3) высотнопоясная.

Различия между ними, прежде всего в величинах среднегодовых температур. Динамика и интенсивность зависят от этих температур.

Криолитозона занимает 20% поверхности планеты и вертикальная мощность их до 1,5 метров.

По характеру распространения выделяют три типа криолитозоны:

1. Сплошная, температура от -5 ° до -15°С.

2. Прерывистая, температура от0 ° до -5 °С.

3. Островная, температура от 0° до +15 °С.

Поверх массивов многолетнемёрзлых горных пород располагается высокоподвижный деятельный слой сезонного промерзания, он участвует в интенсивном процессе гравитационного движения вещества.

В Сибири глубина деятельного слоя 0,2 – 1,6 метра на широте 70°; 0,7 – 4 метра на широте 50°.

Талик – непромерзающий грунт.

Перягляционные процессы:

1)Морозное выветривание

Усиливается при частых колебаниях температуры около точки замерзания и при обильной сети трещин внутри горных пород.

2)Солифлюкация (текущая почва)

Зимой вода в почве замерзает, происходит её расширение, весной лёд оттаивает, подстилающий мёрзлый грунт является водоупором, поэтому талые воды стекают, увлекая почвенные фрагменты, и отлагают их ниже по склону, образуя солифлюкционные террасы и натечные языки.

3)Вымораживание

Вследствие многократного замерзания и оттаивания крупные сегменты пород выталкиваются из основной массы горных пород и мигрируют по склону.

4)Нивация (криопланация)

Это морозное выветривание пород, но под снегом. Образуется весной и летом, продукты разрушения выносятся водой, образуются пониженные формы рельефа.

5)Растворение СО2

Увеличивается с уменьшением температуры. Медленное разложение остатков органики (в основном это растительность) увеличивает кислотность воды. В этих водах имеет место гидролиз.

6)Лавинная деятельность

Характерна для склонов крутизной более 22°.

7)Морозное пучение

Деформация поверхности грунта в результате расширения замерзающей воды, рост кристаллов льда в почве.

8)Воздействие поверхностных текучих вод

Размывает территорию.

9)Деятельность ветра

У почвы нет защиты.

Перягляционные формы рельефа:

1)торы,

2)суходолы – речные, долины без водотока,

3)щебнистые склоны – награждения обломочного материала, они сопровождаются каменными морями, приподнятыми участками с обломками материала,

4)структурно-полигональные формы – растрескивание грунта и появление на нём каменных колец, полигонов, полос,

5)лессы – скопления осаждаемых ветром тонких частиц пыли,

6)ассиметричные склоны,

7)солифлюкционные террасы,

8)натёчные языки,

9)курумы или каменные россыпи – обломки горных пород с отложениями меловых и глинистых частиц,

10)бугры пучения,

11)гидрографическая сеть перигляционных областей с небольшими линейными островками.

Ледники:

Гляциальные системы.

Процесс накопления на поверхности земли снега, называется питанием. Нижние слои снега под тяжестью сжимаются и образуют совокупность ледяных шариков (фирн). Под давлением снега нижние слои подтаивают, располагаются между фирнами и замерзают. Белый цвет льду придают остатки воздуха между фирнами. Затем молекулы воды заполняют всё внутреннее пространство и пустоты, происходит сжатие и кристаллизация, и образуется ледник, имеющий характерный голубоватый цвет.

Процесс происходит, когда высота достигает 30м. Между кристаллами остаётся тонкая прослойка хлоридов и других солей. Она понижает температуру замерзания и способствует как смазка перемещению льда.

Гляциальная система представляет собой баланс поступления, сохранения и отдачи материала (снег, вода). Процесс поступления включает аккумуляцию накопления снега, лавинного материала, обломков пород и талой воды. Ледник, помимо льда, содержит каменистые отложения, называемые мореной, и талые воды. Отдача системы – это потери в результате процесса абляции, таяние сублимации льда в пар и отложение морены.

Режим ледника:

1)Ледник наступает, если аккумуляция больше абляции.

2)Оттаивает, если аккумуляция меньше абляции.

3)В стабильном состоянии, если равны аккумуляция и абляция.

Причины наступления ледниковых периодов (гипотически):

1)изменение орбиты Земли,

2)наклон земной оси,

3)солнечная радиация,

4) расположение полюсов,

5)уменьшение СО2 в атмосфере,

6)количество водяного пара в атмосфере,

7)соотношения между площадями суши и моря, течениями.

Ледниковый рельеф.

1) Флювигляционные и водноледниковые отложения формируют клинообразные насосы, внутриледниковые напластования, водноледниковые равнины, зандры, небольшие холмы овальной формы (образуются в результате насосов).

2)В результате ледниковой эрозии происходят процессы абразии, когда горные породы в леднике оставляют борозды на поверхности, экзарация происходит в основании и по краям ледника, в результате формируются ледниковые цирки (кары), изрезанные гребни, пирамидальные вершины, ледниковые U – образные долины (троги).