7.1 Особенности режима и химического состава карстовых вод

Своеобразный рельеф закарстованности массивов, быстрое проникновение атмосферных и речных вод на глубину создают особые черты режима карстовых вод.

Главная черта – резкие колебания уровня, амплитуда которых зависит от глубины залегания и условий питания. Реакция их на эпизодические факторы режима (ливни, снеготаяние) так быстра, что иногда необходимы замеры каждый час, чтобы уловить все колебания. Только источники артезианских вод почти не реагируют на сезонные колебания. Например, в Донбассе имеется крупный карстовый источник «Кипучая Криница», отличающийся постоянством теплоты, температуры (15⁰С) и химического состава.

Химический состав карстовых вод разнообразен. Наряду с пресными водами верхней зоны карстовых массивов (гидрокарбонатно-кальцевая или гидрокарбонатная кальциево-магниевая), обычно появляющихся на поверхности в виде мощных источников, встречаются сульфатные и кальциевые воды. Среди них известны и минеральные воды (Кисловодск, Сочи - Мацеста). В некоторых пунктах буровыми скважинами вскрыты хлор натриево-кальциевые рассолы.

В целом карстовые воды имеют двоякое значение в народном хозяйстве. С одной стороны это хороший источник водоснабжения, с другой – при добыче полезных ископаемых могут быть внезапные прорывы, при строительстве плотин – потери воды и т. д.

У нас карст известен на Кавказе, в Крыму, на Урале, в Западной Сибири (Салаирский кряж и др.).

8. Источники

Источником называется естественный выход подземных вод на земную поверхность. Частичной альтернативой этого термина могут быть термины родник, который используется для характеристики выхода пресных вод, и ключ – фонтанирующий восходящий выход холодных подземных вод.

Последний этап формирования подземных вод перед выходом их на земную поверхность зависит от особенностей водоносных систем. Источник замыкает водосборную площадь, с которой вода стекает к месту его выхода. Выработано понятие о минимальных размерах водосборной площади, необходимых для образования источника. Чем больше эта площадь, тем более стабильны показатели, характеризующие этот источник. Иными словами, площадь водосбора источника регулирует возможность существования временно действующего или постоянно функционирующего источника. Весьма важное значение для образования источника имеет степень расчлененности рельефа или глубина вреза эрозионной сети. В связи с этим часто используется понятие базиса дренирования водоносных систем, которое соответствует положению ложа реки, озера, водохранилища, моря. Если водоносные системы находятся выше вреза реки, уровня озера, водохранилища, моря, происходит свободная разгрузка подземных вод, их вытекание на поверхность в виде источников; если разгрузка происходит ниже вреза поверхностных вод, следует говорить о скрытом, или субаквальном, дренировании водоносных систем.

Показателем степени дренированности территории является плотность гидрографической сети, заболоченность и озерность территории. Из сказанного следует, что образование источников есть результат сочетания аридности – гумидности климата и степени расчлененности рельефа. Меньше всего глубина вреза эрозионной сети в Западной Сибири (30-40 м). На Восточно-Европейской равнине она увеличивается до 100-150 м, а в Восточной Сибири даже до 200 м и более. Поскольку глубина вреза речной сети является продуктом неотектонических движений, можно говорить о связи степени дренированности водоносных горизонтов не только с климатическими, но и неотектоническими процессами. Минимальная площадь, необходимая для образования источника, является вторичной по отношению к первым двум факторам (климату и расчлененности рельефа). Так, для образования постоянно действующего источника в условиях гумидного климата минимальная водосборная площадь должна быть не менее 0,5-3 км² для среднегорных районов, 3-5 км² для низкогорных районов и 5-10 км² для равнинных районов. В аридных областях водосборная площадь источников значительно выше. Например, один постоянно действующий источник в условиях Центрального Казахстана приходится на 200-300 км².

Структурно-гидрогеологическая обстановка играет важную роль в формировании источников. Она определяет особенности строения разреза и закономерности распределения движения подземных вод в зоне аэрации и верхних водоносных горизонтах. Переслаивание водоносных и водоупорных пород, их вещественный состав и фильтрационные свойства, наличие тектонических нарушений, барражей и «гидрогеологических окон» обусловливают характер водоносности и тип источника.

Для каждой водоносной системы, которая замыкается источником, можно выделить область питания, область движения, область, зону или очаг разгрузки. Для грунтовых вод и верховодки области питания и движения обычно совпадают. При параллельноструйном, а тем более веерообразным (растекающемся в разные стороны) движении вод возникает пластовая или рассеянная разгрузка. В том случае, если линии тока сходятся в одну точку по ходу движения подземного потока, возрастает его расход и в очаге разгрузки образуется сосредоточенный источник. Этому может способствовать наличие тектонического нарушения, карстового канала или зоны повышенной проводимости. Специфические гидродинамические условия возникают на участках разгрузки напорных водоносных систем, где имеются своеобразные «гидрогеологические окна», благоприятствующие образованию восходящих и даже фонтанирующих источников.

Химический состав вод источников из скважин, пробуренных на тот же водоносный горизонт, несколько различается. В источник сливаются воды верхней, наиболее промытой части водоносного горизонта. При откачках из скважин в депрессионную воронку попадают воды и из более глубоких частей водоносного горизонта. Поэтому воды источников менее минерализованы, чем воды скважин.

Обратим внимание еще на одно обстоятельство. В очагах разгрузки подземных вод резкая смена гидродинамической и гидрохимической обстановок приводит к появлению гидрохимических барьеров (окислительному, сорбционному, температурному, газовому и др.). Эти процессы способствуют осаждению из воды тонких взвесей и растворенных минеральных веществ. По этой причине на участках разгрузки подземных вод нередко наблюдаются различные минеральные образования: гейзериты, травертины, туфы, натеки и другие отложения.