
- •Часть 1. Теоретические основы гидрогеологии
- •Глава 1. Базовые положения курса
- •Объект и предмет гидрогеологии
- •Связь общей гидрогеологии с другими разделами гидрогеологии и смежными науками
- •Краткие сведения из истории развития гидрогеологии
- •Глава 2. Распространение воды на земле
- •2.1. Уникальность свойств и структура воды
- •2.2. Гидросфера и ее составные части
- •2.3. Надземная гидросфера
- •Наземная гидросфера
- •2.5. Подземная гидросфера
- •Глава 3. Единство природных вод и их круговорот на земле
- •Единство и баланс природных вод
- •Круговорот воды на земле
- •Физические поля земли, гидрогеологические закономерности и законы гидрогеологии
- •Глава 4. Залегание и распространение
- •Подземных вод
- •Принципы гидрогеологической стратификации и районирования
- •Подземные воды дна мирового океана
- •Глава 5. Физические формы массопереноса в системе вода - порода
- •Характеристика элементов системы
- •5.2. Фильтрация подземных вод
- •Глава 6. Химические формы переноса вещества в системе вода - порода
- •2. В числителе - в граммах на килограмм, в знаменателе - в процент-эквивалентах.
- •Основные ионы,
- •Газовый состав подземных вод
- •Основные факторы и процессы формирования химического состава подземных вод
- •Глава 7. Запасы, ресурсы и режим подземных вод 7.1. Понятие о запасах и ресурсах подземных вод
- •7.2. Формирование ресурсов
- •Режим подземных вод
- •Глава 8. Этапы развития подземной гидросферы и их влияние на современную гидрогеологическую обстановку
- •Непрерывность, необратимость и цикличность развития земли
- •8.3. Эволюция подземной гидросферы
- •Часть 2. Методические основы и практические приложения гидрогеологии
- •Глава 9. Методы гидрогеологических исследований
- •Виды гидрогеологических исследований
- •Факторы, определяющие объем работ при гидрогеологических съемках
- •Открыть зажим шланга 1 и дать фут- больной камере 4 расшириться для приведения давления к атмосферному;
- •Глава 4. Подземные воды. Обоснование принятой гидрогеологической стратификации (выделение водоносных горизонтов и комплексов, водоупоров).
- •Опытные фильтрационные и миграционные работы
- •9.4 Геофизические работы
- •9.6. Лабораторные исследования
- •9.7. Сбор, хранение и обработка информации
- •Моделирование гидрогеологических процессов и прогнозирование
- •Научно-исследовательская работа
- •Глава 10. Месторождения подземных вод
- •Понятие о месторождении подземных вод
- •Пресные подземные воды
- •Минеральные лечебные воды и воды промышленного и теплоэнергетического
- •Задание для самопроверки
- •Глава 11. Проблемы экологической гидрогеологии
- •11.2. Загрязнение подземных вод
- •Особенности эколого-гидрогеологических исследований
- •Глава 5. Физические формы массопереноса в системе вода-порода 181
- •Глава 6. Химические формы переноса вещества в системе вода-порода 202
- •Глава 7. Запасы, ресурсы и режим подземных вод 255
- •Глава 8. Этапы развития подземной гидросферы и их влияние
- •Часть 2. Методические основы и практические приложения гидрогеологии 310
- •Глава 9. Методы гидрогеологических исследований 310
- •197101 Санкт-Петербург, ул б Монетная, 16
Каков примерно общий объем воды на Земле?
Природные
воды едины. Они находятся в состоянии
постоянного балансового равновесия
между нижней границей гидросферы,
где происходит их подпитывание из
глубоких слоев мантии, и верхней границей
гидросферы, где происходит диссипация
водяных паров и удаление воды в
космическое пространство. Таким образом,
гидросфера - это вместилище природных
вод с характерными внутренней и
внешней границами их распространения.
В пределах этих границ природные воды
являются «всюдными», по выражению
В.И.
Вернадского, всепроникающими, непрерывными
и взаимообусловленными. Отсюда
следует, что гидросфера является
квазизамк- нутой системой. Как уже
говорилось, суммарные запасы гидросферы,
оцениваемые примерно в 2 млрд 600 млн
км3,
вряд ли серьезно изменялись после
образования Мирового океана. Вместе с
тем эти объемы постоянно перераспределяются
между резервуарами, выделенными в
табл.З. Это перераспределение носит
сезонный, годовой, многолетний
характер. Интегральной характеристикой
таких процессов на Земле служит поведение
уровня Мирового океана. В 20-60-е гг.
прошлого века происходил резкий подъем
уровня Мирового океана, затем в
60-70-е гг. этот уровень стабилизировался,
а с 80-х гг. вновь начался его подъем. При
этом средние колебания уровня менялись
от -0,8 до +2,0 мм/год. В эпохи оледенения
уровень воды в океане падал на 100-200
м, а в эпохи потепления он заметно
повышался.
С
природными катаклизмами нам приходится
встречаться довольно часто. Так,
несколько лет тому назад произошел
сход ледника в Карамадонском ущелье
на Северном Кавказе. В последние годы
наблюдались катастрофические наводнения
в Краснодарском крае и Якутии. В Западной
Европе небывалые жара и засуха сменяются
интенсивными паводками, сопровождающимися
подъемами воды на реках на 5-10 м.
Гидрогеологический мониторинг,
проводящийся в нашей стране в
последние десятилетия, показал прямую
зависимость режима подземных вод от
климатических условий. В
80Глава 3. Единство природных вод и их круговорот на земле
Единство и баланс природных вод
свою
очередь, наблюдения за климатом показали,
что параметры его подвержены существенным
изменениям. На северо-востоке страны,
например, наблюдается заметное уменьшение
количества выпадающих осадков (до
13 мм в год). В Забайкалье отмечено
увеличение среднегодовой температуры
воздуха на несколько градусов.
Климатические изменения наблюдаются
и в других регионах страны [41].
Таким
образом, имеется много убедительных
свидетельств перемещения воды в
локальном, региональном и даже в
глобальном масштабе. Наиболее контрастно
эти процессы происходят на границах
сред: океан - атмосфера, литосфера -
океан и атмосфера - суша.
Океан
- атмосфера. Изучением этой границы
занимаются океанологи и метеорологи.
Перенос воздушных масс, возникающий в
приокеаническом слое атмосферы,
определяет погодные условия на всей
планете. Они являются следствием мощных
теплобарических процессов, возникающих
при выносе тепла из тропической области
к полярным областям холода. Этот перенос
имеет субмери- диональный характер.
Второй
тип теплобарических потоков возникает
при взаимодействии океанов и материков
и формирует региональный перенос
атмосферной влаги. В холодное время
года тепло и влага приходят со стороны
океана, а в теплое время этот перенос
меняет направление на противоположное.
Особенно активно себя проявляет «кухня
погоды» Эль-Ниньо (восток Тихого океана),
которая часто приносит катастрофические
наводнения в Азию, Америку и даже Европу.
При нагреве отдельных участков океана
могут возникать локальные термобарические
потоки, нередко становятся причиной
тропических ураганов. Ширина их действия
достигает нескольких сотен километров,
а высота 6-15 км. Такие ураганы могут
засасывать в тропопаузу огромные
массы водяного пара. С ливнями за
несколько суток на Землю выпадает
годовая норма, а то и больше, осадков.
Особого
упоминания заслуживает так называемая
«холодная пленка» океанов и нефтяное
загрязнение океанической поверхности.
Если первая имеет природное происхождение,
то второе - техногенное. Толщина
«холодной пленки» изменяется от 10-20
мкм до
2
см. Она выполняет важную роль защитного
буфера, сдерживающего температурные
и динамические процессы на поверхности
81
океанов.
По мнению специалистов, более одной
трети поверхности океанов покрыто
нефтяной пленкой. Площадь ее распространения
постоянно растет, что уменьшает испарение
с водной поверхности, ухудшает аэрирование
верхних слоев океана и затрудняет
жизнедеятельность морских организмов.
Испарение
с поверхности океана в 3 раза больше,
чем с поверхности суши, о чем
свидетельствуют затраты тепла на эти
процессы (82,27 ккал/см2
в год). Средняя величина испарения с
поверхности Мирового океана
оценивается в 1323 мм в год, минимальные
ее значения наблюдаются в приполярных
областях, а максимальные - в экваториальной
зоне (10-20° с.ш.). Распределение испаряемости
с поверхности океана подчиняется
широтной зональности, связанной с
проявлением радиационного тепла или
ее незональных факторов, таких как
холодные течения, морские льды, заметно
снижающие испаряемость.
Анализ
особенностей границы атмосфера - океан
позволяет сделать следующие выводы:
в
физическом отношении рассматриваемая
граница является однородной и
сплошной, в термодинамическом -
дискретной, а в водообменном - максимально
активной;
распределение атмосферных осадков и испарения на границе носит зональный характер, обусловленный влиянием климата; искажение этой зональности наблюдается под влиянием региональных и локальных факторов;
положение границы и ее поведение подчиняется определенному ритму: сезонному, годовому, многолетнему, вековому, тысячелетнему и т.д.
Литосфера - океан. По современным подсчетам протяженность наземной границы этих сред, представленной береговой линией, составляет 6,5 • 105 км (без Антарктиды). Через эту границу на участках устьев рек в океан ежегодно поступают 4,2 ■ 104 км3 воды, 3,53 • 109 т растворенных веществ, 15,7 - 109 т взвешенных и, вероятно, около 1,6-10 т влекомых наносов. В месте разгрузки речных систем на дне морских и океанических акваторий образуются протяженные конусы выноса терригенных отложений. В крупных реках (например, Миссисипи, Амазонка, Инд и др.) они прослеживаются
82
на
расстоянии нескольких сотен километров.
В приповерхностной зоне океанов
продолжение речных потоков фиксируется
опреснением океанической воды на
расстоянии в несколько десятков
километров. На границе пресных и
соленых вод погибают пресноводные
организмы. Соленые воды океанов,
проникая в долины рек на несколько
десятков километров, формируют интрузии
соленых вод в прибрежной полосе, а
главное, участвуют в разрушении береговой
зоны и образовании вдоль нее бассейнов
седиментации.
На
протяжении геологической истории
береговая линия как граница и устья
рек постоянно перемещаются, меняют
форму и протяженность. Таким образом,
береговая зона контакта литосферы -
океан непрерывно трансформирует не
только свое положение, но и функции.
С
глубиной интенсивность взаимодействия
рассматриваемых сред затухает.
Донная разгрузка подземных вод, которая
наблюдается в шельфовой зоне,
постепенно прекращается на материковом
склоне. С глубиной постепенно ослабевают
и процессы седиментации. Исключение
представляют только участки вулканизма,
зоны рифтогенеза и контакты тектонических
плит. На участках современного вулканизма
наблюдается образование осадочновулканогенных
структур, подводное извержение и
оживление газогидротермальной
деятельности. В зонах рифтогенеза
заметную роль играет интенсивное
поглощение океанических вод. По расчетам
Д. Эдмонда и К. фон Дана, за 8-9 млн лет в
рифтовых зонах поглощается объем воды,
равный таковому в Мировом океане. На
этих участках формируются также и
выходы субаквальных гидротерм. На
контактах литосферных плит развиваются
интенсивные тектонические процессы,
которые приводят к подъему или опусканию
отдельных геологических блоков,
активизации водообмена на локальных
участках.
Таким
образом, граница литосфера - океан
напоминает собой клапанную систему,
в которой одна часть клапанов открыта
на вход, а другая часть - на выход.
Наиболее активно водообменные процессы
происходят на участках устьев рек, в
зонах проявления вулканических и
тектонических процессов, накопления
и литогенеза осадочных толщ.
83
|
|
|
|
Америка |
Америка |
|
Количество осадков |
769 |
631 |
725 |
805 |
1597 |
456 |
Испаряемость |
694 |
1020 |
1800 |
872 |
1400 |
1870 |
Испарение |
528 |
387 |
799 |
492 |
939 |
419 |
Речной сток |
241 |
244 |
126 |
313 |
658 |
37 |
Эти
данные позволяют сделать следующие
выводы:
наибольшей
обводненностью атмосферными осадками
отличается Южно-Американский
континент, а наименьшей - Австралийский;
испаряемость на большинстве континентов превышает количество выпадающих осадков; особенно эта разница велика на Африканском и Австралийском континентах, что свидетельствует об аридности климата; гумидный климат наблюдается в Европе и Южной Америке;