6 Гидрофизические зоны Земли

В подземной гидросфере выделяются следующие гидрофизи-

ческие зоны:

1) аэрации;

2) мерзлая зона земной коры;

3) насыщения;

4) переуплотненного водяного флюида;

5) жидкопластичного водного раствора силикатов и алюмосиликатов;

6) диссоциированных молекул воды.

Наиболее изученными являются первые три зоны.

Зона аэрации охватывает верхние слои литосферы от дневной поверхности до уровня грунтовых вод. В зоне аэрации поры пород обычно заполнены воздухом и парами воды, а также прочно-, рыхлосвязанной и капиллярной водой. Периодически весной в период таяния снега или во время выпадения интенсивных дождей в породах зоны аэрации образуется свободная (гравитационная) вода.

Гравитационной называют свободную капельно-жидкую воду, которая перемещается в горных породах под действием силы тяжести (сверху вниз). Она содержится в порах, имеющих диаметр более 1 мм. Гравитационную воду можно извлечь из горной породы вычерпыванием или откачкой. Среди подземных вод гравитационная вода оказывает наибольшее влияние как геологический фактор.

Мощность зоны аэрации зависит от литологических особенностей пород (глубины залегания водонепроницаемых толщ), рельефа местности, степени расчлененности поверхности земли и климатических условий (количества атмосферных осадков, величины инфильтрации). Она изменяется в широких пределах – от долей метра до 100 м и более. Через зону аэрации осуществляется тесная связь подземных вод с атмосферой: дождевые и талые воды просачиваются вглубь и пополняют ресурсы подземных вод.

Верхняя часть зоны аэрации (до глубины около 1 м) характеризуется интенсивным испарением (в засушливых областях через зону аэрации происходит испарение подземных вод при их залегании на глубине менее 3 м), нижняя – внутригрунтовой конденсацией, заканчивающейся на глубине 6– 10 м. Конденсация водяных паров зависит от климатических условий. Так, в районе Москвы она равна 36 мм/год, а в Каракумах – 17 мм/год.

Мерзлая зона земной коры (криолитозона) отличается преимущественным распространением подземных вод в твердой фазе. Она охватывает обширные северные районы Евразии, Америки, Антарктиду, а также вы сокогорные территории горно-складчатых сооружений. В России она распространена в основном на северо-востоке и в горных районах. Мощность мерзлой зоны изменяется от 0 до 1 000 м и более.

В данной зоне господствуют отрицательные температуры, значения которых колеблются от 0 до –15 ºС. Отрицательные температуры являются реликтом суровых климатических условий прошлых геологических эпох. Кроме подземных вод в твердой фазе, в мерзлой зоне встречаются жидкие воды, часто высокоминерализованные, с отрицательными температурами, и даже незначительное количество водяного пара.

Зона насыщения (жидких вод) распространена повсеместно и охватывает почти всю площадь континентальной литосферы (80%). Ее особенность заключается в том, что пустоты и поры пород в ней полностью заполнены (насыщены) свободной и связанной водой. Исключение составляют только площади месторождений нефти и газа. Сверху она граничит с зоной аэрации или мерзлой зоной. Нижняя граница зоны (глубина залегания критической температуры воды составляет 374–450 ºС) зависит от тектонического строения земной коры. В областях современной вулканической деятельности она прослеживается на глубине 8–10 км, а в областях докембрийской складчатости достигает 30–35 км и более [45].

В пределах зоны насыщения, начиная с глубины 1,5 км, физически связанные воды переходят в подвижное состояние. В нижних частях этой зоны, где температура превышает 200–300 ºС, в связанном состоянии остается лишь вода в кристаллической решетке минералов [33].