Тема 8 Разрушительная и созидательная работа подземных вод (2 часа)

Цель занятия: Ознакомить студентов с типами подземных вод, их геологической деятельностью.

Форма отчета: Студенты в тетради для практических занятий описывают типы подземных вод, их разрушительную и созидательную, формы рельефа и типы отложений. По пройденному материалу осуществляется выборочный контроль знаний.

Происхождение и классификация подземных вод. Г.Н. Каменский три основных генетических цикла формирования:

- инфильтрационный, или континентальный, обусловленный инфильтрацией атмосферных осадков и связанный с процессами выветривания; при этом цикле образуются инфильтрационные воды;

- морской, или осадочный (седиментационно-диагенетический), обусловленный проникновением морских вод в толщи пород в процессе осадконакопления, процессами изменения осадков и видоизменения, заключённых в них вод; при этом образуются седиментационно-диагенетические воды.

- метаморфический и магматический цикл, обусловленные метаморфизмом горных пород и магматическими процессами, протекающими в земной коре; при этом образуются магматические или эндогенные воды; кроме того, в природе образуются:

- конденсационные воды, возникшие при конденсации водяных паров атмосферного и почвенного воздуха;

- смешанные воды, образуются при смешении различных по происхождению вод.

По условиям залегания подземные воды делят на почвенные, верховодку, грунтовые и артезианские.

Геологическая деятельность почвенных вод незначительна, однако агрономическое значение их огромно, поскольку они являются источником питания растительных и животных организмов.

Верховодка (почвогрунтовые воды) – это небольшие скопления воды, временного сезонного характера, находящиеся в гидравлической связи с почвенными водами и залегающие на невыдержанных водонепроницаемых или слабопроницаемых слоях, вблизи поверхности земли.

Водоупорами (или полуводоупорами) для верховодки могут быть линзы глин и суглинков в песке, прослойки более плотных пород, на которых при инфильтрации вода временно задерживается и образует сводообразные водоносные горизонты. Накопление верховодки происходит весной при обильном снеготаянии, или осенью в период обильных дождей. Кроме того, верховодка может образоваться даже при отсутствии в зоне аэрации каких-либо водоупорных пропластков, но при условии, если в толщу суглинков обильно поступает вода, а вследствие низкой водопроницаемости просачивание из верхней части толщи происходит замедленно.

Для верховодок характерен временный, чаще сезонный характер, небольшая площадь распространения, малая мощность и безнапорность. Чаще всего они возникают в суглинках, глинистой морене и лёссовых породах. Воды верховодки не имеют связи с реками, Уровень их крайне изменчив, при малом количестве осадков верховодка совсем исчезает.

При своём движении подземные воды производят значительную работу химического растворения, механического переноса и переотложения вещества. Немалую механическую работу выполняют подземные воды при выходе на поверхность. Вся геологическая деятельность подземных вод проявляется в виде карстов, суффозий, оползней, грязевом вулканизме.

Под карстом следует понимать процесс выщелачивания (растворения) растворимых трещиноватых горных пород движущимися подземными и поверхностными водами, которые вызывают образование специфических и разнообразных замкнутых впадин на поверхности Земли, пещер и каналов в глубине. (Карст - название известнякового плато карста близ Триеста - берег Адриатического моря). К растворимым породам относятся: каменная соль, гипс, мергель, ангидрит, известняк, доломит, в которых наблюдается развитие интенсивных карстовых процессов

Подземные воды всегда обогащены растворимыми солями и газами, что увеличивает растворимость горных пород, особенно при наличии углекислоты. Растворимость известняков и доломитов при содержании углекислоты увеличивается в 5-6 раз, а наличие NаСl в водах увеличивает растворимость гипса в 2,5-3,5 раза.

Одной из форм карстового рельефа, развивающихся на поверхности горных пород, являются карры. Они представляют собой различные углубления, напоминающие глубокие бороздки, небольшие канавки, щели, дыры глубиной от нескольких сантиметров до 1-2 метров. Карры иногда покрывают обширные площади, превращая их в неудобообрабатываемую и даже труднопроходимую местность называемую карровыми полями.

Известняки, как правило, разбиты системами трещин и стекающая по их поверхности вода уходит по этим трещинам под землю. Обычно легче всего происходит поглощение воды в местах пересечения двух наклонных трещин, здесь постепенно разрабатывается расширенный ход.

Вертикальные отверстия, поглощающие поверхностную воду, называются понорами. Образовавшиеся ложбинки растут в глубину и ширину и постепенно превращаются в водосборные каналы.

Ниши - образуются на выходах растворимых горных пород при выщелачивании их подземными волами, а также вследствие процессов выветривания.

Воронки – наиболее распространённые карстовые формы диаметром от 1 до 50 м и до 100 метров. Глубина 15-20 м. На дне воронки наблюдаются отверстия – поноры. Образуются при растворении пород, а также при обрушении кровли над существующими карстовыми полостями. Линейное расположение воронок может привести к образованию карстово-эрозионных оврагов.

Карстовые котловины и полья – более сложные и крупные карстовые формы, достигающие значительных размеров. Они образуются путём расширения и слияния многих карстовых воронок и путём обрушения кровли над крупными карстовыми полостями. Они часто бывают предопределены тектоническими процессами и в их выработке, помимо растворяющей деятельности воды, принимает участие и размыв. На днищах котловин и польев наблюдаются местами воронки с понорами. Высота стенок над днищами достигает десятков и сотен метров. Развиты в Крыму, на Кавказе, Югославии.

Исчезающие реки и озёра – летом, когда реки бедны водой, она поглощается порами и на некотором расстоянии их русла остаются сухими, а затем дальше они опять появляются на поверхности (Дунай, в Крыму р. Суук-Су). Ряд озёр, на дне которых находятся карстовые воронки и поноры, периодически исчезают вследствие поглощения воды и увода её в глубину (Онежско-Белозерский водораздел, в Ивановской, Ленинградской, Горьковской и других областях).

Наряду с образованием поверхностных карстовых форм в глубине карстового массива различаются разнообразные каналы. Здесь выделяются вертикальные, трубчатые и коленчатые каналы и горизонтальные каналы или пещеры.

Пещеры представляют собой или систему горизонтальных каналов или неправильно ветвящихся, соединённых узкими ходами или образующих огромные залы или гроты. На дне карстовых пещер наблюдаются водотоки или небольшие озёра. На дне пещер местами накапливаются рыхлые отложения, падающие в результате обвалов со сводов.

При просачивании поверхностных вод в пещеру образуются своеобразные натёчные образования кальцита - сталактиты (свешивающиеся с потолка) и сталагмиты (поднимающие от пола).

Если карстовый массив прорезается рекой, то зеркало грунтовых карстовых вод всегда связано с горизонтом воды в реке. Выход пещер обычно располагается на склонах близ горизонта воды в реке. При понижении базиса эрозии река занимает более низкое положение, соответственно понижается и уровень грунтовых карстовых вод.

Наряду с растворением подземные воды способны выносить из горных пород частички чисто механическим путём. Подобный процесс получил название суффозии. Подобный процесс проявляется при выходах источников, особенно восходящих, когда происходит вынос песка и глины из водоносного горизонта. При этом объём слагающей породы постепенно уменьшается, происходит просадка и обрушение части склона, расположенной над источником. Осевшая порода размокает и уносится водой, а над источником в склоне образуется выемка с крутыми склонами – суффозный цирк.

Суффозия на выходах подземных вод является одним из существенных факторов, способствующих возникновению оползней.

Суффозия проявляется и в других формах. Воды, проникающие из песчаных и песчано-глинистых толщ в подстилающие закарстованные известняки, выносят с собой в карстовые полости много песка и глины. Особенно интенсивен этот вынос при прорыве водоносного горизонта, насыщающего пески, в карстовые пустоты подстилающего известняка. При этом песок как бы засасывается вниз в разжиженном виде и на поверхности земли внезапно образуется провал.

Суффозия является основой лёссового и глинистого карста. Внешне они напоминают настоящий карст, так как на поверхности образуются провалы, колодцы, воронки, а под землёй – система ходов. Однако все эти формы возникают в нерастворимых породах.

Лёссовый и глинистый карст типичен для областей с сухим, полупустынным и пустынным климатом и представляет собой процесс чисто поверхностный, охватывающий толщу пород на глубине. Он сводится к выносу мелких частиц водой, просачивающейся через трещины сухого лёсса или глины.

Оползнями называют крупные смещения рыхлых земляных песчано-глинистых пород по склону, захватывающие различные горные породы, слагающие склон и распространяющиеся на большую глубину, происходящие под влиянием смачивания и увлажнение их поверхностными и подземными водами.

Мелкие смещения, захватывающие только поверхностную часть склона, почвенный слой и часть подстилающей выветрившейся породы, которые под влиянием сильного переувлажнения начинают медленно передвигаться вниз, называются омывинами или сплывами.

Внезапные обрушения огромных масс горных пород, сопровождающиеся опрокидыванием сорвавшегося массива и его дроблением, называется обвалом.