18.1 Особенности режима и химического состава карстовых вод
Своеобразный рельеф закарстованных 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 дебита, температуры (150С) и химического состава.
Химический состав карстовых вод разнообразен. Наряду с пресными водами верхней зоны карстовых массивов (гидрокарбонатная кальциевая или гидрокарбонатная кальциево-магниевая), обычно появляющихся на поверхности в виде мощных источников, встречаются сульфатные кальциевые воды. Среди них известны и минеральные воды (Кисловодск, Сочи - Мацеста). В некоторых пунктах буровыми скважинами вскрыты хлоридные 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.).
19. Подземные воды криолитозоны
Многолетнемерзлые горные породы занимают около 25 % территории всей земной суши. Особенно они распространены в северном полушарии. Территория нашей страны примерно на 60% представлена площадью с наличием многолетнемерзлых пород. Это районы крупнейшего строительства в настоящем и, особенно в будущем, поэтому изучение многолетней мерзлоты и особенно гидрогеологических условий этих районов имеет огромное значение.
Мерзлота, наблюдаемая на поверхности земной коры, подразделяется на три основных разновидности: кратковременная, сезонная и многолетняя (существует более 100 лет). Многолетнемерзлые породы составляют криолитозону – часть криосферы Земли (криос – холод).
Многолетнемерзлые горные породы – это породы, содержащие в порах, трещинах, пустотах лед и имеющие отрицательную или нулевую температуру, сохраняющуюся в течение многих лет или веков. Они располагаются в определенных климатических условиях, для которых характерны: отрицательная среднегодовая температура воздуха, сухая холодная и продолжительная зима, короткое сравнительно теплое лето, малое количество осадков (150-400 мм), из которых на зимние приходится 50мм. Эти климатические особенности являются малоблагоприятными для формирования и питания подземных вод всей криолитозоны.
Мерзлоту обычно подразделяют на сплошную, таликовую и островную.
Реки в области многолетней мерзлоты зимой часто промерзают до дна за счет малого расхода, а в летнее время он сильно увеличивается. Неглубокие подземные воды периодически промерзают, поэтому для водоснабжения необходимо использовать подземные воды, залегающие под мерзлотой или в многолетних надмерзлотных таликах. Источники здесь своеобразны, многие из них функционируют в течение определенных сезонов, часто меняют место выхода (мигрируют), образуют бугры и наледи. Но имеются и сравнительно постоянные источники с большим дебитом и даже повышенными температурами.
При горных работах мерзлота играет двоякую роль; с одной стороны затрудняет ведение работ, с другой облегчает, так как в некоторых случаях позволяет вести проходку горных выработок без крепления. При бурении вода в скважинах замерзает и захватывает буровую колонну, поэтому для промывки иногда используют нагретую воду или рассолы. Накапливается опыт строительства в криолитозоне, чему примером служит уникальный город Норильск, а также приполярные города Западной Сибири (Салехард, Лабытнанги, Уренгой, Надым и др.)
На происхождение мерзлоты существуют различные взгляды:
Одни ученые считают ее продуктом современных суровых климатических условий, другие связывают с эпохами четвертичных оледенений. И.П. Герасимов и К.Н. Марков считают, что «ледниковые покровы и мерзлота – антагонисты». Напротив, П.Ф. Швецов указывает, что в районе Верхоянска, где материкового оледенения не было, мощность мерзлоты меньше, чем в Амдерме, где было покровное оледенение. Для окончательного решения этого вопроса необходимы дальнейшие тщательные исследования.
Мощность многолетнемерзлых пород колеблется в широких пределах (от нескольких десятков, до нескольких сотен метров) и возрастает с юга на север. По данным Г.Б. Острого, В.И. Баулина и других исследователей в Западной Сибири нижняя граница мерзлоты повторяет структурный план более глубоких горизонтов (рис.34).
В вертикальном разрезе области или района с многолетнемерзлыми породами выделяются:
Деятельный слой – слой максимального зимнего промерзания и летнего оттаивания. Мощность деятельного слоя в зависимости от характера слагающих его пород, их влажности, гранулометрического состава, географического положения и климата района, экспозиции склонов рельефа изменяются от нескольких см до 3-5 м.
Зона многолетнемерзлых пород часто с таликами и трещинами, с которыми бывают связаны подземные воды.
Зона талых пород, в проницаемых разностях которых залегают и движутся подземные воды.
Подземным водам области мерзлоты посвящены работы М.И. Сумгина, Н.И. Толстихина, А.И. Ефимова и многих других.
Особое место занимает работа Н.И. Толстихина, в которой всесторонне рассмотрены вопросы гидрогеологии мерзлой зоны, в частности дана классификация подземных вод, согласно которой выделяются 3 класса вод: надмерзлотные, межмерзлотные, подмерзлотные, в каждом из них имеются подклассы.
Рис. 34. Изменение толщины слоя мерзлоты в зависимости от геоструктурных условий (на примере Западной Сибири, по Г. Б. Острому).