1.2.4.Подземный сток

Подземный сток формируется за счет подземных вод, которые залегают и движутся в водопроницаемых горных породах, принимающих участие в геологическом строении водосборных бассейнов. Подземный сток имеет свой водозаборный бассейн, который может не совпадать с поверхностным водозабором.

Величина подземного стока характеризуется модулем подземного стока

М_подз=(К*М_о)/100

М_подз – л/сек с 1 км² подземной водосборной площади

М_о – средний многолетний модуль общего стока л/сек с км² поверхностного водосборного бассейна

К – модульный коэффициент, показывает % подземного стока в общем стоке.

К=М_min/M_o

М_min – минимальный модуль стока л/сек с 1 км² поверхности водосборного бассейна в зимний период и равный модулю подземного стока

Модуль подземного стока представляет собой количество подземной воды в л/сек, поступающее в реку с 1 км² того или иного водоносного горизонта, дренируемого рекой.

Для водосборных бассейнов со значительным распространением озер.

М_подз = (YK M_o)/100, Y= 1/ w – коэфициент озерности

Модульный коэффициент К в зависимости от проницаемости пород, развитых на площади водосборного бассейна, изменяется от 0 до 40 и более %. Максимальные значения характеристики для трещиноватых и закарстованных пород.

Величина подземного стока может быть определена гидрогеохомическим методом, предложенным А.Т. Ивановым

Q_o = Q_подз+Q_пов

Q_o = Q_подз.с1+ Q_пов.с2 Q_подз = Q_o (с-с₂)/(с₁- с₂)

Q_o – речной сток

с – концентрация какого – либо компонента в речной воде в период наблюдений

с₁ – в подземных водах

с₂ – в поверхностных водах

Из формулы видно, что если с=е, то Q_подз = Q_o

если с=с₂, то Q_подз = 0

Q_пов = Q_o * ((с-с₂)/(с₂- с₁))

1.3. Подземная гидросфера

В вертикальном разрезе подземной гидросферы условно выделяют (сверху вниз) 3 зоны:

1) зона аэрации;

2) зона насыщения;

3) зона надкритического состояния воды.

Зона аэрации расположена вблизи поверхности Земли. В ней все поры и пустоты заполнены воздухом и водяным паром и спорадически (после выпадения дождей и в период снеготаяния) через нее происходит просачивание атмосферной влаги. Здесь формируются временные скопления подземных вод, называемые верховодкой.

Зона насыщения имеет водонасыщенность всех пор и трещин и постоянно существующие горизонты грунтовых вод, область питания которых совпадает с областью распространения, а также артезианские воды, которые имеют отдаленную область питания.

Рис. 1. Строение подземной гидросферы.

1- криолитозона, 2- зона насыщения, 3- зона воды в надкритическом состоянии, 4- верхняя мантия, 5- граница между осадочным и гранитным слоями, 6- раздел Конрада (отделяет гранитный слой от базальтового), 7- поверхность Мохоровичича (Мохо).

Зона надкритического состояния воды располагается в самых нижних горизонтах земной коры при температурах около 400⁰С и давлении более 218 атм. За счет повышенной минерализации критическая точка воды значительно превышается. Вода превращается в субстрат с плотностью примерно 1 г/см³, а скоростью движения молекул, как у газа.

Ученые из Германии и Новой Зеландии обнаружили самую горячую подземную воду на планете. Температура так называемой сверхкритической жидкости в гидротермальных источниках на дне Атлантического океана составляет 407 градусов по Цельсию. Работа ученых опубликована в журнале Geology.

При увеличении давления и температуры вода переходит из жидкого состояния в газообразное. Однако при достижении определенных критических значений обоих параметров вода приобретет новые свойства, не характерные ни для газов, ни для жидкостей. Так, вещество в этом состоянии является более плотным, чем газ (и для него не соблюдаются газовые законы), но менее плотным, чем жидкость (и обладает иными свойствами).

Ученые умеют получать сверхкритическую жидкость в лабораторных условиях, однако в природе воду в таком состоянии до сих пор обнаружить не удавалось. Группа исследователей обнаружила гидротермальные источники в Атлантическом океане к югу от экватора. Измеряя температуру воды, вырывающуюся из источника, ученые получили значение 407 градусов по Цельсию. В короткие моменты после выброса (около 20 секунд) жидкость сохраняла температуру до 464 градусов по Цельсию.

Компьютерное моделирование показало, что перед тем, как выйти из-под поверхности, вода в этих источниках проходит по трещинам в морском дне, которые уходят достаточно глубоко и прогреваются от магмы. Именно в трещинах нагретая до 407 градусов вода, находясь под давлением в 300 бар (296 атмосфер), переходит в сверхкритическое состояние.

Вода в таком состоянии вымывает металлы и другие элементы из горных пород гораздо лучше, чем в жидком. Вместе с водой из-под поверхности в океан вырываются золото, медь, железо, сера, марганец и некоторые другие. Из-за сульфидов (солей серы), оседающих вокруг источников, вода и камни окрашиваются в черный цвет. Поэтому такие гидротермальные источники получили название «черных курильщиков». В данной работе ученым удалось обнаружить самую горячую воду в «черных курильщиках» Две Лодки (Two Boats) и Сестринский Пик (Sisters Peak).