загальноприйнятою, оскільки вона, як і інші, однобічна. Вона не- спроможна пояснити, чому в четвертинному періоді зледеніння на- стали одне за одним через десятки тисячоліть, а в мезозойську еру та в палеогеновий і неогеновий періоди кайнозойської ери зледе- нінь не було. Ця гіпотеза не враховує впливу на зміни клімату на поверхні Землі багатьох чинників, в тім числі космічних причин, які безсумнівно впливають на хід земних процесів.
2.3.8. Геологічна діяльність підземних вод
Підземні води утворюються, в основному, за рахунок атмосфер- них. Атмосферні опади, які потрапляють на земну поверхню, част- ково випаровується, стікають по поверхні Землі в річки і моря, про- сочуються крізь пори (інфільтрація), проникають крізь тріщини в породах (інфлюація). Кількість води, яка проникає крізь пори і трі- щини, залежить від водопроникності порід, складу рослинного по- криву, експозиції схилу. В кожному конкретному випадку діють рі- зні за складністю чинники, що впливають на величину випарову- вання, стоку, просочування.
Підземні води утворюються з атмосферної вологи в усіх кліма- тичних зонах. У пустелях поповнення запасів підземних вод відбу- вається за рахунок конденсації пароподібної вологи, яка є в атмос- фері та ґрунтовому повітрі (роса).
Пароподібна волога конденсується також і безпосередньо в по- рожнинах гірських порід. За 100 % вологості повітря довкола часто- чок породи в порожнинах утворюється плівка води. Плівкова вода рухається від часточок з більшою потужністю плівки до часточок з меншою її потужністю. Ґрунтове повітря може поповнюватися воло- гою (за даними А.Ф. Лебедєва) за рахунок пари повітря атмосфери, коли пружність його перевищуватиме пружність пари ґрунтового повітря. Проте конденсаційних підземних вод значно менше, ніж інфільтраційних.
Утворені так (інфільтрація, конденсація) підземні води, перемі- щуються в земній корі і можуть поповнювати запаси вод річок, мо- рів, або безпосередньо виходити на денну поверхню. Тут вони випа- ровуються, збільшуючи вологість атмосфери, і знову потрапляють у гірські породи. Отже, підземні води, що утворились за рахунок ат- мосферних опадів, перебувають у стані колообігу, тому й отримали назву «блукаючих», або «водозних», вод (від лат водо — блукаю).
За гіпотезою Е. Зюсса (1902 р.), водяна пара може виділятися з магми (магматогенна, або ювенільна — юна), яка йде до поверхні Землі з її надр. Водяна пара, як і інші компоненти, що виділяються з магми, проникає по розломах у земній корі в її поверхневі горизо- нти і змішуються з великою кількістю водозних вод. Останні за пев-
83
них умов потрапляють на велику глибину, де нагріваються, збага- чуються новими солями і газами.
Велику роль у живленні підземних вод відіграють фільтраційні води каналів та водосховищ. Значно менша роль належить проце- сам дегідратації в земній корі мінералів (гіпс СаSO4•2Н2О містить близько 21 % води, а мірабіліт Na2SO4 10H2O — близько 56 %).
Серед підземних вод (за О.К. Ланге) виділяють ґрунтові, підґрун- тові та міжпластові.
Ґрунтові води містяться в ґрунтовому шарі. Влітку вони прогрі- ваються або навіть випаровуються, а взимку — замерзають. У посу- шливих районах ґрунтові води часто засолені. Під час висихання солі кристалізуються, накопичуються в ґрунті, перетворюючи його на солончак або солонець. За умов перезволоження ґрунтові води збагачені на органічні речовини, тому мають жовтувато-бурий колір і запах гнилих рослин. Такі ґрунти називають заболоченими.
Підґрунтові води залягають на деякій глибині від земної поверхні в пористих (порові води), тріщинуватих (тріщинні води) або закарсто- ваних гірських породах (карстово-тріщинні води), які підстилаються першим від поверхні Землі тривким шаром водонепроникних гірсь- ких порід. Вони не мають водонепроникної покрівлі, тому живляться за рахунок інфільтрації та конденсації атмосферної вологи на всій площі поширення (тобто площі живлення і поширення збігаються). В живленні таких вод можуть брати участь води річок, каналів, озер, водосховищ, а також води нижніх водоносних горизонтів.
Рис. 2.30. Умови залягання підземних вод
І — зона аерації; ІІ — зона повного насичення; А — верховодка; Б — ґрунтові води; В — ненапірні міжпластові води; Г — напірні міжпластові води; 1 — водопроникні породи; 2 — водотривкі породи; 3 — бурова свердловина і рівень води в ній; 4 — рі- вень води (а — вільний, б — п’єзометричний); 5 — джерело
84
Поверхню підґрунтових вод називають дзеркалом (скатертиною) підґрунтових вод, нижче якого до водонепроникного шару всі поро- жнини в гірській породі заповнені гравітаційного підземною водою, тобто водою, що може рухатись під дією сили тяжіння (згори вниз). Частину водоносного шару, в якій усі порожнини заповнені водою, називають зоною насичення. Вище дзеркала підґрунтових вод зна- ходиться зона аерації, до верхньої частини якої приурочені ґрунто- ві води, а до нижньої (безпосередньо біля дзеркала підґрунтових вод) — води капілярної облямівки. В ній водою заповнені лише окремі капіляри. Потужність капілярної облямівки в різних ґрунтах різна і залежить від гранулометричного складу порід. У дрібнозер- нистих пісках її потужність сягає 0,25 м, у легких суглинках — 0,9 м, а в глинистих породах ще більше. В умовах жаркого клімату вода капілярної облямівки спричинює засолення, бере участь в утворенні кори вивітрювання (хлоридної, сульфатної, карбонатної).
У деяких районах Каширського степу, в пустельних районах Се- редньої Азії в процесі капілярного підіймання води утворились ску- пчення пористого ґрунтового гіпсу потужністю від 2 – 2,5 до декіль- кох десятків метрів.
Підземні води, які накопичуються у вигляді лінз над слабкопро- никними прошарками (в період значних опадів або сніготанення) в зоні аерації деякі гідрогеологи виділяють в особливий клас — вер- ховодка. Ці води сезонні, тому не мають великого практичного ви- користання, але в деяких районах вони можуть бути джерелом ко- лодязного водозабезпечення. Вона також має значення для жив- лення деревних культур, і водночас за надлишку може призводити до заболочування.
Підґрунтові води взимку не замерзають і температура їх взимку знижується незначно, а влітку не підвищується.
Якість підґрунтових вод різна. Якщо гірські породи, просочені такими водами, містять невелику кількість розчинних речовин, то вода буде прісною, м’якою. Коли ж у гірських породах багато NaCl та інших легкорозчинних солей, то утворюються розсоли. Солонува- та та солона підґрунтова вода трапляється в пустелях, де переважає випаровування.
Поверхня (дзеркало) підґрунтових вод найчастіше повторює ре- льєф поверхні Землі. В разі нахилу дзеркала підґрунтових вод фор- муються їх потоки, які підлягають силі тяжіння.
На берегах річок, озер та морів, якщо вони зрізують водоносний шар, утворюються виходи води у вигляді випітнень та мочажин, а в місцях зниження водопроникного шару або збільшення тріщинува- тості можуть виникати безнапірні джерела.
Співвідношення рівнів підґрунтових вод та річок залежить на- самперед від клімату місцевості. В умовах вологого і помірного клі- мату річки живляться підґрунтовими водами (Волга, Дніпро, Ока),
85
а в місцевості з посушливим кліматом, навпаки, річки є джерелом підґрунтових вод (пониззя Амудар’ї та Сирдар’ї). На співвідношення рівнів підземних і поверхневих вод великою мірою впливає госпо- дарська діяльність людини (численні водосховища, зрошувальні канали).
Швидкість руху підґрунтових вод навіть у гальці та тріщинува- тих породах не перевищує 100 м/добу, в грубозернистих пісках — 15 – 20, а в дрібнозеристих — 1 – 5 м/добу.
Підґрунтові води безнапірні. Глибина їх залягання коливається від 0 до 20 м залежно від глибини водотривкого ложа. Помічено де- яку закономірність у розподілі глибин залягання підґрунтових вод. У зоні надмірного зволоження ці води залягають близько до повер- хні, вони прісні, але збагачені на органічні речовини. В географіч- ному аспекті з рухом на південь глибина їх залягання збільшується, підвищується і ступінь мінералізації.
Кількість та якість підґрунтових вод навіть в одній і тій самій зо- ні значно коливається залежно від режиму опадів, режиму поверх- невих водотоків, з якими вони пов’язані, від площі живлення та ін- ших природних і штучних чинників.
До підґрунтових вод належать також води тріщинуватих і закар- стованих порід, які виходять на денну поверхню. Вони знаходяться в межах кори вивітрювання. В період танення снігу та значних опадів у долинах з’являється багато джерел із малим дебітом води.
Міжпластові води різняться від підґрунтових тим, що мають во- донепроникну покрівлю.
Якщо міжпластові води відкриваються в річкову долину або пе- рерізаються глибоким яром, то вони утворюють джерела. В цьому разі підземні води стікають з ділянки живлення по схилу водонеп- роникного шару. Міжпластові води, які спускаються вниз, можуть мати кілька шарів.
В тому разі, коли міжпластовий водоносний горизонт не має ві- льного виходу на поверхню земної кори, вода, що накопичується, заповнює його до водонепроникної покрівлі, внаслідок чого він зна- ходиться під гідростатичним тиском.
Бурові свердловини, в яких вода підіймається під гідростатич- ним напором, а інколи і фонтанує, називають артезіанськими, а та-
кий горизонт міжпластових вод — артезіанським водоносним гори- зонтом.
Артезіанські води дістали свою назву від назви провінції на пів- ночі Франції, де вперше було виявлено напірні води (Аptesia, тепер Артуа).
Глибина залягання артезіанських вод, їх температура та склад визначаються природно-історичними умовами басейну, насамперед його геологічною будовою.
86
Рис. 2.31. Схема артезіанського басейну:
1 — водотривкі породи; 2 — водоносний шар; 3 — п’єзометричний рівень; 4 — ділянка самоізоляції та фонтанування артезіанської води; 5 — ділянка живлення
Артезіанські води широко використовують для водозабезпечення промислових і комунальних підприємств, оскільки вони як правило мають великі запаси води високої якості, причому кількість і якість її змінюється мало. Для водозабезпечення широко використовують води Дніпровсько-Донецького, Причорноморського, Московського артезіанських басейнів, а також водні басейни в Грузії, Казахстані, Узбекистані, Туркменістан, Таджикистані, Киргизії, Вірменії, Азер- байджані та ін. Артезіанські, води можуть мати високу температуру
(на глибині 2500 – 3000 м до 160 °С).
Підземні води — це складні розчини. У вигляді домішок вони мі- стить ту чи іншу кількість вуглекислого газу, інколи сірководню, метану та інших газів, розчинні солі, різні органічні речовини.
В.І. Вернадський поділив усі води за ступенем мінералізації на прісні — із сухим залишком до 1 г/л, солонуваті — від 1 до 10, солоні
— 10 – 50, розсоли — понад 50 г/л. Серед прісних вод виділяють тверді — із сухим залишком 0,25– 1 г/л та м’які — із сухим залиш- ком менше 0,25 г/л. Твердість підземних вод зумовлена наявністю солей Са(НСО3)2, Mg(HCO3)2, CaSO4, MgSO4, CaCl2, MgCl2; cолоність
— СaSO4, MgSO4, CaCl2, MgCl2, NaHCO3, NaSO4, NaCl; лужність — Сa(НСО3)2, Mg(HCO3)2, NaHCO3.
Ступінь мінералізації підземних вод залежить від розчинності гірських порід, температури води, складу розчинених в воді газів, солей. Так, розчинність кальциту у воді, яка не містить вуглекисло- го газу, становить 0,2 г/л, а за його наявності підвищується в три – п’ять разів. За наявності у воді NaCl розчинність гіпсу зростає в
2,5 – 3,5 раза.
Температура підземних вод залежить від глибини їх залягання та циркуляції. Води, які мають температуру від 20 до 42 °C — нази- вають теплими, з вищою температурою — гарячими, термальними водами, або термами. Термальні води підіймаються до поверхні з великих глибин. Поблизу вулканів глибина їх залягання незначна. З вулканічними осередками пов’язані також гейзери, що викидають
87
фонтани пари та гарячої (80 – 100 °С) води (Ісландія, Італія, Нова Зеландія, Америка, Тібет, Камчатка). Висота викиду гейзерних вод може сягати 50 м і більше.
Не всі високотемпературні підземні води пов’язані з магматич- ними осередками. Вони можуть нагріватися за рахунок загального підвищення температури з глибиною.
Якщо вода містить в своєму складі розчинені солі рідкісних еле- ментів, має високу температуру, певну радіоактивність або газова- на, її називають мінеральною. Мінеральні води можуть бути карбо- натними (Нарзан, Кисловодська, Слав’янівська, Залізноводська), сірководневими або сульфідними (Мацеста, Сергієвські мінеральні води Поволжя), радіоактивними (радонові води Цхалтубо). Мінера- льні води широко застосовують з лікувальною метою. Води з вели- ким вмістом солей використовують для отримання йоду, брому, бору та інших хімічних елементів (речовин).
Підземні води виконують руйнівну та твірну роботу.
Руйнівна робота виявляється в розчиненні та механічному роз- миванні гірських порід, причому більше в хімічному руйнуванні ніж у механічному.
Сукупність геологічних явищ, пов’язаних із частковим розчи- ненням і розмиванням водою гірських порід та утворенням у них великих ходів, порожнин, називають карстовими явищами, або кар- стом. Для розвитку карсту потрібні: значна потужність легкороз- чинних вапняків, доломітів без прошарків глини, що піддаються карстуванню; коливальні рухи, які викликають зміну базису ерозії та перерозподіл підземного і поверхневого стоків; низький рівень підземних вод, щоб підземні води з високою розчинною здатністю мали досить місця для вертикального руху. Інтенсивному карсту- ванню підлягають вапняки, доломіти, гіпси, ангідрити, причому їх вилуження може відбуватися як на поверхні, так і на глибині.
Карст утворює своєрідні форми рельєфу: карстові лійки, колодя- зі, печери, кари, долини, поля, підземні карстові ріки. Карстові ко- лодязі, лійки інколи розміщуються ланцюжком вздовж розлому або над горизонтальним карстовим каналом. Лійки — найпоширеніші форми карсту. Карстові лійки — замкнені западини різних розмірів і форми: блюдцеподібні — глибина приблизно в 10 разів менша за діаметр, стрімкість схилу в межах 10 – 12°; лійкоподібні — стінки стрімкі до вертикальних; провальні — пов’язані з печерами. Вони трапляються в Криму, на Кавказі, в Архангельській, Вологодській, Тульській, Нижньогородській областях, на західному схилі Уралу, в басейнах Ангари, Єнісею. Часто вони утворюють великі замкнені западини зі стрімкими бортами і плоским дном площею в кілька десятків і сотень квадратних кілометрів. До них бувають приурочені озера і ріки.
88
Вкарстових зонах можуть зникати ріки і періодично зникати озера. Такі приклади мають місце в Криму, на Кавказі, уздовж за- хідного схилу Уралу.
У місцях виходу карстових вод утворюються ніші, гроти, печери. Найбільші печери Чатир-Дагу в Криму, Іверські печери на Кавказі, Барнукова печера в Нижньогородській обл. та інші. Деякі карстові печери можуть бути заповнені льодом. Такі печери є в Криму, на Уралі. Із льодових печер найбільша Кунгурська біля м. Кунгур Пе- рмської об. За довжиною вона посідає друге місце в світі серед гіпсо- вих печер. Довжина її вивчених ходів 5 км. У ній близько 100 пере- ходів і гротів, 36 озер (найбільше за площею 200 м2). Глибина озер близько 6 м. Рівень їх водного дзеркала залежить від рівня води в річці Силва. В печері завжди мінусові температури.
Влесах та лесових суглинках також відбуваються карстові про- цеси, які дістали назву «глиняного» або «малого» карсту. Типовими формами малого карсту є лійки, западини та осілі тераси вздовж каналів, які збудовані в незрошуваних раніше районах.
Руйнівна робота підземних вод виявляється також в утворенні сповзань, зсувів по схилах річок, озер, узбережжю морів.
Сповзаннями називають невеликі зміщення, які захоплюють лише поверхневу, вивітрену частину порід, з яких складені схили (не глибше 1 м). Вони супроводжуються порушенням структури і текстури порід.
Зсувами називають зміщення земляних мас і рух їх по схилу під дією сили тяжіння. Земляні маси переміщуються без порушення структури і текстури порід.
Головні чинники, що зумовлюють зміщення порід і ґрунтів, — це сила тяжіння, чергування глин, пісків, пісковиків, залягання плас- тів та їх ухил у бік берега, діяльність підземних вод, які виходять на денну поверхню у вигляді джерел, діяльність атмосферних опадів (утворення селів), землетруси, тектонічна тріщинуватість порід, те- ктонічні рухи, зниження суходолу в береговій зоні, господарська діяльність людини.
Механічне винесення часточок порід водою, що фільтрується, називають суфозією(від лат. suffosio — підкопування).
Підземні води, рухаючись у товщі порід, при виході на поверхню виносять часточки дрібнозему та розчинені у воді речовини. В міс- цях виходу підземних вод, насичених вуглекислотою, відкладається вапно й утворюється вапняковий туф (травертин). У тріщинах мо- жуть формуватись мінеральні жили. Якщо серед розчинених у воді речовин є солі металів, то можуть виникати рудні гідротермальні родовища (срібла, свинцю, міді, золота, заліза, цинку, тощо). Серед відкладів гарячих підземних вод найпоширеніші гейзерит (кремни- стий туф), що відкладається з вод насичених силікатною кислотою.
89