Геологические и гидрогеологические круговороты воды в земных недрах и их взаимодействие Бобрышева В.Л

РОССИЙСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ГЕОЛОГОРАЗВЕДОЧНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ им. СЕРГО ОРДЖОНИКИДЗЕ

Гидрогеологический факультет

Реферат на тему «Взаимодействие геологического и гидрогеологического круговоротах воды в земных недрах»

Выполнил студент:

Группы РГ-17-2

Бобрышева В.Л.

Проверил:

Доцент Каримова О.А.

Москва 2018.

Введение.

Вода находится в постоянном движении. Испаряясь с поверхности водоемов, почвы, растений, вода накапливается в атмосфере и, рано или поздно, выпадает в виде осадков, пополняя запасы в океанах, реках, озерах и т.п. Таким образом, количество воды на Земле не изменяется, она только меняет свои формы - это и есть круговорот воды в природе.

Круговорот воды является одним из грандиозных процессов на поверхности земного шара. Он играет главную роль в связывании геологического и биотического круговоротов. В биосфере вода, непрерывно переходя из одного состояния в другое, совершает малый и большой круговороты. Испарение воды с поверхности океана, конденсация водяного пара в атмосфере и выпадение осадков на поверхность океана образуют малый круговорот. Если же водяной пар переносится воздушными течениями на сушу, круговорот становится значительно сложнее.

Под круговоротом воды обычно понимают непрерывное перемещение воды на Земле (в ее атмосфере, гидросфере и земной коре), происходящее под влиянием солнечной радиации и под действием силы тяжести. Круговорот воды включает в себя испарение воды с подстилающей поверхности, перенос ее с места испарения воздушными течениями, конденсацию водяного пара и выпадение осадков, перемещение вод в водоемах, по поверхности суши и внутри земной коры. Круговорот всех типов вод в географической оболочке и литосфере можно определить, как непрерывный замкнутый процесс движения воды во всех ее формах под действием молекулярных и гравитационных сил.

Движение подземных вод является составной частью общего круговорота воды на планете. В то же время с геологических позиций движение воды в земных недрах, включающее простые (механическая, физическая, химическая) и сложные формы движения (биологическая, техногенная), переходы воды из одного фазово-агрегатного состояния в другое и процессы взаимодействия воды с горными породами, рассматривается в настоящее время в качестве важнейшей составляющей геологической формы движения материи.

Общий круговорот естественным образом распадается на два круговорота: гидрологогеографический и гидрогеологический круговороты. Практически в гидрологогеографическом круговороте движется не вода, а газово-водно-породные комплексы, движение которых обеспечивает обмен веществом и энергией между географической оболочкой, земной корой и мантией, а также между отдельными частями литосферы. Гидрогеологический круговорот поддерживает динамическое равновесие между водой и горными породами в разных термодинамических зонах литосферы. Главное направление движения растворов - вертикальное. Латеральное движение, хотя и широко развито, является произвольным.

Время, необходимое для прохождения всей воды нашей планеты через систему биологического круговорота, можно определить следующим образом. Общая масса воды в наружных оболочках Земли - земной коре, гидросфере и атмосфере составляет 160000000 млрд. т. Масса воды, захватываемая годовой продукцией фотосинтезирующих организмов, около 800 млрд.т/г. Период полного оборота всей воды в процессе образования живого вещества примерно 2 млн. лет. Таким образом, вся огромная масса гидросферы Земли за 2 млн. лет проходит через растительные организмы, масса которых ничтожно мала по сравнению с водной оболочкой.

Круговые движения воды не ограничиваются поверхностью Земли. Значительное количество воды присутствует в горных породах в виде пленочных и поровых вод, еще больше входит ее в состав минералов, образующихся в зоне гипергенеза. Все глинистые минералы, оксиды железа и другие распространенные в этой зоне соединения содержат в своем составе воду. Подсчитано, что в 16-ти километровом слое земной коры содержится примерно 200 млн. км воды.

Поступая в глубинные зоны земной коры, связанные формы воды постепенно освобождаются и включаются в метаморфические, магматические и гидротермические процессы.

Взаимосвязь гидрологического и геологического круговоротов воды.

Гидрогеологический круговорот воды в земной коре чаще рассматривается как составная часть более сложного гидрологического (климатического) круговорота воды на планете применительно к движению подземных вод.

Гидрогеологический круговорот объединяет движение парообразной, просачивающейся и физически связанной воды в зоне аэрации; переходы воды из твердого состояния в жидкое и обратно в пределах криолитозоны; движение парообразной, физически связанной и свободной гравитационной воды в зоне полного насыщения. Через поверхность земли эта ветвь подземного круговорота теснейшим образом связана с процессами, протекающими в атмосфере и поверхностной гидросфере планеты, и через зону надкритических вод -- с процессами, происходящими в нижней части земной коры и верхней мантии (рис. 2). Важнейшей составной частью гидрогеологического круговорота воды является движение свободных (гравитационных) подземных вод в пределах зоны полного насыщения.

Рис.2 Схема-взаимосвязь круговоротов воды в недрах по С.Л. Шварцеву, 1980

Геологический круговорот воды в земной коре обусловлен непрерывным движением отдельных ее участков в связи с общей тектонической жизнью Земли. Начало круговорота связано с бассейнами осадконакопления на стадии формирования геосинклинального прогиба.

В начальный этап структурного развития происходит накопление огромных толщ осадочных пород, преимущественно морского происхождения. В них захороняется большое количество седиментационных вод. Геологический круговорот воды - непрерывный обмен водой между океаном, сушей и недрами Земли - происходит на суше и в океане в основном в тех зонах, где находятся границы литосферных плит. Вдоль одних границ плит существуют гигантские трещины, называемые рифтовыми, или зонами спрединга. В этих зонах плиты отодвигаются друг от друга.

Направленное изучение круговоротов воды и циклов ее циркуляции возможно с трех позиций. Позиция первая: если гидросферу представить не как понятие, а как тело, то четко выделяется первичное основное тело гидросферы, представленное океанами и соединенными с ними морями. Это гидро- сферное тело образует гидрологические поля: воздушное (климатическое), гипергенное поле коры выветривания и литогенное гидрологическое поле, охватывающее литосферу. Гидросфера в телесном ее понимании имеет четкие границы и дает возможность рассмотреть такие типы круговоротов, которые бы замыкались на океан. Например, круговорот океан - атмосфера - океан, океан - атмосфера - литосфера - океан и так далее. Второй тип круговоротов воды выделяется по отношению к какому-либо телу, например, географическая оболочка - литосфера - географическая оболочка или океан - литосфера - океан и т.д. Подобные схемы круговоротов воды дают возможность изучить водный баланс того или иного тела, а также характер его взаимодействия с другими телами или со средой. Третий тип круговорота направлен на изучение круговорота воды внутри объекта, например, круговорота воды в зоне диагенеза или катагенеза, в океане или в любом другом теле. Попытки совместить эти три типа круговоротов при современном уровне знаний о движении воды на Земле, неизбежно ведут к ошибкам или к формальной констатации фактов.

Любой круговорот воды практически невозможен без установки количественных данных о воде, которая принимает участие в данном круговороте. При этом необходимо принять во внимание не всю воду, которая содержится в теле, а лишь ту, которая участвует в круговороте. Так, например, в земной коре, часть подземных вод располагается в замкнутых бассейнах. Эти воды не участвуют в круговороте вод, но ни одна из схем круговорота воды этого не учитывает.

Более или менее достойное количество подземных вод в настоящее время неизвестно. Многочисленные попытки определения количества подземных вод (Виноградов, 1959; Дерп- гольц, 1971; Львович, 1974 и многие другие) не могут считаться достоверными, так как разброс в оценке количества вод очень большой. Так, например, М.И. Львович количество подземных вод определяет в 201-1015т, а В.Ф. Дерпгольц - в 1972Т015т.

Образование седиментогенных вод обязано круговороту вещества в недрах Земли, при котором вода вместе с вмещающими ее породами медленно погружается на значительные глубины по мере опускания отдельных блоков земной коры, что затем компенсируется накоплением осадочных пород соответствующей мощности. Главная особенность рассматриваемой системы состоит в переносе воды на большие глубины в результате геологического движения материи. Само движение воды - часть более общих процессов седиментации, диагенеза, катагенеза и метаморфизма, т.е. литогенеза в целом. Поэтому такая разновидность движения воды называется литогенной.

Рис.3 Строение и местоположение грунтовых вод. Рис 4. Разрез земной коры.