14 Тема

Карст- геологический процесс, преимущественно хим взаимодействия воды и проницаемых, относительно легкорастворимых ГП, приводящих к разрушению этих ГП и образованию в земной коре различных пустот. Два типа карстов: поверхностный и подземный.

По глубине уровня подземных вод различают карст глубокий и мелкий. Различают также «голый», или средиземноморский карст, у которого карстовые формы рельефа лишены почвенного и растительного покрова (например, Горный Крым), и «покрытый» или среднеевропейский карст, на поверхности которого сохраняется кора выветривания и развит почвенный и растительный покров.Карст характеризуется комплексом поверхностных (воронки, карры, желоба, котловины, каверны и др.) и подземных (карстовые пещеры, галереи, полости, ходы) форм рельефа. Переходные между поверхностными и подземными формами — неглубокие (до 20 м) карстовые колодцы, естественные туннели, шахты или провалы. Карстовые воронки или иные элементы поверхностного карста, через которые в карстовую систему уходят поверхностные воды, называются поноры.

Натечные отложения в пещерах - сталактиты, сталагмиты, колонны, драпировки и другие минеральные отложения, возникающие в пещерах в результате выпадения из раствора углекислого кальция, окислов железа и др. 

Суффозия-процесс, аналогичный карстообразованию, протекающий на поверхности.

Наиболее широкое развитие суффозия получает в области распространения лёссов и лёссовидных суглинков, под склонами долин рек, часто по ходам роющих животных. Одним из необходимых условий суффозии является наличие в породе как крупных частиц, образующих неподвижный каркас, так и вымывающихся мелких. Проявляется на выходах источников, особенно восходящих источников напорных вод 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 такой 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. Подобного рода карстово-суффозионные провалы и медленно развивающиеся карстово-суффозионные воронки — явление не редкое. Значение карстово-суффозионных  процессов  заключается прежде всего в их опасности дляразличных зданий  и  сооружений, а также поглощении поверхностного стока. С другой стороны, закарстованные породы являются хорошими коллекторами подземных вод, нефти  и  др.

13 Тема

Объем подземных по подсчетам Вернадского составляет одну треть объема наземного Мирового океана.

ВОДОПРОНИЦАЕМЫЕ ПОРОДЫ  — горные породы (почвогрунты), способные пропускать воду, что зависит от размеров и количества пор, пустот, трещин. Хорошо проницаемы галька, гравий, крупнозернистый песок, трещиноватые и растворимые, пораженные карстом горные породы. Полупроницаемы глинистые пески, пористые суглинки, лёсс, рыхлые песчаники. ВОДОНЕПРОНИЦАЕМЫЕ ГОРНЫЕ ПОРОДЫ, ВОДОУПОРНЫЕ ПОРОДЫ – impermeable rocks – относительно или полностью водонепроницаемые горные породы, к которым относятся глины, кристаллические сланцы, нетрещиноватые известняки и др.

Виды воды в ГП

Вода в виде пара (парообразная) содержится в воздухе, занимающем свободные от жидкой воды поры и трещины в горных породах. Она находится в динамическом равновесии с другими видами воды и с парами воды в атмосфере. При определенных условиях паро­образная вода конденсируется.

Гигроскопическая вода образуется в том случае, когда молекулы парообразной воды адсорбируются (лат. adsorbtio — поглощение) на поверхности минеральных частиц горных пород. Гигроскопи­ческая вода облекает частицы породы одномолекулярной тонкой плен­кой и прочно удерживается на их поверхности молекулярными и элект­рическими силами и может быть удалена при нагревании до температур не менее 105—110°. Пленочная вода образует вокруг частиц горной породы и поверх гигроскопической воды более толстую пленку в несколько слоев молекул. Пленочная вода может передвигаться от одной частицы к дру­гой. Если толщина пленок у соседних частиц различная, то происходит медленное перемещение воды от частиц с большей толщиной пленки к частицам с меньшей пленкой до тех пор, пока пленки не станут одина­ковыми по толщине. Как и гигроскопическая, пленочная вода содержится в большом количестве в глинистых породах и в меньшем — в песчаных. Капиллярная вода заполняет частично или полностью тонкие поры и трещины в горных породах и удерживается в них силами поверхностного натяжения. Эта вода поднимается по тонким капилля­рам снизу вверх от уровня подземных вод. Чем меньше диаметр частиц, слагающих горную породу, тем мельче диаметр пор и тем больше высо­та капиллярного поднятия. В суглинках высота капиллярного поднятия может достигать 2 м и более, в крупнозернистых песках — всего не­скольких сантиметров. Капельножидкая (свободная) гравитационная -до да, способная свободно передвигаться по порам, трещинам и дру­гим пустотам в горных породах под влиянием силы тяжести. Она может быть подразделена на воду, полностью заполняющую поры и трещины в горных породах, образующую горизонт подземных вод, и воду, проса­чивающуюся сверху вниз в зоне аэрации (фр. aeration — воздух), т. е. в зоне, расположенной выше подземных вод, где в горных породах на­ходится воздух. На рис. 2 видно, что при увеличении влажности пород и толщины пленки на по­верхности минеральных частиц горных пород силы энергетиче­ской связи их уменьшаются и в конце концов наступает момент, когда эти силы не в состоянии удерживать пленочную воду и часть ее будет переходить в ка­пельножидкую и просачиваться сверху вниз. Вода в твердом со­стоянии в виде льда, присут­ствует в горных породах, име­ющих отрицательную температу­ру (ниже 0°). Лед может быть в виде отдельных микрокристал­лов, тонких пленок или в виде прослоев чистого льда. Особенно большое распространение лед имеет на обширных пространст­вах северной части Сибири и Аляски, в областях развития многолетнемерзлых горных пород, или «вечной мерзлоты». Вода в твердом виде возникает также ежегодно в других зонах в слое сезонного промерзания. Кристаллизационная вода входит в состав ряда ми­нералов и принимает участие в строении их кристаллических ре­шеток. Примером тому является вода гипса CaSO4-2H2O. Она мо­жет быть удалена при нагрева­нии.

Типы подземных вод

Верховодка образуется в зонах аерации в самых верхних слоях земной коры в результате инфильтрации атмосферных осадков и имеет ограниченное распространение. Характерен неустойчивый режим, проявляется в периуды дождей и усиленной инфильтрации.

Грунтовые воды Грунтовыми называются воды, залегающие на первом водоупорном горизонте ниже верховодки. Обычно они относятся к водонепроницаемому пласту и характеризуются более или менее постоянным притоком воды. Грунтовые воды могут накапливаться как в рыхлых пористых породах, так и в твёрдых трещиноватых коллекторах. Уровень грунтовых вод представляет собой неровную поверхность, повторяющую, как правило, неровности рельефа в сглаженной форме: на возвышенностях он ниже, в пониженных местах – выше

Напорные, или артезианские воды. Напорными называют такие воды, которые находятся в водоносном слое, заключенном между водоупорными слоями, и испытывают гидростатическое давление, обусловленное разностью уровней в месте питания и выхода воды на поверхность. Область питания у артезианских вод обычно лежит выше области стока воды и выше выхода напорных вод на поверхность Земли. Если в центре такой чаши заложить артезианскую скважину, то вода из нее будет вытекать в виде фонтана по закону сообщающихся сосудов.

Инфильтрационные воды образуются благодаря просачиванию с поверхности Земли дождевых, талых и речных вод. По составу они преимущественно гидрокарбонатно-кальциевые и магниевые. При выщелачивании гипсоносных пород формируются сульфатно-кальциевые, а при растворении соленосных — хлоридно-натриевые воды.

Межпластовые воды-воды, залегающие между двумя водонепроницаемыми пластами.

Водноколлекторские свойства горных пород определяются их пористостью и трещиноватостью. По характеру пустот породы-коллектора (лат. «коллектор» - собирающий) могут быть подразделены на следующие категории: 1) гранулярные (лат. «гранулум» - зернышко) или рыхлые зернистые пористые породы, такие, как пески, гравий, галечники; 2) трещиноватые скальные породы с трещинной пустотностью - песчаники, известняки, доломиты, магматические, метаморфические породы и др.; 3) трещиноватые и трещинно-карстовые породы, такие, как известняки, доломиты, гипсы, соли. Таким образом, подземные воды могут заполнять поры между отдельными зернами осадка, мелкие и крупные трещины, зоны тектонических разломов, карстовые пустоты и полости. Наибольшая водопроницаемость наблюдается в галечниках, гравии, в крупных песках, сильно закарстованных известняках и сильно трещиноватых породах разного генезиса. Относительно слабая проницаемость отмечается в тонкозернистых песках, супесях, еще меньшая в лёссах, легких суглинках, слаботрещиноватых породах. Почти непроницаемыми (водоупорными) являются глины, тяжелые суглинки, сцементированные и другие массивные породы с ничтожной трещиноватостью.

Хим состав подземных вод

По анионам выделяют три типа вод 1)гидрокарбонатные 2)сульфатные 3)хлоридные и несколько промежуточных (гидрокарбоно- сульфатные, хлоридо-сульфатные),

Минеральные воды-подземные воды ,имеющие минерализацию 1г/л, содержащие специфические свойства и целебные свойства. По минерализации выделяют пресные, солоноватые и соленые. По хим и газ составу различают щелочные, углекислые, сероводородные, метановые, железистые и радоновые воды.

Гидрохимическая зональность.Закономерные изменения химического состава поверхностных и подземных вод, происходящие по отдельным географическим (природным) зонам Земли как следствие общей географической зональности. Различают широтную, высотную и вертикальную гидрохимическую зональность.

Широтная зональность — закономерное изменение физико-географических процессов, компонентов и комплексов геосистем от экватора к полюсам. Первичная причина зональности — неравномерное распределение солнечной энергии по широте вследствие шарообразной формы Земли и изменении угла падения солнечных лучей на земную поверхность. Кроме того, широтная зональность зависит и от расстояния до Солнца, а масса Земли влияет на способность удерживать атмосферу, которая служит трансформатором и перераспределителем энергии.

Вертикальная зональность— закономерное изменение природных комплексов и составляющих их компонентов, как в высоту, так и в глубину. Главная причина вертикальной зональности — изменение баланса тепла и влаги в горах, а в глубинах океана — тепла и солнечного света. 

 Вертикальная гидрогеохимическая зональность наблюдается в бассейнах: 1) содержащих как пресные, так и соленые воды и рассолы; 2) сложенных породами любого возраста, состава и генезиса; 3) находящихся в зоне умеренного, избыточного и недостаточного увлажнения, в области развития криолитозоны.

Источники-естественны выход подземных на дневную поверхность.Образубтся в результате пересечени водонапорного горизонта какой-либо эрозионной поверхностью.

Нисходящие источники образуются при выходе на поверхность безнапорных подземных вод:верховодки, грунтовых и межпластовых. Источники,питающиеся верховодкой, распологаются в зоне аэрации, выше уровня грунтовых вод. Дебит не постояннен,в засушлиаое время исчезают совсем.Источники, питающиеся грунтовыми водами,действуют постоянно.

Восходящие образуются при выходе на дневную поверхность напорных вод в областях их разгрузки.На месте выхода вода поднимается вверх в виде фонтана или струи.

Значение подземных вод очень велико, их можно отнести к числу полезных ископаемых наряду с углём, нефтью или железной рудой. Подземные воды питают реки и озёра, благодаря им реки не мелеют летом, когда выпадает мало дождей, и не пересыхают подо льдом. Человек широко использует подземные воды: их выкачивают из-под земли для водоснабжения жителей городов и деревень, для нужд промышленности и для орошения сельскохозяйственных угодий - прим. от geoglobus.ru. Несмотря на огромные запасы, подземные воды возобновляются медленно, существует опасность их истощения и загрязнения бытовыми и промышленными стоками. Чрезмерный забор воды из глубинных горизонтов уменьшает питание рек в межень — период, когда уровень воды самый низкий.