Выщелачивание подземными водами легкорастворимых пород (карбонаты, гипс, соли) с образованием на глубине пустот, а на поверхности воронок называется карстом. Наименование этого своеобразного явления произошло от названия известнякового плато в Югославии - Карст.
Для развития карста необходимы следующие условия:
1)наличие значительной толщи легкорастворимых трещиноватых пород без прослоев глин;
2) выщелачиваемый массив должен быть достаточно высоким, его поверхность горизонтальна, чтобы вода могла бы застаиваться и просачиваться внутрь по трещинам;
3) уровень подземных вод должен быть глубоким, чтобы воды имели достаточно пространства для вертикального движения
Карст характеризуется своеобразными формами рельефа - воронками, колодцами, пещерами. Например, блюдцеобразные воронки широко распространены в Татарстане, принося большой вред сельскому хозяйству. Пещер много в Горном Крыму, на Кавказе, в Приуралье (Кунгурская пещера), в Венгрии, во Франции.
Оползнями называют смещение земляных масс под влиянием сил тяжести без нарушения связности пород и движение их по склону. Поверхностные смещения пород с нарушением структуры и текстуры называют оплывами. Главными причинами образования оползней являются:
1) подмыв берега рекой или морем (боковая эрозия);
2) большое количество атмосферных осадков;
3) механический вынос мелких частиц подземными и поверхностными водами (механическая суффозия);
4) изменение влажности глинистых пород на склоне;
5) тектоническая трещиноватость;
6) процессы выветривания;
7) землетрясения;
8) деятельность человека
Оползневые процессы изучаются специальными оползневыми станциями, расположенными в районах, подверженных оползням.
Вследствие подъема и испарения грунтовых вод в поверхностных отложениях возникают различные новообразования (кальцит, гипс) и происходит засоление почв. Засоление почв широко развито в областях с сухим климатом, слабым оттоком грунтовых вод, где проводится орошаемое земледелие.
Широко распространен в природе процесс, связанный с изменением водного режима почв из-за застаивания почвенных или поднятия грунтовых вод - заболачивание.
Происходит оно в районах избыточно влажных, с большим количеством атмосферных осадков, со слабым поверхностным стоком и близким залеганием к поверхности водоупорных слоев. Для борьбы с заболачиванием производятся сброс поверхностных вод и различные дренажные работы [2, 5, 8].
2.2 Созидательная деятельность
В местах выхода подземных вод, богатых углекислотой, часто образуются новообразования в виде отложений известкового туфа СаСО3.
Например, при обследовании в Республике Татарстан свыше 3600 родников оказалось, что в 75 из них происходит отложение известкового туфа. Воды, в которых происходит выпадение карбоната кальция, имеют плотный остаток от 250 до 484 мг/г, сильно насыщены CaCO3, температура их 5,5-6,0 °С. Расход незначителен до 10 л/с [2, 4].
Все родники, откладывающие известковый туф, располагаются там на высоте 2 м от основания коренного склона и приурочены к пермским отложениям. Углекислота находится в равновесии с Ca(HCO3)2 и Mg(HCO3)2. Очевидно, что нарушение устойчивости Ca(HCO3)2 происходит лишь в условиях выделения углекислого газа. Выделение же возможно в условиях усиленного испарения, а для последнего необходим некоторый перепад воды для возникновения вихревого (турбулентного) движения, что и наблюдается в местах выхода подземных вод вследствие нарушения устойчивости Ca(HCO3)2:
Ca(HCO3)2 > CaCO3 + H2O + CO2
Осадок Испарение и поглощение
растениями
На потолке и дне карстовых пещер нередко образуются сталактиты и сталагмиты - своеобразные натечные образования в виде колонн. Широко распространены они в различных пещерах стран СНГ, Франции, США [3, 7].
3. Условия формирования и залегания подземных вод каждой зоне
3.1 Учение о происхождении подземных вод
Первые попытки объяснить происхождение подземных вод были предприняты древнегреческими философами Платоном и Аристотелем. Платон (427-347 гг. до н.э.) предполагал образование их за счет морских соленых вод. При движении соленой воды в породах морская вода освобождается якобы от солей и в виде родников выходит на поверхность уже пресной. Аристотель (384-322гг. до н.э.) считал, что подземные воды образуются в результате сгущения холодного воздуха в пустотах горных пород [2, 5].
Римлянин Марк Витрувий Полий (1в. до н.э.) предполагал образование подземных вод за счет поглощения дождевых и снеговых вод. Не так давно стало известно о труде персидского ученого Каради (ум. в 1016 г.) -- «Поиски скрытых под землей вод», где он изложил учение о подземных водах, которое вполне соответствует современным научным представлениям.
Впоследствии высказывались в основном представления о происхождении подземных вод либо за счет сгущения водяных паров на больших глубинах (Агрикола - XVI в.), либо за счет проникновения жидких поверхностных вод (инфильтрации) вглубь (М.В. Ломоносов).
В средние века в Европе все же преобладали античные идеи о морском происхождении подземных вод. Поэтому француз П. Перро, доказавший путем измерений происхождение подземных вод из атмосферных осадков, боясь непонимания, свою книгу «Происхождение источников» опубликовал в 1674 г. под чужим именем. С этого момента начиналось развитие науки о подземных водах. А имя этой науке дал Ж. Ламарк (1744 -- 1829) -- французский естествоиспытатель, издавший в 1802 г. книгу «Гидрогеология, или исследование влияния воды на поверхность земного шара».
Подземные воды исследовали многие российские гидрогеологи. В 1886 г. в России появилась первая официальная должность гидрогеолога, учрежденная Таврическим губернским земством, которую занял Н. А. Головкинский (1834 -- 1897) -- специалист по подземным водам Причерноморья.
В 1902 г. австрийским геологом Э. Зюссом была предложена гипотеза ювенильного происхождения подземных вод (ювенильные воды) за счет процессов синтеза водорода и кислорода в магматических расплавах (мантийное происхождение подземных вод).
В 1902-1908 гг. Н.И. Андрусовым, Г. Гефером и А.Ч. Лейном независимо друг от друга предложена гипотеза седиментогенного происхождения подземных вод за счет «захоронения» морских вод при процессах образования донных осадков и их последующего «отжатия» при уплотнении [1, 3].
Во второй половине XX в. в России вышли фундаментальные труды по гидрогеологии: «Гидрологическая энциклопедия» и 50-томный труд «Гидрогеология СССР», а также подготовлена гидрогеологическая карта мира. Гидрогеология превратилась из учения о подземных водах в науку о подземной гидросфере [8].
3.2 Типы подземных вод
В настоящее время выделяют по происхождению следующие типы подземных вод:
1) инфильтрационные, образующиеся от просачивания в породы атмосферных и поверхностных вод;
2) конденсационные, возникшие при конденсации водяных паров атмосферного и почвенного воздуха;
3) седиментационно-диагенетические морские воды, оставшиеся в морских иловых осадках и проникшие в толщи пород, как во время стадии диагенеза, так и позднее (Н.И. Андрусов, В.И. Вернадский, Г.Н. Каменский);
4) магматические (эндогенные) воды (Э. Зюсс)
Нередко в природе подземные воды образуются смешанным путем, что подтверждается химическим и газовым составом вод, их режимом и данными пьезометрических напоров. Воды смешанного происхождения - самые распространенные.
В настоящее время большинство исследователей полагают, что выделение вод и газов из верхней мантии происходило в процессе разогревания Земли на ранних стадиях ее формирования. Это и дало начало зарождению гидросферы и атмосферы.
История и эволюция этих оболочек весьма сложна и трактуется учеными неоднозначно. Состав первичных атмо- и гидросфер земной коры изменялся в течение геологического времени. Из магмы вследствие интенсивной вулканической деятельности поступали водные пары и газы. Полагают, однако, что эти поступления были незначительны [2, 4].
Для дальнейшего развития представлений о преобразовании и формировании вод большое значение имел постулат академика В.И. Вернадского, выраженный в системе породы>природная вода>газ>живое вещество (биомасса), показывающей единство подземных вод в атмо-, гидро- и литосферах.
В сложном процессе происхождения вод следует различать:
1)образование молекул воды;
2) накопление связанных и свободных вод;
3) формирование химического состава
Накопление подземных вод можно представить как кратковременный динамический процесс - процесс возникновения вод под действием сил тяжести, капиллярных и молекулярных сил вблизи поверхности земли: так, например, во время паводков речные воды просачиваются в аллювиальные отложения и идут на питание грунтовых вод, вызывая подъем их поверхности. В итоге образуются пресные воды.
При мелиорациях - во время промывок почв - возникает слой пресных вод, плавающих на соленых, при растворении пластов и штоков соли - соленые и рассольные воды. Накопление вод может происходить и другими путями.
Формирование химического состава подземных вод есть длительный физико-химический процесс преобразования подземных вод, происходящий на различных глубинах при неодинаковых температурах и давлении, испарении и конденсации, катионном обмене - адсорбции между водами и породами. Процесс сопровождается рядом этапов: выдавливанием вод при уплотнении илов, позднее и пород, деятельностью бактерий, диффузией, перетеканием и разгрузкой вод через глинистые перекрытия.
Г.Н. Каменским было выделено три основных генетических цикла формирования:
1) инфильтрационный - континентальный, обусловленный инфильтрацией атмосферных осадков и связанный с процессами выветривания;
2) морской, или осадочный (иначе говоря, седиментационно-диагенетический), обусловленный проникновением морских вод в толщи пород в процессе осадкообразования, процессами изменения осадков и видоизменения заключенных в них вод;
3) метаморфический и магматический циклыя заключенных в них вод; 3) метаморфический и магматический цикл, обизменения осадков и видоизменльностью бактерий, диффузией, , обусловленные метаморфизмом горных пород и магматическими процессами, протекающими в коре [2, 6, 8].
Следует отметить, что выделение общего цикла правомерно лишь для их совместного действия, но могут быть циклы и раздельные, например метаморфический, в условиях воздействия регионального метаморфизма.
Страницы: 1, 2, 3, 4
