В зоне аэрации происходят весьма важные процессы:
1) инфильтрация атмосферных осадков и поверхностных вод;
2) передвижение влаги и почвенных растворов;
3) внутригрунтовое испарение и внутригрунтовая конденсация, ледотаяние;
4) при наличии растительного покрова - транспирация влаги растениями;
5) микробиологические процессы;
6) смешение вод
Факт инфильтрации подтверждается анализом режима подземных вод, тесной связью химического состава атмосферных осадков с составом подземных вод, наблюдениями за потерями вод из оросительных каналов, водохранилищ, за притоком воды в подземные выработки, лизиметрическими измерениями.
Гидрогеологи считают, что примерно от 10 до 30% от общего количества атмосферных осадков идет на возобновление запасов подземных вод. Они накапливаются в основном на небольших глубинах в рыхлых отложениях, либо в породах, хорошо отмытых от хлоридов морского солевого комплекса [3,4].
Конденсационные воды. Пополнение подземных вод происходит и другими путями. Так, многие исследователи ( Н.А. Головкинский, А.Ф. Лебедев, П.И. Колосков) занимались вопросами конденсации паров. Однако количественная характеристика этого процесса продолжает оставаться не совсем ясной.
А.Ф. Лебедев экспериментально доказал зависимость поведения жидкой влаги от действия сил тяжести, капиллярных и молекулярных сил. По его мнению, процессы конденсации играют известную роль в образовании первых от поверхности горизонтов. П.И. Колосков выдвинул теорию гигроскопического поглощения (сорбции) породами пород атмосферы.
Исследователи, работавшие в пустынях Средней Азии, указывают, что питание грунтовых вод на большей части площади пустынь не может происходить ни за счет подтока подземных вод со стороны, от предгорьев, ни за счет просачивания атмосферных осадков. По их мнению, возможным источником питания грунтовых вод может являться только влага, образующаяся за счет конденсации. Так, в пустынях наиболее высокие отметки уровня подземных вод наблюдаются не под возвышенностями, а под их склонами, что, видимо, объясняется тем, что наибольшее накопление влаги конденсационным путем происходит при определенной мощности приповерхностной толщи.
В приаральских и прикаспийских полупустынях, по-видимому, происходит внутригрунтовое испарение: пресные линзовые воды на песчаных островах возникают в этом случае не за счет конденсации атмосферной влаги, а за счет испарения соленой воды.
Во многих засушливых районах степей и полупустынь грунтовые воды накапливаются под влиянием интенсивного испарения и процессов взаимодействия с засоленными почвами, что обусловливает процессы рассоления и засоления последних.
3.4 Седиментационные подземные воды
В условиях, когда нет современного питания вод, а изучение геологической истории указывает на отсутствие континентальных периодов и соответственно с этим «полных циклов водообмена» - возможность инфильтрационного происхождения вод отпадает. Очевидно, накопление и формирование подземных вод в этом случае осуществляется иными путями. По составу это соленые и рассольные бессульфатные воды с сухим остатком от 10 и до 250-350 г/л, для них характерно большое содержание хлоридов, кальция, брома, йода, бора, лития, стронция, рубидия, органических веществ, газов биохимического происхождения. Обычно эти воды называют хлоридными [2,6, 8].
Формирование соленых и рассольных вод генетически связывается с нормальными морскими водами или в различной степени засоленными осадочными породами в зонах затрудненного и крайне затрудненного водообмена. Воды в большинстве подобных случаев являются в той или иной мере метаморфизованными водами морского генезиса. Накапливание морских вод происходит в глубоких частях закрытых бассейнов, в отложениях, обогащенных органическим веществом, обычно в связи с соленосными (И.К. Зайцев), битуминозными, нефтеносными и угленосными породами.
Формирование химического состава вод происходит в богатых органическим веществом илах на дне водных бассейнов, в итоге чего образуются новые виды вод с более повышенной минерализацией, йодом, бромом, отсутствием сульфатов.
В процессе дальнейшего преобразования осадочных пород эти воды в течение длительной геологической истории под влиянием окружающей среды испытывают постседиментационные изменения (доломитизация известняков, альбитизация плагиоклазов) и меняют свой химический облик. При частых и продолжительных континентальных перерывах воды седиментации удаляются из осадочных пород, обновляясь или полностью замещаясь вадозными и морскими водами, уже более молодыми по возрасту.
Установлено, что в осадочных породах содержится значительное количество связанной воды - в среднем около 4,3%, что сопоставимо с содержанием ее в оксиде кальция (5,5%) и оксиде железа (3,4%).
Весьма велико содержание воды (60-99,7% по массе) и в телах животных и растительных организмов, обитающих в придонных илах. После гибели животных и растительных организмов часть содержавшейся в них воды уходит: другая часть захватывается морскими осадками, что подтверждено специальными физико-химическими исследованиями современных илов некоторых морей (Черного, Каспийского). В дальнейшем воды переходят в породы и при благоприятных геологических обстановках (отсутствие континентальных перерывов) длительное время в них сохраняются [2, 5,8].
Экспериментальными работами установлено, что с глубиной залегания происходит уплотнение осадочных пород и уменьшение их пористости. Под влиянием геостатической нагрузки осуществляется отжатие и выделение свободной воды. Кроме того, при эксплуатации артезианских вод происходит расширение вод и пород - образуется так называемая упругая система. Пористость пород возрастает не только с глубиной, но и с увеличением их возраста: так, пористость глинистых пород кайнозоя 50%, мезозоя - 34%, палеозоя уже не более - 10%, молодые, только что отложившиеся донные осадки (илы), являются очень рыхлыми, с пористостью 80-90%, и содержат много воды.
Уменьшение пористости с глубиной позволяет ориентировочно определить объем воды, выдавливаемой из пород под влиянием геостатической нагрузки. Так, А.А. Алексин выражает этот объем цифрой порядка около 1 млн. км? и полагает, что за 300 млн. лет, прошедших со времени среднего девона, эта цифра может быть приравнена к расходу родника в 100 л/с. При процессах уплотнения, происходящих при седиментационных циклах в масштабах геологической истории, большое количество выжимаемых связанных вод из глин переходит в свободное состояние и циркулирует в пластах песков.
Таким образом, очевидно, что пути накопления седиментационных вод весьма многообразны, это: 1) иловые воды, отжатые из свежих илов в раннюю стадию диагенеза при их уплотнении; 2) воды животных и растительных организмов, выделяющиеся при их разложении; 3) постседиментационные воды, выдавливаемые при уплотнении уже затвердевших пород, главным образом глин и глинистых сланцев.
Все перечисленные воды сохраняются в осадочных породах длительное геологическое время и влияют на засоление почв и грунтовых вод.
3.5 Магматические и смешанные подземные воды
В магматических очагах содержится значительное количество воды, но сколько ее достигает поверхности земли при вулканических извержениях, учесть трудно. Геохимики считают, что содержания ее в магмах колеблются от 0,5 до 8,01%.
В настоящее время имеются попытки реставрировать в какой-то мере гипотезу ювенильных вод Э. Зюсса аргументацией на то, что в современной гидросфере имеется избыточное количество хлора по сравнению с щелочами, что нельзя объяснить химической денудацией континентов, следовательно - хлор эндогенного происхождения. Полагают, что хлор и некоторые летучие компоненты брома и йода накапливаются в результате повсеместного и непрерывного диффузионного проникновения летучих компонентов из верхней мантии через толщу коры, в частности из магмы [2].
Так, например, в лавах Камчатки содержание воды составляет от 0,1 до 5,5%, а состав углекислых и термальных вод крайне разнообразен: в ионах обнаружены железо, мышьяк, марганец, медь, алюминий, цинк, большое количество сульфидов, кремнекислоты. Однако роль эндогенных (ювенильных) вод в формировании термальных вод молодой вулканической области Камчатки пока невыяснена. В целом современная гидрогеология не располагает необходимыми данными для того, чтобы оценить количественную роль магматических вод в гидросфере.
Смешанные воды. Сторонники инфильтрационного происхождения глубоких вод артезианских бассейнов полагают, что даже на больших глубинах определяющим фактором в зоне весьма замедленного водообмена является гидродинамика. Миграция вод хотя и весьма медленно, но все-таки происходит. Скорость движения многолетняя, определяется она различными гипотетическими цифрами от 1-30 см до нескольких метров в год. Эта скорость, по мнению ряда ученых, достаточна, чтобы, например, в отложениях девона Волго-Уральской области седиментационные воды были полностью промыты и заменены молодыми водами вадозного происхождения.
А.Н. Семихатовым в 1947 г. при анализе истории подземных вод было введено понятие гидрогеологических этапов. Однако он ограничил историю лишь континентальным (инфильтрационным) этапом, когда происходит поднятие всей площади суши, занятой седиментационным бассейном, имеет место эрозия, а также вытеснение и замещение древних седиментационных морских вод молодыми инфильтрационными. В настоящее время (А.А. Карцев и др.) под циклом - этапом формирования истории подземных вод какого-либо района понимают его историю, т.е. определенный геологический отрезок времени от тектонического погружения и трансгрессии - до подъема пород, регрессии и начала денудации горных пород.
Гидрогеологический этап состоит из двух циклов: 1) опускание, погружение - образование вод седиментации - седиментационно-диагенетический цикл; 2) поднятие - замещение и разрушение древних вод - инфильтрационный (континентальный) цикл. Чередование этих этапов, протекающих в различных бассейнах, качественно различно, многообразно. Этот процесс представляет собой историю происхождения и формирования подземных вод в осадочном чехле земной коры. Для глубоко залегающих вод эти процессы имеют существенное значение.
Заключение
В результате предпринятого исследования нами были сделаны следующие выводы:
1. Подземная гидросфера состоит из 4 поясов.
Зона аэрации ? поверхностный пояс, лежащий выше постоянного уровня подземных вод ? зоны полного насыщения. Криолитозона ? территория, на которой распространены многолетнемерзлые породы. Подземные воды в надкритическом состоянии испытывают высокое давление и температуру. Образование вод данного вида связано с кристаллизацией магм и процессами метаморфизма.
2. По происхождению выделяют 4 типа подземных вод.
Главным источником питания гидрогеосферы являются инфильтрационные воды. Конденсационные воды обусловливают процессы рассоления и засоления почв. Рассольные и соленые воды, в свою очередь, взаимодействуют с морскими водами в зонах затрудненного водообмена. Магматические воды распространены лишь в районах вулканической активности.
3. Разрушительная и созидательная деятельность подземных вод.
Под геологической деятельностью подземных вод понимают процессы образования карста, оползней, засоление почв, заболачивание, а также возникновение в карстовых пещерах натечных форм и новообразований.
Список используемой литературы
1. Всеволожский В.А. Основы гидрогеологии. М.: Изд-во МГУ, 2007. 516 с.
2. Толстой М.П., Малыгин В.А. Основы геологии и гидрогеологии. М.: Недра, 1976. 279 с.
3. Михайлов В.Н., Добровольский А.Д., Добролюбов С.А. Гидрология. М.: Высшая школа, 2005. 463 с.
4. Кирюхин В.А., Коротков А.И., Павлов А.Н. Общая гидрогеология. Л.: Недра, 1988. 359 с.
5. Гавриленко Е.С., Дерпгольц В.Ф. Глубинная гидросфера Земли. Киев.: Наукова думка, 1971. 272 с.
6. Ланге О.К. Гидрогеология. М.: Высшая школа, 1969. 356 с.
7. Вельмина И.А. Особенности гидрогеологии мерзлой зоны литосферы (криогидрогеология). М.: Недра, 1970. 325 с.
8. http:// www.gidroatmosfera.ru
Страницы: 1, 2, 3, 4
