Как образуются подземные воды: Подземные воды — урок. География, 7 класс.

Содержание

что это такое, как образуются, значение для человека, определение, причины образования, откуда берутся, особенности


Переоценить значение водных источников под землей невозможно. Они необходимы человечеству практически как воздух. Но это не значит, что каждый житель нашей планеты достаточно хорошо осведомлен о подземных водах, знает, что это такое, может дать определение и классифицировать их на подвиды. Поэтому это сделаем мы в нашей статье.

Понятие термина


Это водный раствор, который находится в верхней части земной коры. По своему агрегатному состоянию это может быть жидкость, лед или пар, переход из одной формы в другую – естественный процесс, происходящий в более глубоких грунтовых слоях. Наука, которая это изучает, называется гидрогеология. Наиболее часто мы встречаемся с большими потоками, которые влияют на течение рек, их полноту, а также с ключами и источниками – небольшими струями влаги. Но не все они выходят на поверхность, намного чаще они остаются в грунте. В таком случае люди давно научились выкапывать в водоносном почвенном слое углубление, чтобы получать ресурс. Таким образом работают колодцы, скважины и другие точки водозабора.

Химический состав и особенности подземных вод


Неверно считать, что для всех проб, взятых в любом водоеме или в грунте, будет правильна единая формула – Н2О. Конечно, на молекулярном уровне именно соединение молекул кислорода и водорода дают знакомую нам всем жидкость. Но на практике, количество примесей и загрязнений может варьироваться в зависимости от состава горных пород. В среднем такой водный раствор содержит около 60 микроэлементов плюс микроорганизмы. Одни из них полезны для организма, от других нужно избавляться перед употреблением, производить фильтрацию. По тому, как много минеральных веществ содержится, ресурс делят на уровни минерализации:

  • пресные;
  • слабоминерализованные;
  • минерализованные.

Как правило, чем глубже пролегает источник, тем более он насыщен солями и иными веществами. Поэтому часто на поверхности можно встретить питьевой ключ, который в недрах земли намного солонее.

Интересен химический состав минеральных вод, их также называют лечебными или целебными. В них содержится большая концентрация минералов, полезных для организма. Так различают бюветы углекислые, как Боржоми или в Кисловодске (наиболее популярные), а также радоновые, азотные, сероводородные. Их принимают не только в качестве напитка, но и для обертываний, гидротерапии.

Каково значение подземных вод для человека


Переоценить его практически невозможно. Что еще больше вызывает недоумение – почему человечество так небрежно относится к источнику жизни на Земле, загрязняет реки и озера, отравляет грунт различными химикатами, неразлагающимся мусором. В зависимости от того, к какой категории относится водный ресурс, он имеет такое значение:

  • Питьевое и промышленное. Все скважины, которые мы используем при гидродобычи, питают грунтовые ископаемые. Поэтому вода необходима просто для жизни, а также для развития сельского хозяйства (орошение полей, наполнение поилок для скота), производственных мощностей.
  • Бальнеологическое, то есть оздоровительное. К этой категории относятся минерализованные и термальные источники, которые применяются в санаториях и на других курортах.
  • Энергетическое. За это отвечают высокотермальные ключи.

Таким образом, большинство сфер нашей жизни так или иначе связано с этим водным ресурсом, даже (или особенно?) если вы проживаете в городе и не задумываетесь, откуда появляется холодное водоснабжение.

Как называются подземные воды по видам


Классификация, которую мы приведем ниже, зависит от глубины залегания ресурса. Кроме того, используют разделение на три класса, их называют горизонтами:

  • Верхний. Гидродобыча проходит в пласте от 25 до 350 метров. Обычно это пресноводные ключи, которые идут на бытовые и промышленные нужды.
  • Средний. По глубине это 60-600 м, но по качеству – высокое содержание минеральных примесей, солей.
  • Нижний. Самый глубокий горизонт – от 400 до 3 тысяч метров. Обычно уровень минералов здесь зашкаливает.

Еще одна интересная классификация затрагивает в основном глубинные слои. Там жидкость может быть молодой, только что созданной, или реликтовой. Вторая не значит, что она испорченная. Содержащиеся в ней вещества могут ее отлично законсервировать.

А теперь переходим к видам вод, в зависимости от глубины залегания.

Почвенные

Это влага, которая находится в верхнем слое почвы. Ее также называют верховодка. Она буквально питает грунт. Ее частицы пребывают в подвешенном состоянии, то есть они не имеют твердую опору, поэтому у них нет течений. Особенно большое количество такой жидкости скапливается при весеннем таянии снега. Она является самой полезной, чистой, необходимой для сельскохозяйственных культур и для лесных растений.

Грунтовые

Они тоже находятся в верхнем слое земной коры, но на небольшом углублении. Они пополняются не источниками изнутри, а дождевыми осадками. Если их выпало избыточное количество, то местность часто подтапливается, что можно обнаружить по повышенной влажности в погребах. Если они выходят на поверхность, то мы говорим о том, что бьет ключ, течет ручей. Обычно они пригодны для питья. При избыточном количестве потоки скапливаются в одном месте, где они образуют водоем – болото или озеро, пруд естественного происхождения.

Понятие межпластовых подземных вод


Они находятся также в верхнем водном горизонте, как почвенные и грунтовые, но по отношению к ним – намного глубже. Они имеют принципиальное отличие:

  • Более статичное положение, поскольку они залегают между двумя неподвижными породами грунта – водоупорными ложей и кровлей.
  • Относительная стабильность объемов и химического состава, так как они практически не зависят от метеоусловий.
  • Повышенная чистота, благодаря тому, что загрязнения земляного пласта почти не проникают так глубоко.

Минеральные

Они считаются самыми глубоководными из питьевых. Концентрация минералов в них высокая и постоянная, поэтому их также называют целебными. Их ценность для здоровья приводит к тому, что повсеместно на бальнеологических курортах строятся бюветы, а также ресурс используется для водных процедур, компрессов, обертываний. Раствор минерализуется, проходя вблизи разных пород. Так происходит его обогащение сероводородом, углекислым газом, азотом, йодом, бромом, радоном и прочими веществами.

Артезианские

Глубина этих источников – от 100 м до 1000 м. Это лучший вариант для ежедневного питья и употребления при готовке. В связи с этим многие жители пригорода используют индивидуальные пункты гидродобычи, бурят скважины до залегания артезианских водных ресурсов. Необходимо отметить, что несмотря на их чистоту, любая скважинная добыча нуждается в фильтрации. Обратитесь в компанию «Вода Отечества», чтобы установить подходящую систему водоочистки.

Особенность этого гидропласта – наличие внутреннего давления. Поэтому при бурении жидкость под напором вырывается наружу. Это, как и ее чистота, обусловлено залеганием между горными породами. Специалисты, гидрогеологи, определяют наличие на данной местности источника по особенным признакам – впадинам, флексурам, мульдам.

Что делают с подземными водами: классификация по назначению


Как мы уже отмечали, назначение ресурса очень разнообразно. Но принято делить всю полученную влагу только на две категории. В основном это определяет ее чистоту, химический состав, а также санитарные нормативы, которые регламентируют ее использование.

Питьевая

Это пресные и слабоминерализованные источники, которые при правильной гидродобыче и водоподготовке можно использовать для питья. В ряде случаев вторичная фильтрация не требуется, достаточно только грубой очистки от частиц грунта.

Техническая

Ее разнообразие больше. Это может быть просто пресная жидкость, которая не нуждается в тщательной водоподготовке и подходит для решения технологических задач на производстве, например, охлаждение. Или может быть минерализованной, тогда цель ее использования – добыча микроэлементов. Также не забываем про высокотермальные источники, которые применяются в качестве топлива для обеспечения тепловой энергии на электростанции.

Структура подземных вод по химическому составу


Есть несколько классификаций, которую используют ученые. Самую распространенную оставим напоследок. В.И. Вернадский выделяет 4 категории:

  • пресные – до 1 г/л минералов;
  • солоноватые – концентрация солей не превышает 10 г/л;
  • соленые – до 50 г/л;
  • рассолы – более 50 г/л (или 36 г/л), именно так он называет Мировой океан.

А.М. Овчинников производит еще более подробное деление, выделяя в отдельную группу ультрапресные воды (до 0,2), с повышенной минерализацией (от 0,5 до 1) и несколько других переходных стадий. Но для большинства промышленных и гидрогеологических задач используют самую краткую классификацию.

Пресная жидкость

В ней содержание солей не превышает 1 грамма на литр чистой влаги. Обычно она добывается из верхних горизонтов. Верховодка почти всегда пригодна для питья после неглубокой механической фильтрации.

Слабоминерализованная

В ней примесей не более 35 г/л. Эта граница соответствует уровню солености Мирового океана. Пить ее можно с большой осторожностью и только при уверенности в химическом составе, поэтому – только после проверок.

Минерализованная

Допускает концентрацию минералов до 50 г/л. Они при правильной дозировке и использовании могут оказывать положительное воздействие на здоровье человека.

Классификация по температуре

Есть несколько состояний воды – твердое (лед, соответственно, ниже 0 градусов), жидкое, наиболее привычное для нас, и газообразное, когда происходит испарение из-за чрезмерного нагрева. Жидкости, в свою очередь, также разделяются.

Холодные

Они имеют не более 20 градусов тепла. Это основная часть верховодки, а также большинства минеральных и артезианских источников. Часто они бывают даже ледяными, что особенно сильно чувствуется в летнюю жару.

Термальные и высокотермальные

Они составляют больший процент от подземных потоков, и чем глубже они залегают, тем жарче могут быть. Близко к нижнему краю земной коры жидкости нагреваются вплоть до 600 градусов. Для человека более интересны те, что пробиваются на 5-6 км из глубин почвы и не превышают обычно 50-60. Они дают тепло, а также часто такие водоемы разрабатываются в бальнеологических целях для купания.

Откуда берутся подземные воды


Не зря экологи борются за рациональный расход пресноводной жидкости, потому что пополнение водоемов, как и влаги, находящейся в грунте, происходит очень медленно за счет таяния ледников. Конечно, слои вечной мерзлоты очень обширны, но только их не хватит при таком расходовании ресурса, который имеет место сейчас. Кроме того, есть несколько путей образования грунтовых и почвенных источников:

  • Атмосферные осадки. Они образуются в ходе испарения с поверхностей рек, участвуют в круговороте влаги. Дождь и снег на 20% питают почву.
  • Таяние ледников приводит к образованию крупных озер под землей.
  • Ювенильное происхождение – это соединение кислорода и водорода, которые высвобождаются при охлаждении магмы.

Причины образования подземных вод носят естественный характер. Природа – единственная сила, которая влияет на этот процесс, поэтому нельзя грубо вмешиваться в него, не зная всех механизмов.

Мониторинг

Гидроразведка на местности – возможность оценить:

  • есть ли подземные воды на участке;
  • какой они температуры;
  • какие возраст, толщина образца горной породы;
  • химический состав водного ресурса – определяется в условиях лаборатории.

После этого данные заносятся в специальные карты, на которых указывается состояние гидрологических особенностей местности.

Проблемы загрязнения

Это актуальный вопрос, который касается не только экологов, но и каждого жителя планеты. Воздействие на почвенные слои может быть двух типов.

Химическое

Сильнее всего виноваты сельскохозяйственные угодья, использующие пестициды и другие средства для обработки культур, а также промышленные предприятия. Они сбрасывают и хранят отходы, содержащие химикаты, на открытых свалках или иным образом, недостаточно защищающим экологию.

Биологическое

Сток, канализационные системы, обилие выгребных ям, захоронения людей и трупов скота – все это приводит к тому, что на участке могут развиваться болезнетворные бактерии.

Классификация запасов

Влага считается полезным ископаемым, которое, как и другие, имеет ограниченное количество. Поэтому очень важно, сколько ресурса хранится в почве, а также в созданных людьми резервуарах. Все запасы можно разделить на несколько категорий.

Естественные

Это водные массы, которые находятся в самых обыкновенных, природных условиях в пространстве между двумя пластами грунта. Частично их называют упругими. Это значит, что поток можно извлечь из земли, благодаря внутреннему давлению и сжатию пористых пород. Их сложнее всего измерить, поскольку необходимо складывать всю влагу, которая участвует в круговороте – то есть и осадки, и испарения, и содержание ее в растениях, и водоемы. Также существуют дополнительные термины потоков – «вековые», «статические».

Искусственные

Они сохраняются в толще земли, благодаря вмешательству человека. Это такие процессы и процедуры, как орошение полей, создание прудов, дамб, водохранилищ. Также сейчас активно применяется специальное питание грунтового ресурса при засухах.

Привлекаемые

Работает это так: человек ставит водозаборную башню, чтобы проводить гидродобычу из глубинных слоев. А чтобы уравновесить все, русла рек или иных водоемов направляются на этот участок.

Эксплуатационные

По сути, это не запасы, а ресурсы, но первый термин закреплен в научной литературе. Это жидкость, получаемая при водозаборе.

Заключение

В статье мы рассмотрели понятие подземных вод, в результате чего узнали, как они образуются, какие бывают, чем отличаются. Но помните о том, что даже самый чистый источник нуждается в фильтрации перед употреблением.

Как образуются подземные воды?

На днях я купил обычную бутылку с минеральной водой. Решив почитать о её происхождении на этикетке, я обнаружил надпись, которая гласила, что эта вода была разлита из подземного источника. Меня весьма заинтересовала тема о подземных водах и их происхождении. Итак…

Как же образуются подземные воды

Начать стоит с того, что такое подземные воды. По своей сути, это те воды, которые находятся в толщах горных пород. При этом они могут пребывать как в жидком, так и твёрдом и газообразном состояниях.

Но говоря о подземных водах, мы подразумеваем их жидкий тип. Распределяются они весьма неравномерно. В наиболее глубоких слоях, которые образуются из особо плотных пород (создающихся благодаря магматическим и метаморфическим процессам), практически нет влаги.

Основная часть воды залегает именно в поверхностных слоях, породы которых отличаются осадочным происхождением.

Но вернусь к теме образования подземных вод. Оно может происходить несколькими путями.

Главным таким способом считается просачивание влаги с поверхности. Такой процесс зовётся «инфильтрацией». Здесь подземные воды обогащаются не только благодаря осадкам, но и всем поверхностным водным резервуарам. При этом количество влаги напрямую зависит от типа грунта.

Вторым способом можно назвать осаждение водяного пара, которое происходит в пустотах горных пород. Это довольно долгий процесс.

Виды подземных вод

Формирование подземных вод можно назвать постоянным и бесконечным процессом. Именно поэтому такие воды принято считать неисчерпаемым ресурсом.

Но отдельного упоминания заслуживают виды подземных вод. Выделяют три основных:

  • верховодка. Она ближе всех лежит к грунтовой поверхности. Этот вид воды непостоянен, при засухе может запросто испариться;
  • грунтовые. Отличаются стабильностью своего пополнения, это «основной тип» подземных вод. На объём которых влияет множество факторов;
  • и артезианские. Они же «напорные». Находятся под давлением и нередко занимают большие площади.

Стоит отметить, что именно артезианские воды причисляют к полезным ископаемым. Все мы должны помнить о важности их сохранения.

Подземные воды. Просто о сложном – ГЕОСТРОЙПРОЕКТ

Подземные воды города Москвы и Подмосковья

Подземные воды образуются за счет проникновения дождевых и талых снеговых вод через почву в песчаные отложения, залегающие на некоторой глубине. Главным условием образования подземных вод является существование глинистого водоупора, находящегося в подошве песчаных отложений. Важным фактором питания подземных вод в городе являются утечки из водонесущих коммуникаций.

Насыщенные водой песчаные отложения образуют водоносный горизонт, ограниченного сверху уровенной поверхностью. Выше этой поверхности пески влажные, но не водонасыщенные. Это – зона аэрации. Здесь происходит вертикальное движение воды от поверхности земли к уровню подземных вод.

Воды в первом от поверхности земли горизонте называются грунтовыми, так как расположены в породах контактирующих с фундаментами зданий. Эти породы называются – грунтами.

Вода в песчаном грунтовом горизонте движется от более высоких отметок рельефа к более низким, то есть по направлению к речкам. Здесь грунтовые воды выходят на поверхность, то есть разгружаются. В Москве водотоки большинства мелких речек забраны в коллектор, а долины засыпаны. Только на отдельных участках эти речки проявляются в виде оборудованных прудов в парках и скверах города.

Слой глин в подошве грунтовых вод частично пропускает воду, он не является абсолютным водоупором. Эта вода попадает во все более глубокие слои песков или трещиноватых пород. Так образуются артезианские воды. Горизонты артезианских вод обладают избыточным напором, то есть при бурении скважины до кровли водоносного горизонта вода поднимается выше кровли. Такие воды называются напорными. Они разгружаются обычно в виде родников.

Грунтовые воды обычно сильно загрязнены с поверхности земли и для питьевых целей не пригодны. Напорные артезианские воды вне городской застройки более чистые и по санитарным нормам часто используются для питьевого водоснабжения. Так в Подмосковье 90% питьевых вод получают из подземных артезианских источников, тогда как в пределах города Москвы доля подземных вод не превышает 7%, в основном в пределах Новой Москвы. В городской черте Старой Москвы эти артезианские воды сильно загрязнены и воды родников содержат много химически опасных компонентов.

Грунтовые воды в пределах Москвы и Подмосковья залегают в рыхлых отложениях, образованных деятельностью древних ледников и многочисленных рек и речек. При наступлении ледников отлагались моренные суглинки, слабопроницаемые для воды. При отступлении (таянии) ледников отлагались флювиогляциальные пески. Быстротоки рек и речек способствовали отложению песчаных отложений, в омутах и в застойных местах накапливались глинистые осадки. В связи с этим, на рассматриваемой территории нет выдержанных по площади и в разрезе толщ однородных пород. Водоносные песчаные горизонты и слои глин часто прерываются, выклиниваются. Такое геологическое строение называют неоднородным. Изучение условий движения подземных вод (гидрогеологических условий) в такой среде требует бурения большого количества разведочных скважин при изысканиях под проектирование строительства. Последующие прогнозные расчеты подземных фундаментов сооружений связаны с необходимостью построения численных геолого-математических моделей, учитывающих основные особенности сложных гидравлических условий территории. Отсутствие таких прогнозных решений может привести к возникновению трещин на стенах и опасности разрушения жилых домов при новом строительстве с освоением подземного пространства под зданиями. Подобное наблюдалось в 2008 г. в районе Пресня, в долине одноименной реки.


Каковы условия образования подземных вод. Как образуются подземные воды? Образование и формирование подземных вод

Вспомните

  • Что происходит с водой, выпавшей на землю с дождем? Через какие горные породы вода просачивается быстрее — пески или глины? Что такое родники (ключи)? Почему в роднике вода холодная даже летом?

Как образуются подземные воды. Вода в земной коре находится в трех состояниях: жидком, газообразном и твердом. Вода и водяной пар заполняют промежутки между частицами горных пород.

Вода в твердом состоянии — это кристаллики и прослойки льда в промерзших породах.

Подземных вод намного больше, чем поверхностных вод суши — рек, озер, болот. Они возникают за счет просачивания в глубь земли атмосферных осадков. Важнейшее условие образования подземных вод — способность горных пород пропускать воду. Различают водопроницаемые и водонепроницаемые (водоупорные) породы (рис. 142).

Рис. 142. Водопроницаемость горных пород

Горные породы, которые пропускают воду, называются водопроницаемыми. Это рыхлые пористые (песок, галька, гравий) или твердые, но трещиноватые породы (известняк, песчаник, сланец). Чем крупнее частицы и поры, тем лучше водопроницаемость. Горные породы, не пропускающие воду, — водонепроницаемые, или водоупорные. Это глины или любые нерастрескавшиеся твердые породы.

Вода с поверхности просачивается через водопроницаемые породы до тех пор, пока не встречает на своем пути водоупорные слои. Здесь она задерживается, постепенно заполняя поры или трещины водопроницаемых пород. Пласты, насыщенные водой, образуют водоносные слои (рис. 143). Вода в них течет вниз по наклоненной поверхности водоупорного слоя.

Какими бывают подземные воды. Из-за чередования пород с разной водопроницаемостью в земной коре на разной глубине может быть несколько водоносных слоев. Рыхлые и пористые породы сменяются водоупорными, затем снова водопроницаемыми и вновь водоупорными. В зависимости от положения водоносных слоев различают грунтовые и межпластовые подземные воды (см. рис. 143).

Рис. 143. Подземные воды

Воды верхнего водоносного горизонта, расположенного на первом водоупорном слое, называются грунтовыми. Межпластовые воды располагаются между двумя водоупорными слоями. Сюда вода с поверхности попадает только через те места, где водоносные слои выходят на поверхность.

Глубина и толщина слоя грунтовых вод зависят от геологического строения территории, рельефа и климата. На равнинах с холодным и влажным климатом грунтовые воды могут подходить к самой поверхности, способствуя образованию болот. Если климат жаркий и сухой, грунтовые воды располагаются на большой глубине. Глубина слоя грунтовых вод может меняться по сезонам года. В России весной грунтовые воды располагаются ближе к поверхности, а летом — дальше от нее.

В пористых породах недр величайшей пустыни мира Сахары имеются огромные запасы подземных пресных вод. Их так много, что они могут обеспечить потребности всех стран, расположенных на территории пустыни. Однако эти воды залегают на глубине 150-200 м от поверхности.

Грунтовые воды часто выходят на поверхность, образуя источники (родники, ключи) в понижениях рельефа: речных долинах, оврагах. Межпластовые воды добывают с помощью специально пробуренных скважин. Иногда вода бьет через скважину фонтаном. Такие воды называют артезианскими (рис. 144).

Рис. 144. Артезианские воды

Артезианские воды образуются в вогнутых слоях горных пород. Вода оказывается здесь под большим давлением, поэтому она фонтанирует при вскрытии скважины.

Не все подземные воды пресные. Некоторые из них содержат много растворенных веществ и газов. Такие воды называют минеральными. На больших глубинах в толще земной коры возрастает температура. Поэтому здесь подземные воды становятся теплыми и даже горячими.

Если толщи земной коры сложены легко растворимыми породами (известняками, гипсом, солями), то подземные воды вымывают в них многочисленные пустоты, полости, пещеры (рис. 145). Такое явление природы, а также формы рельефа на поверхности и в толщах горных пород называются карстом.

Рис. 145. Формы карста

Вода не просто создает карстовые пещеры. Она украшает их живописными каменными «скульптурами». Из капель, просачивающихся с потолка пещер, как сосульки, нарастают вниз сталактиты. Из капель, падающих на пол пещеры, снизу постепенно растут столбики — сталагмиты. Эти формы иногда срастаются друг с другом в единые колонны.

Вопросы и задания

  1. Откуда вода попадает в толщу земной коры?
  2. Назовите виды подземных вод.
  3. Что такое источник? Где он образуется?
  4. Где образуются карстовые пещеры?

Объем подземных вод превосходит объем поверхностных вод суши. Вода в земной коре может находиться не только в жидком состоянии, но также газообразном и в виде льда. В лед вода превращается в промерзших горных породах.

Причина образования подземных вод — это просачивание через породы земной коры атмосферных осадков. Есть горные породы, которые пропускают воду, а есть те, которые ее не пропускают. Первые называются водопроницаемыми, а вторые водоупорными.

Выпавшая на поверхность земли дождевая вода просачивается через водопроницаемые слои до тех пор, пока не встретит водоупорный слой. В результате чуть выше водоупорного слоя горные породы насыщаются водой и превращаются в водоносные породы.

Пропускающими воду породами являются песок, галька, гравий, известняк, песчаник, сланец. Эти породы либо рыхлые, либо имеют трещины. Водоупорными являются глины и твердые породы, в которых нет трещин.

Вода под землей течет так, как наклонена поверхность — с более высоких мест в более низкие.

Подземные воды бывают грунтовыми и межпластовыми. Грунтовые воды находятся ближе к поверхности земли, сразу под водопроницаемыми слоями. Межпластовые слои располагаются глубже, между водоупорными слоями. Вода сюда попадает в тех местах, где их водоносные слои выходят на поверхность. Так например бывает в руслах рек.

Формирование вод — длительный физико-химический процесс преобразования, происходящий на различных глубинах при различных температура и давлениях и включающий испарение и конденсацию, катионный обмен между водами и породами.

Подземные воды формируются в основном из вод атмосферных осадков, выпадающих на земную поверхность и просачивающихся (инфильтрующих) в землю на некоторую глубину, и из вод из болот, рек, озер и водохранилищ, также просачивающихся в землю. Количество влаги, прогоняемой таким образом в почву, составляет по данным А.Ф. Лебедева, 15-20 % общего количества атмосферных осадков.

К водопроницаемым породам относятся крупнообломочные породы, галечник, гравий, пески, трещиноватые породы и т.д. К водонепроницаемым породам — массивно- кристаллические породы (гранит, порфир, мрамор), имеющие минимальную впитывать в себя влагу, и глины.

Последние, пропитавшись водой, в дальнейшем ее не пропускают. К породам полупроницаемым относятся глинистые пески, лесс, рыхлые песчаники, рыхловатые мергели и т.п.

Проникновение вод в грунты (водопроницаемость), слагающих земную кору, зависит от физических свойств этих грунтов. В отношении водопроницаемости грунты делятся на три основные группы: водопроницаемые, полупроницаемые и водонепроницаемые или водоупорные.

Кроме того, подземные воды формируются путём конденсации водяных паров. Выделяются также подземные воды ювенильного происхождения.

Инфильтрационные подземные воды образуются из наземных вод атмосферного происхождения. Одним из главных видов питания их является инфильтрация, или просачивание вглубь Земли.

Конденсационные воды образуются в результате конденсации водяных паров воздуха в порах и трещинах горных пород.

Седиментогенные подземные воды- это высокоминерализованные (соленые) подземные воды в глубоких слоях осадочных горных пород. Происхождение таких вод, большинство исследователей связывают с захоронением вод морского генезиса, сильно измененных под влиянием давления и температуры. Магматогенные подземные воды, образующиеся непосредственно из магмы.

В процессе кристаллизации магмы и образования магматических пород вода отжимается, по разломам и тектоническим трещинам поднимается вверх, поступает в земную кору и местами выходит на поверхность. Количество магматогенных вод незначительно.

Для многих территорий земного шара инфильтрация является основным способом образования подземных вод. Однако имеется и другой путь их образования — за счёт конденсации водяных паров в горных породах.

В тёплое время года упругость водяного пара в воздухе больше, чем в почвенном слое и нижележащих горных породах. Поэтому водяные пары атмосферы непрерывно поступают в почву и опускаются до слоя постоянных температур, расположенного на разных глубинах — от одного до нескольких десятков метров от поверхности земли.

В этом слое движение паров воздуха прекращается в связи с увеличением упругости водяных паров при повышении температуры в глубине Земли. Вследствие этого возникает встречный поток водяных паров из глубины Земли вверх — к слою постоянных температур.

В поясе постоянных температур в результате столкновения двух потоков водяных паров происходит их конденсация с образованием подземной воды. Такая конденсационная вода имеет большое значение в пустынях, полупустынях и сухих степях. В знойные периоды года она является единственным источником влаги для растительности. Таким же способом возникли основные запасы подземной воды в горных районах Западной Сибири.

Оба способа образования подземных вод — путём инфильтрации и за счёт конденсации водяных паров атмосферы в породах — главные пути накопления подземных вод. Инфильтрационные и конденсационные воды называются вандозными водами (от лат. «vadare» — идти, двигаться). Эти воды образуются из влаги атмосферы и участвуют в общем круговороте воды в природе .

Процессы формирования химического состава подземных вод.

Процесс формирования химического состава подземных вод—сложный многообразный природный процесс, определяющий химический состав подзем-ных вод в каждой дайной точке. П. ф. х. с. п. в. является этапом общей миграции химических элементов в земной коре, который последовательно охватывает:

1) стадию перераспределения химических элементов и изменений форм их соединений как во время формирования источников минерализации, так и в период последующего их существования в геологической истории, а также перераспределение воднорастворимых соединений (минералов) и ионно-солевого комплекса горных пород;

2) стадию перехода комплексов минерализации подземных вод из источников минерализации в воду;

  • 3) стадию миграции элементов в подземных водах;
  • 4) стадию выпадения компонентов минерализации из подземных вод.

Растворение — важный, широко распространенный процесс, при котором вся порода целиком переходит в раствор (например, растворение галита NaCL). Растворение продолжается до тех пор, пока вода не достигнет предела насыщения.

Растворимость натриевых и калиевых солей с повышением температуры увеличивается, а кальциевых (сульфатных) уменьшается, то соответственно холодные воды кальциевые, горячие — натриевые.

Выщелачивание горных пород состоит в том, что в раствор переходит не вся порода, а только ее растворимая часть. Например, из глинистого известняка вода удаляет углекислый кальция, образуя при этом пустоты.

Обменные реакции (обменная адсорбция) заключается в том, что некоторые катионы, содержащиеся в подземных водах, вытесняют из породы находящиеся на ее поверхности адсорбированные катионы. CaSO 4 +2Na + = Na 2 SO 4 + Ca 2+ .

Микробиологические процессы , обусловлены жизнедеятельностью организмов. Для неглубокозалегающих подземных вод, большой значение имеют аэробные серобактерии, окисляющие сероводород и серу до серной кислоты.

В результате чего воды обогащаются сульфатами, что повышает их агрессивность и жесткость. В некоторых глубоких горизонтах артезианских вод распространены анаэробные бактерии — микробы-десульфуризаторы и микробы-денитрификаторы.

Смешение различных типов вод. Пример: разломы являются путями, по которым глубинные воды поступают в верхние пласты, а в речных долинных часто происходит подпитывание ненапорных вод напорными. Так образуются смеси различных типов подземных вод .

Я наткнулась на статью с теориями происхождения подземных вод. Они были достаточно аргументированы, чтобы я согласилась с каждой. Проанализировав их, я составила список условий необходимых для образования подземных потоков разных видов.

Условия образования подземных вод

Перечень необходимых компонентов для формирования вод:

  1. Наличие атмосферных осадков, а также различных водоёмов и горных пород, имеющие способность пропускать воду (инфильтрационная теория).
  2. Воздух, где сконцентрирован водяной пар (конденсационная теория).
  3. Скопление осадочных пород, в толще которых захоронились морские воды в разнообразном состоянии (седиментогенные воды).
  4. Присутствие газообразных веществ, которые выделяются во время остывания магмы (ювенильная теория).
  5. Наличие оросительных каналов (искусственное происхождение).
  6. Скопление минеральных масс, которые содержат газово-жидкие элементы либо кристаллизационную воду. Температура и давление провоцирую дегидратацию (метаморфогенные воды).

Лично я считаю, что львиная доля подземных вод всё же возникла из просочившихся и накопившихся в слоях грунта осадков. В этом случае немаловажны свойства подстилающих горных пород. Так, отлично пропускают воду щебень, пески, гравий. Они — водопроницаемые. А вот глина, мрамор и гранит такими возможностями похвастаться не могут, поэтому их нарекли водоупорными. Однако, можно выделить ещё группу легкорастворимых пород, которые водные потоки просто размывают, проделывая щели, пустоты. Примерами являются гипс и соли.


Виды подземных вод

Как уже стало понятно, источники вод — осадки и водяные пары. Вторым компонентом в этой механизме формирования потоков является почва, которая имеет разнообразную слоистую структуру. Она определяет условия (положение) залегания подземных вод.


Отсюда выделяют три вида водоносных горизонтов:

  • почвенные воды, которые сосредоточились в самом верхнем почвенном слое;
  • грунтовые, которые находятся после самой верхней зоны аэрации на водоупорном пласте;
  • межпластовые, протекают в условиях зажатости двумя прослойками водоупорных пород.

На днях я купил обычную бутылку с минеральной водой. Решив почитать о её происхождении на этикетке, я обнаружил надпись, которая гласила, что эта вода была разлита из подземного источника. Меня весьма заинтересовала тема о подземных водах и их происхождении. Итак…

Как же образуются подземные воды

Начать стоит с того, что такое подземные воды. По своей сути, это те воды, которые находятся в толщах горных пород. При этом они могут пребывать как в жидком, так и твёрдом и газообразном состояниях.

Но говоря о подземных водах, мы подразумеваем их жидкий тип. Распределяются они весьма неравномерно. В наиболее глубоких слоях, которые образуются из особо плотных пород (создающихся благодаря магматическим и метаморфическим процессам), практически нет влаги.


Основная часть воды залегает именно в поверхностных слоях, породы которых отличаются осадочным происхождением.

Но вернусь к теме образования подземных вод. Оно может происходить несколькими путями.

Главным таким способом считается просачивание влаги с поверхности. Такой процесс зовётся «инфильтрацией». Здесь подземные воды обогащаются не только благодаря осадкам, но и всем поверхностным водным резервуарам. При этом количество влаги напрямую зависит от типа грунта.

Вторым способом можно назвать осаждение водяного пара, которое происходит в пустотах горных пород. Это довольно долгий процесс.


Виды подземных вод

Формирование подземных вод можно назвать постоянным и бесконечным процессом. Именно поэтому такие воды принято считать неисчерпаемым ресурсом.

Но отдельного упоминания заслуживают виды подземных вод. Выделяют три основных:

  • верховодка. Она ближе всех лежит к грунтовой поверхности. Этот вид воды непостоянен, при засухе может запросто испариться;
  • грунтовые. Отличаются стабильностью своего пополнения, это «основной тип» подземных вод. На объём которых влияет множество факторов;
  • и артезианские. Они же «напорные». Находятся под давлением и нередко занимают большие площади.

Стоит отметить, что именно артезианские воды причисляют к полезным ископаемым. Все мы должны помнить о важности их сохранения.

Поделитесь статьей с друзьями:

Похожие статьи

Откуда берутся подземные воды

Общее для всех интересных типов подземных вод: они располагаются над водонепроницаемым слоем почвы. Водонепроницаемый слой почвы — это грунт, который содержит большое количество глины (не пропускает воду) или грунт из сплошной скальной породы с минимальным количеством трещин.

Если выйти на улицу и расстелить на земле лист полиэтилена, то получится не что иное, как модель водонепроницаемого слоя почвы. Если налить на полиэтилен воду, то она соберётся во впадины, будет перетекать из более высоко расположенных мест в более низкие. Получится модель распределения подземных вод. А если в полиэтилене сделать несколько дырочек разного размера, получится модель проникновения верхних вод в нижележащие горизонты.

Точно так же запасы подземных вод образуются там, где водонепроницаемый слой создаёт углубления. Образуются подземные реки от более высоких углублений к более низким. В местах, где водонепроницаемый слой прерывается, верхние воды спускаются на нижний уровень.

Теперь о том, откуда появляются подземные воды.

Основной источник: дождь. Дождь выпадает, впитывается в землю. Вода проникает через рыхлые верхние рыхлые слои почвы и скапливается в углублениях верхнего водонепроницаемого слоя земли. Этот тип воды называется «верховодка». Он сильно зависит от погоды — если дожди идут часто, вода есть. Если дожди идут реже, воды мало или нет вообще. Также это самый загрязнённый слой подземной воды, поскольку фильтрация через грунт была минимальной, и вода содержит всё — и нефтепродукты, и удобрения, и ядохимикаты и т. д. и т. п. Глубина залегания этого типа воды в основном от 2 до 10 метров.

Далее, в местах разрыва верхнего водонепроницаемого слоя дождевая вода попадает в более низкие водоносные горизонты. Их количество различно, глубина залегания также очень отличается. Так, верхняя граница начинается от 30 метров и может достигать 300 и глубже. Кстати, например, на Украине, частным лицам запрещено использовать воду глубже 300 метров, так как это — стратегический запас страны.

Интересная закономерность — чем глубже расположен водоносный горизонт, тем реже в нём встречаются места связи с более верхними слоями. Так, например, в пустыне Сахара используют подземные воды, которые попали под землю в Европе. Другая закономерность — чем вода глубже, тем она чище и тем менее она зависит от выпадения осадков.

Далее, в местах разрыва верхнего водонепроницаемого слоя дождевая вода попадает в более низкие водоносные горизонты. Их количество различно, глубина залегания также очень отличается. Так, верхняя граница начинается от 30 метров и может достигать 300 и глубже. Кстати, например, на Украине, частным лицам запрещено использовать воду глубже 300 метров, так как это — стратегический запас страны.

Интересная закономерность — чем глубже расположен водоносный горизонт, тем реже в нём встречаются места связи с более верхними слоями. Так, например, в пустыне Сахара используют подземные воды, которые попали под землю в Европе. Другая закономерность — чем вода глубже, тем она чище и тем менее она зависит от выпадения осадков.

Самая ценная для людей — пресная вода. Её на Земле 36,7 млн км 3 . В основном она содержится в крупных озёрах и ледниках. Одни континенты планеты богаты пресной водой, а на других её совсем мало. Самыми большими запасами обладают Антарктида, Северная Америка и Азия, меньше пресной воды в Южной Америке и Африке, а совсем мало — в Европе и Австралии.

ВОДА ПОД ЗЕМЛЁЙ

Под землёй тоже есть вода, но она там не течёт огромной рекой по пустому коридору, а пронизывает поры горных пород. Откуда под землёй берётся вода? Сначала она в виде дождя и снега выпадает из облаков, потом просачивается сквозь трещины, пустоты и поры водопроницаемых горных пород (песка, торфа, гравия и др.) и, наконец, встречает на пути водоупорные горные породы (глину, мергель, гранит и др.). Глубже она пройти не может, потому что эти породы задерживают воду. Здесь вода останавливается и насыщает некоторый подземный слой. Если мы прокопаем до этого слоя колодец, то в нём окажется вода.

ОЧЕНЬ ВАЖНЫЕ

Подземные воды питают реки и озёра, благодаря им реки не мелеют летом, когда выпадает мало дождей, и не пересыхают подо льдом. Человек выкачивает воду из-под земли для того, чтобы подать её в квартиры, на предприятия, заводы и фабрики, для того, чтобы поливать поля и огороды. Несмотря на огромные запасы, подземные воды возобновляются медленно, если мы будем их загрязнять, то сами первыми и пострадаем.

ГРУНТОВЫЕ И АРТЕЗИАНСКИЕ

Воды, которые после дождей или таяния снега проникают в почву, смачивают её и накапливаются в почвенном слое, называют почвенными. На первом от поверхности земли водоупорном слое залегают грунтовые воды. Ниже грунтовых могут располагаться несколько слоёв глубинных подземных вод, их удерживают водоупорные пласты. А если слои горных пород залегают в виде чаши и вода, заключённая в них, находится под давлением, то образуются артезианские воды, они поднимаются вверх по пробуренной скважине и фонтанируют.

РОДНИКОВАЯ ВОДА

Считается, что родниковая вода очень чистая. Это действительно так. Прежде чем она пробьётся родничком в овраге или долине реки, она должна пройти через несколько слоёв горных пород, которые играют роль природного фильтра. Он задерживает все вредные примеси, а чистую вкусную воду пропускает на поверхность земли. Образуется родник именно там, где горизонт подземной воды выходит на поверхность. Недаром родник ещё называют ключом. Он и правда волшебный ключик к подземным сокровищам планеты.

Как поётся в песне известной группы «The Music Man», продавцы пепла должны знать свою территорию. Это относится и к покупке недвижимости – прежде чем купить дом, нужно получить как можно больше информации о земле, на которой он стоит и которая его окружает. Первичный осмотр лучше всего произвести во время сильного дождя или при таянии снега. Вы должны понять, насколько хорошо работает дренажная система, и нет ли стока вод с соседних участков, где возможны источники загрязнения.

Нередко покупателей жилья ожидает разочарование в связи с тем, что они обнаружили истощённость скважины с питьевой водой или с тем, что она плохого качества, непригодного для питья. Если в округе имеются фермы, где выращивают животных, то повышается риск проблемных колодцев. А создание скважины в безлюдном месте с высокой вероятность гарантируют наличие чистейшей воды.

Чистая вода только в чистом грунте

В этой статей мы описали подробно о наиболее распространенных проблемах жителей, связанных с водой, а также вариантами их решения. Однако сначала расскажем о грунтовых водах.

Круговорот воды

Круговоротом воды называется непрерывная циркуляция жидкости с суши и моря в атмосферу и обратно: вода испаряется из океанов, озер и рек в атмосферу. Эта вода позже осаждается в виде дождя или снега на земле, где он испаряется или уходит в ручьи и реки просачивается в почву и скалы, из которых попадает обратно в атмосферу с помощью растений. Оставшаяся часть жидкости концентрируется в грунтовых водах, которые становятся реками и озёрами. На этом этапе вода снова испаряется, потребляется людьми или попадает в океаны.

Откуда берутся грунтовые воды?

С поверхности земли вода попадает в земную породу, которая состоит в основном из песчаника, известняка и гранита. Жидкость заполняет пустоты, которые затем образуют большие скопления влаги. Сквозь трещины в породах вода переходит из одного пласта в другие.

Вода может растворить карбонатные породы, такие как известняк и доломит, образуя дополнительные каналы, через которые вода может двигаться по вертикали и горизонтали. В зависимости от размера и количества подключённых каналов, эта порода может дать обильную воду, которая подходит для бытового водоснабжения.

Водоносные горизонты

Большинство пустот в земле ниже уровня грунтовых пород заполнены водой. Везде, где эти водоносные породы легко образуют большое скопление воды, их называют водоносные горизонты. При создании ямы или канала давление водоносных слоёв поднимает жидкость наружу.

Грунтовые воды всегда движутся под действием силы тяжести. Скорость движения грунтовых вод в большинстве областей земли достигает нескольких футов в год. Но в более проницаемых зонах, содержащих, например, большое количество известняка, скорость движения достигать несколько футов в день.

Известняк в воде негативно влияет на сантехнику

Влияние климатических трендов на грунтовые воды

Несколько лет умеренных осадков вызывают прогрессирующее снижение уровня грунтовых вод, а повышеный уровень дождей, соответственно, вызывает большие объёмы подземных вод. Долгосрочные климатические тенденции вызывают изменения в хранении грунтовых вод. Например, сточные воды могут приблизиться к поверхности воды и подмывать фундаменты домов.

Виды скважин

Большинство современных скважин делаются с помощью буровых установок. Однако часто встречаются случаи, когда питьевые колодцы выкапываются вручную.

Исторически сложилось так, что люди добирались до воды с помощью лопаты. Скважина укреплялась камнями, кирпичом, плиткой или другими крепкими материалами, предотвращающими разрушение конструкции. Верх накрывался деревянной крышкой.

Современные колодцы имеют большой диаметр, изготовленный из бетонных колец. Данный метод позволяет строить колодцы большой глубины, что позволяет добывать воду без примесей.

В обычных колодцах, созданных руками, есть недостаток – они могут получать воду из менее проницаемых материалов, таких как песок, ил или глина, а также сильно уязвимы к загрязнениям от соседних источников и засухам, когда уровень воды опускается ниже выкопанной отметки.

Бурение скважин

Бурение скважин происходит с помощью ударных или роторно-сверлильных станков. Они требуют установки корпуса и экрана, чтобы не допустить попадание осадков и распада на части. Максимальная глубина может доходить до 300 метров.

Старая поговорка, утверждает что вы «никогда не упустите воду, пока она остаётся мокрой». Однако ни одна из скважин не защищена от снижения уровня грунтовых вод.

Неглубокие скважины

Их наиболее частая проблема – осушение. Мелкие колодцы хрупки и быстро высыхают под воздействием солнца или снижения уровня вод. Чтобы избежать эту проблему, необходимо строить колодцы летом, когда грунтовые воды достигают максимально низкого уровня.

Как определить уровень грунтовых вод?

Противоположная проблема, а именно когда уровень грунтовых вод поднимается, сложилась в некоторых регионах США. Рост уровня грунтовых вод происходит в районах, где откачки были свёрнуты после нескольких лет крупных водозаборов, например, для осушения шахт или муниципального водоснабжения, которые держали уровень грунтовых вод ниже её естественного уровня. Новый приток вод может быть намного больше, что приводит к затоплениям. Например, если дома построены в обезвоженных районах и уровень грунтовых вод возвращается, то велик риск затопления подвалов.

Качество воды

Грунтовые воды могут делать воду чрезвычайно жёсткой, то есть в ней содержится высокая концентрация соли, железа, сероводорода (серы), метана, нефти, органических соединений или бактерий.

Немалую роль в качестве играет воды играет деятельность человека. К ней может отнестись обработка полей химическими удобрениями, которые неизбежно попадают в грунт. Тем не мене, твёрдость воды поддаётся лечению.

Соляные загрязнения

Высокое содержание соли в воде сложно исправляется и требует больших затрат. Солёная вода обычно находится ниже пресной, то есть на большой глубине. В северных странах она попадает в грунтовые воды с поверхности земли, где смешивается с песком с целью борьбы с гололёдом.

Минеральные соли влияют на жесткость воды

Разлив нефти

Другой хронической проблемой во многих сельских домах являются протечки горючего масла, которые загрязняют колодец владельца. Разливы в конечном итоге могут перейти на водоносный горизонт и сделать колодец непригодным для использования в течение многих лет. В таком случае легче построить новый источник для получения воды.

Авторы статьи надеяться, что изложенные проблемы и методы их решения помогут читателям оперативно добиваться высокого качества воды.

Определить возраст подземных вод – сохранить пресноводный ресурс

Прогнозировать изменение гидрогеохимической и геоэкологической обстановки и проследить эволюцию подземных вод Приполярного Урала и Юго-Восточного Беломорья, применяя уран-изотопный метод в комплексе с радиоуглеродным датированием – главная научная и экологическая задача архангельских ученых-гидрогеологов.

Арктические и субарктические территории обладают большим запасом пресноводных ресурсов, но в то же время их специфической особенностью является так называемая засоленность подземной гидросферы. Поэтому для рационального природопользования ученые реконструируют палеогеографические условия, что позволяет провести сравнительный анализ  эволюции и состояния подземных и поверхностных вод. В частности, гидрогеологи проводят наблюдения за тем, как меняется состав подземной гидросферы, учитывая климатические и природные изменения арктической и субарктической зоны.

Эта же проблема остается актуальной для северных прибрежных территорий Беломорья. Здесь высокое качество источников водоснабжения осложнено характером гидрохимических условий водного бассейна.

Кроме того, ресурсно-добычное освоение, хранение радиоактивных отходов, движение нефтеналивных судов оказывают гибельное воздействие на природные экосистемы. Для рационального использования потенциала арктических и субарктических экосистем, а также эффективных способов улучшения снабжения качественной питьевой водой требуется оценка состояния подземных вод.

С этой целью ученые-гидрогеологи Федерального исследовательского центра комплексного изучения Арктики УрО РАН (г. Архангельск) исследуют подземные воды, которые образуются путем смешения соленой морской воды, ледниковых талых вод, атмосферных осадков и рассолов.  На основе собранных и обработанных  данных специалисты составляют прогнозы и рекомендации  по противодействию  отрицательным природным и антропогенным факторам. 

В новом проекте по гранту РФФИ «Анализ мульти-изотопными и геохимическими методами процессов эволюции подземных вод прибрежной территории в контексте кардинальных климатических и техногенных изменений в плейстоцене-голоцене (на примере Юго-Восточного Беломорья)», рассчитанном  на три года (с 2020 по 2022 гг.),  архангельские ученые  займутся  тщательным изучением поведения подземных и поверхностных вод прибрежных областей Европейского Севера, внедряя авторский метод комбинированного радиоуглеродного и уран-изотопного датирования подземных вод.

Малов Александр Иванович – доктор геолого-минералогических наук, директор Института геодинамики и геологии Федерального исследовательского центра комплексного изучения Арктики УрО РАН

Что входит в химический состав подземных вод, какие подходы ученые  применяют, чтобы узнать источники  пополнения и условия формирования гидросферы и как можно получить возраст различных типов вод – об этом  рассказал руководитель проекта, доктор геолого-минералогических наук, директор Института геодинамики и геологии Федерального исследовательского центра комплексного изучения Арктики УрО РАН (ФИЦКИА УрО РАН) (г. Архангельск) Александр Иванович Малов. 

«Освоение северных циркумполярных территорий рассматривается на государственном уровне как одна из приоритетных задач развития РФ, о чем свидетельствует создание Государственной комиссии по вопросам развития Арктики (Правительство РФ, 2015), принятые законодательные акты («Стратегия развития Арктической зоны РФ…», 2013; «Социально-экономическое развитие Арктической зоны РФ…», 2014) и Постановление Правительства от 31 августа 2017 года №1064 служат тому подтверждением. В связи с этим повышается необходимость полного обеспечения населения качественной питьевой и минеральной водой, заключенной в основном в подземные природные резервуары. В то же время ресурсы подземных вод здесь ограничены и требуют эффективного использования. Особенно актуально это для районов развития многолетней мерзлоты. Широкое промышленное освоение месторождений полезных ископаемых (нефть, алмазы и др.)  усугубляет проблему. Поэтому важной научной задачей представляется детальная и всесторонняя оценка состояния и эволюции запасов подземных вод, составление научно обоснованных рекомендаций, позволяющих обеспечить рациональное их использование, составить прогнозы их устойчивости к природным и антропогенным воздействиям, – директор Института геодинамики и геологии Александр Малов пояснил, какое значение имеет изучение оценки состояния и эволюции запасов подземных вод в условиях техногенных преобразований и климатического изменения.

Северные прибрежные территории России характеризуются засоленностью подземной гидросферы. Здесь большую роль сыграло внедрение морских соленых вод, происходившее в межледниковый период. В итоге сформировалась уникальная гидрохимическая среда, представляющая научный интерес для  специалистов разных областей, в том числе и для гидрогеологов. В этой связи интерес для ученых представляют физико-географические и изотопно-геохимические условия Северодвинского артезианского бассейна, в частности зона Юго-Восточного Беломорья. По своим характеристикам (влияние рельефа, недостаток пресной воды, локализация) этот регион  нуждается в  новых сведениях, необходимых для преодоления проблемы  засоленности. 

«Прибрежная территория Юго-Восточного Беломорья наиболее освоена, и в то же время для нее характерно крайне ограниченное использование ресурсов питьевых и минеральных подземных вод. Это связано с очень сложным характером гидрохимических условий в водоносных горизонтах. Территория расположена на берегу моря и неоднократно им затоплялась (Рис. 1, a). В эти периоды происходило засоление водоносных горизонтов (содержание солей в морской воде составляет 35 грамм на литр). В континентальные периоды происходило частичное рассоление (рассоление – это разбавление соленых вод пресной водой. При смешении морской воды, проникшей в водоносный горизонт в периоды затопления территории морем (рис. 1 а), с пресной водой (дождевой или снеговой или талой ледниковой (Рис. 1 b) происходит опреснение морской воды). 

Поэтому химический состав подземных вод в настоящее время можно объяснить как смешивание соленой морской воды с пресной метеорной водой, обогащенной растворенным веществом водоносных горизонтов. Кроме того, были выявлены точки разгрузки древних рассолов в местах вблизи побережья, так что их участие в формировании химического состава подземных вод также возможно. Отсутствие четко выраженных водоупоров между водоносными горизонтами часто приводит к изменчивости параметров солености и других параметров качества воды, что затрудняет ее использование для различных целей», – комментирует доктор наук Александр  Малов.

Рисунок 1. Микулинское море (a) и последующее оледенение (b): 1 — исследуемый регион; 2 — Микулинское море 115–130 тыс. лет назад; граница ледяного покрова при трех максимумах климатического охлаждения: 3 — 85, 4 — 60, 5 — 18 тыс. лет назад

Чтобы реконструировать динамику развития гидросферы Европейского Севера, Малов и его коллеги применяют свою методику оценки подземных и поверхностных вод. Прежде всего, это использование хронологических привязок основных типов подземных потоков. 

«Датирование подземных вод – это определение возраста подземных вод. Это – время нахождения подземных вод под землей, в водоносном горизонте. Например, в карстовых районах дождевая или снеговая вода просачивается под землю и быстро течет под землей в хорошо проницаемых закарстованных известняках к реке, где она разгружается в виде родников. Время нахождения воды в водоносном горизонте (от выпадения капель дождя до их разгрузки в роднике) составляет дни и недели. Это и есть возраст воды, вытекающей из родника.  В песках проницаемость хуже, и вода движется от места просачивания в землю до реки годы и тысячелетия. Это тоже ее возраст,

Александр Малов объясняет, в чем состоит этот метод и как работает в полевых условиях,

В Юго-Восточном Беломорье пресные воды имеют максимальный возраст 14-15 тысяч лет. Это связано с тем, что 115–130 тыс. лет назад территория была затоплена морем (Рис. 1 а), морская вода проникла под землю и заполнила водоносные горизонты. Затем наступило похолодание, территория покрылась слоем льда толщиной 1 км (Рис. 1 b). И только когда ледник растаял примерно 15-16 тысяч лет назад, талая вода ледника стала просачиваться под землю и продвигаться к рекам. Мы бурим водозаборную скважину возле реки, достаем с помощью погружного насоса  пробу подземной воды и определяем ее возраст.

Соленые воды имеют возраст до 130 тысяч лет (если они образовались из воды Микулинского моря и сохранились, не разбавились талой водой ледника или дождевой водой в силу благоприятных для этого условий). Если же они только частично разбавились, но не заместились полностью пресной водой, то тогда они используются как минеральные воды (это демонстрирует Рис. 2)».

Рисунок 2. Схемы смешения подземных вод: А – 1) смешение морской воды с “солоноватыми1” водами с образованием “соленых Vpd”, 2) Смешение “соленых Vpd” с пресными водами с образованием “солоноватых 2”, 3) Смешение рассолов с талыми ледниковыми водами с образованием “соленых Vmz”. Б – концептуальная модель смешения основных потоков подземных вод и рассолов

Кроме того, специалисты путем сложного численного моделирования гидрогеохимических процессов в системе вода-порода-газ-органическое вещество определяют, как складывался процесс развития гидросферы в северных широтах.   

«На основе традиционных геологических (состав пород) и гидрогеологических данных (водообмен, глубина водоносного горизонта, его связь с атмосферой и т.д.) строится геологическая основа для создания физико-химической модели. Исходными данными для модели будут являться результаты аналитических исследований минерального и химического состава вмещающих пород, химический состав подземных вод из разных водоносных горизонтов.

Для решения поставленных задач используется программный комплекс HCh, разработанный Ю.В. Шваровым (МГУ). Программа GIBBS, входящая в программный пакет HCh, выполняет расчет равновесного состава в системе, используя в качестве критерия равновесия условие минимума свободной энергии. HCh используется для решения следующих задач: расчет равновесного распределения форм миграции элементов в природных водах; расчет активностей компонентов водного раствора; расчет произведений растворимости минералов при заданных температурах; моделирование смешения вод различного состава с определением равновесной ассоциации минералов, проводимое для прогноза изменения химического состава дренажных вод в условиях подтягивания поверхностных вод реки и соленых вод глубоких горизонтов», – сообщил Александр Малов. 

Но главное, к исследованию эволюции подземной гидросферы Европейского Севера России архангельские специалисты предлагают применять комбинированный мультидисциплинарный подход, который поможет всесторонне рассмотреть  предмет изучения и обеспечить надежность полученных данных, и тем самым, составить  обоснованный прогноз. 

Взаимодействие каких дисциплин (методов) он предусматривает и в чем заключается?

«Детальный анализ геологической истории региона с палеогеографическими реконструкциями и палеогидрогеологическим анализом проводятся для выявления основных факторов формирования различных типов подземных вод: климат, рельеф, оледенения, затопления морем. Гидрохимические исследования выполняются для выяснения источников формирования состава и эволюции подземных вод: растворение карбонатов в областях питания на водоразделах определяет «молодой» возраст воды, гидролиз сравнительно легко растворимых алюмосиликатов натрия связан со «средним» возрастом, а гидролиз труднорастворимых кальциевых алюмосиликатов указывает на значительное время взаимодействия вода-порода, то есть возраст в десятки тысяч лет. Исследования радиоактивных изотопов урана и углерода позволяют осуществлять непосредственные количественные определения возраста подземных вод. Исследования стабильных изотопов воды предназначены для увязки, проверки и уточнения результатов, полученных при использовании вышеописанных методов. Наряду с исследованием природных процессов нами также проводятся оценки современного техногенного воздействия на подземные и поверхностные воды и прогноз его развития. В частности, оценивается изменение радиологического и химического состава воды и опасность этих изменений для гидробионтов и человека», – Александр Малов перечислил несколько направлений работы, составляющих комплексный подход. 

К настоящему времени уже выполнена предварительная оценка гидрохимического состава подземных вод в рамках проекта РФФИ (за 1-й год работы), а результаты работы опубликованы в международных рецензируемых изданиях WATER (2020) и JOURNAL OF HYDROLOGY (2019)

Как отмечает руководитель проекта, «это продолжение предыдущей многолетней работы по изучению подземных вод арктических территорий. Но если раньше они изучались преимущественно гидрохимическими методами, то теперь мы перешли на новый уровень, используя радиоактивные и стабильные изотопы и микроэлементы. Это же можно сказать о датировании подземных вод уран-изотопным и радиоуглеродным методами».

Например, раннее исследование (2019) направлено на изучение соотношения и происхождения пресной и соленой воды в прибрежных водоносных горизонтах. Это играет важную роль в политике управления водными ресурсами на территории Балтийского щита. Как отмечает ученый, в данном случае была «выполнена реконструкция геохимических процессов и климатических изменений в плейстоцен-голоцене по изменениям изотопно-химического состава подземных вод на восточном склоне Балтийского щита за последние 400 тысяч лет. Дана оценка степени участия талых ледниковых, морских и метеорных вод и рассолов в формировании подземных вод. Установлено, что в результате таяния ледниковых покровов 400-130 тысяч лет назад пресные воды проникли в осадочный чехол Мезенской синеклизы на глубину до 600 м. Трансгрессия моря 130-115 тысяч лет назад привела к засолению подземных вод в верхней части осадочного чехла. Последующее таяние ледника 13-12 тысяч лет назад и инфильтрация атмосферных осадков в последние 12 тысяч лет привели к формированию пресных вод до глубин 100-200 метров».

В новой работе (2020) речь идет об эксперименте, который по словам Малова, выполнялся с целью «дальнейшей разработки предложенной нами оригинальной модификации метода комбинированного радиоуглеродного и уран-изотопного датирования подземных вод. Конкретной целью данного исследования было изучение подвижности изотопов урана в различных минеральных фазах пород водоносного горизонта. Для этого использовалось выщелачивание урана из пород водой и различными кислотами. В результате получены предварительные количественные оценки ряда основных параметров, необходимых для обоснования нашего метода датирования подземных вод».

Экспедиции по сбору полевого материала проводились раньше на территории Приполярного Урала (гидротермальная система Пым-ва-шор), в Карелии (рудопроявления урана Падма, Карху и месторождения железных руд — Костомукша, Ковдор).

Полевые исследования по теме гранта РФФИ планируются на территории Юго-Восточного Беломорья, на эксплуатируемых месторождениях пресных и минеральных подземных вод в песчаных и карбонатных коллекторах (Архангельское, Куртяевское, Золотицкое), а также на разрабатываемом месторождении алмазов имени М.В. Ломоносова.

В проекте под руководством доктора геолого-минералогических наук Александра Малова активно принимают участие ученые из Федерального исследовательского центра комплексного изучения Арктики УрО РАН (г. Архангельск): кандидат геолого-минералогических наук, заведующий лабораторией Института геодинамики и геологии Яковлев Евгений Юрьевич,  научный сотрудник Зыков Сергей Борисович, научный сотрудник Дружинин Сергей Валериевич. 

Кроме того, в исследовании задействованы специалисты из Института геохимии и аналитической химии им. В.И. Вернадского РАН  (ГЕОХИ РАН) (г. Москва): ведущий научный сотрудник Мироненко Михаил Викторович, старший научный сотрудник Сидкина Евгения Сергеевна и старший научный сотрудник Черкасова Елена Владимировна (они ведут термодинамическое описание численной модели гидрогеохимических процессов  и определение численных  значений основных физико-химических факторов).

Опыт датирования и совокупность оригинальных методов позволяют  выявить соотношение химических параметров в подземных водах и демонстрируют  их эволюционные направления, а следовательно, представляют   попытку количественной  оценки  современных природных процессов для решения вопросов разных сфер геоэкологии и  гидрогеологии. 

Как подчеркнул Александр Малов, значимость исследовательского проекта в том, что «полученные знания могут быть применены к политике управления водными ресурсами и регулирования. Оценки глубины проникновения ледниковых вод важны для проектирования хранилищ радиоактивных отходов и их безопасности после закрытия. Не менее важна оценка возможности водоснабжения городов на морских побережьях, где ресурсы качественных питьевых вод ограничены. С экологической точки зрения представляет интерес прогноз опасности соленых дренажных вод, сбрасываемых из эксплуатируемых месторождений в поверхностные водотоки».

Подземные воды

Воды суши составляют менее 4% всей воды, находящейся на нашей планете. Примерно половина их количества содержится в ледниках и постоянных снегах, остальное — в реках, озёрах, болотах, искусственных водоёмах, подземных водах и подземных льдах вечной мерзлоты. Все природные воды Земли называются водными ресурсами.

Самыми ценными для человечества являются запасы пресных вод. Всего на планете 36,7 млн. км3 пресных вод . Они сосредоточены, прежде всего, в крупных озёрах и ледниках и распределены между континентами неравномерно. Наибольшими запасами пресных вод обладают Антарктида, Северная Америка и Азия, несколько меньшими — Южная Америка и Африка, а наименее богаты пресными водами Европа и Австралия.

Подземными называются воды, содержащиеся в земной коре. Они связаны с атмосферой и поверхностными водами и участвуют в круговороте воды на земном шаре. Подземные воды находятся не только под континентами, но и под океанами и морями.

Подземные воды образуются потому, что одни горные породы пропускают воду, а другие задерживают. Атмосферные осадки, выпадающие на поверхность Земли, просачиваются сквозь трещины, пустоты и поры водопроницаемых пород (торф, песок, гравий и др.), а водоупорные горные породы (глина, мергель, гранит и др. ) задерживают воду.

Существует несколько классификаций подземных вод по происхождению, состоянию, химическому составу и характеру залегания. Воды, которые после дождей или таяния снега проникают в почву, смачивают её и накапливаются в почвенном слое, называют почвенными. На первом от поверхности земли водоупорном слое залегают грунтовые воды. Они пополняются за счёт атмосферных осадков, фильтрации вод водотоков и водоёмов и конденсации водяного пара. Расстояние от земной поверхности до уровня грунтовых вод называется глубиной залегания грунтовых вод. Она увеличивается во влажный сезон, когда выпадает много осадков или тают снега, и уменьшается в сухой сезон.

Ниже грунтовых могут располагаться несколько слоев глубинных подземных вод, которые удерживаются водоупорными пластами.

Нередко межпластовые воды становятся напорными. Это происходит, когда слои горных пород залегают в виде чаши и вода, заключённая в них, находится под давлением. Такие подземные воды, именуемые артезианскими, поднимаются вверх по пробуренной скважине и фонтанируют. Часто артезианские водоносные горизонты занимают значительную площадь, и тогда артезианские источники имеют высокий и довольно постоянный расход воды . Некоторые известные оазисы Северной Африки возникли у артезианских источников. По разломам в земной коре артезианские воды иногда поднимаются из водоносных горизонтов, а в период между сезонами дождей они нередко иссякают.

На поверхность Земли подземные воды выходят в оврагах, речных долинах в виде источников — родников или ключей. Они образуются там, где водоносный горизонт горных пород выходит на земную поверхность. Поскольку глубина грунтовых вод меняется в зависимости от сезона и количества осадков, источники иногда внезапно исчезают, а иногда бьют ключом. Температура воды в источниках может быть разной. Холодными считаются источники с температурой воды до 20 °С, тёплыми — с температурой от 20 до 37 °С, а горячими, или термальными, — с температурой выше 37 °С. Большинство горячих источников встречаются в вулканических областях, где горизонты подземных вод нагреваются от раскалённых горных пород и расплавленной магмы, подходящей близко к земной поверхности.

Минеральные подземные воды содержат много солей и газов и, как правило, обладают целебными свойствами.
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 . 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.

Буду благодарен, если Вы поделитесь этой статьей в социальных сетях: Поиск по сайту:

Образование подземных вод | Encyclopedia.com

Подземные воды — это пресные воды в скальных породах и слоях почвы под земной поверхностью. Часть осадков (дождь, снег, мокрый снег и град), выпадающих на землю, проникает в поверхность и становится грунтовыми водами. Водоносные слои горных пород, называемые водоносными горизонтами, насыщены (пропитаны) грунтовыми водами, которые движутся, часто очень медленно, через небольшие отверстия и пространства. Эти грунтовые воды затем возвращаются в озера, ручьи и болота (влажные низменные земли с травянистыми растениями) на поверхности земли через родники и выходы (небольшие родники или бассейны, где грунтовые воды медленно просачиваются на поверхность).

Подземные воды составляют более одной пятой (22%) всех запасов пресной воды на Земле, и они играют ряд важнейших гидрологических (связанных с водой), геологических и биологических ролей на континентах. Слои почвы и горных пород в зонах пополнения запасов грунтовых вод (точка входа воды в водоносный горизонт) уменьшают наводнения, поглощая избыточный сток после проливных дождей и весеннего таяния снегов. Водоносные горизонты накапливают воду в засушливые сезоны и засушливую погоду, а поток подземных вод переносит воду под засушливые (сухие) пустыни и полузасушливые луга.Сброс грунтовых вод пополняет потоки, озера и заболоченные земли на поверхности земли и особенно важен в засушливых регионах, где выпадает ограниченное количество осадков. Текущие подземные воды взаимодействуют с горными породами и минералами в водоносных горизонтах и ​​переносят растворенные химические вещества, способствующие образованию горных пород, и биологические питательные вещества. Яркие сообщества растений и животных (экосистемы) живут в источниках и выходах грунтовых вод и вокруг них.

Почти вся пресная жидкая вода, доступная для использования человеком, поступает из-под земли.(Основная часть пресной воды Земли заморожена во льду в регионах Северного и Южного полюсов. Вода в ручьях, реках, озерах, водно-болотных угодьях, в атмосфере и в живых организмах составляет лишь крошечную часть пресной воды Земли.) Для тысяч В течение многих лет люди использовали грунтовые воды из источников и неглубоких колодцев для наполнения резервуаров с питьевой водой, а также для полива скота и сельскохозяйственных культур. Сегодня человеческие потребности в воде намного превышают запасы поверхностной воды во многих регионах, и быстрорастущее человеческое население Земли в значительной степени полагается на грунтовые воды, чтобы удовлетворить свой постоянно растущий спрос на чистую пресную воду.

Водоносные горизонты: пресная вода под землей

Водоносный горизонт — это скальный массив или грунт, который дает воду для использования человеком. Большинство водоносных горизонтов представляют собой водонасыщенные слои горных пород или рыхлых отложений. За исключением нескольких водоносных горизонтов, в которых есть пещеры, заполненные водой, водоносные горизонты — это не подземные озера или резервуары для хранения, а скорее каменные «губки», которые удерживают грунтовые воды в крошечных трещинах, полостях и порах (крошечные отверстия, в которых жидкость может проход) между зернами минералов (породы состоят из минералов).Общий объем пустого порового пространства в Материал породы, называемый пористостью, определяет количество грунтовых вод, которое может удерживать водоносный горизонт. Такие материалы, как песок и гравий, обладают высокой пористостью, что означает, что они могут поглощать большое количество воды. Такие породы, как гранит, мрамор и известняк, имеют низкую пористость и являются плохими резервуарами грунтовых вод.

Карст и водоносный горизонт Эдвардса

Водоносный горизонт Эдвардса — это резервуар подземных вод, сделанный из известняковой породы, который сегодня обеспечивает водой почти 2 миллиона человек в 10 округах центрального Техаса.Прозрачная, прохладная, чистая вода течет из природных источников и неглубоких колодцев вдоль зоны разлома Балконс (трещина в земной коре, по которой скалы с одной стороны перемещались относительно пород с другой стороны), которая протекает через города Сан. Антонио, Остин и Уэйко. Разнообразные сообщества растений и животных, включая людей, процветали в зоне разгрузки водоносного горизонта Эдвардс в течение десятков тысяч лет. Племена коренных американцев, в том числе команчи, апачи и тонкава, жили у родниковых бассейнов Эдвардсов, пили прохладную воду и охотились на дичь более 12000 лет до прибытия испанских исследователей и европейских поселенцев.

Слои горных пород, составляющие водоносный горизонт Эдвардса, заполнены сотами из пещер, полостей и каналов, образовавшихся в результате химической реакции между водой и известняком. Дождевая вода растворяет известняк. Каждая слегка кислая дождевая капля, попадающая в зону подпитки водоносного горизонта Эдвардс, растворяет немного известняка. За геологическое время известняк растворился и высек «водопровод» водоносного горизонта Эдвардса. Ландшафт и геологические особенности, созданные растворением известняка — воронки, исчезающие и вновь появляющиеся ручьи, пещеры и пещеры — называются карстом.

Сегодня миллионы людей делят подземные воды из водоносного горизонта Эдвардс с местными биологическими пользователями. Чрезмерное использование и загрязнение угрожают количеству и качеству грунтовых вод, вытекающих из Эдвардса. Хотя карстовые водоносные горизонты, такие как Эдвардс, относительно быстро текут, средняя молекула воды все еще проводит около 200 лет, путешествуя через водоносный горизонт. (Часть воды, вытекающей из Бартон-Спрингс в центре Остина, вероятно, попала в водоносный горизонт во время американской революции!) Действия человека, которые препятствуют попаданию воды в водоносный горизонт, например, укладка тротуара в зоне подпитки или удаление воды быстрее, чем она Попадание внутрь, как и перекачка большого количества воды для сельскохозяйственных культур, может снизить уровень воды в водоносном горизонте и вызвать пересыхание источников и колодцев.Когда загрязняющие вещества, такие как сельскохозяйственные стоки или промышленные химикаты, попадают в систему грунтовых вод, они выходят почти нефильтрованными в родники и колодцы в зоне сброса. Изменения качества и количества грунтовых вод в водосборных бассейнах угрожают ряду видов саламандр, рыб и насекомых. Экологи, застройщики и правительственные чиновники в центральном Техасе работают над поиском решений, которые защищают Эдвардс, его экосистемы и обильную высококачественную воду, которую он снабжает быстро растущим населением центрального Техаса.

Водоносные горизонты должны иметь высокую проницаемость в дополнение к высокой пористости. Проницаемость — это способность породы или другого материала чтобы вода могла проходить через него. Поровое пространство в проницаемых материалах взаимосвязано по всей породе или отложениям, что позволяет грунтовым водам свободно перемещаться через них. Некоторые высокопористые материалы, такие как грязь и глина, имеют очень низкую проницаемость. Они впитывают и удерживают воду, но не выпускают ее легко в колодцы или другие точки сброса грунтовых вод, поэтому они не являются хорошими материалами для водоносных горизонтов.Песчаник, известняк, трещиноватый гранит, ледниковые отложения, рыхлый песок и гравий — примеры материалов, из которых образуются хорошие водоносные горизонты.

Вода входит в водоносные горизонты, просачиваясь на поверхность земли в точках входа, называемых зонами подпитки, и уходит в точках выхода, называемых зонами разгрузки. (Некоторые водоносные горизонты впадают в океан.) Притекающие или «водоотдающие» ручьи, пруды или озера представляют собой водоемы поверхностных вод в зонах подпитки, которые пополняют подземные воды за счет их водоснабжения. Подземные воды стекают в сточные или «водозаборные» ручьи и пруды в зонах разгрузки.

Чтобы уровень воды в водоносном горизонте оставался постоянным, количество воды, поступающей в зоны подпитки, должно равняться количеству, уходящему в зоны разгрузки. (Представьте ведро с отверстиями под капающим краном. Если вода капает с той же скоростью, что и капает, уровень воды остается прежним.) Если вода выходит или откачивается из водоносного горизонта быстрее, чем восстанавливается, грунтовые воды уровень (уровень грунтовых вод) упадет. Время, которое средняя молекула воды проводит в водоносном горизонте, называется временем ее пребывания.Вода в некоторых быстро текущих водоносных горизонтах находится под землей всего несколько дней, в то время как другие слои горных пород могут удерживать воду в течение десяти тысяч лет. Среднее время существования водоносных горизонтов составляет около двухсот лет.

Уровень грунтовых вод и неограниченные водоносные горизонты Вода входит в водоносные горизонты, медленно перемещаясь вниз через слой поверхностных пород и почвы, поровые пространства которых частично заполнены воздухом (зона инфильтрации). Вода продолжает движение вниз, пока не достигнет уровня, на котором все поровые пространства полностью заполнены водой (зона насыщения).Вершина зоны насыщения называется уровнем грунтовых вод. В некоторых влажных низменных регионах, например на юге Флориды, вода может быть всего на несколько футов (метров) ниже поверхности. В других странах, например на юго-западе Америки, водонасыщенные породы могут находиться на сотни футов ниже поверхности суши.

Резервуары подземных вод, которые имеют однородные свойства породы или почвы (пористость и проницаемость), называются неограниченными водоносными горизонтами. Уровень грунтовых вод образует верхнюю поверхность неограниченного водоносного горизонта.Форма зеркала грунтовых вод в неограниченном водоносном горизонте отражает форму поверхности суши, но ее склоны пологие. В умеренном (умеренном) климате с умеренным количеством осадков, пополняющих грунтовые воды, вода проникает в неограниченные водоносные горизонты в зонах подпитки на вершинах холмов и сбрасывается в сточные потоки и пруды в низинах, где уровень грунтовых вод пересекает поверхность земли. Вода поднимется только до уровня грунтовых вод в колодце, поэтому для извлечения воды из неограниченного водоносного горизонта требуется насос или ведро.

Замкнутые водоносные горизонты и артезианские потоки Замкнутые водоносные горизонты — это резервуары подземных вод под давлением, которые лежат под слоями непроницаемых горных пород (гранит, сланец) или отложений (глина). Подземные воды попадают в замкнутый водоносный горизонт в зонах питания за пределами верхних краев ограничивающего слоя и выходят за пределы нижних краев. Подземные воды, находящиеся под непроницаемым барьером, не могут подняться до уровня грунтовых вод, поэтому давление в замкнутых водоносных горизонтах возрастает. Артезианские скважины — это скважины, пробуренные в замкнутых водоносных горизонтах, где давление достаточно велико, чтобы вода текла на поверхность.

Лори Дункан, доктор философии, и Марси Дэвис, магистр наук

Для получения дополнительной информации

Книги

Пипкин, Бернард, В. и Д. Д. Трент. Геология и окружающая среда: ресурсы пресной воды (глава 8). Пасифик Гроув, Калифорния: Брукс / Коул, 2001.

Press, Фрэнк и Раймонд Сивер. Понимание Земли: гидрологический цикл и подземные воды (глава 12). Нью-Йорк: W. H. Freeman and Company, 2003.

Веб-сайты

«Водоносный горизонт.» The Edwards Aquifer Authority. http://www.edwardsaquifer.org/ (доступ 16 августа 2004 г.).

» Earth’s Water. USGS Water Science for Schools. http: //ga.water. usgs.gov/edu/mearth.html (по состоянию на 16 августа 2004 г.).

«Подземные воды». Environment Canada. http://www.ec.gc.ca/water/en/nature/grdwtr/e_gdwtr .htm (по состоянию на 16 августа 2004 г.)

«Фонд подземных вод». Фонд подземных вод. http: //www.groundwater.org (по состоянию на 16 августа 2004 г.).

Как возникают грунтовые воды

Как возникают грунтовые воды

Трудно представить себе воду под землей. Некоторые считают, что грунтовые воды собираются в подземных озерах или стекают в подземные реки. Фактически, грунтовые воды — это просто подземные воды, которые полностью пропитывают поры или трещины в почвах и породах. Подземные воды пополняются за счет атмосферных осадков и, в зависимости от местного климата и геологии, неравномерно распределяются как по количеству, так и по качеству.Когда идет дождь или тает снег, часть воды испаряется, часть выделяется растениями, часть течет по суше и собирается ручьями, а часть проникает в поры или трещины почвы и скал. Первая вода, попадающая в почву, заменяет воду, испарившуюся или использованную растениями в предшествующий засушливый период. Между поверхностью суши и водоносным горизонтом находится зона, которую гидрологи называют зоной ненасыщенности. В этой ненасыщенной зоне обычно есть, по крайней мере, немного воды, в основном в более мелких отверстиях почвы и скалы; большие отверстия обычно содержат воздух вместо воды.После сильного дождя зона может быть почти насыщенной; после долгой засухи он может стать почти сухим. Некоторое количество воды удерживается в ненасыщенной зоне за счет молекулярного притяжения, и она не будет течь к колодцу или проникать в него. Подобные силы удерживают достаточно воды во влажном полотенце, чтобы оно стало влажным после того, как с него перестанут капать.

Как грунтовые воды встречаются в горных породах.


После того, как потребности растений и почвы в воде будут удовлетворены, избыток воды будет просачиваться в уровень грунтовых вод — верхнюю часть зоны, ниже которой отверстия в горных породах насыщены.Ниже уровня грунтовых вод все отверстия в скалах заполнены водой, которая движется через водоносный горизонт к ручьям, источникам или колодцам, из которых забирается вода. Естественное заполнение водоносных горизонтов на глубине — медленный процесс, поскольку грунтовые воды медленно перемещаются через ненасыщенную зону и водоносный горизонт. Скорость перезарядки также является важным фактором. Было подсчитано, например, что если водоносный горизонт, лежащий под высокогорными равнинами Техаса и Нью-Мексико — область с небольшими осадками — будет опустошен, то потребуются столетия, чтобы заполнить водоносный горизонт при нынешней небольшой скорости восполнения.Напротив, неглубокий водоносный горизонт в районе значительного количества осадков может быть восполнен почти сразу.

Водоносные горизонты можно пополнять искусственно. Например, большие объемы грунтовых вод, используемых для кондиционирования воздуха, возвращаются в водоносные горизонты через питающие скважины на Лонг-Айленде, штат Нью-Йорк. Водоносные горизонты можно искусственно подпитывать двумя основными способами: одним из способов является распространение воды по земле в ямах, бороздах или канавах или возведение небольших плотин в руслах ручьев, чтобы задерживать и отклонять поверхностный сток, тем самым позволяя ему проникать в водоносный горизонт. ; другой способ — построить питательные колодцы и закачать воду непосредственно в водоносный горизонт, как показано на странице 10.Последний метод является более дорогостоящим, но может быть оправдан там, где метод разбрасывания невозможен. Хотя некоторые проекты искусственного пополнения запасов были успешными, другие не принесли результатов; предстоит еще многое узнать о различных средах грунтовых вод и их восприимчивости к методам искусственного пополнения запасов.

Проще говоря, колодец можно рассматривать как не что иное, как очень большую пору в породе. Колодец, вырытый или пробуренный в насыщенных породах, заполнится водой примерно до уровня грунтовых вод.Если вода откачивается из колодца, сила тяжести заставит воду перемещаться из насыщенных пород в колодец, чтобы заменить откачиваемую воду. Это приводит к вопросу: будет ли вода поступать достаточно быстро при перекачке, чтобы обеспечить непрерывную подачу воды? Некоторые породы, такие как глина или твердый гранит, могут иметь только несколько микротрещин, через которые может проходить вода. Очевидно, что такие породы пропускают лишь небольшое количество воды и являются плохим водоносным горизонтом. Для сравнения, такие породы, как трещиноватые песчаники и пещеристый известняк, имеют большие соединенные отверстия, которые позволяют воде двигаться более свободно; такие породы пропускают большее количество воды и являются хорошими водоносными горизонтами.Количество воды, которое водоносный горизонт будет давать в скважину, может варьироваться от нескольких сотен галлонов в день до нескольких миллионов галлонов в день.

следущая страница

Грунтовые воды Дома Грунтовые воды Как возникают грунтовые воды Качество грунтовых вод

Оценка национального глоссария ресурсов подземных вод

Подземные воды: определение и сохранение — видео и стенограмма урока

Основные сведения о подземных водах

Подземные воды образуются, когда вода с поверхности просачивается в землю.Этот процесс называется перезарядка . Вода может перемещаться под землей через скалу и почву благодаря соединенным поровым пространствам . Эти поровые пространства могут быть крошечными пространствами внутри частиц в скале или почве, трещинами в коренных породах или растворенными полостями в известняке, такими как пещеры.

Распространенное заблуждение о подземных водах состоит в том, что они существуют в виде большого резервуара или озера под землей. Вместо этого грунтовые воды заполняют небольшие промежутки, оставшиеся внутри породы и почвы, составляющие подповерхностный слой, подобно тому, как вода заполняет промежутки в губке.

Во время подпитки вода втягивается в землю под действием силы тяжести через две зоны. Верхняя зона, называемая зоной аэрации , — это место, где смесь воды и воздуха заполняет поровые пространства. Ниже зоны аэрации находится зона насыщения , где поровые пространства полностью заполнены водой. Верхняя граница зоны насыщения известна как уровень грунтовых вод .

Область, насыщенная водой, называется водоносным горизонтом .Неограниченный водоносный горизонт — это место, где водоносный горизонт соединен с поверхностью через поровые пространства. Ограниченный водоносный горизонт — водоносный горизонт, ограниченный двумя непроницаемыми породами. Доступ к закрытым водоносным горизонтам возможен только через колодец или там, где водоносный горизонт встречается с поверхностью.

Подземные воды движутся через землю очень медленно. В то время как реки могут течь со скоростью несколько километров в час, грунтовые воды могут двигаться со скоростью метр в год. Это означает, что для пополнения подземных водоносных горизонтов может потребоваться несколько тысяч лет.

Движение и сброс грунтовых вод

В то время как вода на поверхности земли движется под действием силы тяжести, грунтовые воды перемещаются из областей высокого давления, где уровень грунтовых вод высокий, в области низкого давления, где уровень грунтовых вод низкий. Течение часто следует за уклоном уровня грунтовых вод, который обычно имитирует топографию вышележащей земли. Вода естественным образом выводится из системы грунтовых вод в местах, где уровень грунтовых вод пересекает поверхность земли в озерах, реках и болотах.

Подземные воды можно также искусственно забирать из скважин. В колодцах выкапываются ямы в зону насыщения, и вода заполняет колодец до уровня грунтовых вод. Если вода откачивается из скважины, образуется конус депрессии , когда вода вытягивается из водоносного горизонта и уровень грунтовых вод падает.

Опасности для подземных вод

Подземные воды могут подвергаться негативным изменениям в результате деятельности человека из-за загрязнения и чрезмерной откачки грунтовых вод.Во время подпитки вода может собирать загрязнители, которые находятся на поверхности или в почве. Вода будет переносить эти загрязнители в водоносные горизонты, вызывая загрязнение всего водоносного горизонта. Поскольку для подпитки могут потребоваться тысячи лет, водоносные горизонты будут продолжать загрязняться в течение очень долгих периодов времени. Закрытые водоносные горизонты особенно подвержены риску загрязнения загрязняющими веществами из-за их замкнутого характера.

Другой проблемой сохранения подземных вод является искусственный отбор грунтовых вод больше, чем восполняется.Этот процесс называется овердрафтом . Хотя перерасход в короткие сроки не опасен, при продолжении в течение длительного времени грунтовые воды серьезно истощатся. Чрезмерный овердрафтинг может даже привести к оседанию поверхности , когда поверхность земли начинает опускаться из-за уплотнения после отвода грунтовых вод.

Краткое содержание урока

Примерно 20% всей воды, используемой в США, составляет подземных вод . Некоторые сообщества в U.S. полностью зависят от грунтовых вод для их домашнего водоснабжения и сельскохозяйственных нужд. Подземные воды образуются, когда вода с поверхности просачивается в землю в подземные водоносные горизонты . Подземные воды питают ручьи, озера и реки. Угрозы для нашей земли и наших грунтовых вод включают оседание , , овердрафтинг и загрязнение , .

Как общество, мы очень заботимся о том, чтобы наши грунтовые воды оставались чистыми и чтобы мы не использовали их больше, чем в настоящее время пополняется.Таким образом, мы должны найти более эффективные способы экономии воды и предотвращения попадания загрязняющих веществ в наши водоносные горизонты.

Подземные воды

Загрязнение подземных вод может происходить из точечного источника, где шлейф загрязнения исходит из одной точки. Концентрация загрязняющего вещества наиболее высока у источника и уменьшается по мере удаления от источника.Или из широко распространенного источника, где загрязнение заносится на обширную территорию и распространяется по грунтовым водам на обширной территории. Загрязняющие вещества из неточечных источников трудно выявить и устранить.

Шлейфы загрязнителей подземных вод меняются с течением времени. Они увеличиваются в длину с потоком грунтовых вод. Они увеличиваются в ширину за счет диффузии и рассеивания.
Большие шлейфы загрязняют большие территории и затрагивают многих людей.

Устранение проблем загрязнения подземных вод

Чтобы начать восстановление, сначала проводится определение характеристик загрязнителя.Установлены мониторинговые скважины для оценки поведения потока. Это позволяет проводить химические испытания для количественной оценки количества и характера загрязняющих веществ. Затем разрабатываются стратегии по снижению рисков для здоровья.

Восстановление обычно довольно дорогое. Большинство стратегий включают удаление источника загрязнения, затем откачку грунтовых вод и их очистку. Иногда нагнетается тепло для улетучивания грунтовых вод или закачивается пар для очистки защитных кожухов. Недавно разработанные методы используют бактерии для очистки грунтовых вод в процессе, который называется биоремедиация .

Предотвращение загрязнения подземных вод

Загрязнение лучше всего предотвратить путем управления землепользованием. Свалки теперь требуют футеровки дна свалки непроницаемой глиной и пластиковыми прокладками. Подземные резервуары для хранения требуют двойной футеровки для предотвращения утечки.
Тем не менее, лучшая практика — требовать, чтобы загрязняющие вещества не попадали в систему грунтовых вод.

Происхождение и количество подземных вод на Земле

Происхождение

Большая часть подземных вод образуется в виде метеорных вод в результате атмосферных осадков в виде дождя или снега.Если она не теряется в результате испарения, транспирации или сточных вод, вода из этих источников может просачиваться в землю. Первоначальное количество воды от осадков на сухой почве удерживается очень плотно в виде пленки на поверхности и в микропорах частиц почвы в ленте почвенной смеси. На промежуточных уровнях пленки воды покрывают твердые частицы, но воздух все еще присутствует в пустотах почвы. Эта область называется ненасыщенной зоной или зоной аэрации, а присутствующая вода — это водянистая вода.На более низких глубинах и при наличии достаточного количества воды все пустоты заполняются для создания зоны насыщения, верхним уровнем которой является уровень грунтовых вод. Вода, находящаяся в зоне насыщения, называется подземной водой [3].

Пористость и структура грунта определяют тип водоносного горизонта и подземную циркуляцию. подземные воды могут циркулировать и накапливаться во всем геологическом слое: это имеет место в пористых почвах, таких как песок, песчаник и аллювий. Он может циркулировать и накапливаться в трещинах или разломах в плотных породах, которые сами по себе не проницаемы, как большинство вулканических и метаморфических пород.Вода просачивается сквозь скалы и циркулирует из-за локализованных и рассредоточенных трещин. Для известняка типичны плотные породы крупных трещин или каверн.

Количество на Земле

На Земле примерно 3% всей воды составляет пресная вода. Из них подземные воды составляют 95%, поверхностные воды 3,5% и влажность почвы 1,5%. Из всей пресной воды на Земле только 0,36% доступно для использования ( Леопольд, 1974, ).
Подземные воды — важный источник водоснабжения.53% населения США получает воду из подземных источников. Подземные воды также являются основным источником промышленного и сельскохозяйственного использования.

Мы забираем воду из подземных водоносных горизонтов быстрее, чтобы ее можно было пополнить. Хотя водоносные горизонты мира огромны, они не бездонны, и во многих районах уровень воды быстро опускается. Вода в некоторых водоносных горизонтах насчитывает тысячелетия и находится ниже того, что сейчас является одним из самых засушливых регионов на Земле. Хотя люди топили воду из источников и колодцев еще с самых ранних цивилизаций, за последние 50 лет растущее население нуждалось в большем количестве пищи и воды, и темпы изъятия резко возросли.
В некоторых прибрежных районах из водоносных горизонтов было забрано столько пресной воды, что соленая вода начала вторгаться, делая воду из колодца солоноватой и непригодной для использования. Для получения дополнительной информации посетите нашу веб-страницу вторжений морской воды.
В некоторых районах опорожнение водоносных горизонтов вызвало серьезное оседание или значительное понижение уровня грунтовых вод . Некоторые поразительные случаи перечислены здесь [13]:

США:
Сан-Иоахим-Вэлли, Калифорния — 10 метров
Феникс, Аризона — более 1 метра
Хьюстон — Галвестон, Техас — 1 метр
Милуоки — уровень грунтовых вод упал 114 метров к 1976 году
Чикаго, штат Иллинойс — уровень грунтовых вод упал на 274 метра к 1979 году.С тех пор частично восстановлено из-за снижения добычи
Водоносный горизонт Огаллала — некоторые скважины закончились в Оклахоме, Канзасе и Техасе, где уровень грунтовых вод упал на 30 метров

Мексика:
Мехико — центр города опустился на 7,5 метров с 1950 г.
Сьюдад-Хуарес / Эль-Пасо (граница США) — ожидается, что водоносный горизонт, поддерживающий 1,5 миллиона человек, будет истощен в течение 30 лет

Ливия:
Ливия добывает 1 миллиард кубометров воды в год из ниже Сахары и по трубопроводу к ее фермам и городам на севере

Ливан:
разработка водоносного горизонта под Триполи приводит к ежегодному дефициту в 3 раза.8 миллионов кубических метров

Йемен:
Уровень грунтовых вод падает примерно на 2 метра в год. Колодцы были вырыты безуспешно на глубину 2 км

Белуджистан, Пакистан:
Уровень грунтовых вод падает на 3,5 метра в год

Пенджаб, Индия и Пакистан:
Уровень грунтовых вод падает на 1 метр в год

Равнина Северного Китая:
уровень грунтовых вод падает на 3 метра в год

Подземные воды также подвержены влиянию гидротехники: на протяжении десятилетий и столетий из-за неправильного сброса отходов в окружающую среду и подземные области многие подземные воды становились загрязненными.Усилия по защите качества и количества грунтовых вод были предприняты в сотрудничестве между всеми правительственными учреждениями, промышленными предприятиями и исследователями. [4]

Здесь вы найдете карту распределения подземных вод на Земле [11].

Щелкните здесь, чтобы ознакомиться с определениями грунтовых вод, узнать больше о их свойствах, источниках в Европе или проблеме их загрязнения.
Для получения дополнительной информации о глобальном распределении воды на земле ознакомьтесь с нашим FAQ по количеству воды .

Подземные воды

Подземные воды

Глава 12: Подземные воды

Гидрологический цикл

1. Рисунок 12.1 : Вода на Земле хранится в различных резервуарах, включая океаны, ледники / полярный лед, грунтовые воды, озера, реки, атмосферу и биосферу.

2. Рисунок 12.2: Вода непрерывно циркулирует через эти различные резервуары на Земле. Это циклическое движение воды через эти различные резервуары можно представить с помощью гидрологического цикла .

3. В гидрологическом круговороте вода переносится из одного резервуара в другой посредством процессов испарения, осадков и стока.

Подземные воды

Определение

1. Часть воды, падающей на землю, проникает в землю. Вода проникает в землю через стыки или небольшие поры между частицами посредством процесса, известного как инфильтрация .

2. Вода, содержащаяся в пространствах в коренных породах и реголите, обозначается как Грунтовые воды .

Подземные воды

(а) составляет ~ 1% воды на Земле

(б)) в 40 раз больше, чем пресноводные озера и ручьи

(c) 1/3 объема воды, содержащейся в ледниках и полярных льдах

(d) в основном происходит в виде дождя

(e) в основном встречается в пределах ~ 750 м от поверхности Земли

(f) находясь под землей, медленно мигрирует в сторону океана

Столб подземных вод

1. Рисунок 12.8 : Распределение воды в почве и реголите можно представить в виде зон:

2. Самый верхний слой — это ненасыщенная зона, которая может содержать немного воды, но не является насыщенной. Это известно как зона аэрации .

3. Зона насыщения находится ниже зоны аэрации и представляет собой слой, в котором поры почвы или породы полностью заполнены водой.

4. Уровень грунтовых вод — это верхняя поверхность зоны насыщения.

5. Рисунок 12.9: Уровень грунтовых вод:

(а) пересекает поверхность суши в озерах, болотах и ​​ручьях

(б) несколько имитирует рельеф вышележащей поверхности суши

(c) может падать во время засухи и повышаться после сильных дождей.

Как движутся грунтовые воды

1. Подземные воды проходят через почву, реголит и породу через открытые поровые пространства между зернами или трещинами.

2 .Рисунок 12.7 и Таблица 12.2: Пористость — это процент открытых пространств в общем объеме тела реголита или коренной породы. Пористость большинства пород обычно <20%, но может достигать 50%.

3. Проницаемость — это мера того, насколько легко порода позволяет флюидам проходить через нее. Песчаник обычно более проницаем, чем глины.

4. Удельный выход относится к той части грунтовых вод, которая истощается под действием силы тяжести и, следовательно, доступна для использования.

5. Специфическое удержание относится к той части грунтовых вод, которая остается связанной в материале и не может пройти через нее.

6. Движение грунтовых вод в зоне насыщения называется перколяцией . Вода медленно движется, просачиваясь через очень маленькие поры по параллельным нитевидным путям.

7. Рис. 12.9 : Вода просачивается из областей с высоким уровнем грунтовых вод в области, где он самый низкий (в сторону поверхностных водотоков или озер).

8. Рисунок 12.9 : Большая часть потока грунтовых вод проходит по длинным изогнутым путям под действием силы тяжести. Восходящий поток под ручьями или озерами возникает из-за того, что вода под холмом находится под большим давлением, чем под ручьем. Вода течет в области с более низким давлением.

Зоны перезарядки и разгрузки

1. Пополнение подземных вод происходит в областях ландшафта, где осадки просачиваются вниз под поверхность и достигают зоны насыщения.Вода поступает на разгрузочных площадей.

2. Время, необходимое воде для прохождения через землю от подпитки до разгрузки, зависит от проницаемости, расстояния перемещения и пути потока. Изменяется от дней до тысяч лет.

3. Рисунок 12.10a : Во влажных регионах области подпитки охватывают почти весь ландшафт за пределами ручьев. Сточные воды потоков подводятся водой из зоны насыщения.

4. Рис. 12.10b : В засушливых регионах подпитка происходит в основном в горах и конусах выноса.Подпитка также происходит под потоками Influent , под которыми залегает проницаемый аллювий.

Расход и скорость

1. Рисунок 12.16 : При заданной проницаемости скорость грунтовых вод увеличивается по мере увеличения наклона уровня грунтовых вод.

2. Гидравлический уклон [= (h2-h3) / l] — это мера уклона уровня грунтовых вод.

V = скорость грунтовых вод

В пропорционально (h2 — h3) / l

(h2-h3) = разница в высоте двух точек на уровне грунтовых вод

l = горизонтальное расстояние между двумя точками

В = К (h2-h3) / л

K = коэффициент проницаемости — это мера легкости, с которой вода движется через породу или отложения.Функция проницаемости, ускорения за счет силы тяжести и вязкости воды.

Q = AV

Q = расход грунтовых вод (объем в единицу времени)

A = площадь поперечного сечения

заменяя V = Q / A на V

Q = AK (h2-h3) / l (закон Дарси)

3. Скорость грунтовых вод обычно колеблется от 1/2 м в день до нескольких метров в год.

Пружины

1. Рисунок 12.9 и 12.12: Источник — это естественный поток воды, который возникает, когда уровень грунтовых вод пересекает поверхность земли. Вода выходит на поверхность земли. Большинство крупных источников берут начало из расколотой лавы, известняка или гравия.

2. Водоупор — это тело непроницаемой или явно менее проницаемой породы, прилегающее к проницаемой.

Уэллс

1. Рисунок 12.13 : Колодец подает воду, когда он пересекает уровень грунтовых вод.

2. Скорость забора воды из новой скважины может изначально превышать скорость местного потока подземных вод, создавая вокруг скважины конус впадины . Со временем скорость притока уравновешивает скорость вывода.

Водоносные горизонты

1. Водоносный горизонт — высокопроницаемая порода или реголит, лежащий в зоне насыщения.

2. Водоносные горизонты могут быть неограниченными или ограниченными .Замкнутые водоносные горизонты ограничены водоупорами.

3. Рисунок 12.11 : Вода, просачивающаяся в замкнутый водоносный горизонт, течет вниз под действием силы тяжести и подвергается возрастающему гидростатическому давлению.

4. Гидростатическое давление — это вес, который вышележащий столб воды будет оказывать на определенной глубине.

5. Вода под давлением стремится подняться на ту же высоту, что и уровень грунтовых вод в зоне подпитки, за вычетом количества, определяемого потерей энергии из-за сопротивления трения во время просачивания.

6. Рисунок 12.11 : Вода в артезианском водоносном горизонте находится под давлением и будет течь из артезианской скважины без откачки.

Изменения в региональном уровне грунтовых вод с течением времени

1. В регионах, где водозабор превышает пополнение, уровень грунтовых вод будет постепенно снижаться.

2. Рисунок 12.14 : Если допустить значительное снижение уровня грунтовых вод, то произойдет оседание земли на .

Подземные воды могут быть восполнены искусственно:

(a) распространение биоразлагаемых жидких отходов по поверхности земли. Вода просачивается до уровня грунтовых вод.

(b) Направление стока в городских районах в бассейны, где вода будет просачиваться вниз и подпитывать водоносный горизонт.

(c) Рис. 12.22 : Подземные воды, забираемые промышленными предприятиями, могут закачиваться обратно в землю с помощью нагнетательных скважин.

Способы сделать подземные воды непригодными для питья

(a) Из окружающей коренной породы растворено значительное количество соли.

(b) Подземные воды проходят через богатые серой породы (растворенный H 2 S).

(c) Рис. 12.22 : Дренаж септиков, сломанной канализации и скотных дворов. Загрязненные сточными водами грунтовые воды можно очистить в некоторых случаях, если они просачиваются через песок или песчаник.

(d) Сельскохозяйственные яды.

(e) Подземное хранилище опасных отходов.

(f) Рис. 12.15 : Загрязнение морской водой прибрежных районов.

Геологическая активность подземных вод

1. Рис. 12.21: Карбонатные породы легко разрушаются путем растворения грунтовыми водами, потому что многие грунтовые воды являются слабокислыми из-за реакций с CO 2 .

2. Рис. 12.20 : Пещеры в основном вырезаны в самых мелких частях зоны насыщения. Реакция между кислыми грунтовыми водами и карбонатными породами приводит к растворению карбонатных пород, оставляя после себя подземные полости, называемые пещерами.

3. Рис. 12.18 : Осаждение кальцита из капающей воды внутри пещер может привести к образованию различных особенностей пещер, включая сталактитов , сталагмитов , колонны и текучие камни. Сталактиты представляют собой похожие на сосульки элементы карбоната кальция, которые свисают с потолка пещеры, тогда как сталагмиты выступают вверх из дна пещеры.

4 . Рис. 12.19 : Воронки — это большие полости растворения, заметные на поверхности земли.Воронки могут образоваться при обрушении поверхности пещеры. Воронки могут также образовываться на поверхности вдоль пересечений стыков в коренных породах.

5. Рис. 12.20. : Карстовая топография. — это местность, содержащая пещеры, воронки, карстовые башни и подземные потоки. Карст Башни образуются на участках толстого, хорошо соединенного известняка, которые разделяются на изолированные блоки.

6. Рисунок 12.24 : Циркуляция грунтовых вод около магматического тела может привести к образованию гейзеров и горячих источников.

Подземные воды и водоносные горизонты | Программа по водоснабжению скважин

Что такое грунтовые воды?

Подземные воды поступают из дождя и таяния снега, которые просачиваются в землю. Гравитация тянет воду вниз через промежутки между частицами почвы или трещины в скалах. В конце концов вода достигает глубины, на которой все отверстия в почве или скале заполняются водой; это называется зоной насыщения . Вода в зоне насыщения называется подземные воды .

Верхняя часть насыщенной зоны называется уровнем грунтовых вод .Уровень грунтовых вод повышается и понижается в зависимости от сезона и количества дождей и снеготаяния, которые произошли в течение определенного года. В Орегоне он выше зимой и весной, а самый низкий примерно в октябре.

Обратите внимание, что коренная порода ниже насыщенной зоны препятствует проникновению воды более глубоко.

Вода движется сквозь пространства в почве и камнях

Различные виды почвы и камней различаются по размеру пространства, через которое проходит вода. Воды легче перемещаться по большим пространствам.Гравий имеет очень большие пространства, поэтому вода движется по нему очень быстро. С другой стороны, пространства в глине настолько малы, что вода почти не проходит.

Некоторые слои породы настолько твердые, что не пропускают воду; это называется непроницаемым слоем. Другие очень рассыпчатые или имеют много больших трещин. Если трещины соединены друг с другом, вода может пройти сквозь скалу.

Проницаемость уменьшается слева направо из-за типа почвы и породы.

Материалы водоносного горизонта

Насыщенный слой почвы или породы с пространствами, через которые проходит вода, называется водоносным горизонтом . Водоносные горизонты могут быть разделены слоями камня или глины, которые не позволяют воде проходить сквозь них.

В Орегоне есть три основных типа водоносных горизонтов:

.
  • Многие слои базальта из древних потоков лавы покрывают большую часть восточного Орегона и части северной долины Уилламетт.Между слоями базальта есть грунт и гравий, которые были на поверхности во время каждого потока. Трещины в базальте и в слоях между потоками образуют водоносные горизонты.
  • В долинах рек встречаются слои песка и гравия, образующие водоносные горизонты, иногда разделенные слоями глины.
  • Коренные породы с соединенными трещинами образуют водоносные горизонты во многих частях штата, особенно на холмах над долинами рек.

Закрытые водоносные горизонты

Подземные воды под слоем твердой породы или глины находятся в замкнутом водоносном горизонте .Камень или глина называется ограничивающим слоем . Скважина, которая проходит через ограничивающий слой, известна как артезианская скважина .

Подземные воды в замкнутых водоносных горизонтах обычно находятся под давлением. Это давление заставляет воду в артезианской скважине подниматься над уровнем водоносного горизонта. Если из-за давления вода поднимается над уровнем земли, скважина выходит за пределы и называется артезианской скважиной , проточной .

Неограниченные (подземные) водоносные горизонты

Водоносные горизонты, которые находятся на , а не на ниже ограничивающего слоя, называются неограниченными водоносными горизонтами .Поскольку вершиной этих водоносных горизонтов является уровень грунтовых вод, их также называют водоносными горизонтами уровня грунтовых вод . В водоносном горизонте уровня грунтовых вод уровень воды в колодце такой же, как уровень грунтовых вод за пределами колодца.


Этот раздел, включая большинство иллюстраций, был адаптирован с разрешения издания «Что такое подземные воды?» Лайл Рэймонд-младший (© Cornell Cooperative Extension, Корнельский университет, июль 1988 г.).

.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован.