Грунтовые воды

Грунтовые воды играют важную роль в питании речного стока, служат и самостоятельным источником водоснабжения. Они формируются в зоне активного водообмена самой верхней части земной коры непосредственно в результате фильтрации атмосферных осадков и образуют первый от поверхности горизонт подземных вод, преимущественно ненапорных. Грунтовые воды обычно залегают выше уровня вреза речной сети, а также уровня воды озер, чем обеспечивается их разгрузка и водообмен в водовмещающих породах (большей частью четвертичных). Постоянный водообмен обусловливает низкую минерализацию грунтовых вод, которая увеличивается с глубиной по мере затруднения водообмена.

Грунтовые воды распространены повсеместно, но крайне неравномерно по обилию и качеству, подчиняясь разнообразию ландшафтов.

Широтная зональность грунтовых вод:

с севера на юг уменьшается обводненность верхней толщи горных пород в зоне свободного водообмена;

увеличивается глубина залегания грунтовых вод;

возрастают их минерализация и жесткость (содержание ионов кальция и магния), закономерно изменяется химический состав;

повышается температура (на одинаковых глубинах);

уменьшается (до нуля) содержание органических примесей (т.е. ослабляется степень вымывания).

В зоне избыточного атмосферного увлажнения грунтовые воды пресные, преимущественно гидрокарбонатно-кальциевые, в зоне недостаточного увлажнения они становятся солоноватыми и солеными, минерализация достигает 3–10 г/л, а местами и более, в ионном составе преобладание переходит к сульфатам и хлоридам.

Многолетняя мерзлота на территории России (карта)

Суть явления м.м. (неправильно называемой вечной мерзлотой): горные породы длительное время (от нескольких лет до тысячелетий) находятся в охлажденном состоянии при температуре ниже 0C (полигонально-жильные льды, ледяные ядра торфяных бугров, ледяные интрузии и пр.)

К области многолетней мерзлоты относится более половины территории России (общая площадь мерзлых пород около 11 млн км²), в распространении м.м. ярко проявляются долготно-климатические факторы.

Южная граница области островной многолетней мерзлоты (см. соответствующие карты в Атласе СССР) проходит параллельно побережью Баренцева моря через Кольский п-ов, далее субширотно близко к Сев. полярному кругу (местами южнее его) до Урала, затем опускается примерно до 62 с.ш., пересекает Урал, далее идет параллельно Оби (с правого берега), спускаясь до 60 с.ш., до Енисея и вдоль Енисея опускается намного к югу, захватывая Саяны, Горный Алтай и Кузнецкий Алатау (исключая Минусинскую котловину), уходя за гос. границу России. На Дальнем Востоке от м.м. свободны Приамурье (южная граница м.м.идет почти параллельно Амуру, севернее его на расстоянии в среднем 200 км, пересекая гос. границу выше впадения Зеи), Приморье (кроме верхнегорий Сихотэ-Алиня), Сахалин, Курилы и равнины Камчатки (вдоль побережий Охотского моря и Тихого океана южная граница м.м. поднимается до 57-58 с.ш.

Южная граница области сплошной многолетней мерзлоты (существуют разные варианты проведения): от Пай-Хоя проходит вблизи Полярного круга до Енисея, далее вблизи Ниж. Тунгуски, к верховьям Вилюя, Якутску и Охотску; от Магадана к Анадырскому заливу.

Максимальной мощности (более 500 м) м.м. достигает на севере Ямала, Гыдана, Таймыра, на Сев. острове Новой Земли, Северной Земле, Новосибирских островах, в Центральной Якутии. По данным К.К.Маркова (цит. по Гвоздецкому и Милькову), в некоторых частях Лено-Вилюйского междуречья мощность многолетней мерзлоты превышает 1000 м.

На Кольском полуострове толщина мерзлого слоя менее 25 м, на СВ Большеземельской тундры она возрастает до 100200 м.

Присутствие многолетней мерзлоты откладывает отпечаток практически на всех компонентах ландшафта:

в рельефе и грунтах: солифлюкция, бугры вспучивания  булгунняхи, полигональные грунты, торфяные бугры и др. (более подробно будут рассмотрены в соответствующих «зональных» лекциях);

в режиме рек, характере озер (см. выше);

в растительности: м.м., будучи хорошим водоупором, часто служит причиной заболачивания оттаивающей летом почвы, способствует формированию угнетенной корневой системы, понижает устойчивость древесной растительности против ветра и т.д. – в целом набор видов древесных пород резко сужается (наиболее приспособлена лиственница); с др. стороны, оттаивающая к середине довольно засушливого лета мерзлая влага  дополнительный источник увлажнения для древесной растительности в резкоконтинентальных областях; ель сибирская на восточном пределе ареала растет только при близком залегании м.м.; редкостойные леса и болота с близким залеганием м.м. хорошо видны сверху.

в почвах: формируются специфические мерзлотные почвы, характерная трещиноватость.

Грунтовые воды районов м.м. делятся на надмерзлотные, межмерзлотные и подмерзлотные.

Надмерзлотные воды зимой целиком или частично замерзают; при этом нередко создается напор и, прорываясь наружу, они образуют наледи. [В Момо-Селенняхской котловине между хр. Черского и Момским хр. находится самая крупная наледь в Евразии  Момский Улахан-тарын (Мома – правый приток Индигирки) площадью около 100 км²; крупнейшая наледная провинция  Охотско-Чукотская горная страна, где ими занято почти 2% территории].

В толще мерзлых пород грунтовые воды в жидком виде встречаются лишь фрагментарно.

С одной стороны, м.м.  древнее явление (свидетельства  захоронения мамонтов и др.); ее огромная мощность свидетельствует, скорее всего, об унаследованности с периода плейстоценовых оледенений.

С другой стороны, современное распространение м.м. в районах с отрицательными среднегодовыми температурами воздуха и холодными малоснежными зимами свидетельствует о связи м.м. и с современными климатическими условиями. По всей видимости, современный климат лишь поддерживает, консервирует ранее образовавшуюся мерзлоту, местами вызывая либо ее деградацию (напр., образование термокарстовых озер в Якутии), либо новообразование (например, м.м. появляется в новейших речных наносах и на недавно образованных островах на реках бассейна Лены).

С севера на юг неустойчивость м.м. возрастает. На юге Сибири заметная активизация мерзлотных процессов наблюдается при строительстве железных дорог. [В начале XX в. сооружение насыпей для них привело к резкому увеличению оттаивающего слоя: на марях (заболоченных равнинах) его глубина выросла в 2 раза, на каменных развалах  в 3,5 раза. Из-за этих изменений дорожные сооружения расползались в стороны. Если же земляные работы велись рядом с путями, то в выемках грунта возникали наледи. Некоторые участки Транссиба опустились на 2,5 м].

В связи с потеплением климата, в ряде регионов зафиксировано смещение к северу границы многолетнемерзлых пород (например, в Мезенском районе Архангельской обл. за последние 160 лет она сместилась на север на 50-60 км – «Поиск» , 21.12.2001, данные Института экол. проблем Севера).

Данные С.Кирпотина (ботаник из Томского ГУ), Ю.Марканд (Оксфордский университет):

В связи с потеплением Западной Сибири, которое происходит быстрее чем где-нибудь на планете (средние месячные температуры выросли на 3C за последние 40 лет) в последние 3-4 года началось активное таяние мерзлоты в субарктических районах. Это может привести к мощным выбросам в атмосферу метана, законсервированного в промерзшем торфе (запасы метана оцениваются в 70 млрд. т, что составляет четверть всего количества метана на земной поверхности). Ландшафты на площади, превышающей Германию и Францию вместе взятые, превращаются в обводненные территории с мелководными озерами.

Данные сети мониторинга многолетней мерзлоты показывают, что с 1960-х г. температура приповерхностного мерзлого слоя в Северной Евразии увеличилась на 1-3C. Согласно данным математического моделирования, уменьшение площади области м.м. в северном полушарии составит (в скобках цифры уменьшения области сплошной м.м.): к 2030 г. – 10-18% (15-25%), к 2050 г.  15-30% (20-40%), к 2080 г.  20-35% (25-50%). Прогнозируемые изменения глубины сезонного оттаивания: 10-15% к 2030 г., 15-25% к 2050 г., 30-50% и более к 2080 г. [О.Анисимов, Т. Хромова, В.Романовский, М.Ананичева, А. Георгиади, тезисы доклада на семинаре NEESPI/GOFC, 2004].

Карта потенциальной активизации мерзлотных процессов (НАР)

Важное свойство м.м.  ее способность консервировать органические и неорганические вещества и препятствовать разложению. Когда речь идет о домашнем холодильнике, такое качество оборачивается множеством удобств. Однако если приходится решать задачу о захоронении бытовых отходов, м.м. превращается в серьезную проблему.