6.2 Общая характеристика деятельности подземных вод. Понятие о карсте

Вся атмосферная вода в течение очень короткого промежутка времени просачивается по трещинам в глубину.

На глубине воды постепенно скопляются в расселинах горных пород, задерживаясь на водоупорных горизонтах. Следуя направлению падения трещин или уклону дна пещеры, подземные воды дают потоки, из которых иногда возникают реки. Протекая некоторое расстояние под землёй, реки вновь появляются на поверхности в виде мощных, многоводных источников.

Вода под землёй может быть в твёрдом, жидком и газообразном состоянии. При отрицательных температурах грунта вода находится в твёрдом состоянии - в виде кристаллов или массивов льда. Последнее наблюдается в средних широтах зимой и в северных районах в любое время года в толще вечной мерзлоты. Вода встречается под землёй и в газообразном виде, входя в состав подземной атмосферы. Наибольшее распространение под землёй имеет вода в жидком виде. Последняя делится на три основных вида - плёночную, капиллярную и гравитационную.

Плёночная вода обволакивает частицы грунта тонким слоем и почти неподвижна; грунт, содержащий такую воду, кажется сухим. Капиллярная вода - жидкая влага, находящаяся в очень мелких трещинах и промежутках между частицами грунта. Наконец, жидкая вода, которая заполняет более крупные пустоты грунта и перемещается под действием силы тяжести в пониженные места, называется гравитационной водой. Она составляет основную массу подземных вод. Гравитационная вода перемещается во много раз быстрее, чем капиллярная, но с меньшей скоростью, чем вода в реках. Так, например, если реки текут со скоростью в среднем около 100 километров в сутки, то подземные воды у поверхности перемещаются от одного до 1000 метров в год, а на глубинах 1000-2000 метров со скоростью 0,001-0,1 метра в год.

Скорость образования и накопления подземных вод зависит от влажности воздуха, количества осадков и от проницаемости горных пород. По условиям проницаемости все породы делятся на водопроницаемые, полупроницаемые и водоупорные. К водопроницаемым относятся пески, гравий, галечники и все трещиноватые горные породы, к полупроницаемым - лёсс, суглинки, к водоупорным - глины и нетрещиноватые скальные породы (базальт, граниты, гнейсы).

Одной из важнейших характеристик подземных вод является характер их залегания в земной коре, определяемый расположением в ней водопроницаемых и водоупорных пород. Слои пород, содержащие воду, называются водоносными, а слои, подстилающие или перекрывающие водоносные и не пропускающие воду, называются водоупорными.

По условиям залегания подземные воды делятся на две группы: грунтовые и межпластовые (подземные).

Грунтовые воды находятся на некоторой глубине от поверхности. Это воды первого от поверхности земли водоносного горизонта, не имеющего сверху сплошной кровли из водонепроницаемых пород. Источником их питания в основном являются атмосферные осадки, поэтому уровень грунтовых вод и их дебит претерпевают сезонные колебания. Будучи вскрыты балками и оврагами, грунтовые воды выходят на поверхность в виде источников (родников) и мочажин. Часть грунтовых вод просачивается по трещинам в глубь земли, пополняя нижележащие межпластовые воды.

Под названием карст обычно рассматривают различные сложные формы поверхности, возникающие в местах залегания легкорастворимых пород, в результате химической деятельности поверхностных и главным образом подземных вод. Другими словами, карст - процесс растворения горных пород, а также комплекс специфических поверхностных и подземных форм рельефа.

Название карст происходит от плато Карст в Югославии возле города Триеста, где впервые были изучены эти явления.

Карстовые формы рельефа могут развиваться только при наличии карстообразующих пород. Развитие карста может протекать, кроме того, только если присутствует соответствующий климат и при определённой форме рельефа.

К карстообразующим породам относятся те горные породы, которые легко поддаются химическому выветриванию. К наиболее распространённым карстообразующим породам относятся известняк, гипс, соль, доломиты и тому подобные породы. Наиболее широко выражен карст, развивающийся на известняках. Процесс карстообразования заключается в следующем. Атмосферные воды, выпадающие в области распространения карстообразующих пород, воздействуют на последние, стекая по их поверхности и просачиваясь по имеющимся в породе трещинам в глубину. Развитие карста при наличии карстующихся пород может иметь место независимо от того, обнажаются эти породы на поверхности или погребены под более или менее значительной толщей других пород. В местах, где карстующиеся породы выступают на земную поверхность, развивается поверхностный, или обнажённый, карст. При залегании карстующихся пород на глубине возникает закрытый, или глубинный, карст. На основании этих признаков и по преобладающим районам распространения, первый называют ещё средиземноморским, а второй среднеевропейским типом карста.

Можно выделить следующие свойства присущие карсту: чистота и мощность, трещиноватость и пористость.

Чистота и мощность карстующихся пород способствуют интенсивности карстовых процессов. Наличие в толщах нерастворимых горных пород (глина, песок и др.) замедляет развитие карста.

Трещиноватость и пористость растворимых пород многократно ускоряют карстовые процессы, т.к. увеличивается возможность проникновения вод в толщу. Вода растворяет горные породы и выносит их.

Климат влияет на развитие карста через количество осадков, температуру воды и обогащение его углекислым газом и различными солями. В теплом и влажном климате карстовые процессы протекают интенсивнее, способствуют разложению биомассы с выделением углекислого газа и кислот. СО₂, попадая в воду многократно, повышает её химическую агрессивность. В местах, где идут сильные ливневые дожди (кратковременные) и где известняки залегают на поверхности, они (известняки) голые, лишены растительности. В таких условиях развиваются формы голого, или открытого карста.

В умеренном климате, где происходит выпадение обычных осадков равномерно в течение года, на поверхности известняков образуется почвенный слой и растительность. Здесь развивается карст, называемый покрытым.

Рельеф играет большое значение в развитии карстовых массивов. Чем выше над уровнем моря находится карстовый массив, тем глубже циркуляция подземных вод, масштабнее карстовые процессы, разнообразнее формы рельефа.

Карстовые области отличаются своеобразными ландшафтами. Их рельеф характеризуется большим количеством замкнутых понижений различных форм и размеров.

В карстовых областях очень слабо развита речная сеть, т.к. поверхностный сток быстро переходит в подземный. В их пределах преобладают пропадающие небольшие ручьи и речки. Они по трещинам уходят в глубину и вновь появляются в виде мощных источников на окраинах карстовых массивов.

В результате карстующих процессов образуются такие формы рельефа как карстующие колодцы, карстующие шахты, карстующие пещеры, др. формы рельефа поверхностного и подземного.