Происхождение подземных вод

Среди множества теорий, объясняющих происхождение подземных вод, наиболее знáчимыми являются следующие:

а) инфильтрациóнные воды (от лат. infiltration – процеживание) образуются в результате просачивания атмосферных осадков в водопроницаемые горные породы. Наиболее характерны для районов с умеренным климатом, где выпадает много осадков, а испарение не столь велико;

б) конденсациóнные подземные воды (от лат. condensatio – сгущение, уплотнение) формируются в тех климатических зонах, где испаряемость значительно превышает количество осадков. В результате в пустынях образуются линзы пресной воды над солёными подземными озёрами;

в) седиментогéнные подземные воды (от лат. sedimentum – осадок) образуются одновременно с накоплением морских осадков. После погружения на большую глубину осадки значительно уплотняются, а воды из них выжимаются в водопроницаемые песчаные слои;

г) ювенильные (от лат. juvenalis – юный) или магматогéнные (от греч. magma – густая мазь) могут быть образованы из паров воды, выделяемых магмой при её остывании. Пар поднимается по трещинам горных пород, которые имеют мéньшую температуру по сравнению с ним, и переходит в капельно-жидкое состояние;

д) дегидратациóнные воды (от лат. dehydratatio – обезвоживание) или возрождённые образуются в результате выделения кристаллизационной воды из минеральных масс при повышенных температурах (например, при переходе гипса в ангидрит).

Залегание подземных вод

Слои горных пород, препятствующие движению подземных вод (скальные породы без трещин, глина), называют водонепроницаемыми или водоупóрными (рисунок 1).

Слои горных пород, содержащие подземные воды, называют водонóсными, они обладают водопроницаемостью – способностью фильтровать воду. Это характерно для рыхлых (песок, гравий, супесь) и трещиноватых пород.

Снизу водоносный горизонт подстилает слой водонепроницаемых пород (глин), который называют водоупорным лóжем или просто водоупóром. Расстояние от водоупора до уровня грунтовых вод определяет мощность водоносного слоя.

Рисунок 1 Элементы водоносного слоя

Водоносную толщу горных пород разделяют на две части:

I. Зона аэрации. В кровле водоносного горизонта залегают, как правило, неводонасыщенные слои горных пород, в которых основная часть пор занята воздухом. Они способны беспрепятственно, но с разной скоростью пропускать атмосферные осадки и другие виды поверхностных вод вглубь горизонта. Так же беспрепятственно воды могут перемещаться наверх, испаряться и т.д. Давление в кровле водоносного горизонта равно атмосферному или меньше его (если есть зона капиллярного поднятия), воды в нём являются безнапорными. При вскрытии водоносного горизонта горными выработками (скважинами, канавами и др.), уровень воды в них устанавливается в соответствии уровнем воды в пласте.

II. Зона насыщения располагается в нижней части водоносного горизонта, где все поры и трещины в горных породах заполнены водой.

По условиям залегания выделяют такие типы подземных вод (рисунок 2):

Рисунок 2 Типы подземных вод по месту залегания

а) ПóЧВЕННЫЕ воды «подвешены» в пóрах почвы непосредственно у поверхности земли вследствие капиллярных явлений. Имеют сезонный характер и сезонные колебания температур. Для почвенных вод характерно наличие органических веществ и микроорганизмов;

б) СВОБОДНЫЕ ПОЧВЕННЫЕ воды встречаются только в связи с сезонным увлажнением или заболачиванием почв;

в) ВЕРХОВóДКА ограниченно распространена в самых верхних слоях земной коры. Эти воды пресные, часто содержат органические соединения и малопригодны для использования. Воды верховодки ненапорные и маломощные, что объясняется малой площадью водоупора. Она возникает в периоды дождей и исчезает с наступлением засушливых периодов, а в районах распространения многолетней мерзлоты полностью промерзает. Возможность возникновения верховодки не всегда учитывается в полной мере, поэтому она нередко создаёт затруднения при строительстве;

г) ГРУНТóВЫМИ называют подземные воды первого от поверхности земли постоянно существующего водоносного горизонта, расположенного на первом выдержанном водоупорном слое - водоупорном ложе. Они имеют свободную поверхность – зéркало грунтовых вод (на разрезе – уровень грунтовых вод, УГВ). Положение УГВ относительно поверхности земли постоянно меняется, что создаёт большие проблемы для строительства сооружений и для их эксплуатации. Грунтовые воды питаются за счёт инфильтрации осадков и могут образовывать потоки, озёра, бассейны. Они взаимосвязаны с поверхностными водоёмами и не обладают должным качеством;

д) МЕЖПЛАСТÓВЫЕ подземные воды содержатся в водоносном слое, расположенном между двумя водоупорными слоями. Если водоупоры горизонтальны и межпластовые воды имеют возможность выхода на поверхность, то они являются безнапорными. Но гораздо чаще водоупорные слои бывают наклонными или изогнутыми в форме синклинали. Воды с поверхности земли попадают в водоносный горизонт, где становятся напорными. При вскрытии такого слоя скважиной, вода начинает фонтанировать. Это явление впервые было изучено во французской провинции Артуá, поэтому напорные подземные воды часто называют артезиÁнскими.

Из-за изоляции водоупорными слоями от поверхности земли температура артезианских вод подвержена только годовым колебаниям. Они обладают наилучшим качеством и применяются для водоснабжения. Артезианские воды имеют огромное значение в народном хозяйстве. Они используются для водоснабжения городов, промышленных предприятий, железнодорожных станций, ферм и других объектов. Из них извлекают бром, йод, используют в бальнеологических целях;

е) ЖИЛЬНЫЕ и ТРÉЩИННЫЕ воды находятся и передвигаются в местах нарушения сплóшности массивных горных пород, чаще – в тектонических трещинах. Обычно они загрязнены микроорганизмами, взвешенными минеральными и органическими веществами.

Все типы подземных вод взаимосвязаны как между собой, так и с другими частями гидросферы. Подземные воды являются неотъемлемой частью круговорота воды в природе.