Подземными водами называются воды, проникающие в верхние слои земной коры. Они скапливаются в порах, трещинах и пустотах горных пород. Поры имеют основное значение. Их объем определяет пористость породы, которая выражается формулой
где Vп — суммарный объем пор, V — объем породы. Наибольшая пористость у мелкозернистых пород с одинаковой величиной зерен, наименьшая — у пород, состоящих из зерен разной величины: в этом случае мелкие частицы заполняют поры между крупными и свободного пространства остается очень мало. Пористость глин 40—50%, песков 30—40%, известняков 0,6—16%. Средняя пористость осадочных пород на поверхности Земли 35—45%.
Подземные воды образуются за счет проникновения в земную кору атмосферных осадков, водяных паров из атмосферы, воды океанов, озер, рек, тающего снега и льда. Незначительное количество подземных вод выделяется из магмы, они называются ювенильными. При проникновении влаги с поверхности в грунт главную роль играет ее просачивание. Меньшее значение имеет проникновение водяных паров с их конденсацией в порах. Однако в некоторых случаях этот процесс оказывается главным, например в области вечной мерзлоты и в песчаных пустынях.
Содержащаяся в породе вода находится под действием силы тяжести, молекулярных сил и температуры. Соотношение между силой тяжести и молекулярными силами зависит от радиуса р эффективного действия молекулярных сил и от диаметра d поры. Если d < 2p, то вода задерживается в порах. Если же d > 2p, то вода стекает вниз. В первом случае порода водонепроницаема, во втором — водопроницаема.
Вода, удерживаемая у зерен породы молекулярными силами, называется пленочной. Молекулы воды, непосредственно соприкасающиеся с породой, образуют гигроскопическую воду. Удалить ее из породы можно только выпариванием при высокой температуре. Пленочная вода под влиянием притяжения соседних частиц породы может перемещаться в любом направлении. Вода в порах, движущаяся под влиянием силы тяжести, называется гравитационной. Достигая водонепроницаемых слоев, гравитационная вода образует водоносный горизонт и продолжает двигаться по уклону его поверхности. Движение гравитационной воды ламинарное и подчиняется закону Дарси
где к — водопроницаемость породы, i — уклон.
В мелких порах и трещинах может быть вода, которая удерживается силами поверхностного натяжения и называется капиллярной.
Она поднимается вверх до высоты, зависящей от гранулометрического состава горной породы, который определяет диаметр пор. В мелкозернистых породах высота поднятия больше, чем в крупно-зернистых. Например, в мелкозернистом песке капиллярная вода! поднимается до высоты 35—120 см, в глине до 12 м.
Пространство в порах породы, не заполненное водой, занимает воздух и водяной пар. Водяной пар перемещается в порах под влиянием различий в упругости. Так как упругость паров возрастает с повышением температуры, то движение пара направлено от более нагретых слоев к менее нагретым. В результате такого движения
в менее нагретом слое может произойти конденсация водяного пара. Горные породы могут содержать еще связанную воду, входящую в состав минералов. Например, гипс содержит более 20% связанной воды, мирабилит 55%. Связанная вода может выделяться только при полном разрушении минералов при нагревании.
По условиям залегания в земной коре подземные воды делятся на воды зоны аэрации, грунтовые и межпластовые.
Воды зоны аэрации находятся непосредственно у поверхности Земли и имеют ограниченное распространение и временное существование.
Грунтовые воды — воды первого от поверхности постоянного водоносного горизонта, не прикрытые водонепроницаемым пластом. Они распространены почти повсеместно и существуют длительное время. Пласты горных пород с заключенными в них грунтовыми водами называются водоносными горизонтами, а верхняя поверхность грунтовых вод — зеркалом их. Наибольшее значение для питания грунтовых вод имеют неинтенсивные длительные обложные дожди. Весной они питаются талым снегом. Так как просачивание воды процесс медленный, то повышение уровня грунтовых вод происходит через значительный промежуток времени после выпадения осадков или таяния снега. Исключением являются трещиноватые породы. Поверхность зеркала грунтовых вод обычно слабоволнистая, с уклоном в сторону понижения рельефа. Скорость перемещения грунтовых вод в крупнозернистых песках 1,5—2, в мелкозернистых песках и супесях 0,5—1,0, в суглинках и лёссах 0,1 — 0,3 м/сутки.
Естественные выходы грунтовых вод на поверхность образуют источники. Их делят на нисходящие и восходящие. Первые могут возникнуть в оврагах и в речных долинах. Вторые расположены там, где водоносный слой сменяется водоупорным и вода поднимается вверх по поверхности водоупорного слоя (рис. 48).
Межпластовые подземные воды, заключенные между двумя водонепроницаемыми слоями, могут быть ненапорными и напорными или артезианскими. Ненапорные воды не полностью насыщают водоносный пласт. Питание межпластовых вод происходит на участках, где отсутствует верхний водоупорный пласт. Напорные межпластовые воды залегают в определенных геологических условиях, образуя артезианские бассейны. При бурении воды под напором поднимаются выше перекрывающего их водоупорного пласта. В области
напора при наличии скважин или трещин вода поднимается и может фонтанировать (рис. 49).
Химический состав подземных вод различен. Верхние горизонты пресные или слабоминерализованные; глубоко залегающие артезианские воды — рассолы преимущественно хлоридные. Встречаются минеральные воды обладающие лечебными свойствами: углекислые, сероводородные радоновые, железистые и др. Температура артезианских вод повышается с глубиной. Вода в жидком состоянии может встречаться до глубины 10-12 км при температуре (в условиях высокого давления) значительно Превышающей 100 . Воду, имеющую температуру от 20 до 37°, называют теплой, от 37 до 42 —термальной и свыше 42° — горячей.
Естественные выходы межпластовых вод на поверхность возникают в местах наиболее благоприятного сочетания геологической структуры и рельефа и образуют обычно восходящие источники. При особых физических условиях образуются пульсирующие источники, которые называются гейзерами.
—Источник—
Богомолов, Л.А. Общее землеведение/ Л.А. Богомолов [и д.р.]. – М.: Недра, 1971.- 232 с.
Предыдущая глава ::: К содержанию ::: Следующая глава
