Подземные воды и грунтовые воды. Подземные воды: характеристика и виды

Немалую часть водных запасов Земли составляют подземные бассейны, которые протекают в толще почвы и слоях горных пород. Огромные скопления подземных вод - озера, которые вымывают залежи пород и почву, образуя котлованы.

Значение грунтовой жидкости велико не только для природы, но и для человека. Поэтому исследователи проводят регулярные гидрологические наблюдения за ее состоянием и количеством, все глубже изучают, что такое подземная вода. Определение, классификация и остальные вопросы темы будут рассмотрены в статье.

Что такое подземная вода?

Подземная вода - это вода, располагающаяся в межслоевых пространствах горных пород, залегающих в верхнем слое земной коры. Такая вода может быть представлена в любом агрегатном состоянии: жидком, твердом и газообразном. Чаще всего подземные воды - это тонны текучей жидкости. Вторые по распространенности - это глыбы ледников, которые сохранились еще с периода вечной мерзлоты.

Классификация

Подразделение подземных вод на классы зависит от условий их залегания:

почвенные;
грунтовые;
межпластовые;
минеральные;
артезианские.

Помимо перечисленных видов, разделяются подземные воды на классы, зависящие от уровня слоя, в котором они расположены:

Верхний горизонт - подземные воды пресного содержания. Как правило, их глубинное нахождение невелико: от 25 до 350 м.
Средний горизонт - это место залегания минеральной или соленой жидкости на глубине от 50 до 600 метров.
Нижний горизонт - глубина от 400 до 3000 метров. Вода с повышеным содержанием минералов.

Подземная вода, располагающаяся на больших глубинах, по возрасту может быть молодой, то есть недавно появившейся, или реликтовой. Последняя могла закладываться в подземных слоях вместе с грунтовыми породами, в которых она "размещена". Или же образовалась реликтовая подземная вода от многолетней мерзлоты: ледники таяли - жидкость скапливалась и сохранялась.

Почвенные воды

Почвенная вода - это жидкость, которая залегает в верхнем слое земной коры. Преимущественно она локализуется в пространственных пустотах между частичками почв.

Если понять, что такое подземная вода почвенного вида, становится очевидным тот факт, что эта разновидность жидкости самая полезная, поскольку ее поверхностное расположение не лишает ее всех минералов и химических элементов. Такая вода является одним из главных источников "питания" для сельскохозяйственных полей, лесных массивов и других агрокультур.

Эта разновидность жидкости не всегда может залегать горизонтально, зачастую ее очертания схожи с рельефом почвы. В верхнем слое земной коры влага не имеет "твердой опоры", поэтому она находится в подвешенном состоянии.

Избыточное количество почвенных вод наблюдается по весне, когда тает снег.

Грунтовые воды

Грунтовая разновидность - это воды, которые располагаются на некоторых глубинах верхнего земного слоя. Глубины протекания жидкости могут иметь большие показатели, если это засушливая местность или пустыня. При умеренном климате с периодичным постоянством выпадения осадков, грунтовые воды залегают не так глубоко. А при избытке дождей или снега грунтовая жидкость может приводить к подтоплению местности. В некоторых местах эта разновидность вод выходит на поверхность почв и называется родником, ключом или источником.

Грунтовые воды пополняются благодаря выпавшим осадкам. Многие путают ее с артезианской, но последняя залегает глубже.

Избыточное количество жидкости может скапливаться в одном месте. В результате стоячего положения образуются из подземных вод болота, озера и пр.

Межпластовые

Что такое подземная вода межпластовой категории? Это, по сути, те же водоносные горизонты, что и грунтовые и почвенные, но только уровень их протекания глубже, чем у двух предыдущих.

Положительной особенностью межпластовых жидкостей является то, что они намного чище, поскольку залегают глубже. Кроме того, их состав и количество всегда колеблется в одном постоянном пределе, и если и происходят изменения, то незначительные.

Артезианские

Артезианские воды располагаются на глубинах, превышающих 100 метров и достигающих 1 км. Эта разновидность считается, да и является, самой пригодной для употребления в пищу. Поэтому на загородных участках часто практикуется бурение подземных скважин как источник водоснабжения жилых домов.

При бурении скважины артезианская вода фонтаном вырывается на поверхность, поскольку явлется напорной разновидностью подземных вод. Залегает в пустотах горных пород между водоупорными пластами земной коры.

Ориентиром для добычи артезианской воды являются определенные природные объекты, расположенные на поверхности: впадины, флексуры, мульды.

Минеральные

Минеральные - самые глубоководные и самые целебные и ценные для человеческого здоровья. В них повышенное содержание разнообразных минеральных элементов, концентрация которых постоянна.

Минеральные воды также имеют собственные классификации:

По назначению:

столовая;
лечебная;
смешанная.

По преобладанию химических элементов:

сероводородные;
углекислые;
железистые;
йодные;
бромные.

По степени минерализации: начиная от пресных и заканчивая водами с самой высокой концентрацией.

Классификация по назначению

Подземные воды используются в жизни человека. Их назначение бывает разным:

питьевая - это вода, которая пригодна для употребления или в своем природном, нетронутом виде, или же после очистки;
техническая - это жидкость, которая применяется в различных технологических, хозяйственных или промышленных отраслях.

Классификация по химическому составу

На химический состав подземных вод влияют те породы, которые прилегают в непосредственной близости к влаге. Выделяются следующие категории:

Пресные.
Слабоминерализованные.
Минерализованные.

Как правило, воды, залегающие в непосредственной близости с земной поверхностью, пресноводные. И чем глубже располагается влага, тем более минерализованный ее состав.

Как образовались подземные воды?

На образование подземных вод влияет несколько факторов.

Осадки. Выпавшие осадки в виде дождей или снега поглощаются почвой в размере 20 % от общего количества. Они формируют почвенную или грунтовую жидкость. Кроме того, эти две категории влаги участвуют в круговороте воды в природе.
Таяние ледников многолетней мерзлоты. Подземные воды образуют целые озера.
Есть еще ювенильные жидкости, которые образовались в застывшей магме. Это разновидность первичных вод.

Мониторинг подземных вод

Мониторинг подземных вод - важная необходимость, которая позволяет отследить не только ее качество, но и количество, и вообще, ее наличие.

Если качество воды исследуют лабораторно, обозревая изъятую пробу, то разведка наличия подразумевает следующие методы, друг с другом взаимосвязанные:

Первое - это проводится оценка местности на наличие предполагаемых подземных вод.
Второе - это производится замерение температурных показателей обнаруженной жидкости.
Далее применяется радоновый метод.
После производится бурение базовых скважин, сопровождаемых изъятием керна.
Выделенный керн отправляют на исследование: определяют его возраст, толщину и состав.
Из скважин откачивают некоторое количество подземных вод, чтобы определить их характеристики.
По базовым скважинам составляют карты залегания жидкости, оценивают ее качество и состояние.

Разведка подземных вод подразделяется на следующие типы:

Предварительная.
Детальная.
Эксплуатационная.

Проблемы загрязнения

Проблема загрязнения подземных вод очень актуальна на сегодняшний день. Ученые выделяют следующие способы загрязнения:

Химическое. Этот тип загрязнения очень распространен. Его глобальность зависит от того, что на Земле огромное количество сельскохозяйственных и промышленных предприятий, которые сбрасывают свои отходы в жидком и твердом (кристаллизованном) виде. Эти отходы очень быстро проникают в водонесущие горизонты.
Биологическое. Загрязненные стоки от хозяйственно-бытового использования, неисправные канализации - все это причины заражения подземных вод болезнетворными микроорганизмами.

Классификация по типу водонасыщенных грунтов

Различают следующие:

поровые, то есть те, которые обосновались в песках;
трещенные, те, что заполняют полости глыб горных пород и скал;
карстовые, те, которые располагаются в известняковых породах или иных хрупких породах.

В зависимости от места расположения формируется и состав вод.

Запасы

Подземные воды расцениваются как полезное ископаемое, которое возобновимо и участвует в круговороте воды в природе. Общие запасы этой разновидности полезных ископаемых составляют 60 млн км 3 . Но, несмотря на то что показатели не маленькие, подземные воды подвержены загрязнению, а это существенно сказывается на качестве потребляемой жидкости.

Заключение

Реки, озера, подземные воды, ледники, болота, моря, океаны - все это водные запасы Земли, которые так или иначе взаимосвязаны между собой. Влага, располагающаяся в слоях почвы, не только формирует подземный бассейн, но и влияет на формирование поверхностных водоемов.

Грунтовые воды пригодны для питья людей, следовательно сбережение их от загрязнения - одна и главных задач человечества.

При оценке свойств подземных вод исследуют вкус, запах, цвет, прозрачность, температуру и другие физические свойства подземной воды, которые характеризуют так называемые органолептические свойства воды (определяемые при помощи органов чувств). Органолептические свойства могут резко ухудшаться при попадании в воду естественным или искусственным путем различных примесей (минеральных взвешенных частиц, органических веществ, некоторых химических элементов).

Температура подземных вод колеблется в широких пределах в зависимости от глубины залегания водоносных слоев, особенностей геологического строения, климатических условий и т. д. Различают воды холодные (температура от 0 до 20 °С), теплые, или субтермальные, воды (20-37 °С), термальные (37-Ю0°С), перегретые (свыше 100 °С). Очень холодные подземные воды циркулируют в зоне многолетней мерзлоты, в высокогорных районах; перегретые воды характерны для районов молодой вулканической деятельности. На участках водозаборов чаще всего температура воды 7-11 °С.

Химически чистая вода бесцветна. Окраску воде придают механические примеси (желтоватая, изумрудная и т. д.). Прозрачность воды зависит от цвета и наличия мути. Вкус связан с составом растворенных веществ: соленый - от хлористого натрия, горький - от сульфата магния и т. д. Запах зависит от наличия газов биохимического происхождения (сероводород и др.) или гниющих органических веществ.

Плотность воды - масса воды, находящаяся в единице ее объема. Максимальная она при температуре 4 °С. При повышении температуры до 250 °С плотность воды уменьшается до 0,799 г/см 3 , а при увеличении количества растворенных в ней солей повышается до 1,4 г/см 3 . Сжимаемость подземных вод характеризуется коэффициентом сжимаемости, показывающим, на какую долю первоначального объема жидкости уменьшается объем при увеличении давления на 10 5 Па. Коэффициент сжимаемости подземных вод составляет 2,5 10 -5 ...5 10~ 5 Па, т. е. вода в некоторой степени обладает упругими свойствами, что важно при изучении напорных подземных вод.

Вязкость воды характеризует внутреннее сопротивление частиц ее движению. С повышением температуры вязкость подземных вод уменьшается.

Электропроводность подземных вод зависит от количества растворенных в них солей и выражается величинами удельных сопротивлений от 0,02 до 1,00 Омм.

Радиоактивность подземных вод вызвана присутствием в ней радиоактивных элементов (урана, стронция, цезия, радия, газообразной эманации радия-радона и др.). Даже ничтожно малые концентрации - сотые и тысячные доли (мг/л) некоторых радиоактивных элементов - могут быть вредными для здоровья человека.

Химический состав подземных вод. Все подземные воды всегда содержат в растворенном состоянии большее или меньшее количество солей, газов, а также органических соединений.

Растворенные в воде газы (0 2 , С0 2 , СН 4 , H 2 S и др.) придают ей определенный вкус и свойства. Количество и тип газов обусловливает степень пригодности воды для питьевых и технических целей. Подземные воды у поверхности земли нередко бывают загрязнены органическими примесями (различные болезнетворные бактерии, органические соединения, поступающие из канализационных систем, и т. д.). Такая вода имеет неприятный вкус и опасна для здоровья людей.

Соли. В подземных водах наибольшее распространение имеют хлориды, сульфаты и карбонаты. По общему содержанию растворенных солей подземные воды разделяют на пресные (до 1 г/л растворенных солей), солоноватые (от 1 до 10 г/л), соленые

(10-50 г/л) и рассолы (более 50 г/л). Количество и состав солей устанавливается химическим анализом. Полученные результаты выражают в виде состава катионов и анионов (в мг/л или мг-экв/л).

В природных условиях общая минерализация подземных вод исключительно разнообразна. Встречаются подземные воды с минерализацией от 0,1 г/л (высокогорные источники) до 500-600 г/л (глубокозалегающие воды Ангаро-Ленского артезианского бассейна). Общая минерализация - один из главных показателей качества подземных вод.

В подземных водах присутствует несколько десятков химических элементов периодической системы Менделеева. До 90 % всех растворенных в водах солей ионы С1~, 80^, НСО3, Иа + ,

М§ 2+ , Са 2+ , К + . Железо, нитриты, нитраты, водород, бром, йод, фтор, бор, радиоактивные и другие элементы содержатся в воде в меньших количествах. Однако даже в небольших количествах они могут оказывать существенное влияние на оценку пригодности подземных вод для различных целей. Наилучшими питьевыми качествами обладают воды при pH = 6,5...8,5.

Количество растворенных солей не должно превышать 1,0 г/л. Не допускается содержание вредных для здоровья человека химических элементов (уран, мышьяк и др.) и болезнетворных бактерий. Последнее в известной мере может быть нейтрализовано обработкой воды ультразвуком, хлорированием, озонированием и кипячением. Органические примеси устанавливаются бактериологическим анализом. Вода для питьевых целей должна быть бесцветна, прозрачна, не иметь запаха, быть приятной на вкус.

Жесткость и агрессивность подземных вод связаны с присутствием солей. Жесткость воды - это свойство, обусловленное содержанием ионов кальция и магния, т. е. связанная с карбонатами, и вычисляется расчетным путем по общему содержанию в воде гидрокарбонатных и карбонатных ионов. Жесткая вода дает большую накипь в паровых котлах, плохо мылится и т. д. В настоящее время жесткость принято выражать количеством миллиграмм-эквивалентов кальция и магния, 1 мг-экв жесткости соответствует содержанию в 1 л воды 20,04 мг иона кальция или 12,6 мг иона магния. В других странах жесткость измеряют в градусах (1 мг-экв = 28°). По жесткости воду разделяют на мягкую (менее 3 мг-экв или 8,4°),

средней жесткости (3-6 мг-экв или 8,4°), жесткую (6-9 мг-экв или 16,8-25,2°) и очень жесткую (более 9 мг-экв или 25,2°). Наилучшим качеством обладает вода с жесткостью не более 7 мг-экв. Жесткость бывает постоянной и временной. Временная жесткость связана с присутствием бикарбонатов и может быть устранена кипячением. Постоянная жесткость , обусловленная серно-кислыми и хлористыми солями, кипячением не устраняется. Сумму временной и постоянной жесткости называют общей жесткостью.

Агрессивность подземных вод выражается в разрушительном воздействии растворенных в воде солей на строительные материалы, в частности, на портландцемент. Поэтому при строительстве фундаментов и различных подземных сооружений необходимо уметь оценивать степень агрессивности подземных вод и определять меры борьбы с ней. В существующих нормах, оценивающих степень агрессивности вод по отношению к бетону, кроме химического состава воды, учитывается коэффициент фильтрации пород. Одна и та же вода может быть агрессивной и неагрессивной. Это обусловлено различием в скорости движения воды - чем она выше, тем больше объемов воды войдет в контакт с поверхностью бетона и, следовательно, значительнее будет агрессивность.

По отношению к бетону различают следующие виды агрессивности подземных вод:

общекислотная - оценивается величиной pH, в песках вода считается агрессивной, если pH
сульфатная - определяется по содержанию иона; при содержании БО 2- в количестве более 200 мг/л вода становится агрессивной;
магнезиальная - устанавливается по содержанию иона 1У^ 2+ ;
карбонатная - связанная с воздействием на бетоны агрессивной углекислоты, этот вид агрессивности возможен только в песчаных породах.

Агрессивность подземных вод устанавливают сопоставлением данных химических анализов воды с требованиями нормативов. После этого определяют меры борьбы с ней. Для этого используют специальные цементы, производят гидроизоляцию подземных частей зданий и сооружений, понижают уровень грунтовых вод устройством дренажей и т. д.

Агрессивное действие подземных вод на металлы (коррозия металлов). Подземная вода с растворенными в ней солями и газами может обладать интенсивной коррозионной активностью по отношению к железу и другим металлам. Примером может служить окисление (разъедание) металлических поверхностей с образованием ржавчины под действием кислорода, растворенного в воде:

2?е + 0 2 = 2ГеО 4ГеО + 0 2 = 2Ре 2 0 3 Ре 2 0 3 + ЗН 2 0 = 2Ре(ОН) 3

Подземные воды обладают коррозионными свойствами при содержании в них также агрессивной углекислоты, минеральных и органических кислот, солей тяжелых металлов, сероводорода, хлористых и некоторых других солей. Мягкая вода (с общей жесткостью менее 3,0 мг-экв) действует значительно агрессивнее, чем жесткая. Наибольшему разъеданию могут подвергаться металлические конструкции под влиянием сильнокислых (pH 9,0). Коррозии способствует повышение температуры подземной воды, увеличение скорости ее движениями, электрические поля в грунтовых толщах.

Оценка коррозионной активности вод по отношению к некоторым металлам производится по действующему ГОСТу. После этого, согласно СНиПа, выбирают мероприятия по предотвращению возможной коррозии.

Классификация подземных вод. Существует целый ряд классификаций, но главных из них две. Подземные воды подразделяют: по характеру их использования и по условиям залегания в земной коре (рис. 63). В число первых входят хозяйственно-питьевые воды, технические, промышленные, минеральные, термальные. Ко вторым относят: верховодки, грунтовые и межпластовые воды, а также воды трещин, карста, вечной мерзлоты. В инженерно-геологических целях подземные воды целесообразно классифицировать по гидравлическому признаку - безнапорные и напорные.

Хозяйственно-питьевые воды. Подземные воды широко используют для хозяйственно-питьевых целей. Пресные подземные воды -лучший источник питьевого водоснабжения, поэтому использование их для других целей, как правило, не допускается.

Источником хозяйственно-питьевого водоснабжения являются подземные воды зоны интенсивного водообмена. Глубина залегания пресных подземных вод от поверхности земли обычно не превышает нескольких десятков метров. Однако имеются районы, где они залегают на больших глубинах (300-500 м и более).

В последние годы для хозяйственно-питьевого водоснабжения начинают использовать также солоноватые и соленые подземные воды после их искусственного опреснения.

Технические воды - это воды, которые используют в различных отраслях промышленности и сельского хозяйства. Требова-

Атмосферные

ния к подземным техническим водам отражают специфику того или иного вида производства.

Промышленные воды содержат в растворе полезные элементы (бром, йод и др.) в количестве, имеющем промышленное сырьевое значение. Обычно они залегают в зоне весьма замедленного водообмена, минерализация их высокая (от 20 до 600 г/л), состав хлоридно-натриевый, температура нередко достигает 60-80 °С.

Эксплуатация промышленных вод с целью добычи йода и брома рентабельна лишь при глубине залегания вод не более 3 км, уровне воды в скважине не ниже 200 м, количестве извлекаемой воды в сутки не менее 200 м 3 .

Минеральными называют подземные воды, которые имеют повышенное содержание биологически активных микрокомпонентов, газов, радиоактивных элементов и т. д. Они выходят на поверхность земли источниками или вскрываются буровыми скважинами.

Термальные подземные воды имеют температуру более 37 °С. Они залегают повсеместно на глубинах от нескольких десятков и сотен метров (в горно-складчатых районах) до нескольких километров (на платформах).

По трещинам термальные воды часто выходят на поверхность земли, образуя горячие источники с температурой до 100 °С (Камчатка, Кавказ). Запасы этих вод в земной коре очень большие и их активно используют для теплофикации городов и энергетических целей, например, на Камчатке (Паужетская геотермальная станция). На Земле действует несколько районов активной гейзерной деятельности: Камчатка, Исландия, Северо-Восток США, Новая Зеландия.

Водную оболочку Земли — гидросферу — формируют подземные воды, атмосферная влага, ледники и поверхностные водоемы, в том числе океаны, моря, озера, реки, болота. Все воды гидросферы взаимосвязаны между собой и находятся в беспрерывном круговороте.

Основной состав гидросферы — соленые воды. На пресную воду приходится менее 3% всего объема. Цифры условны, так как в расчетах учтены только разведанные запасы. Между тем, по предположениям гидрогеологов, в глубинных слоях Земли находятся колоссальные хранилища подземных вод, месторождения которых еще предстоит открыть.

Подземные воды как часть водных ресурсов планеты

Подземные воды — воды, содержащиеся в водовмещающих осадочных породах, слагающих верхний слой земной коры. В зависимости от окружающих условий, таких как температура, давление, виды горных пород, воды находятся в твердом, жидком или парообразном состоянии. Классификация подземных вод прямым образом зависит от грунтов, слагающих земную кору, их влагоемкости и глубины залегания. Слои водонасыщенных пород носят название «водоносные горизонты».

Водоносные горизонты с пресной водой считаются одним из важнейших стратегических ресурсов.

Характеристики и свойства подземных вод

Различают безнапорные водоносные горизонты, ограниченные пластом водонепроницаемых пород снизу и называемые грунтовыми водами, и напорные, расположенные между двумя водоупорными пластами. Классификация подземных вод по типу водонасыщенных грунтов:

поровые, залегающие в песках;
трещинные, наполняющие пустоты твердых скальных пород;
карстовые, находящиеся в известняках, гипсах и подобных им водорастворимых породах.

Вода, универсальный растворитель, активно поглощает вещества, входящие в состав пород, и насыщается солями и минералами. В зависимости от концентрации растворенных в воде веществ различают пресную, солоноватую, соленую воду и рассолы.

Виды воды в подземной гидросфере

Вода под землей находится в свободном или связанном состоянии. К свободным подземным водам относятся напорные и безнапорные воды, способные перемещаться под действием гравитационных сил. В числе связанных вод:

кристаллизационная вода, химически входящая в кристаллическую структуру минералов;
гигроскопическая и пленочная вода, физически связанная с поверхностью частичек минералов;
вода, находящаяся в твердом состоянии.

Запасы подземных вод

На подземные воды приходится около 2 % от объема всей гидросферы планеты. Под термином «запасы подземных вод» подразумевается:

Количество воды, содержащееся в водонасыщенном слое грунта — естественные запасы. Пополнение водоносных горизонтов происходит за счет рек, атмосферных осадков, перетока воды из других водонасыщенных пластов. При оценке запасов подземных вод учитывается среднегодовой объем подземного стока.
Объем воды, который может быть использован при вскрытии водоносного горизонта — упругие запасы.

Еще один термин — «ресурсы» — обозначает эксплуатационные запасы подземных вод или объем воды заданного качества, который возможно добыть из водоносного горизонта в единицу времени.

Загрязнение подземных вод

Эксперты классифицируют состав и вид загрязнения подземных вод следующим образом:

Химические загрязнения

Неочищенные жидкие стоки и твердые отходы предприятий индустрии и сельского хозяйства содержат различные органические и неорганические вещества, в том числе тяжелые металлы, нефтепродукты, токсичные ядохимикаты, почвенные удобрения, дорожные реагенты. Химические вещества проникают в водоносные горизонты через грунтовые воды и неправильно изолированные от смежных водонасыщенных пластов скважины. Химические загрязнения подземных вод отличаются широким распространением.

Биологические загрязнения

Неочищенные хозяйственно-бытовые стоки, неисправные канализационные магистрали и поля фильтрации, расположенные вблизи водозаборных скважин, могут стать источниками заражения водоносных горизонтов болезнетворными микроорганизмами. Чем выше фильтрационная способность грунтов, тем медленнее распространяется биологического загрязнение подземных вод.

Решение проблемы загрязнения подземных вод

Учитывая, что причины загрязнения подземных вод носят антропогенный характер, мероприятия по охране подземных водных ресурсов от загрязнения должны включать мониторинг бытовых и промышленных стоков, модернизацию систем очистки и утилизации сточных вод, ограничение сбросов стоков в поверхностные водоемы, создание водоохранных зон, усовершенствование технологий производства.

» новыми видами воды. Сегодня в гостях — подземные воды . Мы поговорим про то, что такое подземные воды, откуда они берутся и куда деваются. По ходу развеем парочку общеобычных заблуждений на тему подземных вод.

Подземные воды — это собирательное название разнообразных залежей воды под землёй. Вода под землёй бывает пресная, очень пресная, солоноватая, солёная, сверхсолёная (например, в криопегах, которые мы затронули в статье «Разнообразие воды в мире «).

Общее для всех 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.

В виде рисунка это можно представить так:

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.

Часто считается, что подземные воды расположены в пустотах. Это случается, но в основном подземные воды — это смесь песка, гравия, других минералов и большого количества воды.

Было сказано, откуда подземные воды берутся, как перемещаются, но не было сказано, куда они деваются. А деваются они либо ещё глубже под землю, либо изливаются на поверхность в виде родников, ключей, гейзеров, источников и прочих подобных явлений. Так, например, Днепр берёт своё начало из-под земли где-то в Белоруссии. Возле мыса Айа (Крым, недалеко от Севастополя), есть источник пресной воды, бьющий в море. Я сам не видел (он держится в тайне:), но ныряльщик рассказывал: ныряешь с бутылкой, открываешь её под водой горлышком вниз, туда набирается пресная вода.

Помимо естественных типов выхода подземных вод существуют и искусственные. Это скважины. И со скважинами связано такое интересное явление, как артезианские воды. Давно, во Франции, в Артезе, пробурили скважину в поисках воды. А вода стала бить из скважины фонтаном. То есть, артезианские воды — это такие воды, которые поднимаются из-под земли без помощи насосов. Таких случаев немного, чаще всего попадаются безнапорные скважины.

Итак, как и всё в природе, подземные воды имеют начало, изменение и конец — они попадают под землю с дождём, путешествуют под землёй из слоя в слой и в конце концов изливаются на поверхность.

ПОДЗЕМНЫЕ ВОДЫ

Все воды, находящиеся в порах и трещинах горных пород ниже поверхности

Земли, относятся к подземным водам. Часть этих вод свободно перемещается в верхней

части земной коры под действием гравитационных сил, а другая часть находится в очень

тонких порах, удерживаясь силами поверхностного натяжения. Подземные воды не могут

существовать без обмена с водой поверхностной и активно участвуют в круговороте воды

в природе.

Структура и свойства воды определяется строением ее молекулы – Н2О в виде

тетраэдра, в центре которого находится атом кислорода. На концах одного из ребер

тетраэдра расположены два положительных заряда ядер атомов водорода, что составляет

гидроль или элементарную дополнительную структурную единицу воды.

Виды подземных вод

1. Кристаллизационная вода находится в составе кристаллической решетки некоторых

минералов, например, в гипсе – CaSO4·2H2O (.21% воды по массе), мирабилите

Na2SO4.10H2O (.56% воды по массе

2. Вода в твердом виде встречается в многолетнемерзлых породах в виде кристаллов и

прожилков льда. Также лед образуется и при сезонном промерзании воды, содержащейся

3. Вода в виде пара содержится в воздухе, который находится в порах почвы.

4. Прочносвязанная вода располагается в виде молекулярной прерывистой пленки на

поверхности мельчайших частиц таких пород, как глины и суглинки. Эта пленка

удерживается силами молекулярного сцепления и не может стечь с поверхности частицы

5. Рыхлосвязанная вода представляет собой более толстую пленку из нескольких слоев

молекул воды на частицы породы. Эта вода обладает способностью перемещаться от

более толстой пленке к менее толстой.

6. Капельно-жидкая (гравитационная) вода уже обладает способностью свободно

перемещаться в почвах по трещинам и порам под действием силы тяжести,

начиная с верхнего почвенного слоя.

7. Капиллярная вода, как следует из названия, находится в тончайших капиллярных трубочках или порах, в которых удерживается силами поверхностного натяжения с образованием менисков. Капиллярная вода обычно располагается выше уровня грунтовых вод и при этом она может подниматься подтягиваясь вверх от этого уровня на 1,5 – 3 м. Капиллярная кайма, будучи связана с уровнем грунтовых вод, колеблется вместе с ним.

Выше уровня грунтовых вод может располагаться еще одна неширокая кайма капилярно-подвешенной воды, удерживаемой в тонких порах почвы и подпочвенных

горизонтов суглинков и глин.

Подземные воды распределяются в верхней части земной коры вполне закономерно. Самая верхняя часть земной коры, вблизи поверхности, называют зоной аэрации, т.к. она связана с атмосферой и с почвенным покровом. Ниже нее залегает зона полного насыщения, где вода распространена преимущественно в жидком виде, тогда как в зоне аэрации она может быть и парообразной. Если температуры отрицательны, то вода в этих двух зонах может

присутствовать и в виде льда.

Таким образом, зона аэрации представляет собой как бы переходный буферный слой

между атмосферой и гидросферой.

Классифицировать подземные воды можно по разным признакам – по условиям

залегания, по происхождению, по химическому составу.

Типы подземных вод по условиям залегания. Выделяются воды безнапорные,

подразделяющиеся на верховодку, грунтовые и межпластовые, а также напорные или

артезианские.

Верховодка – это временное скопление воды в близповерхностном слое в пределах

зоны аэрации, располагающееся в водоносных отложениях, лежащих на линзовидном,

выклинивающемся водоупоре. Как правило, верховодка появляется весной, когда тают снега или в дождливое время, но потом она может исчезнуть. Поэтому колодцы, выкопанные до верховодки, летом пересыхают.

Временными водоупорами могут быть любые выклинивающиеся линзовидные пласты

глин и тяжелых суглинков, располагающиеся в толще водоносных аллювиальных или

флювиогляциальных отложений.

Грунтовые воды представляют собой первый сверху постоянный водоносный

горизонт, располагающийся на первом же протяженном водоупорном слое. Питаются

грунтовые воды из области водосбора в пределах водоносного горизонта. Грунтовые воды

могут быть связаны с любыми породами как рыхлыми, так и твердыми, но

трещиноватыми.

Поверхность грунтовых вод называется зеркалом, а мощность водосодержащего

слоя оценивается вертикалью от зеркала до кровли водоупорного горизонта и она не

остается постоянной, а меняется из-за неровностей рельефа, положения уровня разгрузки,

количества атмосферных осадков, изгиба кровли водоупорного слоя. Выше зеркала

грунтовых вод образуется кайма капиллярно подтянутой воды.

Движение и режим грунтовых вод.

Зеркало грунтовых вод ведет себя в зависимости от рельефа повышаясь на

водоразделах и понижаясь к рекам, оврагам и другим местам дренирования. Естественно, что вода в водоносном слое под действием силы тяжести находится в непрерывном движении и стремится достичь наиболее низкого места в рельефе, например, уреза воды в реке, тальвега дна оврага. Именно там, в области разгрузки подземных вод, образуются родники. Вода в водоносном слое перемещается в зависимости от пористости пород, характера соприкосновения частиц, формы и размеров пор, уклона водоносного слоя. Обычно в песках скорость движения воды при небольших уклонах составляет от 0,5 до 2-3 м/сутки. Но если уклон большой и поры велики, то скорость может достигать первых десятков м/сутки.

В зависимости от количества атмосферных осадков объем грунтовых вод может

изменяться и летом дебит источников падает, а в сильные засухи родники даже пересыхают. Зеркало грунтовых вод особенно сильно может понижаться в связи с забором воды для промышленных нужд. Вокруг скважин, откачивающих воду, уровень грунтовых вод постепенно понижается и образуется депрессионная воронка

Межпластовые безнапорные подземные воды приурочены к водоносным слоям,

располагающимся между двумя водоупорными слоями. Иногда таких водоносных пластов

может быть несколько. Если водоносный горизонт обладает большой мощностью и выше

его зеркала находится озеро, пруд или река, то направление течения воды в водоносном

горизонте будет проходить по изогнутым линиям, стремящимся к реке.

Напорные или артезианские межпластовые воды образуются в том случае, если

водоносный горизонт, зажатый между двумя водоупорными, приурочен либо к пологой

синклинали или мульде, или к моноклинали, или еще к каким-нибудь структурам, в которых возможно образование напорного градиента. Напорные воды обладают способностью самоизливаться и фонтанировать, т.к. находятся под гидростатическим давлением.

Впервые такие фонтаны воды были получены во Франции в провинции Артезия, поэтому

они и стали называться артезианскими. Каждый артезианский бассейн включает в себя

области: питания, напора и разгрузки. Первая область представляет собой выход на

поверхность водоносного слоя, на которую выпадают все атмосферные осадки, питающие

этот водоносный горизонт. Область напора заключена между двумя водоупорами –

водоупорной кровлей и водоупорным ложем, а там, где водоносный слой появляется на

поверхности, или вскрывается скважинами, но ниже области питания, называется

областью разгрузки. Нередко в артезианских бассейнах развито сразу несколько

водоносных напорных горизонта, что особенно характерно для артезианских бассейнов в

межгорных впадинах, где глубины водоносных горизонтов могут превышать 1000-1500 м.

В платформенных областях, где артезианские бассейны большие, верхние

водоносные горизонты до глубин в 200-5-м содержат преимущественно пресные воды, а

ниже воды обладают уже высокой минерализацией.

В центре Европейской части России находится Московский артезианский бассейн,

располагающийся в пологой чашеобразной впадине – Московской синеклизе. Водоносные

горизонты связаны с трещиноватыми каменноугольными и девонскими известняками, а

водоупорами служат прослои глин. Области питания располагаются на крыльях

синеклизы. В девонских карбонатных отложениях на глубинах от 400 до 600 м развиты

минеральные воды с минерализацией 2,4-4,5 г/л. Это всем хорошо известная московская

минеральная вода. В Московском артезианском бассейне сосредоточены большие запасы

пресных и промышленных вод. На всю территорию России составлены карты

распространения артезианских бассейнов и подсчитаны запасы в них воды, как пресной,

так промышленной и термальной.

Типы источников. Всем хорошо известны выходы подземных вод на поверхность в

виде родников и ключей с холодной, вкусной водой. Родники появляются там, где

происходит разгрузка водоносных горизонтов.

Нисходящие источники чаще всего располагаются недалеко от уреза воды в долине

реки, в нижней части склонов оврагов, там где к поверхности подходят водоупорные

горизонты. Источники этого типа связаны как с верховодкой, так и с грунтовыми, а также

межпластовыми водами. Все они характеризуются изменяющимся дебитом, вплоть до

высыхания в жаркое лето. В источниках нисходящего типа вода изливается спокойно, в

виду небольшого угла наклона слоев. Нередко можно наблюдать вдоль берега реки

сплошную линию сочащихся подземных вод. Нисходящие источники обычно

водообильны, поэтому местами они дают начало ручьям и небольшим речкам, как

происходит с карстовыми источниками, вытекающими из пещер.

Восходящие источники - это выходы на поверхность в местах разгрузки напорных

вод, тогда как сам водоносный горизонт расположен намного ниже. Вода может

подниматься вверх по трещинам или тектоническому разлому.

Вокруг минеральных источников, особенно углекислых вод, на поверхности

образуется скопление т.н. известкового туфа или травертина, иногда достигающего

нескольких метров мощности. Такие травертины белого, желтоватого или розового цветов

известны на г.Машук в Пятигорске, в районе Кавказских минеральных вод. Туф

образуется из гидрокарбонатно-кальциевых вод, когда гидрокарбонат Ca(HCO3)2

переходит в СаСО3 при уходе в воздух СО2 – углекислого газа. В травертинах часто

находят отпечатки листьев растений, кости древних животных, которые постепенно

обвалакиваются известковым туфом.