Объем подземных вод превосходит объем поверхностных вод суши. Вода в земной коре может находиться не только в жидком состоянии, но также газообразном и в виде льда. В лед вода превращается в промерзших горных породах.
Причина образования подземных вод - это просачивание через породы земной коры атмосферных осадков. Есть горные породы, которые пропускают воду, а есть те, которые ее не пропускают. Первые называются водопроницаемыми, а вторые водоупорными.
Выпавшая на поверхность земли дождевая вода просачивается через водопроницаемые слои до тех пор, пока не встретит водоупорный слой. В результате чуть выше водоупорного слоя горные породы насыщаются водой и превращаются в водоносные породы.
Пропускающими воду породами являются песок, галька, гравий, известняк, песчаник, сланец. Эти породы либо рыхлые, либо имеют трещины. Водоупорными являются глины и твердые породы, в которых нет трещин.
Вода под землей течет так, как наклонена поверхность - с более высоких мест в более низкие.
Подземные воды бывают грунтовыми и межпластовыми. Грунтовые воды находятся ближе к поверхности земли, сразу под водопроницаемыми слоями. Межпластовые слои располагаются глубже, между водоупорными слоями. Вода сюда попадает в тех местах, где их водоносные слои выходят на поверхность. Так например бывает в руслах рек.
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.
Образование подземных вод
Как известно, вода содержится не только в Мировом океане, реках, озерах, ледниках, болотах. Она может находиться и в толще земной коры. Для накопления в земной коре воды необходимы два главных условия: достаточное количество атмосферных осадков и наличие в земной коре водопроницаенмых и водоупорных слоев горных пород.
Из Библии мы узнаем, как Моисей напоил свой народ. Для этого он ударил посохом о скалу у подножья горы. И из этого места сразу же забил родник. В этом примере отражены знания кочевых народов о подземных водах. Потому что у поднодья горы под хрупким покровом песка и извести обычно собирается дождевая вода. Достаточно разбить эту песчаную "скорлупу", чтобы добыть воду и утолить жажду. Так что же такое подземные воды?
Определение 1
Вода, которая содержащаяся в пустотах, трещинах, порах горных пород в верхних слоях земной коры, называется подземной .
Она образуется естественным путем, в результате проникновения в почву вод атмосферных осадков. Горные породы имеют различные свойства. Главное их свойство – способность пропускать сквозь себя воду. Легко пропускают воду такие породы, как:
- песок,
- гравий,
- галька.
Это– водопроницаемые (водовмещающие ) породы. Задерживают воду такие породы, как:
- глина,
- песчаник,
- глинистый сланец,
- гранит.
Эти породы – водоупорные .
Вода заполняет промежутки в водопроницаемых породах и образует водоносный слой. Водоносных слоев может быть несколько на разных глубинах. Слои горных пород могут залегать под разными углами или прогибами. Поэтому и может меняться и уровень залегания подземных вод.
Виды подземных вод
По условиям залегания подземные воды разделяют на
- верховодку,
- грунтовые воды,
- межпластовые.
Определение 2
Верховодка – сезонная вода, залегающая отдельными линзами на первом от поверхности слое водоупорных пород.
Она не имеет течения, мутная, в засушливый период – испаряется.
Определение 3
Грунтовые воды – лежат сплошным слоем недалеко от поверхности и могут двигаться по водоупорному слою.
Их уровень колеблется в зависимости от количества осадков. После ливней вода становится мутной.
Определение 4
Межпластовые воды лежат в водоносных горизонтах между двумя водоупорными слоями.
Их уровень постоянный, вода чистая, пребывает в движении по наклону водоупорного слоя.
Определение 5
Межпластовые воды, залегающие в вогнутых слоях пород под постоянным давлением, называются артезианскими .
Замечание 1
Если в таком месте пробурить скважину, то вода будет сама выливаться на поверхность или даже фонтанировать.
Пример 1
Название "артезианский" происходит от названия французской проинции Артуа , где эту воду издревле использовали в хозяйстве. Самый мощный в мире артезианский колодец находится на севере Африки, в одном из оазисов Алжира. Он подает из глубины $63$ м более $4000$ ведер воды в сутки.
В местах выхода подземных вод на поверхность образуются родники .
Состав подземных вод
По составу подземные воды делятся на пресные и минеральные .
Определение 6
На больших глубинах подземные воды часто содержат в себе растворенные соли и газы. Такие воды называются минеральными и используются с лечебными целями.
Пример 2
В Японии очень много целебных минеральных источников. Первыми обратили на них внимание животные. Они находили такие источники для скорейшего заживления ран. Наблюдая за животными, минеральные и горячие источники научились использовать и люди.
Отличаются подземные воды по температуре. Они считаются холодными до температуры$ +20°С$. Теплыми называют воды с температурой $+20°С…+37°С$, а термальными – воды с еще большей температурой.
Теплые и термальные воды находятся на больших глубинах или в районах вулканической деятельности. Они выходят на поверхность в виде горячих источников и гейзеров.
Подземные воды выполняют в природе огромную работу. Они растворяют горные породы, разрушают отдельные участки земной коры, переносят растворенные и вымытые вещества, создают под землей огромные пустоты (пщеры), могут вызывать оползни.
Ледники
Лед - это вода в твердом агегатном состоянии. Причина перехода воды из одного состояния в другое - в "перестройке" строения воды. Если жидкая вода - это просто аморфное скопление молекулводы, то "твердая" вода имеет кристалическое строение, где положение молекул строго упорядоченое.
Образование и виды ледников
Определение 7
Ледник – это скопление пресного льда на суше.
Ныне ледники занимают $11$ % площади суши. Высоко в горах температура воздуха намного ниже, чем у подножья. На определенной высоте она редко поднимается выше $ 0°С$. Там выпадает снег, накапливается и превращается в лед. Поэтому вершины высоких гор покрыты снегом и льдом. Высота, на которой они образуются, на разных широтах неодинаковая.
Определение 8
Линия, выше которой снега выпадает больше, чем может растаять, называется снеговой линией .
Она является нижней границей образования ледников.
В строении ледников выделяют две области: питания и движения .
Область питания находится выше снеговой линии. Здесь происходит накопление снега, его уплотнение и превращения в лед. Область движения расположена ниже снеговой линии. Под воздействием силы тяжести ледник сползает и разрушает поверхность. Различают два вида ледников – горные (покрывающие вершины и склоны гор) и покровные (ледники большой толщины – до $4$ км, покрывающие Антарктиду и Гренландию.
В дание геологические эпохи климат бывал более холодным. Поэтому покровные ледники занимали значительные площади на территории Евразии и Северной Америки. Эпохи оледенения сменялись оттепелями. Ледники уменьшали свои размеры или таяли. Самым мощным оледенением было Днепровское оеденение.
Толща мерзлоты различная – от нескольких метров до километра. Особенно распространена она в Северном полушарии, на территории Евразии и Северной Америки. Лед и смерзшиеся частицы горных пород образуют твердый, прочный конгломерат. Такую землю сложно раскапывать (вскрывать), долбить. Но при повышении температуры воздуха и прогревании почвы, лед тает, вода впитывается горными породами. Их объем увеличивается, происзодит деформация пластов. Это усложняет работы в районах многолетней мерзлоты.
Значение ледников и многолетней мерзлоты
- Ледники – это сосредоточение многолетнего пресного льда.
- Двигаясь, ледники вызывают разрушения поверхности, перемещение горных пород.
- Ледники питают горные реки.
- Ледники и мерзлота являются потенциальным запасом пресной воды на планете.
Замечание 3
Но в тоже время они значительно усложняют хозяйственную деятельность человека.
Вспомните
- Что происходит с водой, выпавшей на землю с дождем? Через какие горные породы вода просачивается быстрее - пески или глины? Что такое родники (ключи)? Почему в роднике вода холодная даже летом?
Как образуются подземные воды. Вода в земной коре находится в трех состояниях: жидком, газообразном и твердом. Вода и водяной пар заполняют промежутки между частицами горных пород.
Вода в твердом состоянии - это кристаллики и прослойки льда в промерзших породах.
Подземные воды - это воды, находящиеся в горных породах земной коры.
Подземных вод намного больше, чем поверхностных вод суши - рек, озер, болот. Они возникают за счет просачивания в глубь земли атмосферных осадков. Важнейшее условие образования подземных вод - способность горных пород пропускать воду. Различают водопроницаемые и водонепроницаемые (водоупорные) породы (рис. 142).
Рис. 142. Водопроницаемость горных пород
Горные породы, которые пропускают воду, называются водопроницаемыми. Это рыхлые пористые (песок, галька, гравий) или твердые, но трещиноватые породы (известняк, песчаник, сланец). Чем крупнее частицы и поры, тем лучше водопроницаемость. Горные породы, не пропускающие воду, - водонепроницаемые, или водоупорные. Это глины или любые нерастрескавшиеся твердые породы.
Вода с поверхности просачивается через водопроницаемые породы до тех пор, пока не встречает на своем пути водоупорные слои. Здесь она задерживается, постепенно заполняя поры или трещины водопроницаемых пород. Пласты, насыщенные водой, образуют водоносные слои (рис. 143). Вода в них течет вниз по наклоненной поверхности водоупорного слоя.
Какими бывают подземные воды. Из-за чередования пород с разной водопроницаемостью в земной коре на разной глубине может быть несколько водоносных слоев. Рыхлые и пористые породы сменяются водоупорными, затем снова водопроницаемыми и вновь водоупорными. В зависимости от положения водоносных слоев различают грунтовые и межпластовые подземные воды (см. рис. 143).
Рис. 143. Подземные воды
Воды верхнего водоносного горизонта, расположенного на первом водоупорном слое, называются грунтовыми. Межпластовые воды располагаются между двумя водоупорными слоями. Сюда вода с поверхности попадает только через те места, где водоносные слои выходят на поверхность.
Глубина и толщина слоя грунтовых вод зависят от геологического строения территории, рельефа и климата. На равнинах с холодным и влажным климатом грунтовые воды могут подходить к самой поверхности, способствуя образованию болот. Если климат жаркий и сухой, грунтовые воды располагаются на большой глубине. Глубина слоя грунтовых вод может меняться по сезонам года. В России весной грунтовые воды располагаются ближе к поверхности, а летом - дальше от нее.
В пористых породах недр величайшей пустыни мира Сахары имеются огромные запасы подземных пресных вод. Их так много, что они могут обеспечить потребности всех стран, расположенных на территории пустыни. Однако эти воды залегают на глубине 150-200 м от поверхности.
Грунтовые воды часто выходят на поверхность, образуя источники (родники, ключи) в понижениях рельефа: речных долинах, оврагах. Межпластовые воды добывают с помощью специально пробуренных скважин. Иногда вода бьет через скважину фонтаном. Такие воды называют артезианскими (рис. 144).
Рис. 144. Артезианские воды
Артезианские воды образуются в вогнутых слоях горных пород. Вода оказывается здесь под большим давлением, поэтому она фонтанирует при вскрытии скважины.
Не все подземные воды пресные. Некоторые из них содержат много растворенных веществ и газов. Такие воды называют минеральными. На больших глубинах в толще земной коры возрастает температура. Поэтому здесь подземные воды становятся теплыми и даже горячими.
Если толщи земной коры сложены легко растворимыми породами (известняками, гипсом, солями), то подземные воды вымывают в них многочисленные пустоты, полости, пещеры (рис. 145). Такое явление природы, а также формы рельефа на поверхности и в толщах горных пород называются карстом.
Рис. 145. Формы карста
Вода не просто создает карстовые пещеры. Она украшает их живописными каменными «скульптурами». Из капель, просачивающихся с потолка пещер, как сосульки, нарастают вниз сталактиты. Из капель, падающих на пол пещеры, снизу постепенно растут столбики - сталагмиты. Эти формы иногда срастаются друг с другом в единые колонны.
Вопросы и задания
- Откуда вода попадает в толщу земной коры?
- Назовите виды подземных вод.
- Что такое источник? Где он образуется?
- Где образуются карстовые пещеры?
Подземными являются воды, располагающиеся под поверхностью земли. Их физическое состояние может быть любым, но для хозяйственных целей интерес представляют именно жидкие водные запасы. Чтобы оптимально использовать данный ресурс, требуется ответ, как образуются подземные воды и каких видов они бывают.
Распределяются подземные воды неравномерно. В самых глубоких слоях, которые состоят из пород высокой плотности, образованных магматическими и метаморфическими процессами, влаги немного. Основная ее часть располагается в поверхностных слоях, состоящих из пород осадочного происхождения.
Водные запасы верхней части разделяются еще на три слоя. Влага верхнего слоя чаще всего является пресной и применяется для разнообразных нужд. В среднем слое встречаются минерализованные воды. Ниже располагаются рассолы с высокой минерализацией и значительным содержанием йода, брома и некоторых других минералов.
Разновидности подземных вод верхнего слоя
Воды поверхностного слоя разделяются на разновидности.
- Первый вид – это верховодка. Она расположена наиболее близко к поверхности грунта и привязана к самому верхнему водоупорному слою. Верховодка непостоянна: в сухой период, при недостатке осадков может исчезать. Чаще всего это воды со слабой минерализацией, но нередко имеющие органические загрязнения и растворенные соли. В качестве источника водоснабжения верховодка является не лучшим вариантом.
- Грунтовые воды находятся сразу над верхним водоупорным горизонтов. Они обладают относительно стабильным соотношением прихода и расхода. Накапливаются эти воды в рыхлых грунтах и разнообразных трещинах. На изменения уровня влияют осадки, деятельность человека, рельеф, климат и прочие факторы.
- Артезианские воды имеют другое название — напорные. Они располагаются между двумя слоями из водоупорных пород. На них действует гидростатическое давление из-за различия уровня питания и выхода на поверхность. У артезианских вод области питания могут быть удалены на весьма значительные расстояния, а их площадь нередко огромна.
Способы формирования подземных вод
Создание запасов подземных вод осуществляется несколькими способами. Одним из главных является просачивание поверхностной влаги и осадков с поверхности в глубину. Этот способ называется инфильтрацией. Помимо осадков в данном процессе участвуют воды всех поверхностных источников. Количество проникающей влаги существенно зависит от характеристик грунта. Если рассматривать осадки, то вглубь уходит около двадцати процентов влаги. Все это входит в глобальный процесс круговорота воды.
Проникающая вода опускается вглубь до слоя из водонепроницаемой породы. Там она задерживается и начинает пропитывать окружающие породы, имеющие поры и трещины. Итогом становится водоносный горизонт.
Процесс просачивания зависит от характеристик поверхностного грунта, который может быть водопроницаемым, полупроницаемым и водоупорным. Проницаемыми для воды являются песчаные, гравийные слои, галечники и крупнообломочные породы. Водонепроницаемыми являются породы созданные магмой или метаморфическими процессами, например, гранитные и глинистые. Относительно проницаемыми являются глинистые пески, песчаники с рыхлой структурой и некоторые другие.
Объемы проникающей влаги зависят не только от характеристик грунта. На этот показатель влияют также рельеф (чем больше наклон, тем больше осадков стекает, не проникая в грунт), количество и особенности растительности и некоторые другие.
На многих территориях именно инфильтрация обеспечивает формирование подземных вод. Однако не стоит забывать и про другие способы, несмотря на их малую долю. Подземная вода образуется путем осаждения водяного пара в пустотах горных пород. Еще один способ – образование ювенильных, т.е. первичных вод. Они возникают при разделении и застывании магмы. Однако чистых ювенильных вод практически не существует, т.к. они сразу же смешиваются с прочими.
Формирование подземных вод происходит постоянно, поэтому их можно считать неисчерпаемым водным ресурсом. Однако при использовании следует соблюдать осторожность. При проникновении в водоупорный горизонт загрязнений исправить ситуацию оказывается очень сложно.
