Геологическая деятельность поверхностных и подземных вод Состав

Геологическая деятельность поверхностных и подземных вод

Состав гидросферы Земли

Круговорот воды в природе ЕЖЕГОДНО: 455 тыс. км 3 АТМОСФЕРА ОКЕАН 409 тыс. км 3 10 ты 2 с. к м 3 3 м 10 ты 8 с. км 3 6. к 4 с ты СУША • Поступление воды в атмосферу: испарение от поверхности океана и суши • Поступление воды на сушу: осадки из атмосферы • Поступление воды в океан: осадки из атмосферы, поверхностный

Основные типы вод суши: 1. 2. 3. 4. 5. Временные водные потоки Постоянные водные потоки Подземные воды Озера и болота Ледники

Геологическая работа водных потоков Основные виды геологической работы ЭРОЗИЯ: ФОРМИРОВАНИЕ ОТРИЦАТЕЛЬНЫХ ФОРМ ТРАНСПОРТ (v= КОВ КМ/Ч) ДО 10 АККУМУЛЯЦИЯ: ФОРМИРОВАНИЕ ПОЛОЖИТЕЛЬНЫХ ФОРМ

1. Временные водные потоки Сель несет в себе миллионы кубических метров вязкой массы. Размеры отдельных валунов в селевом потоке могут достигать в поперечнике 3 -4 м. Обладая большой массой и скоростью в 15 -20 км/ч, км/ч сель приводит к большим разрушениям, уничтожению посевов, гибели людей и животных.

Классификация временных водных потоков Основной фактор 1. 2. Дождев ые струи Дождевые потоки Вид стока Плоскостной смыв На равнинах: овражный сток В горах: русловой сток по временным водотокам Генетически й тип отложений Делювий (от лат. deluo – смываю) Пролювий (формирует конусы выноса: фены)

Классификация временных водных потоков Основной фактор Вид стока Генетически й тип отложений Бурные Сток с водные потоки разрушител ь-ным Пролювий с 4. Грязекаменн действием плохой ые потоки на склоны и сортировкой (<80% русла обломочного временных материала) и 5. Сели, лахары постоянных (>80% водотоков обломочного 3.

Водные и грязекаменные потоки, сели:

Эволюционный ряд основных эрозионных образований водных потоков o o o Делли – плоскодонные неглубокие ложбины Борозды – переходная форма от плоскостного смыва к русловому потоку: глубина 20 -30 см, длина – первые метры Рытвины - глубина 0, 5 – 1, 5 м, ширина – около 2 м Промоины – глубина до 2 -3 м Овраги – временные водотоки Речные долины – постоянные водотоки

Генетический ряд флювиальных форм равнинных территорий борозда промоина балка овраг река

Эволюционный ряд аккумулятивных отложений: элювий, делювий, пролювий o o o Элювий –продукты выветривания горных пород, остающиеся на месте их образования. Делювий – продукты выветривания горных пород, переносимые плоскостными потоками с места их образования на склоны и к их подошвам. Пролювий – это продукты выветривания горных пород, переносимые временными водными потоками в понижения, примыкающие к склонам. Схема образования наносов на склоне рельефа Э – элювий Д –делювий П – пролювий 1 - атмосферные осадки 2 - плоскостной смыв 3 – коренные породы 4 - первоначальная

Конусы выноса временных потоков: фены Индия. Гималаи. Конусы выноса.

Отложения конусов выноса современных и древних грязекаменных потоков

Методы защиты населения от селей: o o o Укрепление склонов растительностью Мониторинг поступления осадков и таяния снега и ледников Создание заградительных дамб и селехранилищ

2. Постоянные водные потоки: реки Реки - крупные естественные водотоки, по которым избытки воды, попадающий на сушу в виде дождя или снега, возвращается в море или океан

Речная система и ее основные элементы: Верхнее течение реки Среднее течение реки Нижнее течение реки

Основные способы речной эрозии: РЕЧНАЯ ЭРОЗИЯ ВРЕЗАНИЕ ПРИ ПОМОЩИ ОСАДКОВ (АБРАЗИВНОГО МАТЕРИАЛА) ГИДРАВЛИЧЕСКОЕ УДАРНОЕ ВОЗДЕЙСТВИЕ НА РЫХЛЫЙ МАТЕРИАЛ РАСТВОРЯЮЩЕЕ ВОЗДЕЙСТВИЕ С ВЫНОСОМ ИОНОВ Na, Ca, K

Базис эрозии: • БАЗИС ЭРОЗИИ (греч. basis — основание и лат. erosio — разъединение) — поверхность, на уровне которой водный поток теряет свою живую силу и ниже которого он не может углубить свое ложе • При понижении базиса: возникает усиление роющей силы водотока, вынос речных отложений со дна, формирование надпойменных террас, что характерно для всех горных водотоков. • При повышении базиса: прекращается роющее действие в глубину, усиливается осадконакопление на дне. Оно заменяется размывом берегов и ранее созданных надпойменных террас.

Профиль реки: o o Профиль равновесия: участок реки, где эрозия и аккумуляция уравновешены Продольный профиль: в верхнем течении V – образный (невыработанный), в среднем течении U – образный (выработанный), в нижнем течении U – образный переуглубленный

Эверзионные котлы: характерный элемент речных долин с невыработанным профилем Большой Крымский каньон

Типы речной эрозии: o o o Глубинная (донная) — разрушение дна русла водотока. Донная эрозия направлена от устья вверх по течению и происходит до достижения дном уровня базиса эрозии. Боковая — разрушение берегов. На первых этапах развития преобладает глубинная, а в последующие этапы — боковая эрозия.

Стадии формирования речных террас Стадии развития речной долины: долины o o Первая стадия: характерно преобладание глубинной эрозии и каньонообразный, или V - образный, поперечный профиль долины, называется стадией морфологической молодости. Вторая стадия называется морфологической зрелостью. Ей соответствует выработанный продольный профиль реки, приближающийся к кривой равновесия, и широкий плоскодонный U - образный поперечный профиль долины с

Типы речных долин: o o o Субсеквентные долины (от лат. subsequens — следующий за чем-либо), долина притока реки, протекающей в консеквентной долине. Обычно совпадает с простиранием моноклинально залегающих пластов и развивается в легко размывающихся породах. Консеквентные долины: (от лат. consequens — последовательный)речные долины, направление которых соответствует уклону поверхности Четковидные долины: долины с сужениями и раздувами за счет неоднородного литологического состава вмещающих пород

Типы речных террас: o o o Аккумулятивные (террасы накопления): весь ее обрыв сложен накопленным рекой аллювием. Цокольные (смешанные): мощность аллювия значительна, но меньше высоты террасы. В уступе такой террасы ниже аллювия обнажаются коренные породы ложа долины, образующие цоколь, террасы. Эрозионные (террасы размыва): практически нацело сложенны коренными породами с очень тонким слоем аллювия. Такие террасы представляют собой как бы ступени, целиком вырезанные в коренных породах речной эрозией.

Типы речных террас: o o А — эрозионные; Б — аккумулятивные; В — цокольные (эрозионноаккумулятивные); 1 — бровка коренного склона; 2 — коренной склон долины реки; 3 — тыловой шов террасы; 4 — террасовидная площадка; 5 — бровка террасы; 6 — уступ террасы; а — аллювий; б — коренные породы.

Основные способы переноса: В ПРОЦЕССЕ ПЕРЕНОСА ПРОИСХОДИТ СОРТИРОВКА, ОКАТЫВАНИЕ РЫХЛОГО МАТЕРИАЛА И ЕГО ЧАСТИЧНОЕ ИСТИРАНИЕ С ПОТЕРЕЙ МАССЫ ДО 40% ПЕРЕНОС РАСТВОРЕННЫХ КОМПОНЕНТОВ: Na, Ca, K ЧАСТИЦ, ВЗВЕШЕННЫХ В ТОЛЩЕ ВОДЫ САЛЬТАЦИЯ: ПЕРЕМЕЩЕНИЕ ПЕСЧИНОК СКАЧКАМИ ПЕРЕКАТЫВАНИЕ И СКОЛЬЖЕНИЕ КРУПНЫХ ОБЛОМКОВ

Реки: эрозионно-аккумулятивная работа Излучины реки и образование стариц: 1 — крутые подмываемые берега; 2 — место, в котором может вскоре произойти прорыв шейки излучины; 3 — прорыв произошел, старица отделилась от русла; 4 — старица, образовавшаяся давно и потерявшая связь с руслом

Реки: аккумуляция материала АККУМУЛЯЦИЯ В РУСЛЕ: РУСЛОВОЙ АЛЛЮВИЙ ПО БЕРЕГАМ РЕКИ: АЛЛЮВИЙ ТЕРРАС И ПОЙМЫ В УСТЬЕ РЕКИ: ДЕЛЬТОВЫЙ АЛЛЮВИЙ В КОНУСАХ ВЫНОСА

Типы аллювия (от лат. alluvio — намываю) o o o ПЕРЛЮВИЙ (от лат. perluo — вымываю) — не перемещенные, частично окатанные скопления грубообломочного валунного или галечникового материала ИНСТРАТИВНЫЙ АЛЛЮВИЙ — тонкий русловой гравийный, галечниковый, реже песчаный аллювий на дне реки КОНСТРАТИВНЫЙ АЛЛЮВИЙ - нанос повышенной мощности на дне реки

Формирование конусов выноса в дельтах рек

Роль рек в формировании рельефа Рельеф: результат совместной деятельности вертикальных тектонических движений и экзогенных процессов. элементы рельефа, Типичные созданного временными и постоянными водными потоками: 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. Столовые горы Бедленд Куэсты, гряды Водопады и пороги Дельты Поймы Террасы

Столовые горы:

Бедленд: рельеф, изрезанный овражной сетью

Куэсты:

Водопады

Дельты: I - дельты заполнения II - дельты выдвижения

Поймы:

Террасы фрагменты древних пойм o o o o Типы речных террас: А - эрозионные, или скульптурные; Б - аккумулятивные; В - цокольные; Р - русло; П - пойма, I, III- надпойменные террасы; H 1, H 2, H 3 - эрозионные циклы. Элементы террасы: а - тыловой шов; б - террасовидная площадка; в - бровка террасы; г - уступ террасы; 1 - аллювий; 2 - коренные породы

Стадии развития реки: Характеристи Стадия ка реки юности Стадия зрелости Стадия старости Русло Прямое С меандрами Много меандр Градиент и скорость Высокие Низкие Пороги, водопады Много Умеренны е Мало Ширина и форма долин Водоразделы Узкие V- Широкие образные U-образные Широкие Высокие и узкие Очень Развита хорошо слабо развита Речная сеть Нет Очень широкие Низкие и узкие Вялое дренирован ие

В конечном итоге речная деятельность стремится сформировать равнину: пенеплен

3. Подземные воды Гидрологический цикл

Состав гидросферы Земли

Подземные воды - единый источник для постоянных водных потоков o o o Родники Гейзеры Колодцы Карстовые пещеры Подземные реки

3. 1. Происхождение подземных вод: различные типы 1. 2. 3. Метеорная (атмосферная) вода – выпадает на землю в виде дождя или снега Погребенная (реликтовая) вода – остается в горной породе со времени образования породы как осадка Магматическая (ювенильная) вода – выделяется из магматических тел при кристаллизации магмы

3. 2. Виды воды в горных породах 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. Кристаллизационная – в составе минералов В виде льда В виде пара Прочносвязанная – удерживается силами межмолекулярного сцепления (глины) Рыхлосвязанная – толстая пленка, способная к перераспределению Капиллярная – удерживается силами поверхностного натяжения Гравитационная – перемещается под действием силы тяжести

3. 2. Факторы, контролирующие содержание и движение подземных вод 1. 2. o o Пористость – отношение объема порового пространства к общему объему горной породы. Пример: 1 л песка содержит 0, 3 л воды, пористость = 30%. Проницаемость – способность горной породы пропускать через себя воду. Зависит от размера и формы пор, от характера соединения пор между собой. Проницаемые горные породы всегда пористые, но не всегда пористые породы являются проницаемыми (пример:

Изменение пористости в зависимости от состава горных пород: o o Выветрелые слоистые горные породы гораздо более пористые, чем массивные магматические горные породы. Пористость может изменяться от 1% - в нетрещиноватых гранитах, до 40% и более - в слабосцементированных песчаниках

Факторы, которые влияют на пористость: o 1. 2. Отрицательно Плохая сортировка частиц Цементация горной породы o 1. 2. 3. Положительно Хорошая сортировка Наличие трещин и поверхностей напластовани я, крупных разломов Увеличение трещин за счет растворения

Проницаемость горных пород o o Проницаемые слои – водоносные горизонты Непроницаемые слои - водоупоры

3. 3. Зональность грунтовых вод Зона аэрации – зона, где поровое пространство Почвенная влага заполнено и водой, и воздухом Ненасыщенна я 2. Зона насыщения – зона, где поровое пространство ало Зерк вых о заполнено только грунт Насыщенная: водой, в верхней все поровые промежутки части расположено заполнены зеркало грунтовых водой вод Зеркало грунтовых вод – граница зоны аэрации и 1.

Строение зоны аэрации: o o o Подзона увлажнения: активное взаимодействие с растениями Промежуточная подзона: подзона транзита поверхностных вод, может содержать верховодку Капиллярная оболочка: содержит воду, проникающую выше зеркала грунтовых вод по капиллярам

Инфильтрация: просачивание воды вниз сквозь зону аэрации к зоне насыщения. 1. 2. 3. 4. На инфильтрацию влияют: Количество и интенсивность выпадающих осадков Рельеф местности Проницаемость субстрата Характер растительности

Инфильтрация, сток, испарение – основные способы удаления воды с поверхности 1. o o o Инфильтрация Если почва недонасыщена влагой Пологая поверхность Растения o Сток Если почва насыщена влагой o Крутая поверхность 2. o o o Отсутствие растительности Горизонтальное залегание слоев Наклонное залегание слоев 3. Испарение – максимально при обилии растительности в условиях жаркого климата

Движение подземных вод: фильтрация o o 1. 2. Фильтрация – медленное течение воды по сообщающимся порам и мелким трещинам Фильтрация зависит от: Наклона зеркала грунтовых вод (гидравлического=напорного градиента) Гидростатического давления Фильтрация на максимальную глубину происходит: Вдоль наклона пластов По разломам

Напорный (гидравлический) градиент h l h I=h/l o o o h – разница высот (уклон) l – пройденное потоком расстояние I – напорный градиент

Гидростатическое давление: o Гидростатическое давление – давление жидкости в какой-либо точке, обусловленное весом вышележащей жидкости (величина, равная отношению модуля силы давления F, действующей перпендикулярно поверхности, к площади S этой поверхности). ΔF p=|ΔF/ΔS| ΔS

Количественная оценка течения грунтовых вод Закон Г. Дарси (1856 г. ): Расход воды Q равен произведению скорости течения V подземного потока на площадь поперечного сечения S водоносного горизонта Q=VS или Q= PIS Скорость течения равна произведению коэффициента проницаемости P на напорный градиент I V =PI

Движение подземных вод к поверхностям разгрузки Зеркало грунтовых вод плавно повторяет изгибы земной поверхности. На возвышенных участках – грунтовые воды располагаются гипсометрически выше, на пониженных – ниже. Фильтрация грунтовых вод происходит по направлению от возвышенных участков к пониженным – областям разгрузки. Области разгрузки подземных вод: долины рек, озера, болота, моря и океаны

Подземные воды и реки на поверхности земли Течение подземных вод ламинарное, скорость течения невысока: от нескольких мм до нескольких метров в день, т. е. намного меньше скорости течения рек. Большая часть рек питается подземными водами из источников и за счет общего просачивания. Эфлюентные реки: питаются подземными реки водами, так как зеркало грунтовых вод находится выше уровня рек Инфлюентные реки: питают подземные реки воды, так как зеркало грунтовых вод находится ниже уровня рек

Области питания и разгрузки подземных вод Область питания ПВ Область разгрузки ПВ Родник и Фильтрация ПВ

Взаимодействие рек и подземных вод Питание и расход рек зависит: o o От проницаемости ложа реки От взаимного положения уровня реки и уровня грунтовых вод Эфлюентные: питаются за счет подземных вод Инфлюентные: питают подземные воды o o o Во время паводков, когда паводков уровень воды в реке поднимается выше зеркала грунтовых вод, реки питают подземные воды Во время засухи уровень рек опускается ниже уровня грунтовых вод, и тогда подземные воды питают реки Река на различных участках может поочередно то питать подземные воды, то питаться за счет них

Родники o o o Грунтовые воды выходят на поверхность через естественные отверстия и образуют родники Скорость и характер течения воды в родниках зависит: От количества воды, поставляемой подземными горизонтами От проницаемости горных пород От текстуры горных пород

Обстановки формирования родников Факторы, которые обуславливают выход родников на поверхность: q Рельеф q Выходы водоупоров q Выходы водоносны х горизонтов

Запасы подземных вод Подземные воды – ресурсы, от которых зависит большая часть населения земного шара 1/5 всей воды потребляют города, с/х, промышленность Максимальную водоотдачу дают: 1. Неконсолидированные осадки 2. Водопроницаемые твердые осадочные горные породы 3. Лавовые потоки

1. Неконсолидированные осадки: 1. 2. 3. 2. 1. 2. 3. 4. Аллювиальные пески и галечники, гравий Аргиллиты, глины Морены и грязевые потоки Водопроницаемые твердые осадочные горные породы: Водопроницаемые песчаники Пористые известняки Сильнотрещиноватые кварциты, граниты Трещиноватые, пузырчатые и кавернозные базальтовые потоки

Колодцы и скважины: o o o 1 -е место по потреблению подземных вод для нужд сельского хозяйства из колодцев и скважин: Индия и Китай Для частных нужд – используются мелкие углубления, пробуренные выше уровня грунтовых вод колодцы Для получения вод в промышленных масштабах бурятся

При бурении скважин на воду необходимо учитывать : o o o Количество атмосферных осадков на питающей площади Литологический состав и текстуру горных пород Водопроницаемость пород

Депрессионная воронка При водозаборе обычно формируется воронка депрессии – понижение уровня грунтовых вод в сторону колодца или скважины

Артезианские колодцы и скважины o Вода в артезианских колодцах скважинах поднимается выше отметки, на которой была встречена сначала

Артезианские воды:

Условия для наличия артезианского колодца или скважины: o o o Присутствие водоносного горизонта Наличие двух водоупоров сверху и снизу Область питания водоносного горизонта должна располагаться выше участков, где расположены колодцы и скважины.

Напорные, субнапорные и безнапорные скважины В водоносном горизонте песчаников вода находится под гидростатическим давлением во всех точках, расположенных гипсометрически ниже области питания.

Минеральные воды o o o Минеральная вода добывается из подземных источников природного происхождения. В зависимости от того, сколько минералов содержится в такой воде, она бывает лечебной, столовой или лечебно-столовой. По химическому составу минеральная вода бывает в основном: гидрокарбонатной, хлоридной и сульфатной. По содержанию дополнительного действующего вещества минеральную воду подразделяют на воду с кислородом, воду с серебром, воду с йодом.

План описания выхода подземных вод на поверхность: Форма выхода на поверхность o Приуроченность к определенному водоносному горизонту, тектоническому нарушению o Цвет (обусловлен г. о. гуминовыми в-вами) o Прозрачность (прозрачная, слегка мутная, очень мутная) o Вкус (соленый: Na. Cl; горький: Mg. SO 4; вяжущий: Ca. SO 4, Ca. Cl 2; железистый: Fe; кислый: H) o Запах: землистый, травянистый, сероводородный и пр. Интенсивность: 0 -нет, I-очень слабый, II-слабый, III – заметный, IV- отчетливый, V – очень сильный o Температура: определяется в полевых условиях качественно. Н-р, холодная, очень холодная, o

Проблема охраны подземных вод: три главных аспекта Уменьшение запасов подземных вод Максимальный эффект оказывают: 2. Загрязнение подземных вод 1. ГОРОДА, ПРОМЫШЛЕННОСТЬ, С/Х

1. Уменьшение запасов подземных вод: Неконтролируемый водозабор ведет к 1. Формированию воронок депрессии и искусственному понижению уровня грунтовых вод 2. Засолению подземных вод 3. Ликвидации источников питания поверхностных вод 4. «Схлопыванию» водоносных горизонтов с проседанием поверхности

Засоление подземных вод

Ликвидация областей питания поверхностных вод

Влияние скважин на перераспределение питания поверхностных вод

Способы сохранения запасов подземных вод 1. 2. 3. 4. 5. 6. Следить за тем, чтобы скорость откачивания не превышала скорость естественного притока Избегать потерь при эксплуатации колодцев и скважин Предотвращать продвигание морской воды на сушу Контролировать использование водоносных горизонтов для захоронения отходов Уменьшать потери за счет испарения при орошении С/Х культур Возвращать воды, используемые в технологических процессах

2. Загрязнение подземных вод

Этапы загрязнения гидросферы: 1. 2. 3. Загрязнение поверхностных вод Загрязнение грунтовых вод Загрязнение межпластовых вод

Продукты загрязнения подземных вод 1. Газообразные: СO, CO 2, SO 2, NO 2, механические взвеси – пыль, дымка, дымы. 2. Жидкие: сточные воды предприятий промышленности, транспорта, энергетики, сельского и коммунального хозяйства. 3. Твердые: отработанные г. п. , илы, шламы горно-обогатительных предприятий, зола и шлак предприятий энергетики, отходы промышленных

Основные типы загрязняющих веществ, содержащихся в стоках 1. Минеральные: песок, глина, шлак, руды, Минеральные растворы солей, кислот и щелочей, минеральные масла, тяжелые металлы с мутагенными и канцерогенными свойствами, радиоактивные элементы 2. Органические: 1)растительного пр-я: Органические остатки растений, плодов, овощей, бумаги; 2) животного пр-я: фекалии, остатки живых тканей, нефтепродукты 3. Бактериальные: бактерии Бактериальные 4. Биологические: дрожжевые и плесневые грибки, мелкие водоросли

Охрана подземных вод от загрязнения 1. 2. 3. Улучшение систем очистки производств, загрязняющих подземные воды Совершенствование технологий для понижения количества загрязняющих веществ Мониторинг загрязнения подземных вод