Лекция 15 Воды суши 1 Воды суши Ø

Лекция 15. Воды суши 1. Воды суши: Ø подземные воды, Ø реки, Ø озера. 2. Криосфера Земли и ее образование.

Подземные воды – это воды, находящиеся в горных породах в жидком, твердом и парообразном состоянии. В верхней части земной коры они образуются в основном из атмосферных осадков и называются вадозными. Вадозные воды подразделяются на три группы: 1. инфильтрационные – просачивающиеся сквозь зернистые породы, 2. инфлюационные – стекающие в глубь пород по трещинам, 3. конденсационные, образующиеся из водяного пара воздуха, находящегося в подземных порах и трещинах. Глубокие горизонты вод могут быть магматического происхождения (ювенильные воды) или реликтового, сохранившимися со времен накопления морских осадков (седиментационные воды).

Условия залегания и запасы подземных вод зависят от вещественного состава горных пород, определяющего их водно-физические свойства. Пористость – наличие капиллярных пор (глина 40 -50%, лёсс 4055%, песок 30 -40%, песчаник 4 -25%, известняк 0, 6 -16%, средняя пористость осадочных пород 35 -45%). Скважность – совокупность пор, трещин, каналов и других пустот в горном массиве независимо от их формы и размеров. Схематическое изображение зависимости размера пор от размера зерен

Влагоемкость – способность пород удерживать определенное количество воды. По влагоемкости горные породы подразделяются на Ø сильновлагоемкие (торф, глина и др. ), Ø слабовлагоемкие (лёсс, мелкий песок и др. ), Ø невлагоемкие (галька, гравий, крупный песок и др. ). 2 1 3 4 5 Схематическое изображений гигроскопической (1, 2), пленочной (3, 4) и гравитационной (5) воды в почво-грунтах

Водопроницаемость – способность пород пропускать через себя воду. Обычно в земной коре, особенно на равнинах, чередуются слои различной водопроницаемости: Ø водопроницаемые - рыхлые породы (песок, гравий, галька) и трещиноватые скальные (известняк, опока, доломиты), хорошо пропускающие воду, Ø водонепроницаемыми (водоупорными) плотные породы (глины, глинистые сланцы и др. ), которые задерживают воду. Глинистый сланец доломит

Просочившаяся сверху вода задерживается на водоупорных слоях, заполняя пустоты рыхлых и трещиноватых водопроницаемых пород, в которых образуется водоносный горизонт.

Воду, содержащуюся в породах, условно делят на разные категории, из которых для природных процессов наиболее важны два вида жидкой воды – капиллярная и гравитационная, так как они усваиваются растениями и участвуют в почвообразовании, рельефообразовании и поверхностном круговороте воды на Земле. Капиллярная вода заполняет мелкие поры породы и передвигается в них под влиянием менисковых сил из зоны большего увлажнения в зону меньшего увлажнения. Различают капиллярную Ø подпертую воду Ø подвешенную воду. В первом случае капиллярная вода соприкасается с верхним водоносным горизонтом, что характерно для гумидного климата. Во втором случае капиллярная вода отделена от него, что типично для зон недостаточного увлажнения.

Гравитационная – свободная вода, заполняющая некапиллярные пустоты породы. Под влиянием силы тяжести она просачивается в породе сверху вниз и движется в горизонтальном направлении, а под влиянием гидростатического напора может подниматься вверх, как в сообщающихся сосудах. Гравитационная вода обеспечивает миграцию химических элементов, от нее зависят условия проникновения в почво-грунты кислорода и соответственно аэробные и анаэробные условия почвообразования. Мелкозернистым рыхлым породам свойственно ламинарное движение воды (при течении жидкости линии тока непрерывны). В крупнообломочных и трещиноватых породах может происходить турбулентное движение (в движущейся жидкости могут возникать завихрения, скорость ее частиц хаотически изменяется, линии тока претерпевают разрывы, изменяющиеся со временем. ).

Классификации подземных вод Классификация подземных вод по температуре (по О. А. Аленину) vисключительно холодные (переохлажденные) (ниже 0°С), vвесьма холодные (0 -4°С), vхолодные (от 4 до 20°С) vтеплые (20– 37°С), vгорячие (37– 42°С), vвесьма горячие (42– 100°С) vисключительно горячие (перегретые) (свыше 100°С). По гидрогеологическим показателям подземные воды делятся на Ø напорные (уровень устанавливается выше глубины вскрытия) Ø безнапорные.

По условиям залегания и характеру водовмещающих пород а) поровые - в рыхлых отложениях; б) пластовые - в пластах горных пород; в) трещинные - в горных породах, пронизанных трещинами; г) трещинно-жильные - в зонах тектонических нарушений; д) трещинно-карстовые - в трещинах и карстовых полостях закарстованных пород.

Степень минерализации подземных вод (по В. А. Приклонскому) Содержание сухого остатка, г/л Содержание ионов, мг на 100 г Плотность, г/см Преобладающий тип воды До 1 До 3 1 -1, 0005 Гидрокарбонатнокальциевый Слабоминерализованные (слабосолоноватые) 1 -3 3 -9 1, 00051, 0015 Сульфатный, реже хлоридный Среднеминерализованные (солоноватые и сильносолоноватые) 3 -10 9 -30 1, 00151, 0050 Сульфатный и хлоридный Минерализованные (соленые) 10 -50 30 -150 1, 00551, 0283 То же 50 1, 0283 Хлориднонатриевый Вид вод Пресные Рассолы

Типы водного режима почвогрунтов Промывной тип существует в условиях влажного климата, при котором происходит ежегодное промачивание всей почвенно-грунтовой толщи до водоносного горизонта. Непромывной тип наблюдается в условиях умереннонедостаточного неустойчивого увлажнения, при котором нет сплошного промачивания почвенно-грунтовой толщи и почвенная вода представлена формой подвешенной капиллярной воды. Выпотной тип существует в засушливом климате в условиях неглубокого залегания водоносного горизонта и резкого преобладания испаряемости над осадками. Застойный тип наблюдается в понижениях в условиях гумидного климата. Мерзлотный тип имеет место, когда летом почва перенасыщена водой, несмотря на небольшое количество осадков, поскольку неглубоко залегает мерзлый водоупорный слой.

По условиям залегания в земной коре Ø воды зоны аэрации: почвенные и верховодка, Ø воды зоны насыщения: грунтовые и межпластовые. Залегание грунтовых, межпластовых и артезианских вод

Воды зоны аэрации Почвенные воды заключены в почве и не имеют водоупора. Верховодка образуется на линзе водоупорных пород, распространена локально, залегает неглубоко, существует временно, малообильна. В условиях континентального климата умеренного пояса она появляется весной после снеготаяния, иногда осенью.

Грунтовые воды – воды первого от поверхности постоянного водоносного горизонта, на первом водоупорном слое. Поверхность грунтовых вод называется зеркалом грунтовых вод. Мощность водоносного горизонта – это расстояние по вертикали от зеркала грунтовых вод до водоупора. В водоносных слоях грунтовые воды передвигаются от мест с более высоким уровнем к местам с более низким уровнем, т. е. в соответствии с уклоном водоносного пласта. Воды зоны насыщения

Зональность грунтовых вод проявляется в Ø глубине их залегания от поверхности и соответственно в их чистоте Ø температуре, Ø химическом составе, Ø степени их минерализации. 1. Тундровая зона ультрапресных вод. Зона избыточного и достаточного увлажнения (Кув > 1). Грунтовые воды залегают неглубоко от дневной поверхности или сливаются с ней, они ультрапресные и пресные, гидрокарбонатно-кальциевые. Лесная зона пресных высокостоящих вод. Зеркало грунтовых вод стоит высоко – на глубине 1, 5 -2 м на водоразделах, а в понижениях нередко подходит к дневнолй поверхности. Воды пресные. В подзоне смешанных и широколиственных лесов глубина залегания составляет 3 -4 м. Вода обычно пресная, но иногда гидрокарбонатнокальциевая минерализация достигает 1 г/л. 2.

3. Степная зона слабоминерализованных и глубокозалегающих вод. В зонах умеренно-недостаточного (неустойчивого) увлажнения (Кув = 1, 0– 0, 3) – залегание вод глубже лесостепях (h = до 20 м) и степях (h = 20 м), они пресные (0, 5 -1 г/л) или слабо минерализованные (1 -8 г/л), постепенно становятся хлоридными хлоридно-сульфатными. 4. Зона соленых глубокозалегающих грунтовых вод и транзитных потоков пресных вод полупустынной и пустынной зоны. В зонах недостаточного увлажнения – полупустынях (Кув = 0, 3– 0, 1) и крайне недостаточного увлажнения – пустынях (Кув < 0, 1) – воды глубоко залегающие, минерализованные, обычно хлоридные. 5. Зона слабоминерализованных и глубокозалегающих вод тропических степей и саванн. Глубина залегания от 15 до 50 м. 6. Зона высокостоящих и пресных грунтовых экваториальных лесов. Грунтовые пресные воды стоят высоко. 7. Зона подземных вод областей мнололетней мерзлоты. вод

Подземные воды в области многолетней (вечной) мерзлоты Велика специфика подземных вод в области многолетней (вечной) мерзлоты, которая занимает около 1/4 суши на земном шаре. С поверхности над слоем многолетнемерзлой породы залегает деятельный слой, который зимой промерзает, летом оттаивает. Мощность его составляет от 0, 5 м до нескольких метров. Выделяют: Ø надмерзлотные воды приурочены к деятельному слою, Ø межмерзлотные воды, которые залегают внутри мерзлой толщи Ø подмерзлотные воды, которые залегают на водоупоре под ней. Они обычно сильно минерализованные. Надмерзлотные воды питаются атмосферными осадками, необильны, слабо минерализованы, летом ненапорны, осенью могут становиться напорными, зимой замерзают, в теплый сезон используются для бытовых нужд. Для хозяйственных и бытовых нужд зимой пользуются межмерзлотными и подмерзлотными водами.

Схема расположения мерзлых и талых пород и надмерзлотных, межмерзлотных и подмерзлотных вод а) надмерзлотные воды, б) межмерзлотные воды, в) воды сквозного талика, г) подмерзлотные воды, 1 – воды реки, 2 – мерзлые породы, 3 – подошва надмерзлотных вод, 4 – кровля подмерзлотных вод

Температура грунтовых вод в сглаженном виде повторяет годовой ход температуры воздуха, но максимумы и минимумы температуры запаздывают, и тем больше, чем глубже залегают грунтовые воды. Чистота грунтовых вод определяется глубиной их залегания от поверхности – чем глубже, тем чище.

Межпластовые воды – это воды, заключенные между двумя водоупорными пластами, из которых нижний называется водоупорным ложем, а верхний – водоупорной кровлей. Они залегают глубже и поэтому чище, чем грунтовые. Области распространения и питания их не совпадают, в связи с чем режим вод меньше зависит от метеоусловий и у них более постоянный уровень. Атмосферное питание эти воды получают лишь в местах выхода водоносного пласта на поверхность. Межпластовые воды Ненапорные воды ь не полностью насыщают водоносный пласт, ь имеют свободную поверхность, ь стекают как грунтовые по уклону ложа. Напорные воды ь залегают в вогнутых тектонических структурах, ь насыщают весь водоносный слой, ь обладают гидростатическим напором; ь вскрытые скважинами, они могут изливаться на поверхность или даже фонтанировать (артезианскими).

Схема залегания подземных вод

В речных долинах, в предгорьях, в балках и оврагах водоносные пласты могут вскрываться, образуя естественные выходы подземных вод на поверхность, – источники (родники, ключи). Количество воды, даваемое родником (колодцем или скважиной) в единицу времени, называется дебитом (л/с, м 3/сут. ). По характеру выхода вод на поверхность источники подразделяются на нисходящие (свободный сток грунтовых и межпластовых ненапорных вод) восходящие (выходы напорных вод). В лечебных целях особенно ценятся минеральные источники.

Схема нисходящего источника

Минеральные воды Подземные воды, которые благодаря своим физико-химическим свойствам оказывают благотворное физиологическое воздействие на организм людей и используются для лечебных целей, называются минеральными. Среди минеральных вод по степени минерализации выделяют воды: Ø солоноватые (1– 10 г/л), Ø соленые (10– 50 г/л) Ø рассолы (более 50 г/л). Химический состав минеральных вод весьма разнообразный бывает: v углекислая вода (Кисловодск и др. курорты района Кавказских Минеральных вод, Боржоми, Карлови-Вари и др. ), v азотная (Цхалтубо), v сероводородная (Мацеста), v железистая, v радоновая.

Кавказские Минеральные воды

Цхалтубо

Особым типом источников являются гейзеры – фонтанирующие источники, периодически выбрасывающие горячую воду и «пар» на большую высоту. Известностью пользуются Большой Гейзер в Исландии, высота фонтана которого достигает 55 м, гейзер Великан на Камчатке с высотой фонтана горячей воды (95– 97 °С) до 50 м, а столба «пара» – до 300 м, интервал извержения около 4 ч, который дает начало реке Гейзерной. Крупнейший гейзерный район – Йеллоустонский национальный парк в Скалистых горах США.

Гейзер и схема его образования

Гейзеры

Старый служака Йеллоустонский национальный парк

Новая Зеландия Пруд с шампанским Леди Нокс

Значение подземных вод Подземные воды имеют большое значение в природе и хозяйственной деятельности людей. 1. Важный постоянный источник питания рек и озер. 2. Они снабжают растения влагой и растворенными в воде питательными веществами. 3. Подземные воды принимают участие в формировании оползневого, карстового, суффозионного и другого рельефа. 4. При близком залегании от поверхности они вызывают процессы заболачивания. 5. Пресные воды используются человеком для водоснабжения, промышленности, орошения и обводнения земель. 6. Минеральная вода используется для лечебных целей и является источником химического сырья (глауберова соль, бора, йод и др. ). 7. Термальные воды дают тепло для обогрева зданий и теплиц. Подземные воды, особенно пресные, – национальное богатство каждой страны.