Каковы условия образования подземных вод. Как образуются подземные воды? Образование и формирование подземных вод

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

1. Откуда вода попадает в толщу земной коры?
2. Назовите виды подземных вод.
3. Что такое источник? Где он образуется?
4. Где образуются карстовые пещеры?

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.

Формирование вод - длительный физико-химический процесс преобразования, происходящий на различных глубинах при различных температура и давлениях и включающий испарение и конденсацию, катионный обмен между водами и породами.

Подземные воды формируются в основном из вод атмосферных осадков, выпадающих на земную поверхность и просачивающихся (инфильтрующих) в землю на некоторую глубину, и из вод из болот, рек, озер и водохранилищ, также просачивающихся в землю. Количество влаги, прогоняемой таким образом в почву, составляет по данным А.Ф. Лебедева, 15-20 % общего количества атмосферных осадков.

К водопроницаемым породам относятся крупнообломочные породы, галечник, гравий, пески, трещиноватые породы и т.д. К водонепроницаемым породам - массивно- кристаллические породы (гранит, порфир, мрамор), имеющие минимальную впитывать в себя влагу, и глины.

Последние, пропитавшись водой, в дальнейшем ее не пропускают. К породам полупроницаемым относятся глинистые пески, лесс, рыхлые песчаники, рыхловатые мергели и т.п.

Проникновение вод в грунты (водопроницаемость), слагающих земную кору, зависит от физических свойств этих грунтов. В отношении водопроницаемости грунты делятся на три основные группы: водопроницаемые, полупроницаемые и водонепроницаемые или водоупорные.

Кроме того, подземные воды формируются путём конденсации водяных паров. Выделяются также подземные воды ювенильного происхождения.

Инфильтрационные подземные воды образуются из наземных вод атмосферного происхождения. Одним из главных видов питания их является инфильтрация, или просачивание вглубь Земли.

Конденсационные воды образуются в результате конденсации водяных паров воздуха в порах и трещинах горных пород.

Седиментогенные подземные воды- это высокоминерализованные (соленые) подземные воды в глубоких слоях осадочных горных пород. Происхождение таких вод, большинство исследователей связывают с захоронением вод морского генезиса, сильно измененных под влиянием давления и температуры. Магматогенные подземные воды, образующиеся непосредственно из магмы.

В процессе кристаллизации магмы и образования магматических пород вода отжимается, по разломам и тектоническим трещинам поднимается вверх, поступает в земную кору и местами выходит на поверхность. Количество магматогенных вод незначительно.

Для многих территорий земного шара инфильтрация является основным способом образования подземных вод. Однако имеется и другой путь их образования - за счёт конденсации водяных паров в горных породах.

В тёплое время года упругость водяного пара в воздухе больше, чем в почвенном слое и нижележащих горных породах. Поэтому водяные пары атмосферы непрерывно поступают в почву и опускаются до слоя постоянных температур, расположенного на разных глубинах - от одного до нескольких десятков метров от поверхности земли.

В этом слое движение паров воздуха прекращается в связи с увеличением упругости водяных паров при повышении температуры в глубине Земли. Вследствие этого возникает встречный поток водяных паров из глубины Земли вверх - к слою постоянных температур.

В поясе постоянных температур в результате столкновения двух потоков водяных паров происходит их конденсация с образованием подземной воды. Такая конденсационная вода имеет большое значение в пустынях, полупустынях и сухих степях. В знойные периоды года она является единственным источником влаги для растительности. Таким же способом возникли основные запасы подземной воды в горных районах Западной Сибири.

Оба способа образования подземных вод - путём инфильтрации и за счёт конденсации водяных паров атмосферы в породах - главные пути накопления подземных вод. Инфильтрационные и конденсационные воды называются вандозными водами (от лат. "vadare" - идти, двигаться). Эти воды образуются из влаги атмосферы и участвуют в общем круговороте воды в природе .

Процессы формирования химического состава подземных вод.

Процесс формирования химического состава подземных вод--сложный многообразный природный процесс, определяющий химический состав подзем-ных вод в каждой дайной точке. П. ф. х. с. п. в. является этапом общей миграции химических элементов в земной коре, который последовательно охватывает:

1) стадию перераспределения химических элементов и изменений форм их соединений как во время формирования источников минерализации, так и в период последующего их существования в геологической истории, а также перераспределение воднорастворимых соединений (минералов) и ионно-солевого комплекса горных пород;

2) стадию перехода комплексов минерализации подземных вод из источников минерализации в воду;

• 3) стадию миграции элементов в подземных водах;
• 4) стадию выпадения компонентов минерализации из подземных вод.

Растворение - важный, широко распространенный процесс, при котором вся порода целиком переходит в раствор (например, растворение галита NaCL). Растворение продолжается до тех пор, пока вода не достигнет предела насыщения.

Растворимость натриевых и калиевых солей с повышением температуры увеличивается, а кальциевых (сульфатных) уменьшается, то соответственно холодные воды кальциевые, горячие - натриевые.

Выщелачивание горных пород состоит в том, что в раствор переходит не вся порода, а только ее растворимая часть. Например, из глинистого известняка вода удаляет углекислый кальция, образуя при этом пустоты.

Обменные реакции (обменная адсорбция) заключается в том, что некоторые катионы, содержащиеся в подземных водах, вытесняют из породы находящиеся на ее поверхности адсорбированные катионы. CaSO 4 +2Na + = Na 2 SO 4 + Ca 2+ .

Микробиологические процессы , обусловлены жизнедеятельностью организмов. Для неглубокозалегающих подземных вод, большой значение имеют аэробные серобактерии, окисляющие сероводород и серу до серной кислоты.

В результате чего воды обогащаются сульфатами, что повышает их агрессивность и жесткость. В некоторых глубоких горизонтах артезианских вод распространены анаэробные бактерии - микробы-десульфуризаторы и микробы-денитрификаторы.

Смешение различных типов вод. Пример: разломы являются путями, по которым глубинные воды поступают в верхние пласты, а в речных долинных часто происходит подпитывание ненапорных вод напорными. Так образуются смеси различных типов подземных вод .

Я наткнулась на статью с теориями происхождения подземных вод. Они были достаточно аргументированы, чтобы я согласилась с каждой. Проанализировав их, я составила список условий необходимых для образования подземных потоков разных видов.

Условия образования подземных вод

Перечень необходимых компонентов для формирования вод:

1. Наличие атмосферных осадков, а также различных водоёмов и горных пород, имеющие способность пропускать воду (инфильтрационная теория).
2. Воздух, где сконцентрирован водяной пар (конденсационная теория).
3. Скопление осадочных пород, в толще которых захоронились морские воды в разнообразном состоянии (седиментогенные воды).
4. Присутствие газообразных веществ, которые выделяются во время остывания магмы (ювенильная теория).
5. Наличие оросительных каналов (искусственное происхождение).
6. Скопление минеральных масс, которые содержат газово-жидкие элементы либо кристаллизационную воду. Температура и давление провоцирую дегидратацию (метаморфогенные воды).

Лично я считаю, что львиная доля подземных вод всё же возникла из просочившихся и накопившихся в слоях грунта осадков. В этом случае немаловажны свойства подстилающих горных пород. Так, отлично пропускают воду щебень, пески, гравий. Они - водопроницаемые. А вот глина, мрамор и гранит такими возможностями похвастаться не могут, поэтому их нарекли водоупорными. Однако, можно выделить ещё группу легкорастворимых пород, которые водные потоки просто размывают, проделывая щели, пустоты. Примерами являются гипс и соли.

Виды подземных вод

Как уже стало понятно, источники вод - осадки и водяные пары. Вторым компонентом в этой механизме формирования потоков является почва, которая имеет разнообразную слоистую структуру. Она определяет условия (положение) залегания подземных вод.

Отсюда выделяют три вида водоносных горизонтов:

• почвенные воды, которые сосредоточились в самом верхнем почвенном слое;
• грунтовые, которые находятся после самой верхней зоны аэрации на водоупорном пласте;
• межпластовые, протекают в условиях зажатости двумя прослойками водоупорных пород.

На днях я купил обычную бутылку с минеральной водой. Решив почитать о её происхождении на этикетке, я обнаружил надпись, которая гласила, что эта вода была разлита из подземного источника. Меня весьма заинтересовала тема о подземных водах и их происхождении. Итак...

Как же образуются подземные воды

Начать стоит с того, что такое подземные воды. По своей сути, это те воды, которые находятся в толщах горных пород. При этом они могут пребывать как в жидком, так и твёрдом и газообразном состояниях.

Но говоря о подземных водах, мы подразумеваем их жидкий тип. Распределяются они весьма неравномерно. В наиболее глубоких слоях, которые образуются из особо плотных пород (создающихся благодаря магматическим и метаморфическим процессам), практически нет влаги.

Основная часть воды залегает именно в поверхностных слоях, породы которых отличаются осадочным происхождением.

Но вернусь к теме образования подземных вод. Оно может происходить несколькими путями.

Главным таким способом считается просачивание влаги с поверхности. Такой процесс зовётся «инфильтрацией». Здесь подземные воды обогащаются не только благодаря осадкам, но и всем поверхностным водным резервуарам. При этом количество влаги напрямую зависит от типа грунта.

Вторым способом можно назвать осаждение водяного пара, которое происходит в пустотах горных пород. Это довольно долгий процесс.

Виды подземных вод

Формирование подземных вод можно назвать постоянным и бесконечным процессом. Именно поэтому такие воды принято считать неисчерпаемым ресурсом.

Но отдельного упоминания заслуживают виды подземных вод. Выделяют три основных:

• верховодка. Она ближе всех лежит к грунтовой поверхности. Этот вид воды непостоянен, при засухе может запросто испариться;
• грунтовые. Отличаются стабильностью своего пополнения, это «основной тип» подземных вод. На объём которых влияет множество факторов;
• и артезианские. Они же «напорные». Находятся под давлением и нередко занимают большие площади.

Стоит отметить, что именно артезианские воды причисляют к полезным ископаемым. Все мы должны помнить о важности их сохранения.