Реферати українською » Геология » Будова підземної гідросфери


Реферат Будова підземної гідросфери

перебуває у твердому стані (лід, газові гідрати), соціальній та вигляді фізично пов'язаної води, промерзання якої за температур нижче 0°С.

Вільна гравітаційна вода не більшекриолитозони вочевидь пов'язана тільки з ділянками поширення гірських порід, що у талом стані, чи тому випадку, коли вода у зв'язку з підвищеної мінералізацією не замерзає при негативних температурах [1, 3, 5].

1.4 Зона повного насичення

 

Ця територія охоплює верхню частина розтину земної кори від рівня першого водоносного горизонту (нижню межу зони аерації) до глибин 8-20 км, у яких за існуючими уявленням температура і тиск водних розчинів досягають критичних значень.

У межах зони повного насичення (відповідно до її назвою) вільне простір в мінеральному скелеті гірських порід (пори, тріщини, великі порожнечі) повністю заповнене вільної гравітаційної водою і води, фізично що з поверхнею мінеральних частинок гірської породи, крім ділянок, вільне простір заповнена газом, рідкими вуглеводнями чи пароводяної сумішшю [1, 3, 4].

Становище нижньої межі зони повного насичення обгрунтовується нині лише з поглядів на термодинамічних умовах розтину земної кори іфазово-агрегатном стані води при високих тисках і температурах, оскільки цей кордон доки розкрило буровими свердловинами.

Матеріали Кольськійсверхглубокой свердловини свідчать, що у глибинах до 12 км існують умови, характерні для зони повного насичення. У той самий час у в зв'язку зі наявністю поглядів нанадкритическом стані води в магматичних розплавах можна припустити, що у областях сучасного вулканізму нижню межу зони повного насичення може розташовуватися істотно менших глибинах (>Пиннекер, 1983).

За наявними даними у районах сучасного вулканізмупарогидротерми з температурами, близькими до критичним значенням (до300°С і більше), розкрито буровими свердловинами на глибинах 1500-2000 м (Мексика,Сьерра-Прието, свердловина глибиною 1500 м, температура води388°С).


1.5 Зона підземних вод внадкритическом стані

Нижня частина розтину земної кори до кордону з верхньої мантією у час як зона, яка містить підземні води внадкритическом стані. Потужність цієї зони не більше континентів сягає, мабуть, 20-30 км і більше (>Всеволожский, 2007).

>Водой внадкритическом стані називаються підземні води з температурою і тиском вище критичних. Для чиста критична температура дорівнює374°С, тиск 2,2104 >кПа.

При високих концентраціях розчинених речовин (підземні розчини) критична температура зростає до450°С. тиск до 3,5104 >кПа. За цих умов вода характеризується зниженими значеннями в'язкості, зменшенням величини рН, підвищеної електропровідністю. У зв'язку з цим вода внадкритическом стані набуває властивості активного розчинника й за наявності підвищених концентрацій металів може бути однією з чинниківгидротермального рудоутворення (>Крайнов, 2004).

За чинними уявленням вода внадкритическом стані єгазово-жидкий розчин (флюїд), освіту якого пов'язані з кристалізацієюмагм і з процесамитермо- ідинамометаморфизма.

При зниженні тиску «>надкритическая» вода перетворюється на «нормальну» рідина й пар (>пароводяную суміш), що у існуючим уявленням супроводжується збільшенням її обсягу 1,52,0 разу (>Всеволожский, 1980).

Рух підземних вод в земної корі є складовою частиною спільного круговороту води планети. У той самий період із геологічних позицій рух води в земних надрах, у тому числі прості (механічна, фізична, хімічна) складні форми руху (біологічна, техногенна), переходи води вже зфазово-агрегатного стану до іншого і процеси взаємодії води з гірськими породами, у зараз у ролі найважливішу складову геологічної форми руху матерії [1, 3, 4].

Як основних видів єдиної геологічної форми руху матерії стосовно руху власне підземних вод зазвичай розглядаються дві основні виду круговороту води в земної корі гідрогеологічний і геологічний (рис. 4).

>Рис. 4 Взаємозв'язокгидрогеологического і геологічного круговоротів води в земних надрах (по Є.В.Пиннекеру, 1980)

 


2. Геологічна діяльність підземних вод

 

2.1Разрушительная діяльність

На противагу водам поверховим підземні води дуже активні вгидрохимическом відношенні, тобто. є сильними розчинниками різних гірських порід і мінералів. Поруч із процесами руйнації величезних товщ порід, виникненням порожнин, міграцією і винесенням солей є і творчий процес – освіту нових мінеральних агрегатів; через випаровування водних розчинів виникає засолення грунтів, в західних областях, надлишково зволожених, відбувається заболочування – виникають торфовища (Толстой, 1976).

Через війну руйнації та розчинення порід утворюються карстові форми,просадки, іноді зсуви. З новоутворень слід зазначити виникнення різнихнатечних форм сталактитів, сталагмітів, відкладенняхемогенних опадів, вапняного туфу,гажи, травертину,гейзерита, освіту грязьових вулканів тощо.

>Вищелачивание підземними водами легкорозчинних порід (>карбонати, гіпс, солі) із заснуванням на глибині порожнин, але в поверхні воронок називається карстом. Найменування цього своєрідного явища походить від назви вапнякового плато в Югославії –Карст.

Для розвитку карсту необхідні такі умови:

>1)наличие значної товщі легкорозчинних тріщинуватих порід безпрослоев глин;

2)вищелачиваемий масив має бути досить високим, його поверхня горизонтальна, щоб вода міг би застоюватиметься і просочуватися всередину по тріщинам;

3) рівень підземних вод може бути глибоким, щоб води мали досить простору для вертикального руху

>Карст характеризується своєрідними формами рельєфу – воронками, колодязями, печерами. Наприклад,блюдцеобразние воронки поширені в Татарстані, приносячи великої шкоди сільського господарства. Печер багато у Гірському Криму, на Кавказі, вПриуралье (>Кунгурская печера), в Угорщини, мови у Франції.

>Оползнями називають усунення земляних мас під впливом сил тяжкості без порушеннясвязности порід і рух їх за схилу. Поверхневі усунення порід з порушенням структури та текстури називають >опливами. Головними причинами освіти зсувів є:

1)подмив берега рікою чи морем (бічна ерозія);

2) дуже багато атмосферних опадів;

3) механічний винесення дрібних частинок підземними і поверховими водами (механічнасуффозия);

4) зміна вологості глинистих порід на схилі;

5) тектонічнатрещиноватость;

6) процеси вивітрювання;

7) землетрусу;

8) діяльність людини

>Оползневие процеси вивчаються спеціальними зсувними станціями, розташованими околицях, схильних до зсувів.

У результаті піднесення та випаровування грунтових вод в поверхневих відкладеннях виникають різні новоутворення (>кальцит, гіпс) й відбувається засолення грунтів.Засоление грунтів широко розвинене в західних областях з сухим кліматом, слабким відпливом грунтових вод, де проводиться зрошуване землеробство.

Широко поширений у природі процес, пов'язані з зміною водного режиму грунтів череззастаивания ґрунтових чи підняття грунтових вод – заболочування.

Походить вона околицях надлишково вологих, з велику кількість атмосферних опадів, із слабким поверховим стоком і близьким заляганням доводоупорних верств. Для боротьби з заболочуванням виробляються скидання поверхневих вод й різні дренажні роботи [2, 5, 8].

 

2.2Созидательная діяльність

У місцях виходу підземних вод, багатих вуглекислотою, часто утворюються новоутворення як відкладень вапняного туфуСаСО3.

Наприклад, під час обстеження Республіка Татарстан понад 3600 джерел виявилося, що у 75 їх відбувається відкладення вапняного туфу. Води, у яких відбувається випадання карбонату кальцію, мають щільний залишок від 250 до 484мг/г, сильно насиченіCaCO3, температура їх 5,5–6,0 °З. Витрата незначний до 10л/с [2, 4].

Усі джерела,откладивающие туф, розташовуються там в розквіті 2 м від підстави корінного схилу і присвячені пермським відкладенням.Углекислота перебуває у рівновазі зCa(HCO3)2 іMg(HCO3)2. Вочевидь, що порушення стійкостіCa(HCO3)2 відбувається умов виділення вуглекислого газу. Виділення само можливе за умов посиленого випаровування, а останнього необхідний певний перепад води до виникнення вихрового (турбулентного) руху, як і зокрема у місцях виходу підземних вод внаслідок порушення стійкостіCa(HCO3)2:

>Ca(HCO3)2 CaCO3 + H2O + CO2

>Осадок Випаровування і поглинання

рослинами

На стелі і дні карстових печер нерідко утворюються сталактити і сталагміти – своєріднінатечние освіти у вигляді колон. Широко поширені вони у різних печерах країн СНД, Франції, США [3, 7].


3. Умови формування та залягання підземних вод кожної зоні

 

3.1 Вчення про походження підземних вод

Першим спробував пояснити походження підземних вод було здійснено давньогрецькими філософами Платоном й Арістотелем. Платон (427-347 рр. е.) припускав освіту за рахунок морських солоних вод. При русі солоною води в породах морська вода звільняється нібито від солей і у вигляді джерел входить у поверхню вже прісної. Аристотель (>384-322гг. е.) вважав, що підземні води утворюються у результаті згущення холодного повітря на пустотах гірських порід [2, 5].

>Римлянин Марк ВітрувійПолий (>1в. е.) припускав освіту підземних вод з допомогою поглинання дощових і снігових вод. Не недавно набув розголосу праці перського вченого Караді (розум. в 1016 р.) — «Пошуки прихованих під землею вод», де зараз його виклав вчення про підземних водах, що цілком відповідає науковим уявленням.

Згодом висловлювалися переважно ставлення до походження підземних вод або з допомогою згущення водяних парів великих глибинах (Агрікола – XVI в.), або з допомогою проникнення рідких поверхневих вод (інфільтрації) всередину (М. В. Ломоносов).

У середньовічній Європі таки переважали античні ідеї про морському походження підземних вод. Тому француз П. Перро, який довів шляхом вимірів походження підземних вод з атмосферних опадів, боючись нерозуміння, мою книжку «Походження джерел» опублікував 1674 р. під чужим ім'ям. Відтоді починалося розвиток науки про підземних водах. А ім'я цієї науці дав Ж.Ламарк (1744 — 1829) — французький натураліст, який 1802 р. книжку «>Гидрогеология, чи дослідження впливу води на поверхню земної кулі».

Підземні води досліджували багато російських гідрогеологи. У 1886 р. у Росії з'явився перший офіційна посадугидрогеолога, заснована Таврійським губернським земством, яку обійняв М. А.Головкинский (1834 — 1897) — фахівець із підземним водам Причорномор'я.

У 1902 р. австрійським геологом Еге.Зюссом було запропоновано гіпотеза ювенільного походження підземних вод (ювенільні води) з допомогою процесів синтезу водню і кисню в магматичних розплавах (>мантийное походження підземних вод).

У 1902–1908 рр. Н.І.Андрусовим, Р.Гефером і Г.Ч.Лейном незалежно друг від друга запропонована гіпотеза >седиментогенного походження підземних вод з допомогою «поховання» морських вод при процесах освіти донних опадів та їхнє наступного «>отжатия» при ущільнення [1, 3].

У другій половині XX в. у Росії вийшли грунтовні праці по гідрогеології: «>Гидрологическая енциклопедія» і50-томний працю «>Гидрогеология СРСР», і навіть підготовленагидрогеологическая карта світу.Гидрогеология перетворилася з учення про підземних водах до науки про підземної гідросфері [8].

3.2 Типи підземних вод

Нині виділяють з походження такі типи підземних вод:

1) >инфильтрационние, які утворюються від просочування в породи атмосферних і поверхневих вод;

2) конденсаційні, виниклі при конденсації водяних парів атмосферного і грунтового повітря;

3) >седиментационно-диагенетические морські води, які у морських мулових опадах і проникли в товщі порід, як під час стадіїдиагенеза, і пізніше (Н.І.Андрусов, В.І. Вернадський,Г.Н. Каменський);

4) магматичні (ендогенні) води (Еге.Зюсс)

Нерідко у природі підземні води утворюються змішаним шляхом, що підтверджено хімічним та газовим складом вод, їх режимом та данимипьезометрических напорів. Води змішаного походження – найпоширеніші.

Нині більшість дослідників вважають, що виділення вод і газів з верхньої мантії відбувався за процесі розігріванню Землі на ранніх стадіях її формування. І це дало початок зародженню гідросфери і атмосфери.

Історія життя та еволюція цих оболонок дуже складна й трактується вченими неоднозначно. Склад первиннихатмо- ігидросфер земної кори змінювався протягом геологічного часу. З магми внаслідок інтенсивної вулканічної діяльності надходили водні пари гази. Вважають, проте, що це надходження були незначні [2, 4].

Для її подальшого розвитку поглядів на перетворення та формування вод велике значення мало постулат академіка В.І. Вернадського, виражений у системіпородиприроднаяводагазживое речовина (біомаса), яка б показала єдність підземних вод ватмо-, гідро- ілитосферах.

У складний процес походження вод слід розрізняти:

>1)образование молекул води;

2) накопичення пов'язаних і вільних вод;

3) формування хімічного складу

Нагромадження підземних вод можна подати як короткочасний динамічний процес – процес виникнення вод під впливом сил тяжкості, капілярних і молекулярних сил поблизу землі: так, наприклад, під час паводків річкові води просочуються в алювіальні відкладення і роблять харчування грунтових вод, викликаючи підйом їхній поверхні. У результаті утворюються прісні води.

Примелиорациях – під час промивань грунтів – виникає шар прісних вод, плаваючих на солоних, при розчиненні пластів іштоков солі – солоні ірассольние води. Нагромадження вод може й іншими шляхами.

Формування хімічного складу підземних вод є тривалий фізико-хімічний процес перетворення підземних вод, що відбувається в різних глибинах при неоднакових температурах і тиску, випаровуванні і конденсації,катионном обміні – адсорбції між водами і породами. Процес супроводжується поруч етапів: видушуванням вод при ущільнення мулів, згодом і порід, діяльністю бактерій, дифузією, перетіканням і розвантаженням вод через глинисті перекриття.

>Г.Н. Каменським виділили три основних генетичних циклу формування:

1)инфильтрационний – континентальний, обумовлений інфільтрацією атмосферних осадів та пов'язані з процесами вивітрювання;

2) морської, чи осадовий (інакше кажучи,седиментационно-диагенетический), обумовлений проникненням морських вод в товщі порід у процесіосадкообразования, процесами зміни осадів та видозміни ув'язнених у них вод;

3)метаморфический і магматичнийциклия ув'язнених у них вод; 3)метаморфический і магматичний цикл,обизменения осадів тавидоизменльностью бактерій, дифузією, , зумовленіметаморфизмом гірських порід імагматическими процесами, що перебігають в корі [2, 6, 8].

Слід зазначити, що виділення загального циклу правомірно лише для спільної дії, але може бути цикли і роздільні, наприкладметаморфический, за умов впливу регіонального метаморфізму.


3.3Инфильтрационние і конденсаційні підземні води

 

У зоні аерації відбуваються дуже важливі процеси:

1) інфільтрація атмосферних осадів та поверхневих вод;

2) пересування вологи і ґрунтових розчинів;

3)внутригрунтовое випаровування івнутригрунтовая конденсація,ледотаяние;

4) за наявності рослинного покриву –транспирация вологи рослинами;

5) мікробіологічні процеси;

6) змішання вод

Факт інфільтрації підтверджується аналізом режиму підземних вод, тісній зв'язком хімічного складу атмосферних опадів із складом підземних вод, спостереженнями за втратами вод з зрошувальних каналів, водоймищ, за припливом води в підземні вироблення,лизиметрическими вимірами.

>Гидрогеологи вважають, що від 10 до 30% від загальної кількості атмосферних опадів йде поновлення запасів підземних вод. Вони накопичуються здебільшого невеликих глибинах в пухких відкладеннях, або у породах, добре відмитих від хлоридів морського сольового комплексу [3,4].

>Конденсационние води. Поповнення підземних вод є і іншими шляхами. Так, багато дослідників ( Н.А.Головкинский,А.Ф. Лебедєв, П.І.Колосков) займалися питаннями конденсації парів. Проте кількісна характеристика цього процесу продовжує залишатися ні ясною.

>А.Ф.

Схожі реферати:

Навігація