Какими бывают подземные воды: какими бывают подземные воды по температуре? где расположен самый крупный артезианский

Содержание

какими бывают подземные воды по температуре?
где расположен самый крупный артезианский

На поверхности Земли расстояние между пунктами А и В составляет 27 км. Чему будет равно это расстояние (в см) на карте масштабом 1:300 000?​

Материки, части света и океаны

каком регионе располагается Азербайджан?A) В Центральной АзииB) В Юго – Западной АзииC) В Восточной АзииD) В Восточной ЕвропеE) В Западной Европеkакие

факторы в современный период являются ведущими при размещении населения?A) Исторические факторыB) Природные факторыC) Экономические факторыD) Биологические факторысовременный период для усиления экономики страны предпочтение дается развитию науки и техники. С этой точки зрения более значимо:A) Хорошая обеспеченность природными ресурсамиB) Богатство капитальными ресурсамиC) Развитие человеческих ресурсовD) Импорт технологического оборудованияВычислите который час в пункте А, расположенном на 30° восточнее города Баку, если в Баку (40° с.ш. 50° в.д.) местное время составляет 14:00?A) 14:00B) 16:00C) 15:00D) 12:00​

Вычислите который час в пункте А, расположенном на 30° восточнее города Баку, если в Баку (40° с.ш. 50° в.д.) местное время составляет 14:00?A) 14:0

0B) 16:00C) 15:00D) 12:00Cгруппируйте выражения, относящиеся к охране и разрушению почв. A. Охрана почв B. Разрушение почв 1. Проведение дорог 2. Посадка деревьев 3. Строительство водохранилищ 4. Разработка полезных ископаемых 5. Промывка засоленных почв 6. Осушение болот 7. Строительство населенных пунктов 8. Террасирование горных склоновA) A-1,2,4,5; B- 3,6,7,8B) A-2,5,6,8; B- 1,3,4,7C) A- 2,3,4,5; B- 1,6,7,8D) A- 3,6,7,8; B-1,2,4,5Вдоль границ с каким из соседних государств Азербайджана протекает река Араз?A) с ГрузиейB) с ИраномC) с РоссиейD) с Арменией​

Какие из нижеуказанных факторов не могут быть причиной образования ветра? 1. Изменение температуры в течение суток;2. Разнообразие состава горных поро

д;3. Богатство растительного покрова;4. Разнообразие атмосферного давления.A) 1,2B) 2,3C) 3,4D) 1,4Определите относительную влажность воздуха, если при температуре +30 °C в 1 м3 воздуха содержится 18 г. водяного пара. (учтите, что при +30 °C предел насыщения составляет 30 г.)A) 60%B) 50%C) 40%D) 30 %​

ПОМОГИТЕ ПОЖАЛУЙСТА!!!
Используя план, составьте характеристику эконономико-географического положения Чили( страна)
1.общие сведения о стране
2. гео

графическое положение
3.оценка природных условий и ресурсов
4.население
5. отрасли специализации промышленности, крупнейшие промышленные районы и центры
6.отрасли специализации сельского хозяйства, главные сельскохозяйственные районы
7.характерные черты развития транспорта
8.характерные особенности непроизводственной сферы
9.внешние экономические связи: главные экономические партнёры, структура и основные статьи экспорта и импорта
10.вывод о развитии страны
№2
нанесите на контурную карту выбранное вами государство и государства соседи. подпишите названия государств и их столицы

помогите пожалуйста договор ​

ПОМОГИТЕ ПОЖАЛУЙСТА!!!
Используя план, составьте характеристику эконономико-географического положения Чили( страна)

2Как называются процессы, происходящие в недрах Земли?(Баллов: 1)A) ЭндогенныеB) ЭкзогенныеC) ФосфогенныеD) Антропогенные​

1Что является в современный период важнейшей задачей географии?(Баллов: 1)A) Географическое прогнозированиеB) Открытие новых земельC) Сооружение посел

ений в АнтарктидеD) Подготовка путеше​

Подземные воды



Воды, находящиеся в толщах горных пород верхней части земной коры в жидком, твердом и газообразном состоянии называются подземными водами.

По своему происхождению подземные воды делятся на 3 группы: вадозные, ювенильные, седиментационные воды – сохранившиеся в недрах воды древних водоемов.

Запасы подземных вод и условия их залегания зависят от состава горных пород определяющего пористость (наличие капиллярных пор) и скважность (присутствие капиллярных пустот). Они определяют влагоемкость (способность удерживать воду) и влагопроницаемость (способность пропускать через себя воду). Отсюда деление горных пород на водопроницаемые (песок, галечник) и водоупорные (глина, глинистый сланец).

Верхнюю часть земной коры в зависимости от особенностей распределения в ней подземных вод делят на зону аэрации в которой вода обычно не заполняет полностью поры и пустоты породы и зону насыщения поры породы которой заполнены водой.

Воду, содержащуюся в горных породах условно делят на

  1. химически связанную, входящую в молекулу вещества гидроксильной группой;
  2. парообразную, находящуюся в порах и пустотах пород и перемещающуюся, под влиянием разности упругостей пара;
  3. гигроскопическую – адсорбированную частицами породы и покрывающую их слоем в одну молекулу;
  4. пленочную – обволакивающую частицы породы поверх гигроскопической воды, она может перемещаться между частицами пород;
  5. капиллярную – заполняет сравнительно мелкие поры породы, перемещается под влиянием капиллярных сил;
  6. гравитационную или свободную – заполняет некапиллярные пустоты породы и перемещающаяся под действием силы тяжести;
  7. дополнительно к названным отдельно рассматривают воду в составе мерзлых почв, льда, не полностью разложившейся органики и в живых организмах.

Воды, залегающие выше первого водоупора – верховодка, между двумя водоупорными слоями – межпластовые (безнапорные и напорные).

Подземные воды могут выходить на дневную поверхность на склонах речных долин, в балках, оврагах. Такие выходы называются источники (родники, ключи). Особенно мощные выходы подземных вод наблюдаются в предгорьях на наклонных равнинах, в карстовых районах.

Для подземных вод характерны различные режимы: промывной (если ГКО больше испаряемости), непромывной, выпотный

По температуре подземные воды делятся на переохлажденные (ниже 0ºС), холодные (0-20 ºС), и термальные: теплые (20-37 ºС), горячие (37-50 ºС), очень горячие (50-100 ºС) и перегретые (более 100 ºС). Воды могут быть пресными, если содержание в них солей не превышает 1 г/л, солоноватыми (1-10 г/л), соленые (10-50 г/л) и рассолы (более 50 г/л).

Подземные воды имеют важнейшее значение для человека и в первую очередь как источник пресных вод для водоснабжения, особенно в засушливых районах, также их используют для нужд промышленности и сельского хозяйства (в том числе для орошения). Минеральные подземные воды используются в медицине, термальные – для нужд отопления. К сожалению, излишний отбор подземных вод зачастую проводит к истощению их запасов, просадкам грунтов, их загрязнению.

 


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

Условия залегания и запасы подземных вод зависят от вещественного состава горных пород, определяющего их водно-физические свойства. Среди них важны пористость – наличие капиллярных пор и скважность – присутствие некапиллярных пустот. Они обусловливают такие важные свойства пород, как влагоемкость и водопроницаемость.

 

Влагоемкостъ – способность пород удерживать определенное количество воды. По влагоемкости горные породы подразделяются на сильновлагоемкие (торф, глина и др.), слабовлагоемкие (лёсс, мелкий песок и др.), невлагоемкие (галька, гравий, крупный песок и др.). Водопроницаемость – способность пород пропускать через себя воду. Обычно в земной коре, особенно на равнинах, чередуются слои различной водопроницаемости. Рыхлые породы (песок, гравий, галька) и трещиноватые скальные (известняк, опока, доломиты), хорошо пропускающие воду, называются водопроницаемыми, плотные породы (глины, глинистые сланцы и др.), которые задерживают воду,– водонепроницаемыми (водоупорными). Просочившаяся сверху вода задерживается на водоупорных слоях, заполняя пустоты рыхлых и трещиноватых водопроницаемых пород, в которых образуется водоносный горизонт.

Воды в рыхлых породах относятся к типу пластовых. Они равномерно распределены по всему пласту. Воды в трещиноватых породах называются трещинно-жильными, они движутся по крупным пустотам и трещинам. Мелкозернистым рыхлым породам свойственно ламинарное движение воды. В крупнообломочных и трещиноватых породах может происходить турбулентное движение, свойственное открытым потокам.

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 подпертую и 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 почвогрунты кислорода и соответственно аэробные и анаэробные условия почвообразования.

В зоне многолетнемерзлых пород – геокриозоне вода находится в твердом состоянии, либо в виде льдистых почвогрунтов, либо в виде линз ископаемого льда. Этим обусловлена специфика почвообразования и форм рельефа геокриозоны.

Водный режим почвогрунтов зависит от климата и от таких их свойств, как влагоемкость и водопроницаемость. Выделяют следующие 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 умеренно-недостаточного 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 па небольшое количество осадков, поскольку неглубоко залегает мерзлый водоупорный слой.

По температуре подземные воды подразделяют на переохлажденные (ниже 0°С), холодные (от 0 до 20°С) и термальные: теплые (20-7°С), горячие (37-50 °С), очень горячие (50-100 °С) и перегретые (свыше 100°С). Высокотермальные воды в районах современного вулканизма (Исландия, Камчатка) используются для отопления жилищ, строительства геотермальных электростанций, тепличного теплоснабжения и т. д.

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

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, м3/с, м3/сут.). По характеру выхода вод на поверхность источники подразделяются на нисходящие (свободный сток грунтовых и межпластовых ненапорных вод) и восходящие (выходы напорных вод). В лечебных целях особенно ценятся минеральные источники.

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.

Подземные воды имеют большое значение в природе и хозяйственной деятельности людей. Это важный постоянный источник питания рек и озер. Они снабжают растения влагой и растворенными в воде питательными веществами. Подземные воды принимают участие в формировании оползневого, карстового, суффозионного и другого рельефа. При близком залегании от поверхности они вызывают процессы заболачивания. Пресные воды используются человеком для водоснабжения, промышленности, орошения и обводнения земель. Минеральная вода используется для лечебных целей и является источником химического сырья (глауберова соль, бура, йод и др.). Термальные воды дают тепло для обогрева зданий и теплиц.

Подземные воды, особенно пресные – национальное богатство каждой страны. Необходимо бережно их расходовать и охранять от сточных и промышленных вод, химических удобрений и ядохимикатов. В местах продолжительного интенсивного забора подземных вол на глубине образуются пустоты и часть территории оседает (Мехико, Токио). По возможности необходимо искусственное пополнение запасов пресных подземных вод во время половодий и паводков на реках, для чего уже разработаны и внедряются различные технологические приемы, основанные на фильтрации  воды в грунт.

Велика специфика подземных вод в области многолетней (вечной) мерзлоты которая занимает около четверти 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. К деятельному слою приурочены надмерзлотные воды, но есть еще межмерзлотные и подмерзлотные воды, которые залегают соответственно внутри мерзлой толщи или на водоупоре под ней. Он 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.

Литература.

  1. Любушкина С.Г. Общее землеведение : Учеб. пособие для студентов вузов, обучающихся по спец. «География» / С.Г. Любушкина, К.В. Пашканг, А.В. Чернов; Под ред. А.В. Чернова. — М. : Просвещение, 2004. — 288 с.

Еще статьи о водах суши.

§ 50. Подземные воды

§ 50. Подземные воды

Вы узнаете

•Как образуются подземные воды и какими они бывают.

•Что такое карст и карстовый рельеф.

Вспомните

•Что происходит с водой, выпавшей на землю с дождём?

•Через какие горные породы вода просачивается быстрее — пески или глины?

•Что такое родники (ключи)?

•Почему в роднике вода холодная даже летом?

Обратитесь к электронному приложению

Как образуются подземные воды. Вода в земной коре находится в трёх состояниях: жидком, газообразном и твёрдом. Вода и водяной пар заполняют промежутки между частицами горных пород. Вода в твёрдом состоянии — это кристаллики и прослойки льда в промёрзших породах.

Подземные воды — это воды, находящиеся в горных породах земной коры.

Подземных вод намного больше, чем поверхностных вод суши — рек, озёр, болот. Они возникают за счёт просачивания в глубь земли атмосферных осадков. Важнейшее условие образования подземных вод — способность горных пород пропускать воду. Различают водопроницаемые и водонепроницаемые (водоупорные) породы (рис. 168).

Рис. 168. Водопроницаемость горных пород

Горные породы, которые пропускают воду, называются водопроницаемыми. Это рыхлые пористые (песок, галька, гравий) или твёрдые, 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 твёрдые породы.

Вода с поверхности просачивается через водопроницаемые породы до тех пор, пока не встречает на своём пути водоупорные слои. Здесь она задерживается, постепенно заполняя поры или трещины водопроницаемых пород. Пласты, насыщенные водой, образуют водоносные слои (рис. 169). Вода в них течёт вниз по наклонённой поверхности водоупорного слоя.

Какими бывают подземные воды. Из-за чередования пород с разной водопроницаемостью в земной коре на разной глубине может быть несколько водоносных слоёв. Рыхлые и пористые породы сменяются водоупорными, затем снова водопроницаемыми и вновь водоупорными. В зависимости от положения водоносных слоёв различают грунтовые и межпластовые подземные воды (см. рис. 169).

Рис. 169. 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 неё.

В пористых породах недр пустыни 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 бьёт через скважину фонтаном. Такие воды называют артезианскими (рис. 170).

Рис. 170. 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 растворённых веществ и газов. Такие воды называют минеральными. На больших глубинах в толще земной коры возрастает температура. Поэтому здесь подземные воды становятся тёплыми и даже горячими.

Если толщи земной коры сложены легкорастворимыми породами (известняками, гипсом, солями), то подземные воды вымывают в них многочисленные пустоты, полости, пещеры (рис. 171). Такое явление природы, а также формы рельефа на поверхности и в толщах горных пород называются карстом.

Рис. 171. Формы карста

Вода не просто создаёт 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 артезианские воды? Как они образуются?

4.Что такое источники? Где они возникают?

5.Чем минеральные подземные воды отличаются от пресных вод? В чём их ценность?

6.Где образуются карстовые пещеры?

7.По рисунку 171 расскажите о подземных и поверхностных формах карста.

Где залегают грунтовые воды и каковы условия питания водоносных горизонтов?


Подземные воды залегают в водопроницаемых рыхлых (песок, гравий) и скальных (известняк, песчаник и др.) горных породах.


При характеристике условий залегания подземных вод применяют понятия и термины, приведенные ниже.


Водоносные породы — пласты, линзы и другие формы залегания водопроницаемых горных пород, в которых имеются поровая, трещиноватая и карстовая среды, содержащие подземную воду.


Водоносным горизонтом называют часть пласта или пласт, заполненные водой, приуроченные к одной или нескольким регионально выдержанным толщам водопроницаемых пород, гидродинамически связанным между собой и имеющим общую гидравлическую (при безнапорных водах) или пьезометрическую (при напорных водах) поверхность.


Водоносный комплекс — это комплекс водоносных горизонтов, одинаковых или различающихся по литологическому составу и пористости, приуроченных к породам какого-либо стратиграфического подразделения, среди которых вследствие изменчивости их вещественного состава, сложности тектонических условий или недостаточной изученности водовмещающих пород нельзя выделить отдельные гидравлически самостоятельные водоносные горизонты.


Площадь, в пределах которой распространен водоносный горизонт или комплекс, называется областью, или площадью распространения, а площадь, на которой происходит питание водоносного горизонта, — областью питания. Площадь, где подземные воды вытекают из водоносного горизонта или комплекса, называется областью разгрузки, или дренажа. Области питания и распространения водоносных горизонтов (комплексов) могут совпадать (в случае безнапорных) или не совпадать (в случае напорных вод).


В практике горного дела водоносные горизонты подразделяются в зависимости от их положения относительно пласта полезного ископаемого: если водоносные горизонты залегают над полезными ископаемыми, они называются надрудными (надугольными), если ниже — подрудными (подугольными).


Условия питания водоносных горизонтов зависят от многих факторов. Ведущую роль играет климат. Подземных вод больше там, где выпадает много атмосферных осадков. Большое значение имеют литологический состав пород, залегающих на поверхности, и рельеф (плоский, расчлененный, горный и т. п.).


Грунтовыми водами называют подземные воды первого от поверхности земли постоянно существующего водоносного горизонта, расположенного на первом водонепроницаемом слое. Грунтовые воды имеют свободную водную поверхность. Атмосферные осадки или поверхностные воды, просачиваясь в поры и пустоты горных пород, достигают на какой-то глубине водоупорного слоя и начинают скапливаться, образуя грунтовые воды. Расстояние от поверхности водоносного горизонта до водоупора называют его мощностью.



Рис. 1. Распределение подземной воды в верхней части земной коры.

Зоны: 1 — капиллярная; 2 — водонасыщенная (грунтовый поток)




Рис. 2. Схема грунтового бассейна:

1 — поверхность земли; 2 — уровень грунтовых вод; 3 — водоупор




Рис. 3. Распределение гидроизогипс (в м):

а — гидроизогипсы пересекают водоток без искривления; б — река питает грунтовые воды; в — грунтовые воды питают реку; г — река дренирует (на правом склоне) и питает (на левом) грунтовые воды. Пунктир — уровень подземных вод


Верхняя часть земной коры между земной поверхностью и поверхностью грунтовых вод называется зоной аэрации. В породах этой зоны в порах, трещинах и других пустотах находится парообразная, физически связанная и капиллярная вода (рис. 1).


Поверхность грунтовых вод часто называют уровнем, или зеркалом, грунтовых вод. Глубина залегания зеркала грунтовых вод может быть самой различной.


Грунтовые воды, у которых зеркало представляет собой горизонтальную поверхность, называют бассейном грунтовых вод. Такие бассейны чаще всего образуются при наличии в водоупорном ложе котловины (мульды) (рис. 2). Если же зеркало грунтовых вод наклонное, что свидетельствует об их движении в направлении уклона, то образуется поток грунтовых вод.


Питание грунтовых вод происходит в результате инфильтрации атмосферных осадков (дождь, тающий снег) и поверхностных вод (из рек, озер, прудов), подтока из других водоносных горизонтов (напорных трещинных, карстовых) и конденсации паров воды.


Питание грунтовых вод за счет поступления поверхностных вод происходит повсеместно. В период весенних половодий, а также при выпадении обильных осадков уровень поверхностных вод поднимается, превышая уровень грунтовых вод прибрежной территории. В результате значительная масса воды из поверхностного водоема просачивается в породы, слагающие его берега, питая грунтовые воды. В меженный период, когда уровень воды в водоеме ниже, чем уровень подземных вод, грунтовые воды питают водоемы.


Из сказанного следует, что между поверхностными и грунтовыми водами существует постоянная гидравлическая связь, причем существуют две формы этой связи — режимы подпертой и свободной фильтрации. О характере этой связи можно судить по карте гидроизогипс.


Гидроизогипсами называют линии, соединяющие точки с одинаковыми отметками уровней грунтовых вод. Их строят так же, как изогипсы рельефа земной поверхности.


Если гидравлической связи между поверхностными и грунтовыми водами нет, то гидроизогипсы пересекают поверхностный водоем без искривлений (рис. 3, а), а если грунтовые воды питаются за счет инфильтрации поверхностных вод, то гидроизогипсы изгибаются вниз по течению рек (см. рис. 3, 6), так как зеркало грунтовых вод в этом случае имеет наклон от реки. Если грунтовые воды питают поверхностный водоток, то гидроизогипсы будут изогнуты вверх по течению реки (см. рис. 3, в), так как зеркало грунтовых вод в этом случае наклонено к реке.


Возможна и такая связь между грунтовыми и поверхностными водами, когда на одном склоне долины грунтовые воды питают реку, а на другом река питает грунтовые воды. В этом случае гидроизогипсы на одном берегу будут изогнуты вверх, а на другом — вниз по течению реки (см. рис. 3, г).


При гидрогеологических исследованиях определение характера питания исследуемого водоносного горизонта является весьма важной задачей (особенно при осушении месторождений полезных ископаемых), так как выбор наиболее рациональных способов осушения в значительной степени определяется условиями питания водоносных горизонтов, подлежащих осушению.


Межпластовые подземные воды приурочены к водоносному горизонту, подстилаемому и перекрываемому водоупорными породами. Водонепроницаемые породы, подстилающие водоносный горизонт, называются водоупорным ложем, а перекрывающие его — водоупорной кровлей.



Рис. 4. Схема артезианского бассейна:

1 — водоносный пласт; 2 — водоупорные породы; 3 — уровень воды. А — пределы распространения грунтовых вод; Б — область распространения грунтовых вод; а — область питания напорных вод; б — область напора; в — область разгрузки; Н1 — напорный уровень выше поверхности земли; Н2 — то же, ниже поверхности земли; т — мощность напорного водоносного горизонта;
N-N‘ — пьезометрическая поверхность




Рис. 5. Схема залегания подземных вод:

1 — водоупорные породы; 2 — грунтовые воды; 3 — межпластовый безнапорный водоносный горизонт; 4 — артезианский напорный водоносный горизонт. I — колодец, питающийся грунтовой водой; II — колодец, питающийся межпластовой водой, III — артезианская скважина




Рис. 6. Схема выходов источников:

а — симметричное расположение источников в долине реки; б — источник, перекрытый делювием; в — переливающийся источник (и — выход подземных вод на поверхность)


Межпластовые воды могут быть безнапорными и напорными. Первые встречаются сравнительно редко. Надугольный водоносный горизонт на буроугольных месторождениях Днепровского бассейна является типичным примером межпластовых безнапорных подземных вод. Такие воды характерны для месторождений Канско-Ачинского буроугольного, Черемховского и некоторых других бассейнов.


Межпластовые воды бывают напорными, когда все поры и пустоты водоносного пласта заполнены, и вода в водоносном горизонте находится под гидростатическим давлением. Напорные подземные воды, приуроченные к водоносным горизонтам, залегающим обычно на значительной глубине в пределах крупных тектонических структур мульдообразного или моноклинального строения (рис. 4), называются артезианскими.


При вскрытии скважиной водоносного пласта с напорной водой уровень воды в ней поднимается выше водоупорной кровли водоносного горизонта. Линия N-N’, определяющая положение напорного уровня в водоносном пласте, называется пьезометрическим уровнем артезианского пласта. Линии, соединяющие на карте точки с одинаковыми отметками пьезометрического уровня, называются пьезоизогипсами, а сама карта — картой пьезоизогипс. Высота подъема воды выше водоупорной кровли называется напором.


Обычно в толще осадочных пород имеется несколько водоносных пластов с напорными водами.


При характеристике артезианских водоносных горизонтов, помимо глубины залегания водоносного слоя, необходимо также знать напор воды в каждом пункте распространения водоносного горизонта, поэтому для артезианских вод на карте в изолиниях показывают отметки кровли водоносного горизонта. Такая карта называется картой изогипс водоупорной кровли. Для решения практических задач карты поверхности земли в горизонталях, пьезоизогипс и изогипс водоупорной кровли водоносного горизонта совмещают. Пользуясь совмещенной картой, можно легко и быстро определить глубину залегания артезианского горизонта в каждом пункте, величину напора и направление движения артезианских вод, а также установить, будет ли в данном месте скважина фонтанировать или уровень воды остановится на какой-то глубине ниже поверхности земли. Эта глубина может быть определена точно.


Геологические структуры, содержащие один, два или несколько напорных водоносных горизонтов и распространенные на значительной площади, называют артезианскими бассейнами. Такие бассейны выделяют на основании тектонических, стратиграфических и литологических признаков. Площадь артезианских бассейнов колеблется от нескольких десятков до сотен тысяч и миллионов квадратных километров.


На рис. 5 показана общая схема залегания подземных вод.


На участках выклинивания водонепроницаемого слоя между смежными водоносными горизонтами осуществляется их взаимосвязь и за счет перетока воды из горизонта с более высоким пьезометрическим уровнем происходит дополнительное питание смежного.


Источники — это естественные выходы подземных вод на поверхность земли. Они делятся на нисходящие и восходящие.


Нисходящие источники образуются при выходе грунтовых или безнапорных межпластовых вод (рис. 6) на склонах речных долин, балок, оврагов, а также в карьерах. В местах выхода на поверхность грунтовых вод наблюдаются заболоченность или сосредоточенные струи воды, образующие ручейки.


При горизонтальном залегании водоупорного ложа источники образуются по обеим сторонам долины (см. рис. 6, а) на одной и той же высоте, а если водоупорное ложе залегает наклонно, то источники выходят на одной стороне долины. В том случае, когда склоны долины, вскрывающие водоносный горизонт, покрыты наносами, последние маскируют истинный выход грунтовых вод на поверхность и источники появляются в другом месте (см. рис. 6, б).


Помимо постоянно действующих нередко встречаются источники периодически действующие, которые образуются в тех случаях, когда на поверхности водоупорного ложа имеются понижения (см. рис. 6, в). При повышении уровня грунтовых вод они начинают переливаться через край впадины, образуя действующий источник, а при понижении — иссякают.

Дебит нисходящих источников зависит от ряда факторов и изменяется от долей до нескольких десятков кубических метров в секунду.


Восходящие источники образуются в местах выхода на земную поверхность напорных вод. Отличительная особенность их — характер выхода струи воды, которая, поднимаясь под напором снизу, как бы бурлит, бьет ключом. Когда восходящий источник пробивается через песок, на дне водоема образуются небольшие углубления — кратеры, из которых вырываются хорошо различимые струи воды.


Восходящие источники могут возникать под действием гидростатического давления, давления газа (нарзаны) или водяного пара (гейзеры). Вода восходящих источников часто имеет лечебные свойства (нарзан в Кисловодске, радоновые воды в Цхалтубо, источник Дарасун в Забайкалье и др.).


Режимом подземных вод называют изменение во времени их уровня, температуры, химического состава и расхода под влиянием естественных и искусственных факторов. Режим подземных вод определяется геологической обстановкой и климатическими условиями, а также хозяйственной деятельностью человека (осушение, орошение, строительство подпорных гидротехнических сооружений, водоотлив из горных выработок и т. п.).


Динамический режим грунтовых вод существенно отличается от режима артезианских вод. Режим грунтовых вод всецело определяется метеорологическими факторами: атмосферными осадками, температурой воздуха, давлением, испарением. Неравномерность инфильтрации атмосферных осадков является основной причиной изменений режима грунтовых вод, наблюдающихся не только в течение года, но и в многолетний период.


Колебания уровней в трещиноватых и закарстованных породах имеют свою специфику. Максимальной высоты уровни подземных вод достигают весной в период снеготаяния. Значительное повышение уровней наблюдается также во время летних и осенних дождей, в том числе ливневого характера. Амплитуда годовых колебаний уровня может достигать 10 м и более.


Динамический режим артезианских вод в естественных условиях характеризуется большим постоянством, чем режим безнапорных вод. Значительное влияние на режим напорных вод оказывает деятельность человека: из недр земли ежегодно извлекаются огромные массы подземных вод для питьевого, хозяйственного и технического водоснабжения, лечебных целей, ирригации, добычи химического сырья, а также при искусственном водопонижении в связи с проведением строительных, горных и других работ. Во многих крупных городах мира с помощью скважин в течение десятков лет эксплуатируются артезианские воды, в результате чего их уровни значительно снизились. Понижение уровней наблюдается на площади, измеряемой сотнями квадратных километров. На отдельных месторождениях полезных ископаемых глубина обезвоживания достигает 1 км и более. Снижение уровней влечет за собой изменение физических свойств, химического, газового и бактериального состава подземных вод, исчезновение источников, обезвоживание рек и озер, изменение состояния и свойств пород и многие другие процессы.


При создании водохранилищ уровень воды в них значительно превышает уровни, бывшие в реках. Это обусловливает и соответствующие изменения на прилежащих территориях уровней подземных вод, что, в свою очередь, приводит к изменению их количества, условий движения, физических и особенно химических свойств.


Проведение горных работ при добыче полезных ископаемых сопровождается откачками из шахт огромных масс воды. Так, из шахт Донецкого бассейна, которые не отличаются особой водо-обильностью, в 1986 г. откачивалось в среднем 8 м³/с. Естественно, что откачки из горных выработок существенно влияют на режим подземных вод. В том же Донбассе наблюдаются многочисленные случаи «пересыхания» колодцев, находящихся нередко на расстоянии многих километров от границ шахтных полей. Такие явления отмечаются всюду, где ведутся горные работы.


При добыче полезных ископаемых нарушение общих гидрогеологических условий существенно сказывается и на минерализации рудничных (шахтных) вод. Как правило, кислотность и агрессивность рудничных вод на рудниках (медных, колчеданных и др.) с течением времени возрастают, что отрицательно влияет на состояние насосов, труб, рельсов и другого оборудования.


Классификация подземных вод. Подземные воды залегают в земной коре в самых разнообразных геологических условиях. Направление изучения подземных вод зависит от характера их использования, поэтому в основу классификации могут быть положены различные признаки: способ образования, условия залегания, гидравлические свойства, возраст и литологический состав водоносных пород, степень минерализации, состав растворенных солей и газов и др.


По условиям залегания, циркуляции и характеру вмещающих горных пород выделяют следующие типы подземных вод:

  1. поровые, залегающие и циркулирующие в порах рыхлых четвертичных отложений, слагающих самую верхнюю часть земной коры;
  2. пластовые, залегающие и циркулирующие в порах и трещинах осадочных горных пород, перекрываемых и подстилаемых водоупорными породами; эти воды подразделяются на порово-пластовые и трещинно-пластовые;
  3. трещинные, залегающие и циркулирующие в скальных (осадочных, магматических и метаморфических) породах, пронизанных равномерной трещиноватостью;
  4. карстовые, циркулирующие в массивах карбонатных, гипсоносных и соленосных раскарстованных пород;
  5. трещинно-жильные, циркулирующие в отдельных открытых тектонических трещинах и зонах тектонических нарушений.


От типа подземных вод зависят величина и режим притоков воды в горные выработки, особенно при прорывах.

Может быть интересно

В этой статье рассматриваем все основные типы подземных пород. Подземные воды могут быть представлены несколькими слоями.

Казалось бы, о каких типах может идти речь, если не о грунтовых и артезианских, но существуют и другие.

Типы подземных вод

Подземные воды на одном участке могут быть представлены несколькими сломи:

  • грунтовая вода (верховодка)
  • межпластовые воды (безнапорные)
  • артезианские воды (самоизливающиеся).

Верховодка

Так еще называют верхний горизонт подземных вод.

Преимущества верховодки — доступность, вода расположена близко.

Недостатки — в верховодке наблюдается резкое колебание уровня воды, в зависимости от времени года, вплоть до полного исчезновения в засушливый период. Также верховодка загрязнена всем, что находится на поверхности земли: удобрения, химикаты, нефтепродукты и т.д., поэтому может быть использована исключительно для технических нужд (полива участка, мойка машины и т.д.).

Для использования такой воды, в самой низкой точке участка достаточно выкопать колодец.

Межпластовые воды

Эти воды залегают на большей глубине, чем верховодка, и расположены под водоупорным слоем глинистого грунта.

Отличаются постоянством количества и химического состава. Попадание в межпластовые воды грязных стоков с автомоек, полей и огородов, исключено, поэтому вода межпластовых слоев пригодна для использования в качестве питьевой.

Скважины, установленные в межпластовые слои – это скважины на песок или фильтровые. Недостатком таких скважин является высокая степень их заиливания, поэтому они нуждаются в обустройстве фильтрами для дополнительной очистки воды, а так же в установке насосов для поднятия воды на поверхность.

Артезианские воды

Эти воды располагаются между двумя водоупорными пластами и обладают достаточным напором, чтобы подняться на поверхность. Скважины, установленные в такие горизонты, называются артезианскими.

Артезианская вода обогащена минеральными солями, но на разной территории имеет свой химический состав. Это самая качественная вода.

Единственным недостатком артезианской воды является ее глубокое залегание и прочность водоупорных пластов (известняков), поэтому бурение артезианских скважин считается весьма затратным делом.

Для определения глубины залегания водоносного слоя в Московской области составлена геологическая карта, из которой можно получить подробную информацию о водоносных слоях.

Как образуются подземные воды? Образование и типы подземных вод Какими бывают подземные воды как они образуются.

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:

  1. Пресные.
  2. Слабоминерализованные.
  3. 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.

  1. 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.
  2. Таяние ледников многолетней мерзлоты. Подземные воды образуют целые озера.
  3. 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:

  1. Первое — это проводится оценка местности на наличие предполагаемых подземных вод.
  2. Второе — это производится замерение температурных показателей обнаруженной жидкости.
  3. Далее применяется радоновый метод.
  4. После производится бурение базовых скважин, сопровождаемых изъятием керна.
  5. Выделенный керн отправляют на исследование: определяют его возраст, толщину и состав.
  6. Из скважин откачивают некоторое количество подземных вод, чтобы определить их характеристики.
  7. По базовым скважинам составляют карты залегания жидкости, оценивают ее качество и состояние.

Разведка подземных вод подразделяется на следующие типы:

  1. Предварительная.
  2. Детальная.
  3. Эксплуатационная.

Проблемы загрязнения

Проблема загрязнения подземных вод очень актуальна на сегодняшний день. Ученые выделяют следующие способы загрязнения:

  1. 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.
  2. 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.

Грунтовые воды образуются фильтрацией в почву атмосферных осадков и воды, проникающей из открытых водоемов.
А также конденсата водяного пара, образующегося в почве из атмосферы. При фильтрации происходит медленное разрушение почвы – вымывание мелких ее частиц (суффозия). В гидрогеологии различается 2 ее вида:

Негативное влияние грунтовых вод.

  1. Механическая суффозия – отрыв мелких частиц породы потоком воды и вынос их, во взвешенном состоянии, в поры другого слоя породы.
  2. Химическая суффозия – растворение солей и карбонатов, находящихся в почве. В связи с этим повышается минерализация подземных вод.

В результате длительной фильтрации почва оседает, образуя провалы.

Водоносным считается грунт, который при вскрытии его шахтой способен отдавать воду. Водоупорный – грунт, через который вода не фильтруется.

Водоупорных грунтов практически нет, так как каждый слой содержит пустоты, которые постепенно заполняются фильтрующейся из атмосферных осадков водой.

Так образуются грунтовые воды. Особенно это происходит в период таяния снега и затяжных дождей.

Такие грунты, как гравийные, известняки, галечники, песчаные и выветриваемые скальные породы, имеют высокую водопроницаемость. Пласты глины и не выветриваемые скальные породы считаются водоупорными. К полупроницаемым породам относят суглинки, лесс, глинистые пески, мергели.

Независимо от водопроницаемости каждый верхний пласт породы является кровлей для пласта, расположенного ниже. Снижение запасов грунтовой воды происходит в отсутствие атмосферных осадков в виде дождя или малоснежной зимы и наличия растительного покрова. Если на местности есть уклон, то растительный покров задерживает ее сток и она, фильтруясь в землю, пополняет запасы воды.

Классификация

Классификация ведется:

  • по способу залегания,
  • по минерализации,
  • по химическому составу.

Вернуться к оглавлению

Способ залегания

Схема верховодки.

Верховодка – это почвенная влага. Образуются и пополняются грунтовые воды за счет атмосферных осадков и подпиткой из рядом расположенных водоемов. В засушливые годы, из-за отсутствия осадков, она практически исчезает. Обычно она располагается над первым водоупорным слоем грунта. Использовать ее для водоснабжения населения питьевой водой нельзя, так как она загрязнена органическими взвесями. В местах, где заканчивается первый водоупорный слой, верховодка исчезает, стекая в нижние горизонты. Если водоупорный слой выходит на поверхность, то возникает вероятность образования болот. Необходима мелиорация этого участка.

При полном насыщении водой пустот в грунте создаются слои почвенной воды:

  1. Грунтовые воды – частично загрязнены, занимают 1-ый от поверхности земли водоносный пласт.
  2. Межпластовые воды. Залегают в водоносном грунте, между 2-мя водонепроницаемыми пластами: подстилающим и кровлей.
  3. Артезианские грунтовые воды.
  4. Почвенные воды, полностью заполняют все пустоты в водоносном пласте и при вскрытии его шахтой поднимаются в ней выше отметки вскрытия. Такой уровень, установившийся в скважине, называется пьезометрическим. Если создается высокое давление, то грунтовые воды фонтаном выбрасываются из шахты.

При проведении поисковых работ определяется весной, когда он наиболее высокий и таяние снега происходит интенсивно. В основном он определяется замером расстояния от поверхности грунта до зеркала воды в ближайших колодцах, скважинах.

Вернуться к оглавлению

Определение минерализации

Для определения физико-химических свойств грунтовых вод исследуется цвет, запах, вкус, температура и примеси.

Прежде чем отнести исследуемые грунтовые воды к какому-либо классу, проводится исследование на наличие в ней анионов гидрокарбоната, сульфата, хлорида и катионов кальция, магния, натрия и калия.

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.

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.

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.

У нашей семьи есть традиция: зимний отпуск мы проводим в украинских Карпатах. Помимо лыжных развлечений в самих горах, мы преследуем еще одну цель – оздоровиться. В предгорье Львовской области расположился уютный Трускавец. Западноукраинский лечебный курорт популярен благодаря уникальным минеральным водам, имеющим целебные свойства. Легендарную «Нафтусю», залегающую глубоко под землей, можно выпить в одном из бюветов минеральных вод.

Для того, чтобы понять, как образуются минеральные воды, необходимо знать процессы круговорота воды в природе. Осадки в виде дождей и тающего снега просачиваются через грунт глубоко под покров земли, на глубину нескольких сотен метров. Грунт выступает естественным фильтром, очищая воду. Попутно с просачиванием вода насыщается химическими элементами, которые содержит земля и накапливается в водоносных пластах.

«Нафтуся» (название связано с украинским словом «нефть») залегает недалеко от месторождений нефти. Земля Трускавца отдает воде химические элементы, благотворно влияющие на состояние желудочно-кишечного тракта:

  • битуминозные вещества;
  • медь;
  • никель;
  • гумусовые вещества;
  • молибден.

Честно говоря, вода имеет мерзкий привкус бензина (хотя моей жене он почему-то нравится) и плохо влияет на эмаль зубов (для предотвращения проблем, необходимо пить воду из специальной чашки с узким носиком), но ради здоровья стоит потерпеть.

Всю воду, залегающую под землей, классифицируют в зависимости от условий ее накопления. Помимо минеральных, принято выделять грунтовые, почвенные, артезианские и межпластовые воды.

Особенно популярны артезианские воды. Это ценнейшие полезные ископаемые. На этикетке продающихся в магазине бутылок с «минералкой» любят писать, из скважины какой глубины была добыта их водичка. Особенность этой воды состоит в том, что она накапливается между водоупорными слоями геологических структур. При бурении вода вырывается из скважины под напором, возможно даже фонтанирование.

» новыми видами воды. Сегодня в гостях — подземные воды
. Мы поговорим про то, что такое подземные воды, откуда они берутся и куда деваются. По ходу развеем парочку общеобычных заблуждений на тему подземных вод.

Подземные воды — это собирательное название разнообразных залежей воды под землёй. Вода под землёй бывает пресная, очень пресная, солоноватая, солёная, сверхсолёная (например, в криопегах, которые мы затронули в статье «Разнообразие воды в мире «).

Общее для всех типов подземных вод: они располагаются над водонепроницаемым слоем почвы. Водонепроницаемый слой почвы — это грунт, который содержит большое количество глины (не пропускает воду) или грунт из сплошной скальной породы с минимальным количеством трещин.

Если выйти на улицу и расстелить на земле лист полиэтилена, то получится не что иное, как модель водонепроницаемого слоя почвы. Если налить на полиэтилен воду, то она соберётся во впадины, будет перетекать из более высоко расположенных мест в более низкие. Получится модель распределения подземных вод. А если в полиэтилене сделать несколько дырочек разного размера, получится модель проникновения верхних вод в нижележащие горизонты.

Точно так же запасы подземных вод образуются там, где водонепроницаемый слой создаёт углубления. Образуются подземные реки от более высоких углублений к более низким. В местах, где водонепроницаемый слой прерывается, верхние воды спускаются на нижний уровень.

В виде рисунка это можно представить так:

Теперь о том, откуда появляются подземные воды.

Основной источник: дождь. Дождь выпадает, впитывается в землю. Вода проникает через рыхлые верхние рыхлые слои почвы и скапливается в углублениях верхнего водонепроницаемого слоя земли. Этот тип воды называется «верховодка». Он сильно зависит от погоды — если дожди идут часто, вода есть. Если дожди идут реже, воды мало или нет вообще. Также это самый загрязнённый слой подземной воды, поскольку фильтрация через грунт была минимальной, и вода содержит всё — и нефтепродукты, и удобрения, и ядохимикаты и т.д. и т.п. Глубина залегания этого типа воды в основном от 2 до 10 метров.

Далее, в местах разрыва верхнего водонепроницаемого слоя дождевая вода попадает в более низкие водоносные горизонты. Их количество различно, глубина залегания также очень отличается. Так, верхняя граница начинается от 30 метров и может достигать 300 и глубже. Кстати, например, на Украине, частным лицам запрещено использовать воду глубже 300 метров, так как это — стратегический запас страны.

Интересная закономерность — чем глубже расположен водоносный горизонт, тем реже в нём встречаются места связи с более верхними слоями. Так, например, в пустыне Сахара используют подземные воды, которые попали под землю в Европе. Другая закономерность — чем вода глубже, тем она чище и тем менее она зависит от выпадения осадков.

Часто считается, что подземные воды расположены в пустотах. Это случается, но в основном подземные воды — это смесь песка, гравия, других минералов и большого количества воды.

Было сказано, откуда подземные воды берутся, как перемещаются, но не было сказано, куда они деваются. А деваются они либо ещё глубже под землю, либо изливаются на поверхность в виде родников, ключей, гейзеров, источников и прочих подобных явлений. Так, например, Днепр берёт своё начало из-под земли где-то в Белоруссии. Возле мыса Айа (Крым, недалеко от Севастополя), есть источник пресной воды, бьющий в море. Я сам не видел (он держится в тайне:), но ныряльщик рассказывал: ныряешь с бутылкой, открываешь её под водой горлышком вниз, туда набирается пресная вода.

Помимо естественных типов выхода подземных вод существуют и искусственные. Это скважины. И со скважинами связано такое интересное явление, как артезианские воды. Давно, во Франции, в Артезе, пробурили скважину в поисках воды. А вода стала бить из скважины фонтаном. То есть, артезианские воды — это такие воды, которые поднимаются из-под земли без помощи насосов. Таких случаев немного, чаще всего попадаются безнапорные скважины.

Итак, как и всё в природе, подземные воды имеют начало, изменение и конец — они попадают под землю с дождём, путешествуют под землёй из слоя в слой и в конце концов изливаются на поверхность.

Круговорот подземных вод, так сказать 🙂

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.

Поделитесь статьей с друзьями:

Похожие статьи

Какие бывают виды подземных вод? | Водоприток

Вода под землёй есть почти всегда, она может быть связана водопроницаемыми грунтами, находиться в скальных породах — в трещинах, и быть даже в виде плывунов. В принципе просто можно разделить их на следующие виды: верховодка, грунтовые воды и артезианские.

Верховодный слой, или верховодка.

Это воды, находящиеся на небольшой глубине, практически у самой поверхности земли (1-3 метра). Располагаются над верхними водоупорными слоями, в случае, если водоупорных слоёв нет, то вся верховодка просто просачивается ниже, и её просто нет на таких участках. Верховодку нельзя использовать для полноценного водоснабжения дома, в связи с тем, что она вбирает в себя все загрязнения с поверхности. При бурении скважин верховодку необходимо качественно изолировать обсадными трубами, чтобы избежать попадания их в ствол скважины и загрязнения следующего водоносного горизонта. 

Грунтовые воды.

Залегают на первом водоупорном слое. Этот слой состоит либо из рыхлых крупнозернистых песков или из скальных пород, в трещинах которых и содержится вода. Эти воды поступают с помощью просачивания по всему водоносному горизонту, но именно из-за этого эти воды могут легко загрязниться с поверхности, в случаях мощного сброса загрязнителей, например неправильная откачка с септиков и  выгребных ям. Поэтому обязательно необходимо соблюдать вокруг таких источников санитарную зону.

Безнапорные грунтовые воды соединяются с поверхностью только на небольших площадях с помощью водопроницаемых грунтов, на остальной же площади они качественно отделены от поверхности водоупорными слоями. При бурении скважин на песок на первый водоносный горизонт, обычно именно эти воды и являются источником водопритока в скважину, при этом уровень воды устанавливается чуть выше верхнего водоупорного слоя или на уровне с ним.

Артезианские воды.

Как и грунтовые, залегают между водоупорными слоями, с тем лишь отличием, что, как правило, они расположены гораздо глубже, особенно на территории Ленинградской области, а значит качественно защищены от проникновения внешних загрязнений с поверхности. Приток воды в такие слои в большинстве своём находится очень далеко от места их залегания — на расстоянии до нескольких сотен километров. При вскрытии этого горизонта, вода часто сама льётся из скважины, то есть происходит её самоизлив. Это происходит из-за того, что вода в таких слоях находится под давлением, и даже если не происходит самоизлива, то уровень в скважине устанавливается на гораздо более высокой отметке относительно верхнего водоупора этого горизонта.

В местах, где осуществляется поступление воды в этот горизонт он по сути является горизонтом с грунтовыми водами, однако при этом за счёт тщательной фильтрации, по мере прохождения воды, через грунт, известняки или пески в течении многих сотен лет, почти все опасные загрязнения задерживаются, так как порода по сути выступает качественным фильтром, разумеется никакая порода не сможет отфильтровать техногенные загрязнения.

Все виды подземных вод перемещаются внутри рыхлых зернистых пород или в трещинах скальных пород и в принципе, связаны между собой. 

Теперь, исходя из общих знаний о видах подземных вод, понятно, как важно выбрать добросовестную компанию на бурение скважины, которая не допустит загрязнения водоносных горизонтов и позволить следующим поколениям продолжать употреблять чистую воду, используя минимальную фильтрацию и очистку воды.

Грунтовые воды — Фонд безопасной питьевой воды

Свалки могут загрязнять грунтовые воды при выщелачивании вниз вредных химических веществ. Свалки должны иметь защитные нижние слои для предотвращения выщелачивания, но есть некоторые свалки, на которых этот защитный слой отсутствует, либо он старый и потрескавшийся, и это позволяет химическим веществам просачиваться через них.

В Соединенных Штатах насчитывается более десяти миллионов заглубленных резервуаров для хранения жидкостей, таких как бензин, нефть и химикаты.В 1950-х и 1960-х годах в Канаде было установлено большое количество подземных стальных резервуаров для хранения. Без надлежащей защиты до половины стальных резервуаров к 15 годам будут подвергаться коррозии и образовывать трещины.

Неправильно спроектированные, расположенные или сконструированные септические системы могут допускать попадание вредных бактерий, вирусов и химикатов в источники воды. Для получения дополнительной информации о септических системах см. Информационный бюллетень «Очистка сточных вод». В Соединенных Штатах насчитывается более 20 000 известных заброшенных и неконтролируемых свалок с опасными отходами.Опасные отходы могут загрязнять воду химическими веществами, на наличие которых во многих городах и муниципалитетах не проводятся регулярные проверки. Случайные разливы также могут загрязнить запасы грунтовых вод. Группа химикатов, называемых плотными жидкостями в неводной фазе (DNAPL), используется в химической чистке, консервации древесины, асфальтовых операциях, производстве и ремонте транспортных средств, а также может выбрасываться при авариях. Разливы DNAPL труднее очистить, чем разливы нефти, потому что DNAPL тяжелее воды и быстро опускается на дно.За исключением крупных городов, вода не проверяется на наличие DNAPL.

Но я думал, что почва может удалить загрязнители из воды, прежде чем она достигнет водоносного горизонта?

Во многих случаях почва может удалять бактерии, вирусы и химические вещества из воды, которая просачивается вниз. В конце концов, это один из способов, которым природа очищает воду. Но не все почвы удаляют загрязняющие вещества так же эффективно, как другие, а бытовые и промышленные отходы также могут превышать способность почвы удалять химические вещества и загрязняющие вещества.Некоторые почвы позволяют воде быстро просачиваться в водоносный горизонт. Обычно это означает, что будет удалено меньше загрязняющих веществ. Кроме того, когда загрязняющие вещества происходят из подземного источника, такого как резервуар для хранения или септическая система, они могут находиться очень близко к грунтовым водам, и почва не успевает удалить все вредные вещества. Качество грунтовых вод зависит от температуры, давления (которое зависит от глубины грунтовых вод), типа породы и почвы и времени пребывания воды.

Подземные воды движутся очень медленно, обычно от нескольких миллиметров до нескольких метров каждый день. Это означает, что загрязнение имеет тенденцию концентрироваться и локализоваться вблизи источника загрязнения. Однако загрязнение может распространяться внутри водоносного горизонта или на близлежащие озера и ручьи. Часто загрязнение грунтовых вод не замечается до тех пор, пока вода уже не загрязнена и не требуется дорогостоящий процесс восстановления. Избавиться от загрязнения грунтовых вод чрезвычайно дорого и сложно, и могут пройти десятилетия, прежде чем вода снова станет пригодной для использования.В Вилле Мерсье, Квебек, сброс промышленных отходов в лагуны старого гравийного карьера происходил в течение многих лет. В конечном итоге это сделало грунтовые воды непригодными для использования, и воду пришлось откачивать за десять километров, чтобы снабжать водой тысячи людей. Для получения информации об очистке после загрязнения источников воды, включая грунтовые воды, см. Информационный бюллетень «Очистка после загрязнения».

Для получения дополнительной информации о водоносных горизонтах, в том числе о том, как они могут быть загрязнены, см. «Что такое водоносный горизонт в любом случае?» план урока в программе Operation Water Flow.

У Фонда безопасной питьевой воды есть образовательные программы, которые могут дополнить информацию, содержащуюся в этом информационном бюллетене. Операция «Капля воды» изучает химические загрязнители, содержащиеся в воде; он предназначен для научного класса. Операция Water Flow учитывает, как используется вода, откуда она берется и сколько это стоит; в нем есть уроки, предназначенные для классов обществознания, математики, биологии, химии и естественных наук. Операция «Дух воды» представляет взгляд коренных народов на воду и окружающие ее проблемы; он предназначен для занятий по естественным наукам или обществознанию.Операция Water Health рассматривает общие проблемы со здоровьем, связанные с питьевой водой в Канаде и во всем мире, и предназначена для сотрудничества в области здравоохранения, науки и социальных исследований. Операция «Загрязнение воды» фокусируется на том, как происходит загрязнение воды и как она очищается, и была разработана для сотрудничества в области науки и социальных исследований. Чтобы получить дополнительную информацию об этих и других образовательных мероприятиях, а также дополнительные информационные бюллетени, посетите веб-сайт Фонда безопасной питьевой воды www.safewater.org.

Знаете ли вы, что в любой момент времени в Канаде действует более 1000 консультационных пунктов по питьевой воде? Пожалуйста, помогите нам продолжать работать над тем, чтобы безопасная питьевая вода стала реальностью для всех канадцев! Пожалуйста, внесите 5 долларов или пожертвуйте 20 долларов или более и получите официальную квитанцию ​​о пожертвовании для целей налогообложения доходов.

Водоносные горизонты: подземные запасы пресной воды

Водоносные горизонты — это подземные слои горной породы, насыщенные водой, которая может быть поднята на поверхность через природные источники или путем откачки.

Подземные воды, содержащиеся в водоносных горизонтах, являются одним из наиболее важных источников воды на Земле: по данным Национального управления океанических и атмосферных исследований (NOAA), около 30 процентов нашей жидкой пресной воды составляют подземные воды. Остальное находится на поверхности в ручьях, озерах, реках и водно-болотных угодьях. Большая часть пресной воды в мире — около 69 процентов — заперта в ледниках и ледяных шапках. На веб-сайте Геологической службы США есть карта важных водоносных горизонтов на территории Соединенных Штатов.

Подземные воды могут быть найдены в различных типах горных пород, но наиболее продуктивные водоносные горизонты находятся в пористых, проницаемых породах, таких как песчаник, или в открытых полостях и пещерах известняковых водоносных горизонтов. Подземные воды легче проходят через эти материалы, что позволяет использовать более быструю откачку и другие методы извлечения воды. Водоносные горизонты также можно найти в регионах, где скала состоит из более плотного материала, такого как гранит или базальт, если в этой породе есть трещины и трещины.

«Водоносные горизонты бывают разных форм и размеров, но на самом деле они являются замкнутым подземным хранилищем воды», — сказал Стивен Филлипс, гидролог из U.С. Геологическая служба (USGS) в Сакраменто, Калифорния.

Плотный непроницаемый материал, такой как глина или сланец, может действовать как «водоносный слой», то есть слой породы или другого материала, который почти непроницаем для воды. Через грунтовые воды могут проходить через такой материал, но это будет происходить очень медленно (если вообще будет). По словам Филлипса, разломы или горы также могут блокировать движение пресных грунтовых вод, как и океан.

Водоносный слой может улавливать подземные воды в водоносном горизонте и создавать артезианскую скважину.Когда грунтовые воды протекают под водоемом с более высокой возвышенности на более низкую, например, с горного склона на дно долины, давления на грунтовые воды может быть достаточно, чтобы вытеснить воду из любой скважины, пробуренной в этот водоносный горизонт. Такие колодцы известны как артезианские колодцы, а водоносные горизонты, в которые они попадают, называются артезианскими водоносными горизонтами или замкнутыми водоносными горизонтами.

Как движутся грунтовые воды

Когда новые поверхностные воды попадают в водоносный горизонт, они «пополняют» запасы грунтовых вод.По словам Филлипса, подпитка в основном происходит возле гор, а грунтовые воды обычно стекают вниз со склонов гор к ручьям и рекам под действием силы тяжести. По данным Министерства охраны окружающей среды Канады, в зависимости от плотности породы и почвы, через которые проходят грунтовые воды, они могут продвигаться медленно, до нескольких сантиметров за столетие. В других районах, где камни и почва более рыхлые и проницаемые, грунтовые воды могут перемещаться на несколько футов за день.

Вода в водоносном горизонте может удерживаться под поверхностью Земли в течение многих столетий: по оценкам гидрологов, воде в некоторых водоносных горизонтах более 10 000 лет (это означает, что она выпала на поверхность Земли в виде дождя или снега примерно за 6000 лет до Египта). Великая пирамида в Гизе была построена).Самые старые из когда-либо обнаруженных подземных вод были обнаружены в канадской шахте на глубине 2 мили (2,4 км) и оказались там в ловушке между 1,5 и 2,64 миллиардами лет назад.

Но чем глубже копается вода, тем соленее становится жидкость, сказал Филлипс. «Подземные воды могут быть очень, очень глубокими, но в конечном итоге это рассол», — сказал он. «Для пресной воды глубины очень ограничены».

Большая часть питьевой воды, от которой зависит общество, содержится в неглубоких водоносных горизонтах. Например, водоносный горизонт Огаллала — обширный резервуар грунтовых вод площадью 174 000 квадратных миль (450 000 квадратных километров) — обеспечивает почти одну треть сельскохозяйственных грунтовых вод Америки и более одной.8 миллионов человек полагаются на водоносный горизонт Огаллала для получения питьевой воды.

Точно так же Техас получает почти 60 процентов воды из грунтовых вод; во Флориде подземные воды обеспечивают более 90 процентов пресной воды штата. Но эти важные источники пресной воды подвергаются все большей опасности.

Сельское хозяйство и растущее население предъявляют значительные требования к истощающимся водоносным горизонтам. (Изображение предоставлено Shutterstock)

Угрозы водоносным горизонтам

По данным исследования 2013 года, проведенного Университетом штата Канзас, к 2010 году около 30 процентов подземных вод водоносного горизонта Огаллала было задействовано.Некоторые части водоносного горизонта Огаллала сейчас высохли, а уровень грунтовых вод снизился более чем на 300 футов в других областях. Исследование показало, что более двух третей подземных вод этого водоносного горизонта Огалалла могут быть осушены в течение следующих нескольких десятилетий.

«Уровень воды только что падал, понижался, понижался, — сказал Филип. «Большая часть этой системы была перезаряжена 10 000 лет назад во время последнего ледникового периода, и сейчас мы добываем воду. Мы забираем старую воду, которая не пополняется.»

Та же проблема все чаще встречается во всем мире, особенно в районах, где быстро растущее население предъявляет повышенные требования к ограниченным ресурсам водоносного горизонта — в этих местах откачка может превышать способность водоносного горизонта пополнять запасы грунтовых вод.

Когда откачка грунтовых вод приводит к понижению уровня грунтовых вод, затем уровень грунтовых вод может опуститься настолько низко, что станет ниже глубины колодца. В этих случаях колодец «высыхает», и вода не может быть удалена до тех пор, пока грунтовые воды не будут восстановлены. — что в некоторых случаях может занять сотни или тысячи лет.

Когда грунт опускается из-за откачки грунтовых вод, это называется проседанием. По данным НАСА, которое использует спутниковые данные для отслеживания проседания, в южной части Калифорнии, в долине Сан-Хоакин, где фермеры полагаются на колодцы для орошения, в период между 1920-ми и 1970-ми годами поверхность земли составляла 8,5 метров (28 футов).

«Проседание земли представляет собой угрозу для водоносных горизонтов, а также для инфраструктуры на поверхности», — сказал Филлипс.

Помимо уровня грунтовых вод, качеству воды в водоносном горизонте может угрожать проникновение соленой воды (особая проблема в прибрежных районах), биологические загрязнители, такие как навоз или сброс септических резервуаров, и промышленные химикаты, такие как пестициды или нефтепродукты.А как только водоносный горизонт загрязнен, его, как известно, трудно исправить.

Дополнительные ресурсы:

Эта статья была обновлена ​​17 октября 2018 г. младшим редактором Live Science Тиа Гхос.

Что происходит с водой под землей?

Что происходит с водой под землей?

Многие аспекты круговорота воды хорошо известны, но что происходит с водой, когда она перемещается под землю? После сильного ливня многим людям интересно, как земля может впитать столько воды, не затопляя определенную область.Вода, которая не впадает в озера или реки, медленно просачивается через поверхность земли и обычно поглощается растениями или опускается глубже под поверхность планеты, пока не перестанет течь дальше.

Дождь, таяние снега и избыток воды в результате орошения — это некоторые способы просачивания воды под поверхность земли. Изображение любезно предоставлено NOAA.

Под землей вода не сильно движется, а действует как губка, занимая промежутки между трещинами в камнях и трещинами в почве.Вода, которая перемещается в естественное хранилище (называемое водоносным горизонтом) под поверхностью земли, называется грунтовыми водами. Неограниченные водоносные горизонты — это участки, состоящие из почвы или камней, через которые вода может легко перемещаться. Для получения воды можно пробурить скважины, и это относительно быстрый процесс получения пригодной для использования воды.

Вода может подняться на поверхность от нескольких дней до тысячелетий, когда она окажется под землей. Изображение из USGS.

Закрытые водоносные горизонты имеют слои горных пород над и под ними, что затрудняет прохождение воды через них.Этот процесс может занять столетия, прежде чем вода снова станет пригодной для использования. Более половины жителей США используют грунтовые воды для питья и других домашних нужд. Хотя подземные воды составляют лишь около 1,7% всей воды на Земле, более 30% пресной воды на нашей планете приходится на подземные воды.

Геологическая служба США контролирует сеть из примерно 200 скважин, чтобы помочь документировать влияние засух и других климатических изменений на уровень грунтовых вод.Изображение из USGS.

Во время сильных дождей, таких как текущее наводнение, происходящее в некоторых частях Мэриленда и Пенсильвании, реки достигают стадии паводка, отображаемой на гидрографах, типе диаграммы, изображенной NOAA. Гидрографы показывают интенсивность наводнения на основе расхода ручья (обычно измеряется в кубических футах в секунду) и высоты воды, выше или ниже нормального уровня для ручьев или рек.

На этом гидрографе показано сильное наводнение, поскольку по состоянию на 25 июля уровень воды более восьми футов выше стадии наводнения воздействует на части реки Сватара-Крик, штат Пенсильвания.Изображение от NOAA.

ПОДЗЕМНАЯ ВОДА

Подземные воды

Подземные воды

на основе Дональда Брюля
сайт http://www.geocities.com/RainForest/4619/index.html
используется с разрешения (* примечание: участок больше не работает)

Появление подземных вод

Исследование недр
Мониторинг подземных вод
Моделирование подземных вод
Качество подземных вод
Восстановление грунтовых вод
Геофизические методы разведки

Наличие подземных вод

Большая часть грунтовых вод образуется в результате дождя, попавшего на землю.В
На рисунке показана типичная ситуация с водонасыщенными грунтами (вскрышные породы).
водоносный горизонт) над водоносным горизонтом коренных пород. В перекрывающем водоносном горизонте вода
заполняет пустоты между зернами почвы.

Подземные водоносные горизонты подстилают поверхностные почвы (покрывающие породы) и покрывающие породы
водоносные горизонты. В подземных водоносных горизонтах вода встречается в трещинах и других трещинах.
пустоты в коренных породах. Некоторые типы коренных пород, такие как песчаник, также могут
есть дополнительные пустоты (межзерновые пустоты), заполненные
грунтовые воды.
Как и в случае с поверхностными водами, грунтовые воды текут с возвышенностей.
(или
давления) в сторону более низких отметок (или более низких давлений). Поток грунтовых вод
это
обычно в сторону сброса грунтовых вод, как показано на рисунке.
Модель
Ручей на чертеже представляет собой типичный участок разгрузки подземных вод.
Давление грунтовых вод, а не высота, контролирует скорость и
направление
течение в замкнутых (или артезианских) водоносных горизонтах.Это водоносные горизонты, которые
изолированы под непроницаемыми или плохо проницаемыми пластами (водоупорами и
водоемы).

Разведка недр

Подземный мир везде находится под землей, и большинство из нас
совершенно не обращая внимания на его существование. Чтобы узнать, что находится под
поверхность земли, подземные исследования того или иного типа
должно быть сделано. На рисунке показан один из видов геологоразведки,
Пробное бурение.
Во время бурения образцы земли могут быть подняты на поверхность
для нас, чтобы наблюдать. После завершения достаточного количества пробного бурения
структура
подповерхность может быть реконструирована. Затем отверстия можно преобразовать
в
колодцев, установив трубу с пазами или отверстиями, или секцию экрана, чтобы
впустить воду. Затем можно измерить глубину до воды и
пробы подземных вод могут быть собраны для анализа, чтобы исследовать поток
направление, состав воды и наличие в ней загрязняющих веществ.;
Есть и другие методы, которые можно использовать для исследования подземных
область. Они включают раскопки и добычу полезных ископаемых, вход в пещеры и разведку,
и косвенные методы, которые могут включать геофизические методы.

Мониторинг подземных вод

Мониторинг подземных вод проводится в ряде ситуаций с различной
цели. Он включает в себя измерение физических и / или химических свойств
грунтовых вод на периодической основе.Концентрации загрязняющих веществ
часто отслеживаются, чтобы определить, увеличиваются ли они, уменьшаются или
оставаясь в том же диапазоне. Мониторинг также выполняется на и в
близость источников водоснабжения для определения качества воды и
тенденции показателей качества воды. Программы мониторинга подземных вод
обычно включают в себя множество мониторинговых или наблюдательных скважин или
микролунки.
На рисунке показана скважина для мониторинга неглубокого перекрывающего водоносного горизонта.
и некоторые из его основных функций.Колодец этого типа позволяет
измерить высоту грунтовых вод и разрешить отбор проб воды для проверки
состав грунтовых вод.

Моделирование подземных вод Моделирование потока подземных вод

Моделирование потока подземных вод обычно используется для определения количества
наличие подземных вод или направление миграции растворенных загрязнителей. Это
также используется для определения границ зоны захвата для загрязнения
восстановительная скважина (или поле скважины), или для обозначения ограждения водозаборной скважины
площадь (или зона подпитки) для водоснабжения.Ученые по подземным водам
часто используют аналитические средства для моделирования этих ситуаций с помощью
классические математические формулы для оценки воздействия на грунтовые воды
поверхность. Для оценки долгосрочной продуктивности и просадки уровня воды
восстановительной или водозаборной скважины (или колодца) часто используют
классические формулы для построения проекций.
Моделирование ручными расчетами (аналитическое моделирование) может быть очень
трудоемкий и, следовательно, дорогой.Таким образом, специалисты по подземным водам
подготовили ряд программ компьютерного моделирования подземных вод, которые
позволяют проводить более быструю и эффективную оценку стока подземных вод под
условия, которые могут включать добавление моделируемых скважин и / или
смоделированные источники подпитки в существующем поле течения. Модели часто
создавать контурные карты, которые иллюстрируют соответствующие данные, относящиеся к
сток грунтовых вод. Выходные данные компьютера обычно отображаются как грунтовые воды.
карты высот (или артезианского давления) для дальнейшего анализа.

Моделирование переноса растворенных веществ

Качество подземных вод

Качество подземных вод отражает вещества, растворенные или взвешенные в
вода. Взвешенный материал не уносится далеко в большинстве подземных пространств
материалы, но обычно отфильтровываются.

В целом поток грунтовых вод очень медленный и зависит от проницаемости.
(водопроницаемость)
подземные материалы, а также гидравлический градиент (наклон
уровень грунтовых вод или градиент давления для артезианских условий).

Скорость потока грунтовых вод обычно измеряется в футах (или метрах) на
день или футы (или метры) в год. В некоторых ситуациях, когда поток медленный,
измеряется в дюймах (или сантиметрах) в год.

Подземные воды обычно содержат более высокие концентрации естественных растворенных веществ.
материалы, чем поверхностные воды. Материалы, растворенные в воде, обычно
отражают состав и растворимость земных материалов (почвы или
рок) что
грунтовые воды находятся в контакте, и время, когда они находились в
под землей.
Некоторые виды деятельности человека представляют угрозу для качества воды.
К этим видам деятельности относятся:

  • Удаление твердых отходов на полигоне
  • Емкости для сбора жидких отходов
  • Системы инфильтрации септических отходов
  • Противообледенительная обработка шоссе химическими средствами (например, солью)
  • Автозаправочные станции
  • нефтебазы
  • Резервуары подземные
  • Многие виды промышленной деятельности
  • Партии кормов для скота
  • Проникновение ливневой воды в город

На иллюстрации представлен пример того, как источник грунтовых вод
загрязнение может привести к загрязнению миллионов галлонов грунтовых вод в
нижележащий водоносный горизонт.«Промышленная зона» представлена ​​как типичный источник.
загрязнения. На иллюстрации загрязнители грунтовых вод
летучие органические химические вещества (например, трихлорэтен или ТХЭ), которые используются в качестве
растворители или обезжириватели в различных промышленных процессах. Степень
о загрязнении свидетельствует общая концентрация летучих органических веществ
по контурам. Степень загрязнения также отображается разными цветами.
в водоносном горизонте. Ближайшие к промышленной зоне имеют самый высокий
концентрации, в то время как у тех, кто находится на расстоянии или в улучшенной, более низкая
концентрации.На колодец с пониженным водоснабжением влияет:
загрязнение из промышленной зоны и, возможно, придется закрыть
пока водоносный горизонт не будет восстановлен (очищен).

Ученые, занимающиеся подземными водами, использовали ряд различных компьютерных моделей для
оценить перенос различных растворенных органических и неорганических
соединения в подземных водах в ряде геологических ситуаций.>
Одна из часто встречающихся ситуаций моделирования связана с оценкой
распределение концентраций углеводородов вокруг источника загрязнения
для оценки различных сценариев исправления, включая удаление источника
загрязнение, снижение концентрации в результате потребления
микробы, влияние скважин для восстановления грунтовых вод и источники подпитки.
На рисунке справа показана простая сетка для растворенных веществ.
транспортное моделирование. Такие модели можно использовать для прогнозирования необходимого времени.
для очистки водоносного горизонта или для естественного снижения концентрации существующими
процессы в недрах.

Восстановление грунтовых вод

На иллюстрации показан схематический чертеж лечебной системы
.
для удаления компонентов нефтепродуктов (бензина или масла) из грунтовых вод.

Если на участке выявлено загрязнение грунтовых вод и если загрязнение
концентрации превышают нормативные пределы, восстановительные мероприятия или
технико-экономические обоснования должны быть выполнены только для того, чтобы сайт оставался в
согласие. Такие действия различаются в зависимости от загрязнителя, среды.
то, что загрязнено, и окружающие факторы окружающей среды.

Общие методы исправления включают следующее:

  • Земляные работы и удаление за пределы участка.
  • Земляные работы и обработка на объекте
  • Подземные воды «Насос и очистка»
  • Удаление паров почвы Барботаж
  • Пассивное извлечение жидкостей без водной фазы (NAPL)
  • Усиленная биоремедиация
  • Инкапсуляция на месте
  • Обработка на месте
Геофизические методы разведки

ВЕРХ

Водоносные горизонты | Национальное географическое общество

Водоносный горизонт — это массив породы и / или отложений, в котором находятся грунтовые воды.Подземные воды — это слово, используемое для описания осадков, которые просочились в почву за пределы поверхности и собрались в пустых местах под землей.

Есть два основных типа водоносных горизонтов: напорные и неограниченные. Замкнутые водоносные горизонты имеют слой непроницаемой породы или глины над ними, в то время как неограниченные водоносные горизонты лежат ниже проницаемого слоя почвы.

Водоносные горизонты могут формироваться из множества различных типов отложений и горных пород, включая гравий, песчаник, конгломераты и трещиноватый известняк.Водоносные горизонты иногда классифицируют по типу горных пород или отложений, из которых они состоят.

Распространенное заблуждение о водоносных горизонтах состоит в том, что это подземные реки или озера. Хотя грунтовые воды могут просачиваться в водоносные горизонты или из них из-за их пористой природы, они не могут двигаться достаточно быстро, чтобы течь, как река. Скорость движения грунтовых вод через водоносный горизонт зависит от проницаемости породы.

Большая часть воды, которую мы используем для бытовых, промышленных или сельскохозяйственных целей, — это грунтовые воды.Большая часть грунтовых вод, в том числе значительная часть нашей питьевой воды, поступает из водоносных горизонтов. Чтобы получить доступ к этой воде, необходимо создать колодец, просверлив отверстие, достигающее водоносного горизонта. Хотя колодцы являются искусственными точками разгрузки водоносных горизонтов, они также имеют естественный сток из источников и водно-болотных угодий.

Подземные воды могут истощиться, если мы будем использовать их быстрее, чем они могут восполнить сами себя. Восполнение водоносных горизонтов за счет атмосферных осадков называется подпиткой. Истощение водоносных горизонтов увеличилось, прежде всего, из-за расширения орошения в сельском хозяйстве.Подземные воды могут быть загрязнены, когда чрезмерное количество пестицидов и гербицидов распыляется на сельскохозяйственных полях, протекает септик или когда свалки неправильно выстилаются или обрабатываются, а токсичные материалы просачиваются через почву в водоносный горизонт.

Водоносные горизонты естественным образом фильтруют грунтовые воды, заставляя их проходить через мелкие поры и между отложениями, что помогает удалять вещества из воды. Однако этого естественного процесса фильтрации может быть недостаточно для удаления всех загрязняющих веществ.

TSHA | Подземные воды

Подземные воды включают всю воду, которая встречается ниже поверхности земли, занимая пустоты или пустоты проницаемых горных пород и почвы; как и поверхностная вода, она образуется в основном из осадков, которые падают на поверхность земли и просачиваются вниз под действием силы тяжести. Подземные воды в зоне насыщения могут встречаться как в подземных (неограниченных) водоносных горизонтах, так и в артезианских (замкнутых) водоносных горизонтах. Замкнутая вода обычно находится под давлением выше атмосферного, и скважины, проникающие в замкнутый водоносный горизонт, позволяют воде подниматься над замкнутыми пластами.При наличии достаточного давления могут возникнуть фонтанирующие скважины. В случае подземных водоносных горизонтов вода поступает из местных осадков; но в случае артезианских скважин вода может поступать в проницаемые пласты в десяти или даже сотнях миль от точки, где она задерживается колодцами; следовательно, вода, взятая из колодца, является не большей частью суши, чем вода поверхностного ручья, пересекающего ее. Город Хьюстон, например, получает воду из глины Бомонта, из формаций Голиада-Уиллиса-Лисси и в меньших количествах из глины Логарто, которая обнажается примерно в 100 милях к западу.Большинство геологических формаций в Техасе содержат воду, но лишь относительно немногие ее запасы в изобилии. Те пласты, дающие обильные запасы, которые были классифицированы как основные водоносные горизонты, включают: водоносный горизонт побережья Мексиканского залива, который соответствует побережью Мексиканского залива; Водоносный горизонт Карризо-Уилкокс, к северу от водоносного горизонта побережья Мексиканского залива; Водоносный горизонт Trinity Group, в основном Северо-Центральный Техас; Водоносный горизонт Эдвардс-Тринити, отождествленный с районом плато Эдвардс; Водоносный горизонт Эдвардса, соответствующий зоне откоса Балконов; Водоносный горизонт Огаллала, примерно в районе Высоких равнин; и аллювиальный водоносный горизонт, широко распространенный в Техасе, но встречающийся в основном в Западном Техасе.Всего в Техасе семь основных и шестнадцать второстепенных водоносных горизонтов. Они лежат в основе примерно 76 процентов площади Техаса. На массивный водоносный горизонт Огаллала приходится 90 процентов всей воды во всех водоносных горизонтах Техаса. В середине-конце 1980-х годов из водоносных горизонтов в штате Техас извлекалось 11 миллионов акро-футов в год. Однако только 5,3 миллиона акров футов в год пополняли водоносные горизонты.

Подземные воды являются основным водным ресурсом в Техасе, и их значение в качестве источника водоснабжения для муниципальных, промышленных и ирригационных целей, а также для домашних и животноводческих целей неизмеримо.В 1990 году более половины воды, используемой в Техасе, составляли подземные воды; около 71 процента приходилось на сельскохозяйственное использование и 21 процент на муниципальное использование, а оставшаяся часть предназначалась для промышленных нужд. Многие крупные города и большинство небольших городов и сообществ в Техасе обеспечивают свои потребности в воде из муниципальных колодцев или из комбинации поверхностных и подземных источников воды. Более половины всей муниципальной воды в Техасе поступает из подземных вод. Самый большой разовый вид использования подземных вод в Техасе — для орошения.В 1990 году в Техасе орошалось 6 миллионов акров земли, и около 70 процентов всей оросительной воды поступало из подземных источников. Для орошения в Техасе используется больше подземных вод, чем для всех других целей вместе взятых. Сильно орошаемые районы с использованием подземных вод — это регион Высоких равнин, Район Зимнего сада, Пекос-Кояноса и Соляной бассейн в Транс-Пекосе. Из всей воды, перекачиваемой для орошения в Техасе, 68 процентов производится в Южных высокогорных равнинах.

Помимо муниципального и ирригационного использования, многие отрасли промышленности разработали системы подземного водоснабжения для охлаждения и промышленных процессов.Характеристики подземных вод, которые делают их особенно желательными для промышленности, — это их постоянная температура и однородное качество в данном источнике. Хотя вся подземная вода содержит минеральные вещества, главным образом получаемые из почвы и горных пород, через которые она движется, ее качество и температура, как правило, остаются постоянными в данной местности, если она не загрязнена в результате деятельности человека. Несколько факторов способствовали развитию и широкому использованию подземных вод в качестве источника водоснабжения в Техасе.Почти все геологические образования в штате дают воду, как правило, в достаточных количествах для домашних и животноводческих целей. Если подземные воды доступны в достаточных количествах, их добыча, как правило, обходится дешевле, поскольку для них не требуются протяженные трубопроводы и очистные сооружения, необходимые для поверхностного водоснабжения. В отличие от поверхностных вод, которые текут по определенным и ограниченным каналам, подземные воды часто могут быть разработаны в месте использования, что требует небольшого транспорта или вообще не требует его.На обширных территориях Техаса, где не выпадает осадков, и где имеется несколько постоянных водотоков, доступных для водоснабжения, содержится огромное количество подземных вод в хранилищах.

Подземные воды, в отличие от поверхностных вод, которые являются собственностью штата Техас, являются исключительной собственностью владельца земной поверхности и подпадают под действие правила отлова. Он подлежит бартеру, продаже или аренде, а не сложным и часто противоречащим доктринам прибрежных и присваивающих прав, регулирующих права на поверхностные воды.За исключением нескольких законодательных актов, касающихся сохранения, защиты и отходов, штат Техас не регулирует производство или использование подземных вод. Определенный местный контроль осуществляется районами охраны подземных вод, которые уполномочены издавать правила и положения по сохранению, сохранению, защите и пополнению запасов подземных вод в пределах своих границ, включая расположение скважин и выдачу разрешений на них. Во второй половине двадцатого века многие районы штата боролись с проблемами переполнения.Проседание земли, особенно в районе Хьюстон-Галвестон, было серьезной проблемой и привело к созданию района проседания в 1975 году. Кроме того, слишком сильная откачка может привести к вторжению соленой воды. Многие муниципалитеты и агробизнес все чаще обращаются к более эффективным методам сохранения и использования поверхностных вод. См. Также ВОДНОЕ ЗАКОНОДАТЕЛЬСТВО.

Water Flowing Underground — Океанографическое учреждение Вудс-Хоул

На скалах Никерсон заметил… проявление «необычайного духа и активности» и вскоре стал частью общей спешки на пляж.Фактически, мужчины обнаружили источник, бурлящий из дыры в большом плоском камне… как только всем была предоставлена ​​возможность напиться, они начали восхищаться своей удачей. Источник находился так далеко от линии прилива, что оставался открытым всего на полчаса при минимальном низком уровне; во время прилива он был на глубине шести футов под водой. У них было время наполнить только два небольших бочонка, прежде чем камень снова исчез под водой.
— В сердце моря: трагедия китового корабля «Эссекс» Натаниэля Филбрика.

История затонувшего в 1820 году китобойного судна Essex, , протаранившего кашалот, вдохновила Германа Мелвилла на создание Moby Dick .В нем также рассказывается вдохновляющая история о том, как геология пришла на помощь людям, потерпевшим кораблекрушение.

Дрейфующие на баркасах посреди Тихого океана восемь выживших в катастрофе, включая 14-летнего Томаса Никерсона, направились в Южную Америку. Когда они, наконец, достигли берега, обезвоженным морякам посчастливилось обнаружить пресные грунтовые воды, вытекающие из берега во время отлива. Эта вода спасла им жизни.

Оказывается, удачное наблюдение Никерсона не так уж необычно.Почти 97 процентов годной к употреблению пресной воды в мире находится под землей, и содержимое этого огромного подземного резервуара иногда просачивается в океан. Фактически, везде, где водоносные горизонты гидравлически связаны с океаном, подводные грунтовые воды могут сбрасываться в море, а соленая вода может проникать на сушу в пресные водоносные горизонты.

Поскольку большинство людей предпочитают жить вдоль побережья, взаимодействие грунтовых и морских вод становится все более важным для понимания. Уместные вопросы включают: сколько грунтовых вод перетекает с суши в море? Что это за вода несет с собой? Как деятельность человека влияет на качество подземных вод и прибрежную экосистему?

Исторически исследования прибрежных подземных вод были сосредоточены на проникновении соленой воды во внутренние пресноводные водоносные горизонты, что может иметь ужасные последствия для источников питьевой воды.Мало внимания уделялось сбросу подводных грунтовых вод в прибрежные воды океана, потому что ученые считали его незначительным по сравнению с сбросом из рек и других поверхностных вод. Статистически они были правы: подземные воды составляют от 5 до 10 процентов притока пресной воды в океан.

Однако в последние годы сбросу подводных грунтовых вод уделяется больше внимания, поскольку новые исследования показывают, что это больше, чем простой водообмен между сушей и морем.Поток грунтовых вод в океан имеет решающее значение, потому что эти жидкости часто несут значительное количество растворенных питательных веществ и загрязнителей. Появление мутной, заполненной водорослями воды в некоторых из наших гаваней и заливов — результат слишком большого количества питательных веществ и загрязнителей — может быть результатом этого незаметного поступления питательных веществ.

Растворение воды, удаление воды

Расход подземных вод, по-видимому, является важным фактором для определения химического состава прибрежных океанов. По мере того, как пресные грунтовые воды текут к морю, они поднимаются над более плотной соленой водой.Пресная и соленая вода смешиваются вдоль границы раздела, и образующийся флюид выходит на береговую линию. Эта граница раздела между подземными водными массами недавно была описана как «подземный эстуарий», зона смешения пресной и соленой воды, аналогичная области, где река встречается с океаном.

Множество реакций и преобразований как внутри суши, так и у побережья могут влиять на количество растворенных химических веществ, проходящих через этот подземный эстуарий.Азот, фосфор и другие загрязнители могут попадать в грунтовые воды с помощью различных механизмов. Отходы и питательные вещества вымываются из септических систем. Дождь переносит атмосферные загрязнители, и земля разливается через почву. В конце концов, эти химические вещества текут под землей в океан, как и в поверхностных притоках.

Когда эти растворенные химические вещества достигают прибрежных вод, они могут влиять на численность растений и других живых организмов. Например, подземные воды нередко содержат растворенный азот в концентрациях от 100 до 1000 раз больше, чем в морской воде.Например, азот из человеческих источников привел к чрезмерному обогащению (эвтрофикации) многих прибрежных заливов и водных путей.

Под скалами и камнями

Подземные воды часто протекают на большие расстояния и во времени. В отличие от поверхностных эстуариев, в которых вода ограничена по горизонтали топографией — например, холмы и берега ограничивают воду каналами или ручьями, — грунтовые воды текут по всей земной коре. Почвенная и подземная геология играют жизненно важную роль в влиянии на направление и скорость протекания подземных вод.

Модели разгрузки подводных подземных вод являются результатом сложных взаимодействий между гидрологическими, химическими, геологическими и антропогенными воздействиями. Для точной оценки и прогнозирования этих потоков было разработано множество разрозненных методов. Чтобы распутать этот узел взаимосвязанных влияний, ученые должны работать в разных дисциплинах, объединяя химиков с геологами, гидрологов с разработчиками математических моделей.

Например, модели полезны для исследования и интеграции сложных систем сброса подземных вод, а также для прогнозирования воздействия деятельности человека.Модели предлагают идеализированные математические описания того, как гидрология и подземная геология могут влиять на сток. Но для обоснования этих моделей в реальности требуется достаточно точная трехмерная карта подземной геологии.

Такие карты требуют полевого отбора проб и бурения скважин в земле, что может быть инвазивным и дорогостоящим. Данные из скважин имеют высокое разрешение — ученые могут «видеть» особенности в недрах размером до сантиметра, но каждая дыра на Земле представляет собой очень маленькую пробу отложений только в одном месте.

Исследователи также используют геофизические методы, такие как геофизический радар, электромагнитное сопротивление и сейсмические исследования, которые используют магнитные и звуковые свойства горных пород и отложений для исследования обширных участков под поверхностью. Такие технологические подходы теперь менее дороги, менее опасны для окружающей среды и с большей вероятностью позволяют быстро нанести на карту большие территории.

Но эти инструменты дают только знания о конкретных физических свойствах подземной геологии; они не говорят нам, какие типы отложений находятся под поверхностью.Для этого у нас должны быть прямые образцы (полученные путем бурения), которые мы затем можем сопоставить с геофизическими данными.

Лучший способ нанести на карту подземную среду и ее влияние на поток грунтовых вод — это комбинировать методы. Буря скважины и проводя геофизические исследования, мы можем собрать достаточно данных для построения реалистичных карт геологической среды, что, в свою очередь, сделает наши модели более реалистичными.

Вода на дне океана

По мере того, как мы разрабатываем карты подземного ландшафта, мы также можем получить представление о системе грунтовых вод, если сможем точно увидеть, где грунтовые воды входят в море, сколько вытекает и с какой скоростью движутся грунтовые воды.Воздушное тепловидение, использующее разницу температур между грунтовыми и поверхностными водами, оказалось особенно полезным инструментом для определения места разгрузки подземных вод.

Например, на Кейп-Коде подземные воды поддерживают температуру от 10 ° до 15 ° C в течение всего года; температура поверхностных вод океана колеблется от 25 ° C летом до 0 ° C зимой. Используя инфракрасные камеры на самолетах и ​​дирижаблях, мы можем обнаружить этот тепловой контраст и увидеть, где происходит разгрузка грунтовых вод. Обладая этой информацией, мы можем соотнести характер разгрузки подземных вод с тем, что мы знаем о гидрологических и геологических особенностях.Комбинация наблюдений дает подсказки о том, что может контролировать сброс, и дает цели для будущих мест отбора проб во время полевых работ.

Тепловизионный снимок показывает место разгрузки подводных грунтовых вод, но не скорость потока. Чтобы определить это количественно, исследователи обратились к химическим индикаторам. Концепция относительно проста: в зонах разгрузки грунтовых вод мы обнаруживаем и отслеживаем химическое вещество в грунтовых водах, которое имеет другую сигнатуру или более высокую концентрацию, чем в поверхностных водах.Зная концентрацию природных индикаторов в грунтовых водах, мы можем оценить, сколько жидкости требуется для учета избыточных уровней, наблюдаемых в океане.

Естественные изотопы радия и радона в земной коре оказались полезными индикаторами разряда подземных вод. Радий и радон выщелачиваются из горных пород и отложений, которые окружают и вмещают водоносные горизонты подземных вод, и они часто становятся концентрированными, потому что они не подвергаются циклическим колебаниям или разложению в такой степени, как в открытой морской воде.

Снять воду, отнести воду

Существует старый, хорошо зарекомендовавший себя механический подход к измерению грунтовых вод, который недавно получил новую жизнь: счетчик фильтрации. Измеритель фильтрации, созданный в 1970-х годах, по сути, представляет собой верхнюю половину 55-галлонной бочки, размещенной над границей раздела, где грунтовые воды просачиваются из отложений в океан. Просачивающиеся грунтовые воды заполняют пластиковый мешок, соединенный с верхней частью барабана, и количество жидкости, уловленной за единицу времени, позволяет оценить поток.

Проблема со старомодными фильтрационными расходомерами заключается в том, что они требуют больших затрат времени и труда: если вы хотите измерять расход в течение 24 часов, вам нужно находиться рядом с оборудованием в течение 24 часов. Более длительные наблюдения могут стать утомительными, не говоря уже о расточительстве, когда драгоценное время исследования тратится на присмотр за оборудованием.

В последние годы мы разработали автоматизированные измерители фильтрации, которые позволяют исследователям непрерывно отслеживать поток подземных вод в течение недели даже в отдаленных районах.Теперь возможно получать долгосрочные записи расхода подводных грунтовых вод с высоким разрешением с помощью автоматического автоматического счетчика, пока мы снова в лаборатории, работая над другими частями загадки грунтовых вод. Недавно мы работали с Геологической службой США над выполнением таких измерений в рамках их долгосрочной программы восстановления экосистемы Эверглейдс во Флориде.

Снова в синее

Взаимодействие прибрежных грунтовых и морских вод изучается во многих частях мира, включая юго-восточное побережье США, Средиземное море, Австралию и Кейп-Код.Почти во всех этих местах новые данные свидетельствуют о том, что подводный сток подземных вод является важным источником растворенных элементов в океане. Однако было проведено несколько комплексных геохимических исследований таких сред.

Вот почему мы работаем вместе как гидролог подземных вод и морской химик. Благодаря междисциплинарному сотрудничеству мы сможем увидеть большую картину, которая может затеряться в деталях ограниченной научной направленности. В ближайшие годы мы планируем работать с другими геологами, геофизиками и химиками WHOI, чтобы расширить наш взгляд на проблему, проведя всестороннее исследование всей системы сброса подземных вод от берега до суши.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован.