Работа подземных вод

В числе главных факторов, определяющих результативность работы подземных вод, необходимо назвать временной, особенности физического состояния, режима и движения подземных вод, их химический состав и температуру, а также минеральный состав соприкасающихся с ними горных пород. Степень влияния названных факторов зависит от множества причин, среди которых первостепенное значение имеют геологическое строение территории, рельеф и климат.

По физическому состоянию выделяют семь видов подземных вод: парообразную, гигроскопическую, пленочную, капиллярную, капельно-жидкую, твердую, кристаллизационную. Из них наибольший объем работы производит капельно-жидкая, а в зонах многолетней мерзлоты и на территориях сезонного промерзания грунтов огромно значение подземных льдов.

Движение капельно-жидкихподземных вод зависит, в первую очередь, от условий их залегания и состава водоносных пород. Главным типом движения вод, залегающих в рыхлых горных породах, является ламинарное (медленное параллельно-струйное). В силу этого главным эрозионным фактором является растворение горных пород, а основным способом транспортировки – перенос в растворенном виде.

Химический состав подземных вод определяется их происхождением, режимом и составом вмещающих пород. По содержанию растворенных веществ подземные воды варьируют от пресных до рассолов. Конкретный гидрохимический класс подземных вод устанавливается по концентрации преобладающих анионов и катионов. По составу анионов выделяют три главных класса подземных вод (гидрокарбонатные, сульфатные, хлоридные) и ряд промежуточных. По составу катионов каждый класс может быть кальциевым, натриевым, магниевым или смешанным. В отдельную группу выделяют имеющие лечебное значение минеральные воды. Таким образом, химическая агрессивность подземных вод проявляется по-разному, в зависимости от состава взаимодействующих с ними горных пород или техногенных сооружений. Например, повышенное содержание в водах углекислоты способствует активизации растворения карбонатов. Перенасыщение подземных вод растворенными веществами ведет к выпадению последних в осадок и формированию разнообразных отложений.

Температура подземных вод зависит от тектонических особенностей и глубины залегания, а также от климата территории (для приповерхностных вод). По температуре подземные воды бывают холодными (до 20° С), теплыми (до 37° С), термальными (до 42° С), гипертермальными (более 42° С). Очевидно, что с ростом температуры увеличивается и агрессивность подземных вод.

Геологическая работа подземных вод ярче всего проявляется в процессах карста, суффозии и образования оползней.

Карст – это совокупность геологических процессов, обусловленных растворением и размывом горных пород движущимися водами, и ведущих к образованию отрицательных форм рельефа на поверхности Земли и различных пустот на глубине. Термин происходит от названия расположенного в Словении плато Крас, на территории которого широко представлены карстовые процессы и формы. Среди водорастворимых горных пород можно назвать каменную и калийную соли, гипс, карбонатные породы. Хотя легче всего растворяются соли и гипс, но карстовые формы чаще всего связаны с гораздо шире распространенными карбонатными породами. Карстовые формы подразделяются на поверхностные (открытые) и подземные (закрытые). Вначале развивается поверхностный карст, мельчайшие формы которого называются карры – это борозды, рытвины и разной формы углубления, возникшие на обнажающейся поверхности растворимых горных пород. Карры образуются под действием атмосферных осадков, достигают 1 – 2 метров в глубину. Иногда карры занимают большие площади, делая территорию труднопроходимой – так возникают карровые поля. Поскольку карбонатные породы в большей или меньшей степени трещиноваты, разрастание карров сопровождается размывом и расширением трещин. Так образуются поноры – наклонные или вертикальные колодцы, по которым поверхностные воды уходят под землю. Дальнейшее развитие этих процессов ведет к возникновению карстовых воронок – обширных углублений, диаметром до 100 метров и больше, и глубиной до 20 метров. Если воронка образовалась благодаря слиянию карров и расширению верхней части понор, то склоны воронки будут пологими. При образовании карстовой воронки в результате обрушения свода подземной карстовой пустоты, склоны могут достигать значительной крутизны. Разрастание карстовых воронок или обрушение кровли крупной карстовой полости ведет к формированию карстовых котловин и польев, имеющих вид замкнутых понижений с плоским дном и крутыми склонами, высотой до нескольких сот метров. Площадь крупнейших польев достигает нескольких сот квадратных километров (Ливаньско полье в Боснии имеет площадь более 379 кв. км). Расширение и углубление понор и трещин влечет образование карстовых колодцев, шахт и пропастей – наклонных или вертикальных форм, глубиной до километра и более. В результате поверхностного карста русло реки может нырнуть в понор или трещину – возникают слепые долины рек. Развитие подземного карста начинается, когда формы открытого карста позволят поверхностным водам проникать под землю, растворяя породы, перекрытые слоями нерастворимых отложений. Крупнейшими из подземных форм являются карстовые пещеры, возникающие как в горах, так и на равнинах. Пещеры представляют собой системы соединяющихся друг с другом наклонных и горизонтальных туннелей, часто располагающихся на нескольких вертикальных уровнях. В лабиринтах переходов из-за растворения, размыва пород или обрушения кровли образуются гигантские по площади и высоте залы (гроты). Крупнейшая из известных систем карстовых пещер Земли – Флинт-Мамонтова (штат Кентукки, США) имеет суммарную протяженность более 485 км. Один из залов системы пещер Карлсбадского национального парка (штат Нью-Мексико, США) достигает длины 1200 м, ширины 190 м, высоты 90 м.

Аккумулятивная работа подземных вод в карстовых районах проявляется, в первую очередь, в образовании всевозможных натечных форм. Выпавшие на поверхность атмосферные осадки содержат много растворенного углекислого газа, поэтому, просачиваясь по трещинам, легко растворяют известняки и насыщаются бикарбонатом: CaCO3 + H2O + CO2 = Ca (HCO3) 2. После выхода воды на стенки или потолок пещеры, часть углекислоты испаряется, и бикарбонат переходит в карбонат кальция. Последний частично выпадает в осадок, давая начало образованию сталактитов, занавесей, фестонов и других форм, свисающих со свода пещеры. Остатки карбоната кальция выделяются из упавшей капли воды на полу пещеры. Тогда снизу вверх идет рост сталагмитов. Если сталактит срастается со сталагмитом, то возникает сталагнат, или колонна. Кроме того, на дне пещер или в местах выхода на поверхность источников, берущих начало в карстующихся породах, накапливаются пористые, губчатые известковые туфы (травертины). В областях древнего карста на дне воронок и пещер накапливаются нерастворимые глинистые остатки карбонатов, обогащенные красноцветными гидроокислами железа и алюминия. Такие плодородные образования называют «терра-росса» (красная земля). И, наконец, на дне пещер встречаются отложения пещерных рек и озер, а также обвально-осыпные отложения. В холодном климате возможно образование ледяных натечных форм в пещерах. С деятельностью гипертермальных подземных вод связано накопление кремнистых туфов (гейзеритов), месторождений некоторых цветных металлов.

Оползневые процессы возникают на склонах, когда поверхностный водопроницаемый слой перенасыщается водой и быстро соскальзывает по гладкому мокрому водоупору (ложу оползня). Оползень начинается при угле наклона ложа более 5°.

Дата добавления: 2013-12-12