Меню
Главная
Авторизация/Регистрация
 
Главная arrow География arrow Гидрогеология и основы геологии

ПРОИСХОЖДЕНИЕ ПОДЗЕМНЫХ ВОД И ОСНОВНЫЕ ТЕОРИИ ИХ ПРОИСХОЖДЕНИЯ

Еще в I в. до н.э. Марк Витрувий Полий полагал, что подземные воды образуются за счет поглощения дождевых и снеговых вод. Платон считал возможным проникновение в горные породы соленых вод моря, он допускал, что по мере продвижения в породах морские воды освобождаются от солей и в виде пресных родников выходят на поверхность. Так, по его мнению, из морских соленых вод образуются пресные воды. Аристотель (384—322 гг. до н.э.) считал, что подземные воды возникают путем сгущения холодного воздуха в пустотах горных пород. Г. Агрикола (1494—1555) объяснял образование подземных вод сгущением на больших глубинах паров, содержащихся в воздухе.

М.В. Ломоносов (1711—1765) в своих работах развивал взгляды об инфильтрационном происхождении подземных вод. Э. Зюсс (1831—1914) в 1902 г. выступил с теорией магматического происхождения вод. Он считал, что они выделяются из магмы при ее внедрении в земную кору. Эти глубинные воды Зюсс назвал ювенильными (девственными) и противопоставлял их водам, блуждающим в земной коре, т.е. вадозным водам. Эти ученые указали четыре основных источника образования подземных вод: атмосферные осадки, пары воздуха, морские воды и воды магмы.

В настоящее время существует четыре основные теории происхождения подземных вод [5, 8, 9, 11]:

1) инфилыпрационная теория, согласно которой подземные воды образуются в результате просачивания в породы атмосферных и поверхностных вод;

2) конденсационная теория, допускающая конденсацию водных паров атмосферного и почвенного воздуха с образованием капельножидких свободных вод в поверхностных слоях земной коры;

3) седиментационно-диагенетическая теория, объясняющая образование подземных вод проникновением морских иловых вод в толщи пород на различных стадиях осадкообразования и позже (Н.И. Андрусов, В.И. Вернадский, Г.Н. Каменский);

4) теория магматических (ювенильных) вод.

В природе подземные воды образуются и смешанным путем, что подтверждается их химическим и газовым составом, режимом и данными о пьезометрических напорах. Воды смешанного происхождения, пожалуй, самые распространенные. Большинство исследователей полагает, что легколетучие компоненты Н20 и С02 выделяются из верхней мантии и проникают в Мировой океан и земную кору в виде готовых соединений. Этот процесс происходил на ранних стадиях образования Земли и происходит, видимо, сейчас в рифтовых разломах срединно-океанических хребтов, о чем свидетельствуют излияния базальтовых лав.

Состав атмосферы, гидросферы и земной коры изменялся в течение геологического времени. Из магмы вследствие интенсивной вулканической деятельности выделялись водяные пары и газы. Полагают, однако, что эти поступления были незначительными. Выяснение всех этих сложных вопросов — одна из задач современной науки.

Для дальнейшего развития представлений о накоплении и формировании вод большое значение имел постулат В.И. Вернадского, выраженный в системе «породы — природная вода — газ — живое вещество», показывающий единство подземных вод в атмосфере, гидросфере и литосфере. В этом сложном процессе следует различать: возникновение молекул воды; образование связанных и свободных вод; формирование вещественного, химического и газового состава.

Накопление подземных вод можно представить как процесс возникновения вод под действием сил тяжести, а также капиллярных и молекулярных сил вблизи поверхности Земли (например, во время паводков речные воды просачиваются в аллювиальные отложения и, питая грунтовые воды, вызывают подъем их поверхности).

Формирование подземных вод — длительный физико-химический процесс преобразования, происходящий на различных глубинах при разных температурах и давлениях и включающий испарение и конденсацию, катионный обмен между водами и породами. Эти процессы иногда сопровождаются выдавливанием вод при уплотнении илов, а позднее и пород, деятельностью бактерий, диффузией, перетеканием и разгрузкой вод через «литологические окна» в глинистых перекрытиях. Таким образом, в верхних слоях земной коры возникают молекулы воды, накапливаются подземные воды, формируется их вещественный, химический и газовый состав.

В настоящее время имеются попытки реставрировать в какой-то мере гипотезу ювенильных вод Э. Зюсса; при этом в качестве доказательства приводятся данные о том, что в современном Мировом океане отмечается избыточное количество хлора по сравнению со щелочами. Этот факт нельзя объяснить химической денудацией континентов, следовательно, хлор имеет эндогенное происхождение. Полагают, что хлор и некоторые летучие соединения брома и йода накапливаются в результате повсеместного и непрерывного диффузионного проникновения летучих веществ из верхней мантии, в частности из магмы, через толщу земной коры.

В магматических очагах содержится значительное количество воды, но сколько ее достигает поверхности земли при вулканических извержениях, установить трудно. Геохимики называют различные цифры содержания воды в магме — от 0,5 до 8%. В связи с этим интересны воды Камчатки. Отечественные исследователи, изучавшие лавы камчатских вулканов, по-разному определяют содержание в них воды — от 0,1 до 5,5%. Состав углекислых и термальных вод крайне разнообразен — из ионов обнаружены железо, мышьяк, марганец, медь, алюминий, цинк, большое количество сульфидов и кремнекислоты. Роль эндогенных (ювенильных) вод в формировании термальных вод молодой вулканической области Камчатки остается невыясненной (С.Р. Крайнов и др., 1980).

Современная гидрогеология не располагает необходимыми данными для того, чтобы оценить долю магматических вод в общей массе литосферы. Но она также не располагает и материалами, позволяющими утверждать, что водные растворы магматического происхождения занимают весьма небольшое место в общей массе. Установлено, что в осадочных породах содержится значительное количество связанной воды — в среднем около 4,31%, что сопоставимо с содержанием таких оксидов, как СаО и Fe203 (соответственно 5,4 и 3,4%).

Весьма велико содержание воды (60—99,7%) в животных и растительных организмах, обитающих в придонных илах. После их гибели часть этой воды уходит, а другая поступает в морские осадки. В дальнейшем воды переходят в породы и при благоприятной геологической обстановке (отсутствие перерывов в осадконакоп- лении) сохраняются в них длительное время (например, в породах Прикаспийской впадины).

В последние годы геологи, выясняющие роль вод в региональном метаморфизме, установили большое значение растворов, освобождающихся при метаморфической перекристаллизации осадочных пород. Даже в уплотненных глинистых породах сохраняется часть воды, находящейся в сорбированном состоянии. Кроме того, в этих породах присутствует кристаллизационная вода, входящая в кристаллическую решетку глинистых минералов. Количество ее, по мнению Ф. Петтиджону и др., в глинистых породах составляет примерно 5%, в песчаниках — 1,6 %, в известняках — 0,8%. Таким образом, осадочные породы являются огромным источником седи- ментационных глубинных вод.

Экспериментальными работами установлено, что:

• с увеличением глубины залегания происходят уплотнение осадочных пород и уменьшение их пористости;

• под влиянием геостатической нагрузки происходят отжатие и выделение свободной воды;

• при эксплуатации артезианских вод происходит расширение вод и пород и образуется так называемая упругая система. Пористость пород уменьшается не только с глубиной, но и

с увеличением их возраста. Так, пористость глинистых пород кайнозоя составляет 50%, мезозоя — 34% и палеозоя — не более 10%. Молодые, только что отложившиеся донные осадки (илы) очень рыхлые (пористость 80—90%) и содержат много воды. Уменьшение пористости с глубиной позволяет ориентировочно определить объем воды, выдавливаемой из пород под влиянием геостатической нагрузки. Так, А.А. Алексин выражает этот объем цифрой порядка 1 млн км3 и полагает, что за 370 млн лет, прошедших со времени среднего девона, этот объем можно приравнять к расходу воды родником в объеме 100 л/с.

При процессах уплотнения, происходящих при седиментаци- онных циклах, большое количество отжимаемых из глин связанных вод переходит в свободное состояние и циркулирует в пластах. Таким образом, очевидно, что пути накопления седиментационных вод весьма многообразны:

• иловые воды, отжатые из свежих илов при их уплотнении на ранней стадии диагенеза;

• воды, выделяющиеся при разложении животных и растительных организмов;

• постседиментационные воды, выдавливаемые при уплотнении уже затвердевших пород, главным образом глин и глинистых сланцев, при региональном метаморфизме.

Все эти воды сохраняются в осадочных породах длительное время и влияют на минерализацию почв и грунтовых вод. На территории Восточно-Сибирской платформы ниже местного базиса эрозии распространены преимущественно воды седиментацион- ного происхождения.

В условиях, когда нет современного питания вод, а изучение геологической истории указывает на отсутствие континентальных периодов, т.е. возможность проникновения инфильтрационных вод в горные породы отпадает, накопление и формирование подземных вод, очевидно, осуществляется иными путями.

По составу это соленые и рассольные бессульфатные воды с сухим остатком от 10 до 350 г/л; для них характерно большое содержание хлоридов, кальция, брома, йода, бора, лития, стронция, рубидия, органических веществ и газов биохимического происхождения. Эти воды обычно называют хлоридными.

Состав соленых и рассольных вод генетически связан с нормальными морскими водами или в различной степени засоленными осадочными породами, находящимися в зонах затрудненного и крайне затрудненного водообмена.

Воды в большинстве случаев являются в той или иной мере ме- таморфизованными водами морского генезиса. Накопление морских вод происходит в глубоких частях закрытых бассейнов, сложенных обогащенными органическими веществами — соленосными, битуминозными, нефтеносными и угленосными породами.

Контрольные вопросы и задания

1. Что изучает гидрогеология? Назовите ее основные задачи.

2. Какие направления включает современная гидрогеология?

3. Укажите виды круговорота воды в природе и роль в них подземных вод.

4. Чему равно среднее количество атмосферных осадков в Нечерноземной зоне России?

5. Перечислите виды воды в горных породах.

6. Перечислите основные виды воды в минералах.

7. Назовите генетические типы подземных вод.

8. Назовите основные теории происхождения подземных вод.

 
Посмотреть оригинал
Если Вы заметили ошибку в тексте выделите слово и нажмите Shift + Enter
 
Популярные страницы