Print Friendly, PDF & Email
Подземные воды | Детская энциклопедия

Подземные воды

Подземные воды

Представьте себе, что земная кора вдруг ста­ла прозрачной, тогда вы увидели бы, что она вся пропитана водой до самых больших глубин. Откуда же берется подземная вода? Одни уче­ные считали, что подземные воды питаются атмо­сферными осадками, т, е. за счет дождя и снега. Другие утверждали, что большая часть атмо­сферных осадков, не успев глубоко просочиться в почву, стекает в ручьи и реки. По их мнению, подземные воды образуются в порах грунта по­добно росе при конденсации (превращении в воду) водяных паров, содержащихся в воздухе. Против этого решительно возражали сторонники первой теории. Для того чтобы оставить в грунте такое большое количество влаги, говорили они, надо профильтровать через него так много воз­духа, что в порах грунта должен дуть настоящий сквозняк. Между тем движение воздуха в грунте совсем невелико.

Большинство сторонников обеих теорий при­мирил русский ученый А. Ф. Лебедев. Он убеди­тельно показал, что перемещение водяных паров в порах грунта может происходить без одновре­менного движения воздуха. Водяные пары пере­мещаются из пространства, в котором упругость (давление) их больше, в пространство, где упру­гость их меньше. Разница в упругости водяных паров и заставляет их перемещаться. Если при этом водяные пары охлаждаются, то частично они превращаются в воду. А. Ф. Лебедев считал, что питание подземных вод происходит как пу­тем просачивания выпавших атмосферных осад­ков, так и за счет конденсации водяных паров в порах грунта.

У поверхности земли располагаются почвен­ные воды, их часто называют верховод­кой. Воды эти неустойчивы, они обильно сма­чивают почву в дождливое время и почти исче­зают в периоды засушья. Если дождей выпадает много, вода из верхних слоев почвы просачивается вниз до встречи с первым водоупорным слоем. Такой слой может быть образован, напри­мер, глиной. После этого вода начинает сочиться над ним вдоль по его наклону. Это слой грун­товой воды. Очень часто слой грунтовых вод опускается вглубь и оказывается зажатым между двумя водоупорными слоями, которые ограничи­вают его снизу и сверху, образуя как бы дно и кров­лю. Такой водоносный слой называют пластовым или межпластовым. Грунтовые и почвенные воды питают своей влагой растения, размывают, растворяют и переносят, откладывают и переоткладывают вещества, из которых со­стоит земная кора.

У воды немало удивительных свойств. В не­которых случаях она не повинуется силе тяже­сти. Убедиться в этом нетрудно. Обмакните лист промокательной бумаги в чернильную кляксу, и чернила поползут по бумаге вверх. Опустите тонкую стеклянную трубку одним концом в воду; вода поднимется и заполнит часть трубки. В обоих случаях проявляется свойство воды, кото­рое называется капиллярностью. Ка­пиллярность заставляет воду подниматься вверх вопреки силе тяжести. Вода, смачивая стенки стеклянной трубки, словно прилипает к ним и ползет по ним вверх до известного предела, пока вес столбика воды и сила этого притяжения не уравновесятся. Чем тоньше трубка, тем выше поднимается вода. Бесчисленные поры, словно мельчайшие труб­ки, беспорядочно пронизывают грунт во всех направлениях. В крупнозернистых горных поро­дах — в гравии, песке — поры крупные, в гли­не — мелкие. Вода в порах карабкается вверх, как опытный скалолаз. Высота подъема ее за­висит от диаметра пор и, следовательно, от раз­мера зерен грунта; чем меньше те и другие, тем выше может подняться вода.

Грунтовые воды имеют дно, но не имеют «кровли». У них свободная поверхность, как у реки. Но только в отличие от реки эта поверхность неровная. Она причудливо изрезана бла­годаря капиллярной воде, которая поднимается выше или ниже в зависимости от размера пор. Ровную поверхность грунтовых вод можно наб­людать только в колодце.

Там, где выпадает много атмосферных осад­ков, а испарение невелико, влага просачивается глубоко и питает грунтовые воды. Вода разлив­шихся весной ручьев и рек тоже проникает в почву, увеличивает запасы грунтовых вод и по­вышает их уровень. С наступлением лета уро­вень воды в реках понижается. Уровень грунто­вых вод оказывается выше уровня почвенных вод. Поэтому в засушливое время года грунтовые воды, просачиваясь в русла рек, возвращают им свой «долг» и предохраняют от обмеления.

В засушливых районах просочившаяся в почву вода не достигает грунтовых вод и как бы повисает над ними. Поэтому ее называют под­вешенной. В таком подвешенном состоянии воду удерживают различные силы, но главным образом — замечательное свойство капиллярно­сти. Сила тяжести влечет воду вниз, а капилляр­ность ее удерживает. Когда обе силы уравнове­шиваются, просачивание воды в почву прекра­щается. В засушливых степных районах СССР подвешенная вода полностью расходуется ко времени созревания посевов. Между подвешенной водой и поверхностью грунтовых вод образуется так называемый «мерт­вый горизонт». Было бы, однако, ошибкой ду­мать, что в мертвом горизонте или в совершенно сухой на вид почве совсем нет воды. Прежде все­го все пустоты в почве и грунте заполняет водя­ной пар, который передвигается в них, как газ. Кроме того, каждую частицу минерального грун­та обволакивает тончайший слой гигроско­пической воды, которая поглощается поро­дой из воздуха, содержащего водяные пары. Эта вода удерживается на поверхности частиц с си­лой в несколько тысяч атмосфер; она не подчи­няется силе тяжести и может покинуть частицу только в парообразном состоянии. Гигроскопи­ческая вода недоступна корням растений и за­мерзает при низкой температуре. Поверх этой во­ды частицу грунта обволакивает более толстый слой пленочной воды. Она тоже не подчи­няется силе тяжести и перемещается только от частицы с более толстой пленкой к частице с ме­нее толстой пленкой. Пленочная вода замерзает при температуре ниже 0° и тоже удерживается породой с очень большой силой, однако меньшей, чем гигроскопическая вода.

Плотные почвы накапливают мало влаги и с трудом отдают ее корням растений. Глубокая вспашка увеличивает способность почвы накап­ливать и отдавать влагу растениям. Корни де­ревьев, глубоко проникающие в грунт, разру­шают мертвый горизонт и соединяют грунтовые воды с подвешенной водой. Вода в водоносных слоях течет из высоких мест в низкие.

Когда водоносный слой зажат между двумя водоупорными пластами, тогда в пониженной его части создается напор, который стремится выжать через скважину и даже выбросить воду фонтаном до уровня, на котором находится более высокая часть этого слоя. Величина напора за­висит от разницы уровней и от пористости грун­та. Если напор слабый или его совсем нет, глу­бинную воду приходится выкачивать насосом. Подземные межпластовые воды, находящиеся под напором, называются артезианскими. Это название произошло от слова «Артезия» — древ­него наименования одной из французских про­винций, где в XIII в. был вырыт самый глубокий по тому времени в Европе колодец. Артезианская вода, профильтрованная в порах грунта, отли­чается большой чистотой. В Москве и других городах артезианской водой пользуется в пер­вую очередь пищевая промышленность; в засуш­ливых областях СССР эта вода идет для ороше­ния и других нужд. Подземные воды растворяют вещества, из которых состоит земная кора. Крупнейший гео­химик академик В. И. Вернадский предложил подразделить воды суши по содержанию в них минеральных веществ на 1 кГ воды: до 1 Г — пресная вода, от 1 до 10 Г — солоноватая, от 10 до 50 Г — соленая, свыше 50 Г — рассол1. Чем дольше вода находится под землей и чем глубже расположен пласт подземной воды, тем больше содержится в ней солей. На каждые 100 м глубины температура зем­ной коры повышается в среднем на 3°. Поэтому глубинные воды всегда теплые и даже горячие. Под Волго-Уральской низменностью на глу­бине 2—3 км недавно обнаружены обширные водоносные пласты. Вода в них соленая, а тем­пература достигает 60—90°. Мощный водонос­ный слой найден и в Западной Сибири, На юге его граница идет по линии, соединяющей Кустанай, Семипалатинск, Бийск, Красноярск. На востоке его удалось проследить до Енисея, а на западе — до Уральских гор. На юге водонос­ный слой залегает на глубине нескольких десят­ков метров, температура воды здесь от 5 до 10° вы­ше нуля. Чем дальше на север, тем глубже водо­носный слой уходит в землю и тем выше его тем­пература.

В Новой Зеландии и в итальянской провин­ции Тоскане водяными парами, образовавшими­ся под землей, приводят в движение турбины электростанций. У нас на Камчатке, в долине р. Паужетки, строится электростанция, которая будет работать на пароводяной смеси с темпера­турой 195°. Камчатские колхозы отапливают под­земными горячими водами парники. Горячая вода из буровых скважин в Махачкале исполь­зуется для бытовых нужд.

Минерализованные подземные воды нередко сами выходят на поверхность земли в виде источ­ников через глубокие трещины в грунте. Многие из них обладают целебными свойствами и исполь­зуются Для лечения больных. В таких случаях они называются минеральными. В вул­канических районах подземные воды нередко выбрасывают на поверхность фонтаны пара и горячей воды. Они действуют не все время, а периодически. Такие фонтаны называются гей­зерами.

В пустынях Средней Азии почти везде на глу­бине от 10 до 200 м и более залегают солоноватые водоносные слои. Вода в них поступает с отда­ленных гор. Совершая свой путь под землей, она осолоняется. Но над ней во многих местах можно встретить пласт, содержащий совершенно прес­ную воду. Откуда взялась эта пресная вода и почему она не смешивается с соленой? Пресная вода менее плотная и, следовательно, более лег­кая, чем соленая, поэтому она словно плавает на поверхности соленой. А источником ее слу­жат местные дождевые и талые снеговые воды.В среднеазиатских пустынях пески переме­жаются с обширными участками водонепрони­цаемой глины. Эти глинистые участки называют такырами. Редкие дождевые воды стекают по такырам в сторону уклона и на границе та­кыра просачиваются в песок, где и накапли­ваются на некоторой глубине поверх слоя соле­ной воды. Запасы такой пресной воды, накопив­шейся за сотни, а может быть, даже и за тысячи лет, в некоторых районах среднеазиатских пу­стынь исчисляются сотнями миллионов и даже миллиардами кубических метров! Подземные воды часто для красного словца называют «подземными морями». Но это неверно. Точнее, это гигантские подземные губки, пропи­танные пресной, солоноватой или соленой водой. Стекая в подземные котловины, вода может обра­зовать крупное озеро-губку, но в большинстве случаев подземные воды находятся в постоянном движении. Скорость рек на поверхности земли 50—100 км в сутки, а подземная вода течет со скоростью нескольких километров, иногда не­скольких метров в год.

Повсюду, где бывают морозы, почва промер­зает вместе с содержащейся в ней водой и сно­ва оттаивает весной. Но в северных районах СССР и Америки за время короткого лета оттаи­вает только верхний тонкий слой почвы. За­мерзшая в грунте вода хранится без движения, вероятно, со времени последнего оледенения. В вечной мерзлоте нередко находят хорошо сохра­нившиеся трупы мамонтов и других древних животных. Толщина слоя вечной мерзлоты до­стигает местами сотен метров. Нижнюю гра­ницу мерзлоты устанавливает тепло, которое выделяется из недр Земли. Слой вечной мерзлоты водонепроницаем. Весенние талые воды и лет­ние дожди увлажняют только оттаявший верх­ний слой почвы. Они проникают глубоко вниз только в тех случаях, если в мерзлоте встречают­ся трещины. .

В вечной мерзлоте на некоторой глубине от поверхности земли встречаются участки сплош­ного льда — линзы. Это могут быть погребен­ные остатки древнего ледника или замерзшего озера. Есть линзы и другого происхождения. В подземных водах, текущих ниже слоя вечной мерзлоты, порой образуется повышенное дав­ление. Если в вечной мерзлоте окажется трещи­на, вода устремится по ней вверх, как в сква­жине артезианского колодца. Но воде не всегда удается пробиться на поверхность земли. В таких случаях вода приподнимает и раздвигает верх­ние слои грунта. Заполнив образовавшийся ме­шок, вода замерзает и образует такую линзу льда. В вечной мерзлоте нельзя закладывать фун­даменты зданий. Под постройкой почва отогре­вается, —вспучивается или опускается и перека­шивает постройку. Поэтому в районах вечной мерзлоты дома строят на сваях, чтобы под ними круглый год свободно гулял ветер. И постройки стоят непоколебимо, как на скале.

Из всех природных жидкостей (нефть, ртуть и др.) вода обладает самой большой способно­стью растворять различные вещества. Вода на­ходит себе дорогу в трещинах самых твердых пород — в базальте и граните, а в известняке и отложениях гипса она сама себе прокладывает дороги. Эти породы особенно легко растворяют­ся в воде. Районы известняка и гипса, изрытые ямами, прорезанные пещерами и извилистыми подземными ходами, называются карсто­выми. Карстовые области встречаются во мно­гих частях суши. Этот геологический термин произошел от названия местности на берегу Адриатического моря (Карст). Во времена древ­ней Римской империи на склонах известняко­вых гор и холмов росли густые леса. Римляне их вырубили, а дожди смыли плодородную лесную почву и обнажили известняк и гипс, в котором вода промыла сложные и причудливые лабирин­ты пещер. С тех пор здесь во мраке таинственных гротов струятся подземные ручьи и реки, шумят водопады, нетронутой ветром гладью разливают­ся озера. Карстовые явления встречаются у нас в Крыму, на Урале, в Горьковской области, в бас­сейне р. Онеги, в Сибири и в других местах.

В числе подземных «архитектурных чудес» созданных водой, всемирно известны пещеры—Мамонтова в Северной Америке, Кунгурская на Урале и Адельсбергская в Западной Европе. Обследованная часть запутанных лабиринтов Мамонтовой пещеры протянулась на 240 км. В пещере оказалось три подземные реки и три больших озера. Пещеру населяют слепые сверч­ки и пауки, а в озерах живут слепые рачки и рыбы. В Кунгурской пещере находятся 36 не­больших озер, очень красивые ледяные гроты, украшенные сталактитами (известковые сосуль­ки, свисающие с потолка) и сталагмитами (на­теки, образовавшиеся на дне пещеры). Адельсбергская пещера славится кружевными извест­ковыми «занавесями» и цветными сталагмита­ми — белыми, желтыми, серыми и коричневатыми.

В земной коре воды в 14 раз меньше, чем в океане, но значение подземных вод в жизни человека велико. Вода, промачивающая почву (верховодка), грунтовая и подвешенная имеют большое значение для сельского хозяйства. Чем больше воды, доступной корням растений, тем богаче урожай. Поэтому в засушливых обла­стях нашей Родины принимаются меры для уве­личения запасов грунтовых вод. Зимой со­здают препятствия для сдувания снега с полей, весной различными средствами задерживают по­верхностный сток талых снеговых вод. Чем меньше стечет воды по поверхности, тем больше запасет ее почва. Задержанию воды способствует глубокая вспашка, окружение земельных участков валами, устройство террас на склонах хол­мов и многое другое. Грунтовые и артезианские воды используют для бытовых нужд, а в засушливых областях и для орошения. В недалеком будущем подземные горячие воды будут отапливать города и приво­дить в движение турбины электростанций во многих районах нашей страны.Однако не надо забывать, что грунтовые и глубинные воды накапливаются десятилетиями и даже веками, поэтому неразумный расход мо­жет привести к их истощению. Подземные воды — не менее ценное ископаемое, чем железная или медная руда, а в засушливых областях они доро­же золота.

1 Океанологи границей между солоноватой и соле­ной водой считают 24,7 Г солей на килограмм воды, так как при такой солености меняются некоторые физические свойства воды.

Print Friendly, PDF & Email