Строение подземной гидросферы

Во многих засушливых районах степей и полупустынь грунтовые воды накапливаются под влиянием интенсивного испарения и процессов взаимодействия с засоленными почвами, что обусловливает процессы рассоления и засоления последних.

3.4 Седиментационные подземные воды

В условиях, когда нет современного питания вод, а изучение геологической истории указывает на отсутст

вие континентальных периодов и соответственно с этим «полных циклов водообмена» – возможность инфильтрационного происхождения вод отпадает. Очевидно, накопление и формирование подземных вод в этом случае осуществляется иными путями. По составу это соленые и рассольные бессульфатные воды с сухим остатком от 10 и до 250-350 г/л, для них характерно большое содержание хлоридов, кальция, брома, йода, бора, лития, стронция, рубидия, органических веществ, газов биохимического происхождения. Обычно эти воды называют хлоридными [2,6, 8].

Формирование соленых и рассольных вод генетически связывается с нормальными морскими водами или в различной степени засоленными осадочными породами в зонах затрудненного и крайне затрудненного водообмена. Воды в большинстве подобных случаев являются в той или иной мере метаморфизованными водами морского генезиса. Накапливание морских вод происходит в глубоких частях закрытых бассейнов, в отложениях, обогащенных органическим веществом, обычно в связи с соленосными (И.К. Зайцев), битуминозными, нефтеносными и угленосными породами.

Формирование химического состава вод происходит в богатых органическим веществом илах на дне водных бассейнов, в итоге чего образуются новые виды вод с более повышенной минерализацией, йодом, бромом, отсутствием сульфатов.

В процессе дальнейшего преобразования осадочных пород эти воды в течение длительной геологической истории под влиянием окружающей среды испытывают постседиментационные изменения (доломитизация известняков, альбитизация плагиоклазов) и меняют свой химический облик. При частых и продолжительных континентальных перерывах воды седиментации удаляются из осадочных пород, обновляясь или полностью замещаясь вадозными и морскими водами, уже более молодыми по возрасту.

Установлено, что в осадочных породах содержится значительное количество связанной воды – в среднем около 4,3%, что сопоставимо с содержанием ее в оксиде кальция (5,5%) и оксиде железа (3,4%).

Весьма велико содержание воды (60-99,7% по массе) и в телах животных и растительных организмов, обитающих в придонных илах. После гибели животных и растительных организмов часть содержавшейся в них воды уходит: другая часть захватывается морскими осадками, что подтверждено специальными физико-химическими исследованиями современных илов некоторых морей (Черного, Каспийского). В дальнейшем воды переходят в породы и при благоприятных геологических обстановках (отсутствие континентальных перерывов) длительное время в них сохраняются [2, 5,8].

Экспериментальными работами установлено, что с глубиной залегания происходит уплотнение осадочных пород и уменьшение их пористости. Под влиянием геостатической нагрузки осуществляется отжатие и выделение свободной воды. Кроме того, при эксплуатации артезианских вод происходит расширение вод и пород – образуется так называемая упругая система. Пористость пород возрастает не только с глубиной, но и с увеличением их возраста: так, пористость глинистых пород кайнозоя 50%, мезозоя – 34%, палеозоя уже не более – 10%, молодые, только что отложившиеся донные осадки (илы), являются очень рыхлыми, с пористостью 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 около 1 млн. км³ и полагает, что за 300 млн. лет, прошедших со времени среднего девона, эта цифра может быть приравнена к расходу родника в 100 л/с. При процессах уплотнения, происходящих при седиментационных циклах в масштабах геологической истории, большое количество выжимаемых связанных вод из глин переходит в свободное состояние и циркулирует в пластах песков.

Таким образом, очевидно, что пути накопления седиментационных вод весьма многообразны, это: 1) иловые воды, отжатые из свежих илов в раннюю стадию диагенеза при их уплотнении; 2) воды животных и растительных организмов, выделяющиеся при их разложении; 3) постседиментационные воды, выдавливаемые при уплотнении уже затвердевших пород, главным образом глин и глинистых сланцев.

Все перечисленные воды сохраняются в осадочных породах длительное геологическое время и влияют на засоление почв и грунтовых вод.

3.5 Магматические и смешанные подземные воды

В магматических очагах содержится значительное количество воды, но сколько ее достигает поверхности земли при вулканических извержениях, учесть трудно. Геохимики считают, что содержания ее в магмах колеблются от 0,5 до 8,01%.

В настоящее время имеются попытки реставрировать в какой-то мере гипотезу ювенильных вод Э. Зюсса аргументацией на то, что в современной гидросфере имеется избыточное количество хлора по сравнению с щелочами, что нельзя объяснить химической денудацией континентов, следовательно – хлор эндогенного происхождения. Полагают, что хлор и некоторые летучие компоненты брома и йода накапливаются в результате повсеместного и непрерывного диффузионного проникновения летучих компонентов из верхней мантии через толщу коры, в частности из магмы [2].

Так, например, в лавах Камчатки содержание воды составляет от 0,1 до 5,5%, а состав углекислых и термальных вод крайне разнообразен: в ионах обнаружены железо, мышьяк, марганец, медь, алюминий, цинк, большое количество сульфидов, кремнекислоты. Однако роль эндогенных (ювенильных) вод в формировании термальных вод молодой вулканической области Камчатки пока невыяснена. В целом современная гидрогеология не располагает необходимыми данными для того, чтобы оценить количественную роль магматических вод в гидросфере.

Смешанные воды. Сторонники инфильтрационного происхождения глубоких вод артезианских бассейнов полагают, что даже на больших глубинах определяющим фактором в зоне весьма замедленного водообмена является гидродинамика. Миграция вод хотя и весьма медленно, но все-таки происходит. Скорость движения многолетняя, определяется она различными гипотетическими цифрами от 1-30 см до нескольких метров в год. Эта скорость, по мнению ряда ученых, достаточна, чтобы, например, в отложениях девона Волго-Уральской области седиментационные воды были полностью промыты и заменены молодыми водами вадозного происхождения.

А.Н. Семихатовым в 1947 г. при анализе истории подземных вод было введено понятие гидрогеологических этапов. Однако он ограничил историю лишь континентальным (инфильтрационным) этапом, когда происходит поднятие всей площади суши, занятой седиментационным бассейном, имеет место эрозия, а также вытеснение и замещение древних седиментационных морских вод молодыми инфильтрационными. В настоящее время (А.А. Карцев и др.) под циклом – этапом формирования истории подземных вод какого-либо района понимают его историю, т.е. определенный геологический отрезок времени от тектонического погружения и трансгрессии – до подъема пород, регрессии и начала денудации горных пород.

 Скачать реферат