Как устроена вода под землей

Основные источники подземных вод

Уникальность Земли заключается в наличии огромного объема воды не только в открытых водоемах, но и под земной корой. 60 миллионов кубических километров – такую цифру называют гидрогеологи.

Как в недрах образовалось такое количество ценного ресурса и где оно хранится? Об источниках подземных вод — далее в статье.

Что такое источники и месторождение?

Источники подземных вод – это родники, ключи или гейзеры, которые при определенной структуре рельефа самостоятельно находят выходы на поверхность земли.

Месторождение – это объем влаги на водоносном горизонте, который ограничен пространством, благоприятным для промышленного отбора.

Контуры для добычи этого уникального ископаемого устанавливаются с учетом экологических проблем, с выделением охранных зон.

Откуда берутся, каковы механизмы пополнения?

Подземные воды, несмотря на длительную эксплуатацию их ресурсов, восстанавливают свой объем с помощью нескольких естественных источников:

1. Любые осадки из атмосферы, которые просачиваются вниз до водоупорного слоя.
2. Конденсат, оседающий в трещинах горной породы. Характерен для местности с большим перепадом дневных и ночных температур.
3. Реликтовые воды, оставшиеся от древних океанов, закрытых осадочными породами. Высокая концентрация солей ограничивает их употребление.
4. Ювенильные воды, которые зарождаются при землетрясениях, извержении вулканов. Их участие в сохранении запасов незначительно.

Каков главный?

Ключевая роль в пополнении подземных вод в любое время года принадлежит осадкам из атмосферы.

Они поступают вглубь почвы сразу после выпадения или постепенно перетекают из открытых водоемов.

Степень проникания зависит от продолжительности и интенсивности осадков: при сильных, но кратковременных осадках влага испаряется, не успев проникнуть вглубь.

Продолжительные осенние дожди дают хорошее наполнение запасов. Самой благоприятной предпосылкой для пополнения является таяние снежного покрова весной, особенно при его затяжном характере.

Схема образования

Реки и озера в недрах земли образуются благодаря способности осадочных пород пропускать и фильтровать поступающую в них воду.

Горные пласты, хорошо пропускающие сквозь себя воду, называются водопроницаемыми. Они состоят из:

• песка,
• гравия,
• щебня,
• песчаника в различных сочетаниях.

Водоупорные породы состоят из гранита и других плотных минералов, на этих пластах происходит основное скопление воды. Их пропускная способность крайне низкая, но влага способна пробить себе дорогу дальше через микротрещины и поры.

Для характеристики подземных вод важно учитывать уровень, на котором они залегают. По глубине расположения они подразделяются на:

• почвенные
• верховодка;
• грунтовые;
• межпластовые (артезианские).

Почвенные воды – сезонное явление, проникают на небольшую глубину, питаясь атмосферными осадками. Они испаряются под солнечными лучами, впитываются растениями. Вглубь переходят только при обильных поступлениях влаги.

Верховодка образуется на уплотненных глинистых и суглинистых почвах. После продолжительных дождей или бурного таяния снега глина разбухает и препятствует дальнейшему проникновению осадков. Глубина залегания – 1-2,5 м.

Основные запасы подземных вод располагаются на двух водоносных горизонтах. Первый постоянный слой образуют грунтовые воды, которые полностью насыщают собой пространство между песчинками, галькой.

Наполненность горизонта меняется от количества выпавших осадков и активности человеческой деятельности.

Следующий водоносный горизонт заключен между пластами водоупорных пород. Подпитку получает от грунтовых вод, нашедших путь сквозь трещины гранита, базальта.

Глубоко расположенные воды второго горизонта (до 1000 м) находятся под большим давлением, вырываются на поверхность фонтаном, с сильным напором.

При бурении промышленных скважин давление падает, иногда наблюдается незначительное снижение запасов бассейна.

Заключение

Под землей вода собирается в хранилища, получая серьезную подпитку от выпадающих дождей и, в меньшем объеме, из других источников.

Структурное разнообразие пород дает возможность влаге просачиваться или скапливаться в недрах на определенной глубине. Состав воды зависит от степени насыщенности солями и минералами, присутствующими в почвах местности.

Источник

Внутри Земли содержатся огромные секретные запасы воды

Около 150 лет назад, Жуль Верн в своем произведении «Путешествие к центру Земли» описал огромное море, которое находится под поверхностью нашей планеты.

Теперь же ученые обнаружили огромный резервуар воды под мантией Земли, который больше чем все океаны вместе взятые.

Канадские исследователи из Университета Альберта проанализировали редкие минералы, которые указывают на большие запасы воды в мантии Земли на глубине 400-600 километров под поверхностью.

Минералы Земли: рингвудит

Доказательством этому служит минерал рингвудит, который появился из так называемой переходной зоны, расположенной между верхними и нижними слоями мантии Земли.

Анализ показал, что 1,5 процентов минерала составляют молекулы воды.

Находка подтверждает когда-то опровергаемую теорию о том, что переходная зона, или существенная ее часть богата водой.

Рингвудит назван в честь австралийского геолога Теда Рингвуда, который предположил, что определенный минерал должен был появиться в переходной зоне из-за очень высокого давления и температуры.

Специалисты уже давно стремились найти кусочек такого минерала. До этих пор рингвудит находили только в метеоритах. Геологам просто не удавалось копнуть достаточно глубоко, чтобы найти какие-то образцы на Земле.

В 2008 году один любитель наткнулся на крошечный камень, названный коричневым алмазом, диаметром всего 3 миллиметра. Так как он коммерчески не имел никакой ценности, его приобрели ученые. Это оказалось настоящей удачей.

Внутри они обнаружили микроскопические следы рингвудита – первое доказательство очень редкого минерала.

Коричневый алмаз, скорее всего, попал на поверхность во время извержения вулкана, будучи подхваченным потоком кимберлита – самого глубокого из вулканических пород.

Вода под Землей

Скорее всего, вода заключена в определенные породы в молекулярной форме гидроксила.

«В некотором роде внутри Земли находится океан, как это описал Жуль Верн… однако не в форме жидкой воды«, — объяснил геолог Ганс Кепплер (Hans Keppler).

Если под корой Земли находятся большие объемы воды, это имеет большое влияние на процессы в вулканах и движение тектонических плит.

«Одной из причин, по которой Земля — такая динамичная планета, является присутствие какого-то количества воды внутри нее. Вода меняет все, что касается того, как устроена наша планета», — рассказали ученые.

Вода на Земле

· На нашей планете содержится около 1 260 000 000 000 000 000 000 литров воды.

· Вода находится в постоянном цикле: она испаряется из океанов, проходит через воздух, выпадает в виде дождя на землю и опять стекает в океаны.

· Около 70 процентов Земли покрыто океанами. Средняя глубина океана составляет 1 километр.

· 98 процентов воды на нашей планете находится в океанах и не пригодна для питья из-за соли.

· Около 2 процентов воды является пресной, но 1,6 процент заключен в ледниках на полюсах. Еще около 0,36 процентов запасов находятся под землей в водоносных слоях.

· Только около 0,036 процентов (тысячи триллионов литров) общих запасов воды находится в озерах и реках.

· Остальная часть воды на планете содержится в воздухе по мере испарения облаков и воды или заключено в растениях и животных. Наше тело состоит на 65 процентов из воды.

Источник

Процесс происхождения подземных вод — какие теории существуют?

Подземные воды находятся в глубине горных пород и занимают 2% от общего объёма воды планеты. Только 20% от поступающей на землю влаги превращается в подземные потоки.

Их образование происходит постоянно благодаря инфильтрации влаги. В зависимости от условий, вода может перейти в твердое или газообразное состояние.

От того, как образовались воды, зависит их насыщенность минеральными веществами и пригодность к использованию.

Что способствует возникновению?

Грунтовые воды образуются благодаря способности земли пропускать влагу.

Они попадают в почву посредством:

• дождя;
• снега;
• тающих льдов;
• конденсации водяного пара.

Какие условия необходимы для появления и распространения?

Образование, распространение и объем водоносного слоя зависят от свойства горных пород, где они залегают: от пористости. Чем больше трещин в земле, тем глубже может проникнуть влага, дальше распространиться. Рыхлая почва этому способствует.

Некоторые горные породы водопроницаемы, в них много пор, другие – нет. Атмосферные осадки проходят сквозь водопроницаемые слои до водоупорных и образуют подземные воды. Направление течения зависит от наклона поверхности.

Водопроницаемые породы	Водоупорные породы
Песок	Глина
Галька	Твердые слои без трещин
Гравий
Известняк
Песчаник
Сланец

От чего зависит количество?

Не все воды, что расположены под землей, являются грунтовыми. К ним относятся только те, что не высыхают и текут постоянным потоком.

Однако их объём и полноводность зависят от нескольких факторов:

• Осадки – чем больше дождя и снега, тем полноводнее поток. Мелкий и долгий грибной дождь запасает больше влаги, нежели мимолетный ливень.
• Местность – течение зависит от наклона поверхности, поэтому по склонам атмосферные осадки стекают в реки и озера.

Равнины и впадины накапливают больше воды, так как она здесь задерживается и впитывается в землю.

Растительный покров – в лесах грунтовые воды более полноводны, так как корни деревьев и кустарников задерживают влагу, способствуют её проникновению в нижние слои.

Какие существуют теории происхождения?

Первые две теории происхождения грунтовых вод (инфильтрация и конденсация) – основные способы образования водоносных слоев. Они ещё называются вандозными водами (от лат. слова «двигаться»).

Инфильтрационная

Влага из водоёмов и осадки просачиваются в грунт, накапливаются и насыщают пористые породы. Так во время дождей колодезная вода прибывает и изменяет химический состав. Это одна из наиболее распространённых причин образования подземных потоков.

Конденсационная

Ученые, продвигавшие эту теорию, объяснили, как появляются подземные воды в засушливых местностях:

Теория О. Фольгера

Теплый воздух, содержащий водяной пар, отдает холодным слоям земли часть влаги путем конденсации.

Такую теорию ученый выдвинул в 1877 году и сразу отринул другие возможности формирования подземных источников.

С этой конденсационной версией не согласились многие ученые, она противоречила законам о скорости воздухообмена.

Слишком уж быстро по теории Фольгера происходит этот процесс.

Теория А. Ф. Лебедева

Российский ученый обнаружил равновесие в водном режиме литосферы и воздуха. Водяной пар содержится в воздухе, который заполняет трещины в горных породах. Основное положение его теории гласит, что пар перемещается в пространстве от более к менее упругим местам.

Летом упругость водяного пара в атмосфере превышает его упругость в слоях земли, поэтому пар постоянно проникает в почву до отметки с устоявшейся температурой. Это от одного до нескольких десятков метров глубины.

В почве с низкой температурой пар сгущается и конденсируется, переходит в жидкое состояние, как роса по утрам. Таким образом, даже в пустынях на глубине нескольких метров текут подземные воды.

В отличие от Фольгера, Лебедев не отрицал другие теории формирования грунтовых вод вроде инфильтрации.

Седиментогенная

Иначе такие воды называют погребенными или реликтовыми, от слова «остаточный».

Из осадочных пород формируются соленые потоки с высоким содержанием минералов. Они лежат на глубине в несколько километров и защищены водоупорными слоями грунта.

Такие породы возникли из-за большого количества осадочных слоев в океанах, в которых сохранились примеси морских вод. В течение времени они изменились в химическом составе из-за высокой температуры и давления.

Магмогенная, «ювенильная»

В районах, где замечена сейсмическая активность, образуются «девственные» воды. Их температура высока, а химический набор элементов отличается от других. В магмогенных протоках много солей и летучих компонентов.

В начале 20 века ученый Э. Зюсс разработал ювенильную теорию образования водяного пара из газообразных веществ, которые выделяются при остывании магмы вулкана. Температура воздуха ниже температуры почвы, поэтому пар путем конденсации превращается в воду и формирует водоносный слой.

Искусственная

Человек может создать водоносный слой при помощи строительства гидротехнических сооружений. Например, оросительных каналов: в песчаных почвах вода идёт не только на полив растений, но и на испарение и фильтрацию в грунт.

Метаморфогенная

«Возрожденные» воды образуются из минеральных пород.

Давление и температура способствует процессу дегидратации – вода отщепляется от хим. соединений, в которых она изначально присутствовала.

Занимает такой процесс долгое время, а получившиеся метаморфогенные потоки почти сразу смешиваются с другими типами.

Как именно образуются грунтовые?

В зависимости от уровня залегания, грунтовые воды образуются по-разному и могут использоваться в различных целях:

1. Верховодка. Непостоянные грунтовые воды, расположенные в 20 м от поверхности. При обильных дождях верховодка становится полноводнее, при засухе может совсем исчезнуть. Из-за этой ненадежности её редко используют как источник водоснабжения. В составе мало минералов, но присутствуют примеси соли и загрязнения.
2. Над верхним горизонтом водоупорных слоев. Объем этих вод относительно стабилен, его изменяет деятельность человека, осадки, рельеф местности, температура и мелкие факторы. Потоки проходят на расстоянии в 40-50 м от поверхности.
3. Артезианские или напорные воды залегают между водоупорными слоями на глубине больше 100 м. У артезианских вод отличается питание и выход на поверхность, поэтому действует гидростатическое давление.

Как знание о происхождении влияет на хоз. деятельность человека?

Подземные воды считаются полезным ископаемым, их используют для лечебных, питьевых, теплоэнергетических, промышленных целей.

Знания о схеме образования помогут рациональнее подходить к процессу их добыче, минимизировать затраты.

Например, для строительства колодца или скважины нужно понимать различие верховодки и вод над верхним горизонтом.

Заключение

Запас подземных вод точно не известен, но чаще встречается цифра в 60 млн. км 3 . Их можно использовать в хозяйственной деятельности, но для этого нужно знать о происхождении, различии между их типами. То, как образовались воды, влияет на их химический состав и качество.

Источник