Гидрогеология – подземные воды планеты

Подземные воды Земли (далее по тексту возможно ПВ) изучает наука Гидрогеология.

Подземные воды – это…

Подземные воды – это то, что буквально следует из названия: вода в земле или “под землей”.  Подземные воды являются частью поверхности Земли, они практически (почти) повсюду — под океанами, холмами, долинами, горами, озерами и пустынями…

Подземные воды являются неотъемлемой частью Гидросферы Земли. Более детально про Гидросферу Земли читайте в нашей статье ГИДРОСФЕРА – ВОДНАЯ ОБОЛОЧКА ЗЕМЛИ →.

Как таковая наука о Подземных водах появилась 1674 году после публикации ученым П. Перро своей работы «Происхождение источников», а свое официальное название она получила после издания в 1802 году Ж. Лемарком книги «Гидрогеология, или Исследование влияния воды на поверхность земного шара».

Как утверждают ученые объем Подземных вод составляет 60 000 000 км³, или 3,83% от всего объема гидросферы. (источник Мировой водный баланс…, 1974; Гавриленко, Дерпгольц, 1971; и др.)

Для более точного понимания – что есть подземные воды как таковые, приведем несколько определений из авторитетных словарей и энциклопедий.

Горная энциклопедия

Подземные воды … – воды, находящиеся в толщах горных пород верхней части земной коры в жидком, твёрдом и парообразном состоянии. П. в. являются частью Водных ресурсов. B областях существования П. в. температура колеблется от -93 до 1200°C, давление – от нескольких до 3000 МПa …

A. A. Kоноплянцев.

Горная энциклопедия. М.: Советская энциклопедия. Под редакцией Е. А. Козловского. 1984 – 1991

Экологический словарь

Подземные воды – воды, в том числе минеральные, находящиеся в подземных водных объектах ( Водный Кодекс Российской Федерации )

EdwART. Термины и определения по охране окружающей среды, природопользованию и экологической безопасности. Словарь. 2010

Словарь по географии

Вода, находящаяся ниже земной поверхности в толще горных пород и в почве в любых физических состояниях.

Словарь по географии. 2015

Подземные воды – происхождение, гипотезы и факты

Происхождение Подземных вод издавна будоражило воображение лучших умов человечества. Высказывались самые смелые предположения и гипотезы, и ради справедливости необходимо отметить, что многие из них оказались верными. Существует обоснованное предположение, что подземные воды использовались в засушливых районах Ближнего Востока, средней Азии и Китая уже в 3000-2000 г. г. до нашей эры. Первую, из дошедших до нас, гипотез о происхождении подземных вод  относят к VII веку до н. э. Она принадлежат древнегреческому философу Фалесу. Позднее, свое согласие с этой гипотезой выразил и Платон. Древнегреческие философы предполагали, что подземные воды происходили из охлажденного в подземных пещерах воздуха.

Подземные воды существуют в различных агрегатных состояниях. Они накапливаются в толщах земной коры и движутся там различными способами по пустотам, порам и трещинам. В местах присутствия водонепроницаемых пород они скапливаются, образуя сообщающиеся между собой подземные водохранилища – подземные водоносные системы, опоясывающие весь земной шар.

Подземные воды имеют самое разнообразное применение в хозяйственной деятельности человека. Во-первых это источник пресной воды, во-вторых подземные воды – источник многих важных для человека минералов, всем хорошо известны лечебные минеральные воды. Горячие или геотермальные воды, которые мы подробно рассмотрели в статье Термальные источники, или горячие воды Земли, являются не только источниками полезных минералов, но и дарят человеку доступную и бесплатную геотермальную энергию.

Подземные воды – виды и классификация

О. Мейнцер (1935) классифицировал воды находящиеся в горных породах таким образом

Воды в свободном состоянии, способные к самостоятельным формам движения, различным, в зависимости от конкретного вида воды:
* пар (парообразная);
* гравитационные воды (просачивающаяся капельножидкая, подземные потоки);
* в надкритическом состоянии – подземные воды с температурой и давлением выше критических.

Воды в связанном состоянии, не способные к самостоятельным формам движения, без перехода в свободное состояние (в другие виды воды):
* вода, химически связанная с кристаллической структурой минералов;
* вода, физико-химически и физически связанная с поверхностью минеральных частиц (скелета) горных пород;
* вода переходного состояния от связанной к свободной, в том числе капиллярно-связанная;
* иммобилизованная (вакуольная) вода;
* вода в твердом состоянии.

По интенсивности водообмена подземные воды можно разделить на такие категории

Зона активного водообмена – 300 / 500 метров от поверхности земли, время обновления вод от нескольких лет до нескольких десятков лет.

Зона замедленного водообмена – 500 / 2000 метров от поверхности земли, время обновления вод десятки и сотни лет.

Зона пассивного водообмена – более 2000 метров от поверхности, время обновления вод происходит на протяжении миллионов лет.

Классификация подземных вод по степени минерализации

Зона активного водообмена – 300 / 500 метров от поверхности земли, преобладают пресные воды с содержанием солей до 1 грамма/литр.

Зона замедленного водообмена – 500 / 2000 метров от поверхности земли, солоноватые воды с содержанием солей от 1 до 35 г/л.

Зона пассивного водообмена – более 2000 метров от поверхности, соленые воды по степени солености близкие к морской воде более 35 г/л.

Классификация подз. вод в зависимости от вида пустот, которые они заполняют

Поровыe ПВ – в песках, галечниках …

Трещинныe ПВ – в гранитах, песчаниках и других скальных породах.

Карстовыe ПВ – воды находящиеся в растворимых породах (гипсах, известняках, доломитах … ).

Классификация подземных вод по температуре (Щербаков, 1979)

Важным фактором является температура Подземных вод. Этот вопрос рассматривался в статье “Термальные источники, или горячие воды Земли”. Отметим интересный факт – на больших глубинах вода достигает состояния так называемой «водяной плазмы».  Это состояние характеризуется тем, что, с одной стороны, вода перестает быть «водой», а с другой и не стала водяным паром.  Происходит это, когда за счет высоких температур, скорость движения молекул сравнима со скоростью движения молекул водяного пара, а плотность остается как у воды в жидком состоянии. Такая пароводяная смесь часто выбрасывается на поверхность в виде так называемых Гейзеров.

Переохлажденные подземные воды

• Степень нагретости: исключительно холодные.
• Шкала температур: ниже 0 °С .
• Физические и биохимические критерии температурных границ: переход в твердое состояние.

Холодные подземные воды – тип №1

• Степень нагретости: весьма холодные.
• Шкала температур: ниже 0-4 °С .
• Физические и биохимические критерии температурных границ:  3,98°С — температура максимальной плотности воды.

Холодные подземные воды – тип №2

• Степень нагретости: умеренно холодные.
• Шкала температур: ниже 4-20 °С .
• Физические и биохимические критерии температурных границ:  единица вязкости (сантипуаз) определена при температуре 20°С.

Термальные подземные воды – тип №1

• Степень нагретости: тёплые.
• Шкала температур: ниже 20-37 °С .
• Физические и биохимические критерии температурных границ:  температура человеческого тела — около 37°С.

Термальные подземные воды – тип №2

• Степень нагретости: горячие.
• Шкала температур: ниже 37-50 °С .
• Физические и биохимические критерии температурных границ: оптимальная температура для роста бактерий.

Термальные подземные воды – тип №3

• Степень нагретости: весьма горячие.
• Шкала температур: ниже 50-100 °С .
• Физические и биохимические критерии температурных границ: переход в парообразное состояние.

Перегретые подземные воды – тип №1

• Степень нагретости: умеренно перегретые.
• Шкала температур: ниже 100-200 °С .
• Физические и биохимические критерии температурных границ: термометаморфизм (гидролиз карбонатов с выделением С02 , генерация абиогенного H2S и др.).

Перегретые подземные воды – тип №2

• Степень нагретости: весьма перегретые.
• Шкала температур: ниже 200-372 °С .
• Физические и биохимические критерии температурных границ: процессы углефикации органического вещества и формирования углеводородов.

Безнапорные воды

Грунтовые воды и верховодка – это первые от поверхности земли водоносные горизонты или по другому водоносные слои, залегающие на первом водоупорном слое (в отличие от верховодки грунтовые воды обычно связаны с наличием регионально-распространенного пласта слабопроницаемых пород,  эти воды питают колодцы).

Межпластовые воды, водоносные системы – подземные водохранилища, часто сообщающиеся между собой, у которых водонепроницаемые слой находятся как сверху, так и снизу.

Трещинные и трещинно-карстовые подземные воды.

Напорные воды или Артезианские воды

Напорные воды или Артезианские воды – это артезианские бассейны вода в которых находится под напором/гидравлическим давлением между двумя водонепроницаемыми породами.

Ювенильные воды

Так же хотим сделать акцент на так называемые Ювенильные воды. Под которыми подразумеваются воды, происхождение которых обусловлено процессами синтеза водорода и кислорода в магматических расплавах. Далее, эти воды, поднимаясь вверх, смешиваются с другими видами Подземных вод. Гипотеза о Ювенильных водах впервые была сформулирована в 1902 году австрийским геологом Э. Зюссом.

Необходимо отметить тот факт, что в зонах вечной мерзлоты подземные воды верхнего уровня заморожены и находятся в твердом состоянии.

Одной из форм Подземных вод является так называемая «физически связанная вода». Такую формулировку она получила поскольку взаимодействуя с частицами породы притягивается ими. Чем меньше частицы тем больше воды они могут притягивать.

Много под землей и обычных вод, которые находится там благодаря гравитации, в следствии чего и называются «гравитационными водами». Среди них можно выделить два вида – напорные и безнапорные воды.

Физические свойства подземных вод

Выделяют такие физические свойства подземных вод:

• мутность и прозрачность;
• цветность;
• запах и вкус;
• температура;
• вязкость;
• электропроводность;
• радиоактивность.

Гидрогеология – что это…

Гидрогеология — это наука по изучению подземных вод. Она посвящена тому, как вода попадает в землю (пополняет подземные воды), как она течет в недрах (через водоносные горизонты) и как подземные воды взаимодействуют с окружающей почвой и горными породами (геология).

Гидрогеология играет решающую роль в понимании и управлении ресурсами подземных вод, в обеспечении устойчивого водоснабжения и защите экосистем.

Заключение

Тема Подземных вод весьма обширна и очевидно, что отобразить ее в рамках одной статьи просто невозможно. Мы постарались выделить наиболее важные, с нашей точки зрения, моменты. Мы будем рады если этот материал подтолкнет вас к более детальному изучению столь интересной темы.

Помните, что подземные воды являются ценным ресурсом, и правильное управление ими имеет важное значение для благополучия всей нашей планеты.

Несколько интересных веб-ресурсов по данной теме

Давайте узнаем о секретных запасах подземных вод Земли. https://www.snexplores.org/article/lets-learn-about-earths-secret-stash-of-underground-water

Что такое гидрогеология и чем занимаются гидрогеологи? – ИАХ. https://bing.com/search?q=Hydrogeology+underground+waters+of+the+planet

Что такое гидрогеология и чем занимаются гидрогеологи? – ИАХ. https://iah.org/education/general-public/what-is-Hydrogeology

Основы подземных вод | Геологическая служба США. https://www.usgs.gov/mission-areas/water-resources/science/groundwater-basics

 

Рекомендуем к ознакомлению

• Физические свойства воды — доступно о главном
• Погода — классификация, критерии и характеристики
• Аномальные свойства воды, или удивительное всегда рядом с нами
• Пресная вода — возобновляемый ресурс
• Водные ресурсы Земли — общая картина и немного цифр

 

 

Гидрогеология – подземные воды планеты

Статья опубликована: 2023-08-25 Автор: Waterman