Гідрогеологія - наука про підземні води планети

Підземні води є невід’ємною частиною Гідросфери Землі. Більш детально про Гідросферу Землі читайте в нашій статті ГІДРОСФЕРА – ВОДНА ОБОЛОНКА ЗЕМЛІ →.

Як така наука про Підземні води з’явилася 1674 року після публікації вченим П. Перро своєї праці “Походження джерел”, а свою офіційну назву вона отримала після видання 1802 року Ж. Лемарком книги “Гідрогеологія, або Дослідження впливу води на поверхню земної кулі”.

Як стверджують учені, обсяг Підземних вод становить 60 000 000 км³, або 3,83% від усього обсягу гідросфери. (джерело Світовий водний баланс…, 1974; Гавриленко, Дерпгольц, 1971; та ін.).

Для більш точного розуміння – що є підземні води як такі, наведемо кілька визначень з авторитетних словників та енциклопедій.

Гірнича енциклопедія
Підземні води … – води, що перебувають у товщах гірських порід верхньої частини земної кори в рідкому, твердому і пароподібному стані. П. в. є частиною Водних ресурсів. B областях існування П. в. температура коливається від -93 до 1200°C, тиск – від декількох до 3000 МПа …
A. A. Коноплянцев.
Гірнича енциклопедія. М.: Радянська енциклопедія. Під редакцією Є. А. Козловського. 1984 – 1991

Екологічний словник
Підземні води – води, зокрема мінеральні, що знаходяться в підземних водних об’єктах ( Водний Кодекс Російської Федерації )
EdwART. Терміни та визначення з охорони навколишнього середовища, природокористування та екологічної безпеки. Словник. 2010

Словник із географії
Вода, що перебуває нижче земної поверхні в товщі гірських порід і в ґрунті в будь-яких фізичних станах.
Словник з географії. 2015

Підземні води – походження, гіпотези та факти

Походження Підземних вод здавна розбурхувало уяву найкращих умів людства. Висловлювалися найсміливіші припущення і гіпотези, і заради справедливості необхідно зазначити, що багато хто з них виявився правильним. Існує обґрунтоване припущення, що підземні води використовували в посушливих районах Близького Сходу, Середньої Азії та Китаю вже в 3000-2000 р. р. до нашої ери. Першу, з тих, що дійшли до нас, гіпотез про походження підземних вод відносять до VII століття до н. е. Вона належать давньогрецькому філософу Фалесу. Пізніше, свою згоду з цією гіпотезою висловив і Платон. Давньогрецькі філософи припускали, що підземні води походили з охолодженого в підземних печерах повітря.

ПВ існують у різних агрегатних станах. Вони накопичуються в товщах земної кори і рухаються там різними способами по порожнинах, порах і тріщинах. У місцях присутності водонепроникних порід вони скупчуються, утворюючи сполучені між собою підземні водосховища – підземні водоносні системи, що оперізують всю земну кулю.

ПВ мають найрізноманітніше застосування в господарській діяльності людини. По-перше це джерело прісної води, по-друге підземні води – джерело багатьох важливих для людини мінералів, усім добре відомі лікувальні мінеральні води. Гарячі або геотермальні води, які ми детально розглянули в статті ТЕРМАЛЬНІ ДЖЕРЕЛА, АБО ГАРЯЧІ ВОДИ ЗЕМЛІ → , є не тільки джерелами корисних мінералів, а й дарують людині доступну і безкоштовну геотермальну енергію.

Підземні води – види та їх класифікація

О. Мейнцер (1935) класифікував води, що містяться в гірських породах, таким чином

Води у вільному стані, здатні до самостійних форм руху, різних, залежно від конкретного виду води:
* пар (пароподібна);
* гравітаційні води (крапельнорідка, що просочується, підземні потоки);
* у надкритичному стані – підземні води з температурою і тиском, вищими за критичні.
Води у зв’язаному стані, не здатні до самостійних форм руху, без переходу у вільний стан (в інші види води):
* вода, хімічно пов’язана з кристалічною структурою мінералів;
* вода, фізико-хімічно і фізично пов’язана з поверхнею мінеральних частинок (скелета) гірських порід;
* вода перехідного стану від зв’язаної до вільної, у тому числі капілярно-зв’язана;
* іммобілізована (вакуольна) вода;
* вода у твердому стані.

За інтенсивністю водообміну підземні води можна поділити на такі категорії

Зона активного водообміну – 300/500 метрів від поверхні землі, час оновлення вод від кількох років до кількох десятків років.

Зона сповільненого водообміну – 500/2000 метрів від поверхні землі, час оновлення вод десятки і сотні років.

Зона пасивного водообміну – понад 2000 метрів від поверхні, час оновлення вод відбувається протягом мільйонів років.

Класифікація підземних вод за ступенем мінералізації

Зона активного водообміну – 300 / 500 метрів від поверхні землі, переважають прісні води із вмістом солей до 1 грама/літр.

Зона уповільненого водообміну – 500/2000 метрів від поверхні землі, солонуваті води із вмістом солей від 1 до 35 г/л.

Зона пасивного водообміну – понад 2000 метрів від поверхні, солоні води за ступенем солоності близькі до морської води, понад 35 г/л.

Класифікація підз. вод залежно від виду пустот, які вони заповнюють

Порові підз. води – у пісках, галечниках…

Тріщинні підз. води – у гранітах, пісковиках та інших скельних породах.

Карстові підз. води – води, що містяться в розчинних породах (гіпсах, вапняках, доломітах …).

Класифікація підземних вод за температурою (Щербаков, 1979)

Важливим фактором є температура Підземних вод. Це питання розглядалося в статті “Термальні джерела, або гарячі води Землі”. Відзначимо цікавий факт – на великих глибинах вода досягає стану так званої “водяної плазми”. Цей стан характеризується тим, що, з одного боку, вода перестає бути “водою”, а з іншого і не стала водяною парою. Відбувається це, коли завдяки високим температурам, швидкість руху молекул можна порівняти зі швидкістю руху молекул водяної пари, а щільність залишається як у води в рідкому стані. Така пароводяна суміш часто викидається на поверхню у вигляді так званих Гейзерів.

Переохолоджені підземні води

Ступінь нагрітості: виключно холодні.
Шкала температур: нижче 0 °С .
Фізичні та біохімічні критерії температурних меж: перехід у твердий стан.

Холодні підземні води – тип №1

Ступінь нагрітості: дуже холодні.
Шкала температур: нижче 0-4 °С .
Фізичні та біохімічні критерії температурних меж: 3,98°С – температура максимальної густини води.

Холодні підземні води – тип №2

Ступінь нагрітості: помірно холодні.
Шкала температур: нижче 4-20 °С .
Фізичні та біохімічні критерії температурних меж: одиницю в’язкості (сантипуаз) визначено за температури 20°С.

Термальні підземні води – тип №1

Ступінь нагрітості: теплі.
Шкала температур: нижче 20-37 °С .
Фізичні та біохімічні критерії температурних меж: температура людського тіла – близько 37°С.

Термальні підземні води – тип №2

Ступінь нагрітості: гарячі.
Шкала температур: нижче 37-50 °С .
Фізичні та біохімічні критерії температурних меж: оптимальна температура для росту бактерій.

Термальні підземні води – тип №3

Ступінь нагрітості: дуже гарячі.
Шкала температур: нижче 50-100 °С .
Фізичні та біохімічні критерії температурних меж: перехід у пароподібний стан.

Перегріті підземні води – тип №1

Ступінь нагрітості: помірно перегріті.
Шкала температур: нижче 100-200 °С .
Фізичні та біохімічні критерії температурних меж: термометаморфізм (гідроліз карбонатів із виділенням С02 , генерація абіогенного H2S та ін.).

Перегріті підземні води – тип №2

Ступінь нагрітості: дуже перегріті.
Шкала температур: нижче 200-372 °С .
Фізичні та біохімічні критерії температурних меж: процеси вуглефікації органічної речовини та формування вуглеводнів.

Безнапірні підземні води

Ґрунтові води і верховодка – це перші від поверхні землі водоносні горизонти або інакше водоносні шари, які залягають на першому водотривкому шарі (на відміну від верховодки, ґрунтові води зазвичай пов’язані з наявністю регіонально-поширеного шару слабопроникних порід, ці води живлять колодязі).
Міжпластові води, водоносні системи – підземні водосховища, що часто сполучаються між собою, у яких водонепроникні шари розташовані як зверху, так і знизу.
Тріщинні та тріщинно-карстові підземні води.

Напірні води або Артезіанські води

Напірні води або Артезіанські води – це артезіанські басейни, вода в яких перебуває під напором/гідравлічним тиском між двома водонепроникними породами.

Ювенільні води

Так само хочемо зробити акцент на так звані Ювенільні води. Під якими маються на увазі води, походження яких зумовлено процесами синтезу водню і кисню в магматичних розплавах. Далі, ці води, піднімаючись вгору, змішуються з іншими видами Підземних вод. Гіпотеза про Ювенільні води вперше була сформульована 1902 року австрійським геологом Е. Зюссом.

Необхідно відзначити той факт, що в зонах вічної мерзлоти ПВ верхнього рівня заморожені й перебувають у твердому стані.

Однією з форм Підземних вод є так звана “фізично пов’язана вода”. Таке формулювання вона отримала оскільки взаємодіючи з частинками породи притягується ними. Що менші частинки, то більше води вони можуть притягувати.

Багато під землею і звичайних вод, які перебувають там завдяки гравітації, внаслідок чого і називаються “гравітаційними водами”. Серед них можна виділити два види – напірні та безнапірні води.

Висновок

Тема ПВ вельми обширна й очевидно, що відобразити її в рамках однієї статті просто неможливо. Ми постаралися виділити найважливіші, з нашої точки зору, моменти. Ми будемо раді, якщо цей матеріал підштовхне вас до більш детального вивчення такої цікавої теми.

Підземні води – це…

Гірнича енциклопедія

Екологічний словник

Словник із географії