Занимательная гидрогеология



страница4/11
Дата28.11.2017
Размер1.85 Mb.
1   2   3   4   5   6   7   8   9   10   11

Водяная скатерть

 

Такое оригинальное название в гидрогеологии дано поверхности водного потока подземной воды. Эта поверхность совсем не похожа на горизонтальную поверхность пруда или скатерть, постеленную на обеденном столе. В одном месте она приподнята, в другом опущена. Водяная скатерть, как правило, имеет наклон в какую-либо сторону, который соответствует общему уклону поверхности потока.



Глубина грунтовой воды зависит от положения водяной скатерти по отношению к поверхности земли. Там, где впадина - обычно он залегает неглубоко, где холмы - глубже.

Эти характеристики нужно учитывать прежде всего хотя бы для того, что они помогают определению глубины воды в будущих колодцах.

Казалось бы, все просто, но есть одно обстоятельство, которое затрудняет точную оценку этой глубины. Уровень грунтовой воды не останется постоянным. Ведь количество поступающей в землю воды зависит прежде всего от дождей, поэтому он изменяется по временам года.

Читателю, несомненно, ясно, что весной поступление большее за счет талых снеговых вод, паводков на реках и дождей. Летом, когда влажность воздуха мала и нет затяжных дождей, приток уменьшается. Осенью опять дожди увеличивают поступление воды в землю.

Но не только по временам года колеблется уровень. Даже в течение суток он может значительно изменяться из-за отбора воды из колодцев (рис. 23). Особенно проявляется последнее в летнее время, когда отбор воды из колодцев или скважин для полива огородов, садов и других нужд более значителен. Утром уровень наибольший, к вечеру он может резко падать. Величина этих суточных колебаний часто достигает метров. Особенно велики колебания уровня в засушливых районах. Так, изменение глубины воды в колодцах в районе Тегерана достигает 10 м, а в Сахаре - 10-12 м.

Изменения скатерти грунтовой воды происходят не только по временам года и вследствие отбора ее из колодцев, но и от изменения атмосферного давления. Чем оно выше, тем ниже глубина грунтовых вод, и наоборот. Величина колебаний уровня под действием атмосферного давления может достигать 1 м в течение одних-трех суток.

Так же влияют на уровень затяжные дожди или засушливые периоды. Все это делает водяную скатерть подвижной. Она постоянно как бы встряхивается природой. Колебания уровня более глубоких горизонтов воды под землей менее выражено. Однако и здесь могут наблюдаться годичные изменения.

 

колебание уровня воды в колодце по времени суток

Рис. 23. Колебание уровня воды в колодце по времени суток (I) и по сезонам года (II)

 

Подземные воды очень чувствительны к общему ходу изменения климата, поэтому наблюдаются колебания положения водяной скатерти многолетние - десяти- и столетние.



Все больше и больше на уровни вод и положение скатерти грунтовых вод влияет деятельность человека. Он вскрывает глубокие карьеры, дорожные выемки, строит метро и сбрасывает в землю массу производственных отбросов. Все это изменяет положение подземных вод.

Большое значение имеет вырубка лесов. Ее результатом является падение уровней подземных вод. С другой стороны, высадка лесополос, парков и восстановление лесов ведет к повышению положения скатерти подземных вод. Наблюдения за ее положением или, как говорят специалисты, за режимом подземных вод, является одной из важных задач гидрогеологии. Ученые организуют специальные многочисленные опытные участки на территории СССР для наблюдения за колебаниями уровней, температурой и составом подземных вод.

 

Реки и озера под землей

 

Речь идет о настоящих реках и озерах, в которых даже встречаются рыбы без глаз, что связано с жизнью этих организмов в вечной темноте.



Но начнем по порядку. В земной коре довольно распространены известняки, гипсы, ангидриды, каменная соль. Все эти породы обладают одной общей особенностью - они состоят из минералов, способных растворяться в воде. Особенно быстро растворяется каменная соль. В этом легко можно убедиться. Нальем 2/3 стакана воды и наполним оставшуюся треть поваренной солью. Через 10 минут, если перемешивать содержимое, соль растворится.

Медленнее растворяется гипс. Для растворения 1 кг этого минерала требуется около 480 кг воды. Еще медленнее растворяется известняк - порода, сложенная минералом, называемым кальцитом. Килограмм этой породы можно растворить в 10000 л воды.

Известняки и гипсы часто выходят на поверхность земли или лежат на небольшой глубине. Как и другие породы, они также могут иметь трещины. В одних случаях они тонкие, а в других их ширина может достигать десятков сантиметров и даже метров.

Вода легко проникает в трещины и постепенно растворяет их стенки. Так изо дня в день идет эта разрушительная работа воды, Проходят сотни, тысячи лет, и в таких породах образуются обширные многокилометровые пещеры. Примером может служить Мамонтова пещера, находящаяся в США в штате Кентукки. Здесь вода образовала 223 галереи, 225 проходов и 77 больших гротов. Самый большой зал, носящий название Храм, имеет длину 163 м и высоту 40 м. В этой пещере текут три реки. На них имеется серия порожистых участков и водопадов. В них водится рыба и живут особые виды рачков, приспособившиеся к пещерным условиям. В наиболее крупных гротах находятся три довольно значительных озера.

В пещере Мацоха, находящейся в Чехословакии, состоящей из десятков галерей, гротов и коридоров, по дну главной галереи течет река Пункве. Примечательно, что по ней имеется даже «пассажирское» движение - туристы совершают традиционную прогулку по этой реке на лодках.

Советский Союз также богат подземными пещерами. Особенно пользуется успехом Кунгурская пещера, которую ежегодно посещают тысячи туристов. Ее общая протяженность превышает 5 км. Пещера насчитывает около 60 гротов. Здесь также имеются речки и озера. Наиболее крупное озеро помещается в гроте «Дружба народов». Его площадь достигает 700 м2. Даже в этом озере живет слепой рачок. Всего в Кунгурской пещере насчитывается около 300 озер. Замечательной особенностью этой пещеры является наличие в ней ледяных образований: покровов, сталактитов, сталагмитов и т. д.

В районах развития таких пещерных систем, носящих название «карстовых», выделяются текущие вспять реки и исчезающие озера. В верховьях Дуная у г. Иммендинген обширные карстовые каналы в засушливые годы поглощают всю воду реки. На протяжении 13 км Дунай превращается в подземную реку. В конце этого участка из карстовых каналов воды выходят в виде мощного источника на поверхность и устремляются по всей долине.

Такие исчезающие реки имеются во многих районах развития известняков и гипсов. Их можно встретить на Кавказе, в Крыму, в Башкирии и в других местах.

Этим не ограничиваются чудеса карстовых районов. Например, в Вологодской области имеется Кунст-озеро. Вы видите перед собой обширный водоем площадью до 20 км2. Временами здесь происходят удивительные явления. В летнее время вода довольно быстро уходит, и озеро исчезает. Вместо него образуются прекрасные сенокосные угодья. Через какой-то промежуток времени вода снова с шумом возвращается, и озеро вновь предстает во всей красе. Такие чудесные превращения наблюдаются в целом ряде других озер. Во всех случаях вода исчезает через карстовые каналы, расположенные на дне этих озер. Подземные воды в этих карстовых районах находятся в самой тесной связи с поверхностными. Во многих случаях карстовые каналы соединяют два, три озера. Необычайные явления на озерах объясняются изменением режима одного из озер, закупориванием наносами карстовых каналов и другими причинами.

В средневековье эти явления представлялись чудесами, которые творят божественные силы. Они использовались духовенством для усиления своего влияния на местное население.

По карстовым каналам, трещинам, пещерам движутся потоки подземных вод. Их движение напоминает поверхностные потоки - многоводие и значительные скорости. Карстовые подземные воды зачастую представляют собой значительное препятствие при горных работах по добыче полезных ископаемых.

 

Вода возвращается на поверхность

 

Читатель уже знает из маленького путешествия, совершенного вместе с каплей воды, что если долина реки или овраг пересекает породу с водоносным пластом, залегающим на водоупорной глине, то на месте их встречи возникает источник, ручейком сбегающий вниз по склону. На таких местах местные жители часто устраивают лотки, устанавливают корыта, бадьи для сбора воды и используют ее для питья и водопоя скота. В одном из живописных мест южного берега Крыма, на склоне Ай-Петри, в зарослях деревьев имеется небольшая расщелина в известняке. Народное поверье утверждает, что если во время дождя прийти к ней и играть на пастушьем рожке, то из нее начнет бить источник кристально чистой воды.



 

вот как работает сифонный источник

Рис. 24. Вот как работает сифонный источник. Когда уровень воды в пещере вследствие притока ее по каналу «а» станет равным высоте колена «б», вода хлынет из источника

 

Что это за «волшебный родник»? Ведь вода в источниках, выходящих в стенках оврагов и долинах рек, течет постоянно, почему же здесь в Крыму, у склона Ай-Петри, она течет только временами, да еще нужно играть на рожке. Может быть мы имеем дело с чудом? Но нет на свете чудес, загадка здесь несложная. На рис. 24 показана схема такого «сифонного» источника, встречающегося в карстовых районах. Когда идет дождь, углубление в пещере наполняется водой, и она начинает переливаться через порог, отделяющий канал. Как только излишек воды вытек, источник иссякает до следующего поступления воды.



Заметим, что очень часто дождь может идти далеко от источника, но вода по системе подземных ходов будет поступать в углубление, и тогда водоток возникает без видимой причины. Такие неожиданно действующие источники производят особенно сильное впечатление на людей. Даже в наше время они остаются для многих загадочным явлением.

Эти «сифонные» источники в средние века часто служили объектом поклонения. Им приписывались различные чудеса. Вокруг них нередко создавались легенды и поверья.

Вы спросите, а при чем же здесь рожок? Помните, что играть нужно было в плохую погоду. Как видно, расстояние от водосбора небольшое, поэтому спустя лишь малое время с момента начала дождя «сифонный» источник начинал действовать. Поэтому, рожок здесь был ни причем, главное - дождь.

Встречаются источники, вытекающие из трещин и расселин скал. Они бывают очень многоводны. В них вода не сочится, а бьет потоком. Это так называемые восходящие источники. О них разговор будет в следующей главе.

Завершая эту главу, мы должны отметить, что источники встречаются по всему пространству нашей Родины. Здесь подземные воды как бы превращаются в поверхностные. Потоки из мрачных подземных пространств вырываются на простор дневной поверхности.

Вспомните, как приятно в жаркий день в степи отдохнуть у раскидистых ракит, склонившихся над хрустальным родничком, вырывающимся из земли утолить жажду прозрачной водой и побрызгать ею голову, разгоряченную июльской жарой.

 

Легенды и действительность

 

Пятнадцатый век. В Аккермане (сейчас Белгород-Днестровский) стоял у власти жестокий турецкий правитель Узун-паша. В сырой мрачной темнице крепости была заключена красавица украинка Парасковея. Паша требовал, чтобы она подчинилась ему. Однажды, когда Узун-паша хотел войти в темницу, ее двери распахнулись, кандалы со звоном покатились в сторону. Девушка птицей взлетела на высокую стену. За убегающей погнались янычары. Вот ее настигли на берегу Днестровского лимана. Уже занесены над ее головой кривые ятаганы. Но тут произошло чудо. Девушка вдруг стала приподниматься и растаяла в воздухе. Янычары же превратились в камни. Там, где были следы от ног Парасковеи, из земли и вырвался поток - родник кристально чистой воды. Прошли века, камни источили непогоды, а родник живет. Кто выпьет его воду, становится непобедимым богатырем...



Эта народная легенда пережила века, а родник существует и по ныне.

С незапамятных времен родники и ключи, бьющие из-под земли, были окружены легендами и поклонением людей.

В Древней Греции, по преданию, большим авторитетом пользовалась Сибилла - пещерная прорицательница. Когда нужно было решать важнейшие вопросы - быть войне или миру, кончится ли засуха и другие - обращались к жрецам. Они уходили в пещеру, где жила Сибилла, и громко задавали вопросы. Затем прикладывали к ушам ладони и внимательно слушали. Откуда-то из темной глубины неслись звуки, напоминающие нежный женский голос. Побыв в пещере некоторое время, жрецы выходили из нее и передавали якобы услышанное ими прорицание Сибиллы. Таким образом не раз решались важнейшие государственные вопросы.

Загадка Сибиллы несложна. Выходящий в недрах пещеры ключ издает журчание. Эти слабые звуки усиливаются своеобразной пещерной акустикой. Иногда эти звуки становятся настолько громкими, что напоминают отдельные раскаты грома. Жрецы использовали этот эффект, чтобы по-своему решать государственные вопросы.

Источники или ключи широко распространены на всех континентах. Чаще всего это небольшие ручейки, вытекающие из стенок балок и оврагов. Многие реки начинаются с небольших ключей. Так, великая русская река Волга берет начало из родника, бьющего из-под земли у деревни Волго-Верховье в Калининской области.

Иногда встречаются мощные источники, выходящие из трещин горных пород. Особенно многоводны ключи, вытекающие из карстовых пустот.

Знаменитый ключ Готур-Ата, или Золотой, бьет из известняков у подножия Копет-Дага, неподалеку от дороги Ашхабад - Фирюза. Он дает до 400 л в секунду. Отсюда берет начало значительный ручей, который используется для орошения близлежащих полей.

На юге Франции известностью пользуются Воклюзские ключи - выход из карстовых каналов на поверхность целых подземных рек. Часто название «Воклюзы» используется для обозначения таких же мощных выходов в других странах. Примером могут служить карстовые родники, вытекающие на поверхность из известняков в Крыму, на Урале, в Саянах. Из них вырываются потоки, иногда достигающие 20 м3 воды в секунду.

Сейчас имеется проект снабжения водой ряда государств Европы за счет строительства тысячекилометрового водопровода, который будет забирать из карстовых источников Альп (и некоторых озер) до 2,5 млрд. м3 воды в год. Он будет снабжать население ФРГ, Австрии, Швейцарии и других стран высококачественной питьевой водой.

В одном из недоступных мест Венесуэлы на Гвианском нагорье находится Гора Дьявола. В 1935 году американский летчик Д. Энджел обнаружил здесь самый высокий водопад мира - Сальто-Анхел. Его высота 1054 м. Если его сопоставить со знаменитым Ниагарским водопадом, обладающим уступом в 51 м, то последний окажется более чем в 20 раз ниже этого удивительного венесуэльского чуда. Но самое интересное - водопад Сальто-Анхел образован мощным подземным источником, выходящим из скалы, расположенной на 70 м ниже вершины горы.

Но не только на континентах встречаются выходы подземных вод, есть они на дне морей и океанов. Так, если в тихую погоду понаблюдать в районе Гагр за морем, то можно увидеть движение воды, как бы растекающейся из какого-то центра.

Это выход мощного карстового источника. Он дает до 8 м3 пресной воды в секунду.

В Греции, там где нет рек, встречаются засушливые долины. Можно легко понять, какая радость охватила жителей одного из таких палимых солнцем мест, расположенного у г. Апавалоса, когда обнаружилось, что на небольшом расстоянии от городского пляжа из морского дна бьют мощные источники пресной воды. Но как же получить эту воду?

Проблема была решена довольно просто. Территорию, на которой обнаружили источники, отделили от морской акватории серповидной железобетонной стенкой. В связи с непрерывным поступлением внутри этой ограды больших количеств пресной воды соленая морская вода была вытеснена. Весь объем был заполнен драгоценной для этой части Греции кристально чистой водой, изменившей коренным образом жизнь засушливой долины.

 

ПОДЗЕМНЫЕ МОРЯ И ОКЕАНЫ

 

«Французское чудо»

 

В далеком 1126 году во Франции, в одном из живописных селений провинции Артуа (Артезия), для местного населения рыли колодец. Вначале шла глина. Он становился все глубже и глубже, а воды не было. Хотели прекратить работу. Вдруг дно колодца стало вздуваться. Испуганный рабочий, находящийся там, быстро стал подниматься наверх. И только он успел выбраться из колодца, как дно с шумом лопнуло, и вода стала быстро наполнять колодец. Достигнув поверхности, она образовала небольшой фонтан.



Посмотреть на это чудо сбежалось все селение. Вода день и ночь била из-под земли. Окружающие участки стали заливаться. Одни говорили, что это дьявол вырвался на поверхность земли. Другие утверждали, что завтра вода перестанет идти. Но проходил следующий день, а фонтан все действовал. Чтобы спасти территорию от затопления, пришлось срочно рыть канаву для стока воды в ближайшую балку.

Прошло некоторое время, и жители привыкли к этому фонтану. Селение имело с тех пор достаточное количество воды для своих нужд. Этим фонтаном стали гордиться. Путники, не жалея лишнего времени, делали крюк, чтобы запастись замечательной водой из фонтана.

 

артезианская вода изливается из скважины

Рис. 25. Артезианская вода изливается из скважины

 

Так человек обнаружил существование необычных вод под землей, способных к самоизливанию на поверхность. По имени провинции Артуа их стали называть артезианскими (рис. 25).



Однако справедливости ради заметим, что о существовании таких бьющих из-под земли подземных вод было известно древним римлянам и жителям Карфагена.

Со временем наука раскрыла тайны источника Артуа. Более того, уже в XVIII веке было установлено, что это не чудо природы, или «игра» природы, а вполне закономерное явление, широко распространенное в земной коре. «Чудо» обернулось для людей великим благом.

 

Вода, рвущаяся вверх

 

Почему появляются воды, стремящиеся вопреки своей природы течь не вниз, а подниматься вверх? Ответ на этот вопрос удалось получить тогда, когда геологи сумели изучить строение земной коры. Мы уже знаем, что породы в земле образуют пласты, которые следуют друг за другом: песок сменяет глину, глина - гравий или галечник, потом опять следует пласт глины и т. д. Эта стройная картина часто нарушается из-за странностей нашей планеты. Скорее не странностей, а ее природы. Вот из-за нее земная кора постоянно приходит в движение. Мы уже знаем, что это движение может прежде всего вызывать наклоны пластов. Но не только их наклоны. Оно может сгибать их в складки, разрывать и перемещать пласты. В горных районах движение земной коры особенно интенсивно. На равнинах складки пологие, а в горах - крутые. Во многих случаях вершины складок более интенсивно размываются водой, и поэтому на таких участках на поверхность выходят как бы срезанные по вертикали пласты то песка, то глины.



 

артезианские воды

Рис. 26. Артезианские воды

А - так образуются артезианские воды (а, б - пути поступления воды в глубь земной коры); Б - области питания

 

Особой их чертой является то, что они быстро погружаются в недра земной коры. Получается своеобразная чаша, которая может легко заполняться водой с поверхности (на местах выходов крыльев), как это показано на рис. 26, А. Диаметр таких «чащ» может достигать сотен и даже тысяч километров.



Тысячелетиями вода инфильтруется в пласты, «обнажающиеся» на крыльях. Она постепенно заполняет полностью пространство между глинами (водоупорами).

Если сделать колодец или пробурить скважину в середине «чаши», то, естественно, вода будет подниматься в зависимости от высоты воды в крыльях, или, точнее, от напора, создаваемого ее массой над «потоком» или поверхностью верхнего водоупора. Это хорошо видно из рис. 26А.

В зависимости от положения колодца или скважины может быть получена фонтанирующая или просто поднимающаяся над напором вода. Фонтанирующие скважины иногда представляют собой незабываемое зрелище. Поднимающиеся струи с силой вырываются из обсадной трубы на метры, а иногда на десятки метров.

В большинстве случаев она просто поднимается внутри обсадной трубы на высоту 2-10-50 м над поверхностью вскрытого напорного водоносного горизонта. Чем глубже «чаша» или как говорят геологи, синклиналь (от греческого слова, обозначающего склоны противоположных гор), тем больше напор В такой синклинали может быть один, два, три и более водоносных горизонтов, обладающих напором. Так образуются напорные или артезианские бассейны, представляющие собой сочетание водоносных слоев с водоупорами.

Участки на крыльях, откуда поступает вода в «чашу», назвали областями питания, а там, где напорные воды могут выходить на поверхность в виде естественных источников, - областями разгрузки, или дренажа.

Обнаружение существования напорных, или артезианских, вод стало великим достижением молодой гидрогеологии и создало прекрасные предпосылки для их использования на службе человечеству.

В конце XVIII и в начале XIX века в Европе началась погоня за артезианскими водами. В течение только XIX века в России были построены тысячи напорных колодцев и скважин. Из них стали получать большое количество прекрасной пресной воды, обладающей в течение года ровной температурой. Они давали неизменное количество воды и казались неиссякаемыми.

 

Океаны и моря под землей

 

Человек быстро накапливал знания о чудесных напорных (артезианских) водах. Уже в начале XX века обнаружили существование на земле целого ряда грандиозных бассейнов напорных вод. Давайте совершим экскурсию по этим подземным океанам и морям.



Вот, например, Западно-Сибирский артезианский бассейн, имеющий площадь почти 3,5 млн.км2. Он собрал свои воды от Урала до Енисейского края. Это поистине «подземный океан» напорных вод.

В северной части Сахары под песками пустыни находится другой грандиозный бассейн напорных вод, площадь которого достигает 700 тыс. км2, а толщина, или, как говорят геологи, мощность водоносного горизонта, достигает 500 м.

Артезианский бассейн-океан имеется в Австралии. Его назвали большим бассейном. Он действительно велик и занимает 1736 тыс. км2. Его воды позволяют осваивать засушливые и полупустынные территории шестого континента.

Богата артезианскими бассейнами европейская часть СССР. Особенно важны Днепровско-Донецкий, Подмосковный, Прибалтийский артезианские бассейны-моря. Днепровско-Донецкий бассейн имеет площадь около 350 тыс. км2. Он распространен в южных областях Белоруссии, на большей площади Украины и захватывает некоторые районы РСФСР.

Подмосковный артезианский бассейн имеет большое значение для водоснабжения многих городов, хотя его площадь сравнительно невелика - всего несколько тысяч квадратных километров. Еще меньше по размерам Прибалтийский бассейн, но и он занимает важное место в снабжении водой Ленинградской, Псковской областей и прибалтийских республик.

В горных и предгорных районах Кавказа, Карпат, Средней Азии имеется много артезианских бассейнов сравнительно небольшой площади, но очень водообильных. Здесь напорные воды накапливаются либо в предгорных равнинах, либо в межгорных впадинах. Одним из наиболее крупных является Восточно-Предкавказский бассейн, площадь которого достигает 200 тыс. км2.

Что касается бассейнов в межгорных впадинах и долинах, то площадь их распространения редко превосходит несколько сотен квадратных километров, достигая иногда 1000-3000 км2.

Крупные артезианские бассейны имеются в Европе (Парижский, Венгерский, Пиренейский). В США крупнейшими подземными морями являются Дакотское, Вайомингское и др.

Роль артезианских вод трудно переоценить. Достаточно сказать, что десятки тысяч населенных пунктов получают из них питьевую воду. Такие центры, как Москва, Киев, Баку, Алма-Ата, Харьков, Полтава и многие другие снабжаются высококачественными артезианскими водами. За рубежом артезианские воды используют во многих странах. Такие города, как Париж, Лондон, Западный и Восточный Берлин и др., получают из них воду. К этому стоит лишь добавить, что с напорными бассейнами часто связаны лечебные минеральные воды. Упомянем курорты Кисловодск, Ессентуки, Цхалтубо, Старая Русса, Сестрорецк и др.

Артезианские воды - это одно из сокровищ нашей Родины, которые нужно бережно хранить.

 




Поделитесь с Вашими друзьями:
1   2   3   4   5   6   7   8   9   10   11


База данных защищена авторским правом ©vossta.ru 2019
обратиться к администрации

    Главная страница