Происхождение и формирование подземных вод

Оценить запасы подземных вод довольно сложно, поэтому, по данным разных ученых, их количество может значительно колебаться. Например, Н.А. Плотников оценивает запасы подземных вод в 100 млн км3. Большинство исследователей сходятся на величине около 60 млн км3.

Конечно, человечество давно стремилось выяснить происхождение подземных вод. Поскольку процесс инфильтрации распространен почти всюду, то одной из первых теорий их происхождения стала инфильтрационная. Впервые она появилась в I в. до н. э. (в работах Марка Витрувия Поллио). Значительное распространение она получила в XVII – XVIII в. благодаря изысканиям Б. Палисси, Э. Мариотта, М.В. Ломоносова и других ученых того времени.

Однако еще раньше, в IV в. до н. э., древнегреческий философ Аристотель высказал мысль, что, хотя источником всех вод на Земле есть атмосфера, питание рек происходит двояким путем: во-первых,за счет дождевых вод,во-вторых,главным образом водами, которые образуются в многочисленных земных холодных пустотах путем конденсации в них паров воздуха, поступающего из атмосферы. Итак, Аристотель стал основоположником конденсационной теории. В XIX в. эту теорию развивал О. Фольгер, тем не менее широкое распространение она приобрела лишь после широкомасштабных экспериментов и наблюдений, проведенных А.Ф. Лебедевым в 1907 – 1919 гг. По теории Фольгера, атмосферный воздух проникает в поры грунта и, сталкиваясь с холодной поверхностью частиц, отдает им часть своей влаги. Лебедев А.Ф. же доказал, что происходит миграция не атмосферного воздуха, а лишь водяного пара за счет разности его упругости в атмосферном и в грунтовом воздухе.

Современными исследованиями установлено, что основным видом питания подземных вод, которые находятся в зоне активного водообмена, является инфильтрация осадков, поскольку за счет конденсации грунт получает лишь несколько десятков миллиметров воды в год.

Впоследние годы почти все ученые рассматривают конденсационную теорию совместно с инфильтрационной, поскольку влага в этих видах питания имеет атмосферное происхождение. Между тем, эти теории не могут объяснить происхождения высокоминерализованных вод и рассолов в глубоких пластах осадочных толщ. По этой причине возникла так называемая седиментационная теория происхождения подземных вод. Согласно этой теории, высокоминерализованные воды в породах – это остаточные (реликтовые) воды старинных морей, которые образовалось одновременно с отложениями осадков в морских бассейнах и в настоящее время сохранили свой состав в неизменном виде. Эта теория имеет еще название реликтовой.

В1902 г. известный австрийский геолог Э. Зюсс предложил ювенильную теорию происхождения подземных вод. В соответствии с этой теорией, образование подземных вод происходит за счет выделения пара из магмы, который, конденсируясь, поднимается по глубоким тектоническим трещинам и разломам

ипоявляется на поверхности в виде минеральных источников. Исследования показывают, что в магме находится 0,5 – 8 % (а в некоторых случаях до 15 %) воды. По данным голландского ученого Ф. Кюэнена, ежегодно из недр Земли поступает около 0,4 км3 ювенильных вод. Однако, принимая во внимание некоторые теории формирования Земли как планеты, можно сделать предположение, что почти все воды имеют ювенильное происхождение. Исключение составляет вода, которая образуется за счет потока космических частиц. При этом протоны захватывают в верхних пластах атмосферы электроны и превращаются в атомы водорода, которые вступают в реакцию с кислородом и образуют воду. По данным Л.С. Абрамова, таким образом получается около 1,5 км3 воды в год, выпадающей в виде осадков на Землю. С другой стороны, под действием космического излучения молекулы воды, которые попали в высокие слои атмосферы, распадаются на ионы и частично теряются в открытом космосе, преодолевая силу тяготения Земли.

Наибольший интерес, конечно, вызывают воды, которые находятся в верхних пластах земной коры, так как именно с ними приходится иметь дело строителям. Накопление подземных вод можно представить как динамический процесс их образования под действием силы тяжести, капиллярных и молекулярных сил вблизи поверхности Земли. Так, во время наводнения речные воды просачиваются в аллювиальные отложения и вызывают подъем уровня грунтовых вод. Таким образом появляются пресные подземные воды. Во время мелиорации земель возникают пласты пресных вод, которые плавают сверху соленых, а результатом растворения пластов соли является появление соленых и рассольных вод. Накопление вод может происходить и другим путем.

Формирование химического состава подземных вод – это продолжительный физико-химическийпроцесс их преобразования, который проходит на разной глубине, в условиях разных температур и давления, испарения, сопровождается конденсацией и другими явлениями.