Подземная ветвь общего круговорота на Земле

Значение подземных вод для народного хозяйства.

Вода, образующая сплошь одну из геосфер – гидросферу, определяет всю химию земной коры в доступной нашему непосредственному изучению ее области. Химические реакции идут главным образом в водных растворах, жидких или парообразных. Они же определяют среду жизни. Не менее велика роль подземных вод как наиболее драгоценного ископаемого. Издавна подземные воды используются человеком для питья и хозяйственных целей. В настоящее время сельское население практически полностью удовлетворяет свои потребности за счет подземных вод. Последние являются также основным источником городского хозяйственно-питьевого водоснабжения в большинстве европейских стран. Подземные воды широко используются для лечебных целей. Исключительная роль принадлежит подземным водам как источнику химического сырья. Из подземных вод во многих странах получают бор, натрий, магний, литий, хлор, бром, йод, германий, рубидий, стронций, кальций, цезий, на отдельных участках медь, цинк, уран, радий, вольфрам, мышьяк, сера и т.д.

Серьезное значение имеют подземные воды как источник тепловой энергии, которая используется в ряде территорий для отопления.

Вода в атмосфере

В атмосфере вода встречается в различных состояниях: 1) парообразном-в воздушной оболочке, окружающей земной шар.2) капельно-жидком - в облаках, туманах и в виде дождя.3) твердом – в виде снега, града, кристалликов льда высоких облаков

5) Неопределенность представлений о грани­цах гидросферы планеты объективно определяется двумя основ­ными фактами: наличием воды (в различных видах) практически во всех оболочках Земли (мантия, земная кора, атмосфера, био­сфера) и принципиальной возможностью постоянного обмена во­дой (водообмен) между смежными оболочками Земли. На этих фактах основано принципиальное научное положение о единстве природных вод Земли, сформулированное еще В.И. Вернадским. В соответствии с этим положением гидросфера планеты должна рассматриваться как единая динамическая система, открытая в сторону космоса и внутренних областей Земли (мантия, ядро). Гидросфера играла и играет основополагающую роль в геологи­ческой истории Земли в формировании физической, химической, а следовательно, и геологической среды, климата, в возникновении «жизни на Земле и ее развитии. Основными внутренними процессами гидросферы являются круговороты воды и водообмен, происходящие на различных ее уровнях и в различных масштабах.

7) Для участка поверхности суши, ограниченного произ­вольным контуром, уравнение водного баланса может быть пред­ставлено в следующем виде (все составляющие водного баланса выражены в слое воды в мм, или в объемах м³ и т.д. за опреде­ленный период времени):

уравнением водного баланса

где X — атмосферные осадки; К — конденсация; ∆ У — разность притока и оттока поверхностных вод; Zj — испарение с водной поверхности; Z, — суммарное испарение с поверхности суши; ∆W — разность между просачиванием поверхностных вод через поверхность зем­ли и притоком подземных вод на поверхность; ∆U— изменение запасов воды на площади балансо­вого участка.

Подземная ветвь общего круговорота на Земле

Г/г круговорот объединяет движение парообр-ой, просачив-ся и физ-ки связанной воды в зоне аэрации, переходящей воды из твердого в жидкое сос-ие и обратно, движение парообр-ой, физ-ки связанной и свободной гравитац-ой воды в зоне полного насыщения.через поверхность земли эта ветвь подз-го круговорота связана с процессами, протек-ми в атмосфере и поверх-ой гидросфере планеты, и с процессами в нижн-ей части з. к. и верхней мантии. Зона полного насыщения: 1.система взаим-их потоков своб-ых ПВ, связан-ых с геол-ми структурами разного типа и размера, слоями, толщами ГП и т. д.2)местные потоки ПВ – они связаны с рельефом, с условиями взаимодействия ПВ с поверх-ми и атмосферой. 3)зона региональных потоков ПВ – направление связано с основными элементами рельефа суши.4) формир-ие линейно локальных субвертикальных потоков- связаны с зонами повышенной трещ-ти и пониц-ти. Геолог-ий круговорот воды в подз-ой гидросф-ре связан с историей развития ЗК и земли. Формир-ие осадков в водной среде сопровож-ся связыван-ем и захоронением воды бассейна осадконак-я. Процессы уплотнения глин-ых пород и отжатия поровых вод наиболее интенсивно происходят в верхней части разреза. Уменьшение пористости тонкодиспер-ых пород в проц-се уплотнения приводит к отжатию большего объема поровых вод в подз-ую гидросферу

9) 1)Определяется действием геологических факторов – перемещением горных пород в ходе эволюции. Основные виды геологического кругооборота связаны с седиментагенезом и литификацией осадков. Первый вид геологического кругооборота связан с тем, что свежесформированный осадок на дне водоема с высокой пористостью содержит 80-90% воды от общего веса. В процессе перехода от седиментагенеза к диагенезу происходит уплотнение нижележащих слоев в толще, превращение осадка в породу. При уплотнении осадка глинистых отложений происходит отжимание воды, которая частично возвращается в водоемы, а другая часть отжимаемой воды поступает в пласты коллекторы, эта часть воды может быть вовлечена в гидрологический кругооборот лишь при смене тектонического режима, когда зона осадконакопления из водоема переходит на континенты.

2. Базируется на выделении физически связанной воды. При температуре 30-200ºС происходит полное удаление воды с поверхности глинистых частиц, удерживаемых силами молекулярного притяжения и поступает в рыхлые пласты – коллекторы под действием вышележащих пластов. При погружении слоев до глубины 60 км происходит отжимание наиболее связанной воды до границы зоны катагенеза. С этими видами геологического кругооборота связано образование большого объема седиментационных вод. Эти воды постепенно разбавляются и замещаются водами инфильтрационного происхождения, а также восходящими глубинными водами из нижней части литосферы. При последующей трансгрессии дополнительный объем седиментационных вод вступает в цикл.

3. Связан с региональным метаморфизмом осадочных и вулканогенно-осадочных пород в условиях геосинклинального режима. Под действием высокого давления и температур и реакций происходит разрушение и переформирование кристаллических решеток и высвобождение химически связанной воды.

Наиболее сложен геологический кругооборот воды в процессе ее перемещения и многократного преобразования в ходе сложной эволюции земной коры и ее связи с подкоровыми зонами Земли. Основное поступление мантийного вещества связано с магматическими расплавами и флюидными потоками – продуктами дегазации магмы, в состав которых наряду с другими летучими компонентами входит вода в молекулярном и диссоциированном виде, в небольшом количестве вода поступает из мантии как компонент магматических расплавов. Подземные воды, образовавшиеся при дегидратации магмы – магматогенные или ювенильные, формируются в астеносфере из базальта.

10) Сущ-ют разл гипотезы. По совр гипотезам п/в обр-ся за счет возникновения молекул внутри тв части планеты и в рез-те поступления вод в ГП из внешних геосфер – гидросф, атмосф. В первом случае п/в – эндогенные, во втором – экзог. Также есть возрожденные воды, выделяющиеся из хим связ состояния при дегидратации мин-лов (они отн-ся и к эндог, и к экзог).

Инфильтрационная – эта теория самая древняя (I в до н.э). ее автор – Марк Поло. Позднее эта гипотеза была подхвачена Ломоносовым. С точки зр. геохим. трактовки подчеркнул тесную связь м/у хим.сост. г.п. и хим.сост. вод, циркулирующими в природе. Процесс просачивания наз-ся инфильтрацией, а процесс втекания – инфлюацией. Эта теория объясняет происхождение большинства пресных и некоторых минерал. вод. Сегодня считается основной.

Конденсационная – конец 17 нач 18 вв. Немец Фольгер высказал мысль, что п.в. обр-ся не за счет инф-ции, а за счет проникновения в г.п. воздуха и последующего его сгущения до вод.паров и дальше до воды. Сначала критиковалась. Сегодня тоже рассматривается. Лебедев доказал, что конденсация происходит не за счет поступления паров воды из воздуха в г.п., а за счет разности упругости паров атм. возд. и почвенного.

Ювенильная – в начале 20 в была предложена Зюссом. Образование многих минерал. вод и особенно горячих происходит за счет выделения паров из магмы в рез-те ее движ. и дифференциации. Поступая из мантийного слоя, воды в виде пара поднимаются и накапливаются в пределах отло-ий и г.п. Переход вод.паров в воду происходит на глубине 70 км.

Седиментогенная гипотеза– воды обр-ся за счет вод тех бассейнов, в кот. происходило наложение осадков. В эти осадки были вовлечены в виде остаточ. растворов. Если воды обр-сь одн-но с отл-ями осадков в морских бассейнах – сингенетические, если эти воды вошли в ранее образован. осадки – эпигенетические. Эти воды встреч. на платформах в нижних горизонтах, на щитах, в горноскладч. молодых отл-ях, где они еще не заменились на инфильтрационные. Гипотеза требует уточнения.

11) Виды воды в горных породах.

Лебедевым была предложена следующая классификация:1)Вода в форме пара находится в свободных от жидкой воды порах пород в зоне аэрации; 2)Гигроскопическая вода – слой адсорбированных частицами породы молекул воды; 3)Пленочная вода – образует на поверхности частиц пленки капельно-жидкой воды различной толщины; 4) Гравитационная вода – свободная вода, передвигающаяся под влиянием силы тяжести, которая подразделяется на капиллярную воду, заполняющую капилляры выше уровня подземных вод, подвешенную воду, заполняющую капилляры не связанные с уровнем подземных вод, собственно гравитационную воду; 5) Вода в твердом состоянии – лед; 6)Кристаллизационная вода – вода, входящая в кристаллическую решетку минералов; 7)Химически связанная вода.

Впоследствии эта классификация была дополнена.

1Вода, входящая в состав кристаллической решетки минералов или химически связанная вода 1) Конституционная (входит в состав решетки в виде ионов) 2)Кристаллизационная (входит в состав минерала в виде молекулы) 3) Цеолитная связана с минералами достаточно непрочно.

2.Физически связанная вода горными породами 1) Прочно связанная или адсорбированная 2) Рыхло или слабо связанная

3.Свободная вода 1)Капиллярная 2)Гравитационная

1.Вода в твердом состоянии – лед

2.Вода в состоянии пара.

12) Пористость (общая)- объем всех пустот в ГП, независимо от их формы, размера и происхождения. Эффективная пористость – отношение объема воды, полностью заполняющей поры, к объему всей породы.

Влажность – количество воды содержащееся в породе. Естественная вл-ть We – кол-во воды, содержащееся в породе в естеств. условиях. Wg – весовая влажность – отношение массы воды в породе к массе абсолютно сухой породы. Wv объемная вл-ть– отношение объема воды в породе к объему всей породы.

Влагоемкость – способность ГП вмещать и удерживать определенное количество воды. Полная влагоемкость- максимальное содержание воды в породе при полном насыщении её пор. Капиллярная влагоемкость – макс. кол-во воды, удерживаемое в породе капиллярными силами.

Водоотдача – способность водонасыщенных пород отдавать гравитационную воду. Делится на гравитационную и упругую. Гравитационная характеризует кол-во воды, которое отдает единица объема породы при стекании из неё гравитационной воды. Упругая водоотдача – способность водонасыщеных пород отдавать свободную воду за счет проявления их упругих свойств при изменении напора или давления.

Недостаток насыщения – способность ГП принимать гравитационную воду в данных условиях её залегания.

13) Водоносный горизонт –монослой большой мощности или система связанных водоносных слоев с коэффициентом фильтрации больше 1 с едиными условиями залегания подземных вод в пределах конкретного района. Он может быть перекрыт сверху и ограничен снизу слабопроницаемыми породами, отделяющими рассмотренный водоносный горизонт от смежных (выше и нижележащих).

Водоносный комплекс – сравнительно мощная толща неоднородных пород, содержащая ряд гидравлически связанных, но литологических разобщенных водоносных горизонтов с общими областями питания, движения и разгрузки подземных вод. Обычно водоносный комплекс соответствует ярусу или отделу.

Водоносная серия –является сложным сочетанием водоносных и слабопроницаемых объектов. Обычно представлена фациально выдержанной толщей пород с разнородными фильтрационными свойствами. Водоносная свита – это постоянно водоносные обводненные слоистые геологические тела с разнотипными и разнородными свойствами горных пород.

Разделяющий слабопроницаемый пласт (водоупор) – относительно водонепроницаемый слой г.п. обычно значительной мощности или слоистый пласт, в котором преобладают >10% суммарной мощности слабопроницаемые породы с Кф=10^-4м/сут и менее.

Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском: