Підземні води

Підземні води - це розташовані під земною поверхнею у верхній частині земної кори водяні ресурси, що займають у геологічних пластах та ґрунтах порожнечі. Запаси підземних вод постійно поповнюються за рахунок дощів, талого снігу та іншої води, що проникає крізь пісок, дорожні тріщини та ґрунт, пісок.

Під землею вода може переходити з одного стану до іншого і бере участь у загальному кругообігу. Описом та дослідженням того, який механізм подібних перетворень рідини займається гідрогеологія.

Виділяються три основні зони залягання підземних вод:

• верхня чи вільного обміну;
• середня або уповільненого водообміну;
• нижня, що важко піддається перетворенню.

20% світових запасів прісної води, а також близько 1% від усієї гідросфери Землі, з урахуванням льодовиків та всієї океанічної води, становлять підземні води. Географія підземних вод велика. Якщо подивитися на карту розподілу обсягів підземних вод у РФ, найбільшим джерелом є Західно-Сибірський артезіанський басейн, що має площу близько трьох мільйонів км², водоносні верстви в якому утворилися ще в мезозойській ері. Підземні води залягають по всій території РФ, будучи найважливішим джерелом живлення річок. Основна їх частина пов'язана з річковим стоком і улоговинами озер. Обсяг ресурсів підземних вод Росії становить 787,5 км / рік, а статичні запаси налічують близько 28 тисяч км /.

Підземні води відіграють важливу роль у функціонуванні всього природного комплексу, оскільки:

• беруть участь у гідрологічному циклі Землі;
• забезпечують людей, тваринний та рослинний світ вологою та питною водою;
• поповнюють водойми;
• виходять на поверхню у вигляді джерел та джерел, найчастіше мінеральних або гарячих;
• розчиняють різні речовини в породах та переносять їх;
• служать для опалення будівель, теплиць та енергетичних установок у вигляді водяної пари та гарячої води гейзерів;
• вимивають у розчинних гірських породах порожнечі та печери;
• можуть стати причиною селів і зсувів.

Види підземних вод

Відповідно до характеристик підземні води поділяють на такі види:

1. Капілярна - вода, що переміщається під дією капілярних сил по ущелинах та каналах. Вона може бути: підвішеною, стиковою та піднятою. Піднята вода розташовується вище за вільну і формує капілярну зону, що сприяє засоленню грунтів.
2. Вільна - вода, що знаходиться в порожнинах і тріщинах гірських порід та ґрунтів.
3. Гігроскопічна - Це вода, що покриває мінеральні частинки товстою плівкою, при цьому переміщається рідина після переходу в газоподібну форму.
4. Лід - Твердий стан води при низьких температурах, що являє собою великі скупчення кристалічних частинок.
5. Плівкова - Така вода має дуже тонку плівку, що обволікає мінеральні частинки, і переміщається туди, де тонша плівка.
6. Кристалізаційна - Це вода, молекули якої входять в мінерали, видаляються при дегідратації або переходять в інший стан.

Обсяги водних ресурсів, що знаходяться під землею, становлять близько 60 мільйонів км³ та враховуються як корисна копалина.

За умовами розташування підземні води можна відобразити у вигляді наступного списку:

• ґрунтові;
• верхівка;
• ґрунтові;
• артезіанські;
• мінеральні.

Ґрунтові води розташовуються під верхнім шаром земної кори.Вони заповнюють тріщини та пори та тріщини, переміщаючись під дією сили тяжіння. Для цього виду води характерна невелика глибина залягання, що дозволяє просочувати родючий шар грунтів, розподіляючись на великі площі. Заповнення відбувається за рахунок дощових вод через пісок та ґрунт у процесі інфільтраційного просочування. Це тривалий процес, протягом якого відбувається насичення води органічними речовинами.

Верховодка - це тимчасова концентрація гравітаційних вод у зонах аерації порід та ґрунтів. У цьому випадку формування підземних вод відбувається за рахунок паводків, атмосферних опадів та танення снігів.

Вона може також утворюватися як результат внутрішньоґрунтових випарів зі штучних водойм. Для водопостачання верховодка зазвичай не використовується і має такі властивості:

• сезонною нестійкістю;
• обмеженим обсягом розширення;
• різкими змінами рівня.

Грунтові це води водоносного горизонту, першого від поверхні землі. В основному вони утворюються просочуванням через ґрунт після атмосферних опадів, а також з озер, річок та інших водойм.

Навіть в умовах вічної мерзлоти за полярним колом ґрунтові води підживлюють моря. Це безнапірна вільна вода, що завжди залишається на рівні розтину. Ґрунтові води поширюються та підживлюються в одній області. Рівні води сильно різняться протягом сезону залежно від температури ґрунту та атмосферних опадів. Ґрунтова вода необхідна для народного господарства як джерело водопостачання для населених пунктів та промислових підприємств.

Міжпластові або артезіанські запаси підземних вод розташовуються між верхніми та нижніми водотривкими шарами. Вони відрізняються відсутністю джерел підживлення.Вода, перебуваючи під тиском щільних шарів ґрунту, виходить на поверхню у вигляді джерел та джерел. Подібні підземні запаси глибокого залягання використовуються забезпечення водою житлових, сільськогосподарських і промислових об'єктів. Міжпластові води можуть бути напірними та безнапірними.

Мінеральні водяні родовища відрізняються постійним хімічним складом, який залежить від типу джерела та формується протягом кількох років під впливом ряду факторів. Мінеральні води містять особливі біоактивні та органічні речовини, внаслідок чого мають лікувальні властивості і часто використовують у медичних цілях. Подібна вода видобувається за допомогою каптажів – комплексу інженерних споруд.

Мінеральна вода відрізняється за:

• рівнем мінералізації;
• хімічний склад;
• способу застосування.

Підземні води в різних районах планети мають неоднаковий хімічний склад. Залежно від того, скільки солі міститься у воді, виділяють:

• прісні підземні води, де міститься менше одного грама солей на літр об'єму;
• слабомінералізовані води з вмістом не більше 35 г солей на літр рідини;
• мінералізовані води у складі яких близько 50 г солей на один літр.

Класифікація прісних підземних вод за рівнем загальної жорсткості відображена в таблиці:

Значення підземних вод

Підземні води мають велике значення для розвитку людського суспільства та використовуються у різних сферах життя: як у побуті, так і у промисловому виробництві. В основному підземні джерела використовують для забезпечення питного водопостачання. Це також постійне джерело живлення для озер та річок. Подібні джерела забезпечують вологою та поживними речовинами рослини, беруть участь у формуванні рельєфу.У деяких випадках, при близькому знаходженні від поверхні вони можуть викликати процеси заболочування.

Значення підземних вод для людини:

• є прісним джерелом водопостачання;
• використовуються у сільському господарстві для зрошення;
• необхідні для життєдіяльності представників флори та фауни;
• широко застосовуються в промисловості: при виробництві цукру та солі, різних напоїв, хімічних речовин, у паперовій та текстильній промисловості;
• мінеральні використовуються для лікувальних цілей у медицині;
• виступають джерелом хімічної сировини;
• високотермальні води з температурою від 50 до 100 градусів за Цельсієм застосовуються для потреб опалення та гарячого водопостачання, наприклад, у Новій Зеландії, Італії та Австралії.

Для правильного використання підземних вод у промисловості необхідно знати їх рівень жорсткості, оскільки, наприклад, підвищений вміст солей кальцію і магнію негативно впливає на парові котли та інше промислове обладнання.

Таким чином, значення підземних вод для природи та життя людини велике. Запаси цього природного ресурсу дозволяють людству існувати та розвиватися.

Що сприяє виникненню підземних вод

Підземні води мають ряд відмінностей від поверхневих вод, але, як і поверхневі, є складовою безперервного кругообігу води в природі. Більшість підземних вод утворюється внаслідок випадання опадів і поверхневих стоків. Вода проникає в поверхню Землі після дощів, при таненні снігів та льоду через дно водойм. Потім вона проникає нижче поверхні у ґрунт. Вода фільтрується, проходячи численні шари різних порід.

Через різні ґрунти просочування води відбувається з різною швидкістю.Чим пропускна здатність породи нижча, тим більше над нею накопичується вода. Саме в таких місцях відбувається формування водоносного шару, або інакше горизонту. Найчастіше подібних верств утворюється кілька.

Водоносний горизонт - це водопроникний пласт, насичений водою, яка знаходиться в постійному русі за рахунок гідравлічного зв'язку та перепаду тиску у всьому шарі, який зверху та знизу обмежений водонепроникними породами.

Після насичення ґрунтової зони вода просочується ще нижче. Зона насичення знаходиться в місці, де всі порожнечі заповнені водою. Також існує зона аерації, в якій простір частково зайнятий повітрям, а частково водою.

Підземні води продовжують свій спуск нижче, доки досягають гірської породи, відбувається глибоке просочування. Тут вода накопичується в тріщинах та порах, утворюючи водоносний горизонт. Процес осадження, що збільшує обсяги підземних вод, називається підживленням. У тропічному кліматі подібне підживлення відбувається під час сезону дощів, а в помірному — у зимовий період. Зазвичай у водоносні горизонти потрапляє від 10 до 20 відсотків опадів.

У природі відбувається постійний рух підземних вод. Однак у порівнянні з поверхневими водами це дуже повільний процес. Швидкість пересування залежить від обсягу водоносного горизонту та пропускної спроможності. Природний відтік ґрунтових вод здійснюється через русла річок і джерела, коли поблизу земної поверхні тиск ґрунтових вод вищий за атмосферний. Поблизу рівня ґрунтових вод час кругообігу води становить зазвичай менше року, тоді як у глибоких водоносних горизонтах процес циркуляції триває тисячі років.

Виділяють такі класи підземних вод:

1. Інфільтраційні.Формуються з наземних атмосферних вод, їх поповнення відбувається за рахунок процесу інфільтрації, тобто просочування вглиб землі дощових та талих атмосферних опадів.
2. Конденсаційні.Формуються в результаті процесу конденсації водяної пари повітря, що спостерігається в тріщинах гірських порід.
3. Седиментогенні.Підземні солоні води високої мінералізації, що накопичуються в глибоких шарах осадових гірських порід.
4. МагматогенніФормуються прямо з магми, їх накопичення спостерігається в процесі виверження вулканів, а також при виділенні з магматичних тіл, що знаходяться на глибині.
5. Метаморфогенні.Утворюються шляхом метаморфізму мінеральних мас, що складаються з кристалізаційної води або газо-рідких компонентів.

Приклади підземних вод

Виходи підземних вод вельми численні і різноманітні.

У зонах активного вулканізму підземні води утворюють:

1. Берегові терми, що відрізняються високою мінералізацією, розташовані поблизу берегів океанів або морів.
2. Фумароли — вулканічні води як парогазових струменів чи виділень газів із тріщин і каналів у жерлах, і навіть на внутрішніх стінах і зовнішніх схилах вулканів.
3. Подібне виверження відбувається в результаті тиску, після якого канал гейзера відкривається, і вода з парою виходять у вигляді фонтану з температурою до 185°С.

На Землі не так багато регіонів з гейзерами, що діють, це: Ісландія, Камчатка, Північна Америка, Нова Зеландія і Японія.

Джерела - Це природний вихід підземних вод на земну поверхню.

У будові джерел розрізняють:

• жерло - місце виливання води;
• джерельну вирву, що іноді утворює невелике водоймище, що виливається далі;
• ключ, що дає початок струмкам та річкам.

Джерела прийнято класифікувати за низкою ознак.

Наприклад, за гідравлічними особливостями поділяють: ненапірні джерела, які підживлюються ґрунтовими водами, і напірні, що виходять на схилах. Їх можна спостерігати у зонах розломів, на схилах артезіанських басейнів, а також річкових долин.

Де є води Землі? Where is Earth's Water? (Ukrainian)

«Вода, вода, одна вода…» Ви чули цю фразу і, що стосується води, то вона справді скрізь. Води Землі присутні (майже) всюди: над поверхнею Землі — у повітрі, хмарах, — і навіть на Землі — у річках, океанах, льодах, рослинах і живих організмах.

Russian translation courtesy of EduTranslator - Наукові роботи з усього світу, Де є води Землі?

Для приблизного розуміння того, де є води Землі, подивіться на цю гістограму. Ймовірно, вам відомо, що кругообіг води пояснює рух вод Землі, тому слід розуміти, що гістограма та таблиця наведена нижче репрезентують дислокацію вод Землі в один окремо взятий момент часу. Якщо ви повернетеся в минуле на мільйон років, то, безперечно, цифри, що наводяться, будуть іншими!

• Лівий стовпець: вся вода, прісна та солона: на, усередині та над поверхнею Землі.
• Центральний стовпець: вся прісна вода
• Правий стовпець: лише частина прісної води, що знаходиться в: поверхневих водах (річки та озера тощо).п.), сніг і лід, а також ґрунтові води, що знаходяться відносно неглибоко.

Ось гістограма, що демонструє, як розподіляється вода на Землі, усередині неї та над її поверхнею. Лівий стовпець гістограми показує, що майже вся вода Землі є солона і знаходиться в океанах. З невеликого об'єму води, яка є прісною, лише відносно невелика кількість доступна для того, щоб підтримувати життя людини, рослин і тварин.

Для приблизного розуміння того, де є води Землі, подивіться на цю гістограму. Ймовірно, вам відомо, що кругообіг води пояснює рух вод Землі, тому слід розуміти, що гістограма та таблиця наведена нижче репрезентують дислокацію вод Землі в один окремо взятий момент часу. Якщо ви повернетеся в минуле на мільйон років, то, безперечно, цифри, що наводяться, будуть іншими!

• Лівий стовпець: вся вода, прісна та солона: на, усередині та над поверхнею Землі.
• Центральний стовпець: вся прісна вода
• Правий стовпець: лише частина прісної води, що знаходиться в: поверхневих водах (річки та озера тощо), сніг та лід, а також ґрунтові води, що знаходяться відносно неглибоко.

Ось гістограма, що демонструє, як розподіляється вода на Землі, усередині неї та над її поверхнею. Лівий стовпець гістограми показує, що майже вся вода Землі є солона і знаходиться в океанах. З невеликого обсягу води, яка дійсно є прісною, лише відносно невелика кількість доступна для того, щоб підтримувати життя людини, рослин та тварин.

Оцінка глобального водного розподілу:

Джерело: Глейк, П. Х., 1996: Водні ресурси. В Енциклопедії Клімату та Погоди, редактор С. Х. Шнейдер, Оксфордський Університетський Прес, Нью-Йорк, видання 2, с.817-823

Source: Igor Shiklomanov's chapter "World fresh water resources" в Peter H. Gleick (editor), 1993, Water in Crisis: Guide to the World's Fresh Water Resources (Oxford University Press, New York).