Поверхностные текучие воды

Под водами морей и океанов скрыто около ²/₃ поверхности Земли, или более 365 млн. км².

В результате нагревания солнеч­ными лучами этой огромной водной поверхности в атмосферу поднимаются в виде водяных паров сотни тысяч тонн воды. Мно­го воды испаряется непосредственно с земной поверхности.

Вод­ные пары образуют облака.

Достигая холодных слоев атмосферы, облака конденсируются и выпадают на Землю в виде различного рода осадков – дождей, снега, града и др. Количество ежегод­но выпадающих на Землю осадков составляет около 500 тыс. км³.

Часть осадков испаряется, много воды просачивается в почву или стекает по ее поверхности в пониженные места. Капли воды собираются в струйки, струйки – в ручейки, ручейки — в ручьи, ручьи — в реки. Чем обильнее количество выпадающих осадков, тем гуще речная сеть.

Разрушительную работу поверхностных текучих вод, не со­бранных в водотоки, называют плоскостным смывом.

Разрушительную работу поверхностных текучих вод, собранных в определенные русла – линейным размывом.

● Геологическая деятельность безрусловых потоков. Геологи­ческая работа, совершаемая при плоскостном смыве, тем за­метнее, чем:

- круче склон;

- податливее породы, слагающие склон;

- больше дождевой и талой воды стекает по склону.

Струи поверх­ностных вод, не собранных в определенные русла, постепенно смывают и переносят частицы пород с верхних крутых участков в нижние. Накопление осадков в ниж­ней части склона называют делювиальным процессом, а накоп­ленный в результате смывания рыхлый материал – делювием. Делювий – это самостоятельный генетический тип континен­тальных рыхлых отложений со слабовыраженной слоистостью. Он обычно обогащен щебнем, в его составе также преобладают супеси, суглинки и глины.

Сильно страдают от смыва распаханные склоны, особенно те, на которых еще не укоренились посеянные культуры. Для того чтобы предотвратить размывание почв, проводят различные агромелиоративные работы, придающие им определенную струк­туру. Во избежание размыва почв склоны следует распахивать перпендикулярно их наибольшему уклону.

Оврагообразование. В более чистом виде делювиальные про­цессы развиваются на плоских склонах, но при благоприятных условиях даже и на них отдельные дождевые струи, объединяясь между собой, образуют ручьи. Ручьи, обладающие большей живой силой, чем отдельные струйки, более интенсивно размывают горные породы. На борту временно действующего ручья возникает первоначально небольшая рытвина. При выпадении дождей она продолжает расти. Средняя часть рытвины расширяется, а нижняя по мере накопления осадков выполаживается. Так образуется овраг, отличающийся от рытвины значительно большими размерами. Поверхность, от которой начинает образовываться овраг, называют базисом эрозии.

● Геологическая деятельность рек. Реки представляют собой естественные, более или менее значительные и постоянные пото­ки воды, образующиеся на местности даже с незначительным уклоном.

Геологическая деятельность рек прояв­ляется главным образом в виде размыва дна и берегов и в пере­носе и отложении размываемого обломочного материала. В их верховьях обычно преобладает эрозионный процесс, в низовьях – перенос и отложение размываемого материала, в сред­нем течении эрозионная деятельность сочетается с переносом и отложением продуктов размыва.

Чем больше скорость и количе­ство воды в реке, то есть чем больше ее живая сила, тем интен­сивнее идет размыв.

Размыв дна реки приводит к углублению ее русла, а размыв берегов – к расширению долины.

Отложение переносимого реками обломочного материала на­зывают аллювиальным процессом, а откладывающийся материал – аллювием. Размеры и состав аллювиальных отложений зависят от скорости течения воды и характера размываемых реками горных пород.

Для аллювиальных отложений характерны: ясно выражен­ная, часто косая слоистость; преобладание галечников, гравия, песков, супесей, суглинков и реже глин; быстрая и значительная изменчивость как по простиранию, так и по мощности; пресноводная фауна; сравнительно незначительная мощность (20...60 м).

• Подземные воды

К подземным относят воды, находящиеся в недрах Земли в жидком, парообразном и твердом состоянии и заполняющие пре­имущественно поры, пустоты и трещины в горных породах.

Классификация подземных вод. В настоящее время единой классификации подземных вод не существует. Все действующие классификации основаны на самых различных принципах.

По происхождению подземные воды подразделяют на:

- инфильтрационные;

- конденсационные;

- ювенильные.

Основную роль в образовании подземных вод играют атмосферные осадки. Они проникают в толщу горных пород и накапливаются над водо­упорными горизонтами в виде инфильтрационных вод. ♦ Инфильтрационные воды – воды, образующиеся в результате проникновения атмосферных осадков в толщу горных пород и их накопления над водоупорными горизонтами.Количест­во инфильтрирующейся с поверхности Земли воды зависит от многих факторов: характера рельефа, состава, фильтрационной способности и трещиноватости поверхностных отложений, клима­тических условий и др.

На формирование подземных вод засушливых областей опре­деленное влияние оказывает влага, содержащаяся в атмосфер­ном воздухе. Например, при проникновении влажного воздуха в почву содержащийся в нем водяной пар конденсируется и накап­ливается в почве в виде конденсационных вод. ♦ Конденсационные воды – воды, образующиеся в результате проникновения влажного атмосферного воздуха в почву, последующей конденсации и накопления в почве содержащегося в воздухе водяного пара.

Инфильтрационные и конденсационные подземные воды, пе­ремещаясь внутри земной коры, пополняют запасы морей и рек. Испаряющаяся с поверхности морей и рек вода насыщает атмос­феру. Влага атмосферы выпадает на землю в виде различного рода осадков, которые проникают в толщу земной коры. Таким образом, инфильтрационные и конденсационные воды находятся в состоянии постоянного кругооборота, поэтому их называют блуждающими.

Часть подземных вод образуется из газов и паров, выделяющихся из расплавленной магмы и поднимающихся вверх по трещинам в земной коре, то есть имеет глубинное происхождение. Такие поды называют ювенильными.

По условиям образования подземные воды подразделяют на:

- почвенные;

- верховодку;

- грунтовые;

- межпластовые;

- артезианские.

По гидравлическим признакам подземные воды подразделяют на:

- ненапорные, со свободной поверхностью (грунтовые);

- напорные (артезианские).

В связи с тем, что условия залегания подземных вод в поясе насыщения литосферы предопределяют их генезис и все другие свойства, рассмотрим более подробно классификацию именно по условиям залегания.

Почвенные воды приурочены к почвенному слою и являются подвешенными, поскольку подстилающие поч­венный слой горные породы обычно воздушно-сухие. В областях избыточного увлажнения они бывают обычно обогащены органи­ческими веществами и имеют желтовато-бурый оттенок и запах гниющих растений и бактерий. Почвенные воды являются одним из элементов плодородия почв.

Ниже зоны почвенных вод часто располагается толща прак­тически сухих пород, содержащих воду в ничтожном количестве. Но если в этой толще имеются прослои относительно водоупорных пород, то во влажные сезоны года на них очень долго задерживается некоторое количество воды, называемой верховодкой.

Верховодкой называют воды, располагающиеся ниже зоны почвенных вод в толще практически сухих пород и формирующиеся вследствие задержания некоторого количества воды на имеющихся в толще слоев водоупорных пород.

Грунтовые воды – это подземные воды, залегающие на пер­вом водоупорном горизонте. Они подпитываются инфильтрующейся и конденсирую­щейся атмосферной влагой. Глубина их залегания относительно невелика – 1...50 м. Режим грунтовых вод из-за сезонных кли­матических условий подвержен значительным колебаниям.

Кроме того, между выпадающими атмосферными осадками и уровнем и физико-химическими свойствами грунтовых вод су­ществует прямая связь. Например, в сухие сезоны количество грунтовых вод может сильно уменьшаться. Они могут даже пол­ностью исчезнуть.

Межпластовые воды залегают между двумя водоупорными толщами и не заполняют весь водоносный горизонт. Областью питания их служат иногда очень удаленные районы, где питаю­щий водоносный горизонт выходит на земную поверхность. Эти воды обычно не зависят от сезонных изменений количества осад­ков и испарения в данной местности и характеризуются постоян­ством режима.

Артезианские залегают между двумя водоупорными толщами, но в отличие от межпластовых насыщают весь водоносный горизонт и облада­ют определенным гидростатическим напором. Для артезианских вод характерны: способность образовывать восходящие источники, несовпадение областей питания с областями распространения, малая загрязненность и т. д. Поэтому эти воды имеют ряд преимуществ по вкусовым качествам, температуре и гигиеническим свойствам перед поверхностными и грунтовыми.

Температура и химический состав подземных вод. Неглубоко залегающие подземные воды испытывают такие же сезонные ко­лебания температуры, что и земная поверхность, но лишь с некоторым запаздыванием во времени.

Ниже идет пояс постоянных температур. Воды, залегающие в этом поясе, характеризуются неизменной температурой в течение всего года, равной среднего­довой температуре данной местности.

Воды, расположенные ниже пояса постоянных температур, име­ют температуру выше среднегодовой температуры местности, причем температура их тем выше, чем глубже они залегают. На глубокозалегающие воды воздействует тепло, поднимающееся из глубоких недр Земли.

В зависимости от температурного режима различают холодные (температура до 20°С), теплые (20...42°С) и горячие (более 42°С), или термальные воды.

- сезонные колебания температур подземных вод;

- пояс постоянных температур;

- температура подземных вод увеличивается с глубиной их залегания.

Подземные воды всегда содержат в том или ином количестве растворенные газы и соли. В виде примесей в их состав могут входить углекислый газ, сероводород, метан и другие газы, а также соли различных кислот иорганические вещества.

По степени минерализации В.И. Вернадский разделил все воды на пресные (сухой остаток до 1 г/л), солоноватые (1...10 г/л), соленые (10...50 г/л) и рассолы (50...550 г/л).

Минерализация водоносных горизонтов зависит от:

- степени растворимости и характера горных пород, встречающихся на пу­ти движения подземных вод;

- длительно­сти соприкосновения их с горными породами;

- температуры вод и наличия в них растворимых газов и солей;

- климата.

В областях с влаж­ным климатом они обычно пресные или слабоминерализованные. В засушливых областях, где в водоносные гори­зонты поступает мало атмосферной воды и ее запасы обновляют­ся медленно, эти воды более минерализованные, солоноватые, а иногда и соленые.

● Разрушительная деятельность подземных вод. В отличие от поверхностных текучих вод разрушительная работа подземных вод проявляется больше в химическом разрушении и выщелачивании горных пород, чем в их механическом размыве. Особенно большой разлагающей и растворяющей силой обладают воды, обогащенные кислородом, углекислотой, различными органическими и неорганическими веществами.

§ Совокупность геологических явлений, сопровождающихся частичным растворением и размывом горных пород с образова­нием в них крупных ходов и полостей, называют карстовыми явлениями, а области, где распространены такие явления, - карстовыми.

Весьма интенсивно карстовые явления развивают­ся в породах карбонатного состава – известняках, доломитах, гипсах и ангидритах. Эти породы выщелачиваются как на по­верхности, так и на глубине.

Характерная особенность подземных водотоков в карстовых областях – подчинение не только действию силы тяжести, но и закону сообщающихся сосудов. Вода, протекающая вдоль трещин в толще известкового массива, постепенно размывает их до раз­меров крупных полостей. Трещины сливаются между собой и не­редко создают как бы систему главного подземного водотока.

§ Разрушительная деятельность подземных вод выражается также в образовании оплывин, оползней по склонам рек, озер и морей.

Оплывины представляют собой мелкие смещения, захватывающие только верхнюю, выветрелую часть скло­нов возвышенностей, бортов долин и т. п. Оползают обычно суглинки и супеси по глинам и тяжелым суглинкам, пески по глинам и супесям. Нередко оплывины приводят к гибели травя­ного покрова, культурных насаждений, к образованию так назы­ваемого пьяного леса и т. д.

Оползни – это смещения более крупных по срав­нению с оплывинами масштабов. Они возникают на склонах воз­вышенностей, по берегам рек, озер и морей, сложенных рыхлы­ми породами, слои которых залегают с наклоном в сторону откоса, и особенно часто при наличии в основании этих пород водоупорного слоя, обнажающегося на откосе. При выходе над водоупорным слоем родника поверхность его несколько пони­жается из-за растворения и механического выноса мелких ча­стиц подземными водами и равновесие вышележащей массы горных пород нарушается. Они начинают скользить по смочен­ной поверхности водоупорного ложа.

Способствуют образованию оползней землетрясения, сильные дожди, увеличивающие массу толщи лежащих над водоупорным слоем горных пород, подмыв склона рекой или морским прибоем, инженерная деятельность человека без учета природных условий.

Основными предупредительными мероприятиями по борьбе с оплывинами и оползнями являются перехват и отведение поверх­ностных и подземных вод от участков, подверженных этим явле­ниям, а также технически правильное проведение земляных работ, выполаживание подножия склонов, возведение подпорных стенок в сочетании с дренажем.