Види води в гірських породах
Головна | Про нас | Зворотній зв'язок
До підземних вод відносяться всі природні води, що знаходяться під поверхнею Землі в рухомому стані. Питання походження, руху, розвитку і поширення підземних вод є предметом вивчення спеціальної галузі геологічної науки - гідрогеології (грец. "Гідро" - вода). Підземні води тісно пов'язані з водою атмосфери і наземної гідросфери - океанами, морями, озерами, річками. У природних умовах відбувається безперервна взаємодія цих вод, так званий гідрологічний кругообіг.
Одним з найважливіших факторів, що визначають умовне початок кругообігу, є випаровування води з поверхні океанів, морів і надходження вологи в атмосферу. Найбільше надходження вологи в атмосферу відбувається за рахунок випаровування в океанах. Частина утворюється водяної пари над океаном, конденсуючись, випадає у вигляді опадів над самим океаном, завершуючи так званий малий кругообіг. На відміну від малого великий круговорот обумовлений водообменом між океанами і сушею, коли значна частина водяної пари з океану переноситься повітряними течіями на материки, де при сприятливих умовах, вони конденсуються і випадають у вигляді атмосферних опадів. Велика частина атмосферних опадів, що випадають на материки, стікає по поверхні і знову безпосередньо або через річки потрапляє в океан, частина ж опадів просочується (фільтрується) в гірські породи і йде на поповнення підземних вод, що утворюють підземний стік, і, нарешті, деякий обсяг знову випаровується в атмосферу.
Таким чином, розподіл випадають атмосферних опадів може бути представлено наступною схемою: випаровування, поверхневий стік, інфільтрація, або просочування, підземний стік. Співвідношення між зазначеними складовими змінюється в залежності від конкретних природних умов: рельєфу, температури повітря, рослинності, водопроникності гірських порід і ін. В межах великого кругообігу на материках виділяється внутрішній, або внутріконтинентальний, круговорот, що повторюється неодноразово, істотно збільшуючи кількість атмосферних опадів, що випадають на сушу і поповнюють підземні води.
Загальна пористість порід виражається відношенням обсягу всіх пір (vp) до обсягу всієї породи (v): n = vp / v; або у відсотках: n = vp / v • 100%. Важливе значення для формування і руху підземних вод має не тільки загальна пористість, а й розміри пустот і їх зв'язок один з одним. Відомо, що пористість глин досягає 50-60%, а фактично це відносно водонепроникні породи внаслідок того, що пори в них субкапіллярние (діаметр менше 0,0002 мм). Пористість осадових порід, а отже, і їх водопроникність залежать від: 1) форми і расположе-ня складових частинок; 2) ступеня їх отсортірованності; 3) цементації й ущільнення; 4) винесення (вилуговування) розчинних речовин, що супроводжується утворенням різних карстових порожнин; 5) характеру і ступеня тріщинуватості і наявності розломів.
На водопроникності гірських порід позначається характер складання зерен. Уявімо собі, що зерна піску мають кулясту форму, але їх розташування по-різному. У першому випадку вони розташовані так, що їх центри утворюють куб, у другому - тетраедр. Відповідно пористість змінюється від 47,6 до 26,2%, а отже, змінюється і водопроникність. Найбільша водопроникність спостерігається в галечниках, гравії, у великих пісках, сильно закарстованних вапняках і сильно тріщинуватих породах різного генезису. Відносно слабка проникність наголошується в тонкозернистих пісках, супісках, ще менша в лесах, легких суглинках, слаботрещіноватих породах. Майже непроникними (водотривкими) є глини, важкі суглинки, зцементовані і інші масивні породи з незначною трещиноватостью.
Гірські породи містять різні види води. Її стан і властивості в пухких піщаних і глинистих породах вперше були експериментально вивчені радянським вченим А. Ф. Лебедєвим, що виділив кілька видів води в гірських породах, що відрізняються фізичними властивостями. Пізніше ідеї А. Ф. Лебедєва отримали подальший розвиток у роботах В. А. Приклонских, А. А. Роде, А. М. Васильєва, В. Д. Ломтадзе, Е. М. Сергєєва та ін. В даний час запропоновано наступне підрозділ видів води в породах:
I. Вода в формі пара.
II. Фізично зв'язана вода: 1) прочносвязанная (гігроскопічна) вода; 2) слабо зв'язаної (плівкова) вода.
III. Вільна вода: 1) капілярна вода; 2) гравітаційна вода.
IV. Вода в твердому стані.
V. Кристаллизационная вода і хімічно зв'язана вода.
Капілярна вода частково або повністю заповнює тонкі капілярні пори і тріщини гірських порід і утримується в них силами поверхневого натягу (капілярних менісків). Вона поділяється на капілярно-роз'єднану, капілярно-підвішену і капілярно-підняту. Капілярно-роз'єднана вода називається також водою кутів пір або стикового водою. Вона зазвичай утворюється переважно в місцях сполучення частинок породи і звужених кутових ділянок пір, де міцно утримується капілярними силами (капілярно-нерухомий стан). Інші види капілярної води здатні пересуватися і передавати гідростатичний тиск. Капілярно-підвішена вода утворюється у верхній частині зони аерації, в тонких порах і тріщинах грунтів і піщано-глинистих порід за рахунок інфільтрації атмосферних опадів при вологості порід вище максимальної молекулярної влагоемкоемкості. Капілярно-підвішена вода не доходить до рівня підземних вод. Вона доступна для рослин, але в посушливі роки при тривалому випаровуванні може витрачатися майже до повного зникнення. Капілярно-піднята вода розташовується над рівнем першого від поверхні водоносного горизонту (грунтових вод), де вона утворює так звану капілярну облямівку. Потужність її різна і залежить від складу гірських порід; вона мінімальна у великоуламкових породах (до 2-30-35 см), максимальна в суглинках і глинах (до перших метрів). Кількість води в породі, відповідне повного насичення всіх капілярних пір, називають капілярної влагоемкостью.
Гравітаційна (вільна) вода утворюється в породах при повному насиченні всіх пір і тріщин водою, що відповідає повній вологоємкості. У цих умовах вода рухається під впливом сили тяжіння і напірного градієнта в напрямку до річок, морів і іншим областям розвантаження. До гравітаційної воді відносять також инфильтрационную воду зони аерації, що з'являється періодично під час сніготанення, після випадання дощів і йде на поповнення підземних вод.
Вода в твердому стані знаходиться в гірських породах або в вигляді окремих кристалів, або у вигляді лінз і прошарків чистого льоду. Вона утворюється при сезонному промерзанні водонасичених гірських порід, але особливо широко розвинена в областях поширення багаторічномерзлих гірських порід (в Сибіру, Канаді та інших районах).