ПОДЗЕМНЫЕ ВОДЫ

К оглавлению
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 
17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 
34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 
51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 
68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 
85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100 101 
102 103 104 105 106 107 108 109 110 111 112 113 114 115 116 117 118 
119 120 121 122 123 124 125 126 127 128 129 130 131 132 133 134 135 
136 137 138 139 140 141 142 143 144 145 146 147 148 149 150 151 152 
153 154 155 156 157 158 159 160 161 162 163 164 165 166 167 168 169 
170 171 172 173 174 175 176 177 178 179 180 181 182 183 184 185 186 
187 188 189 190 191 192 193 194 195 196 197 198 199 200 201 202 203 
204 205 206 207 208 209 210 211 212 213 214 215 216 217 218 219 220 
221 222 223 224 

Представьте себе, что земная кора вдруг ста­ла прозрачной, тогда вы увидели бы, что она вся пропитана водой до самых больших глубин. Откуда же берется подземная вода? Одни уче­ные считали, что подземные воды питаются атмо­сферными осадками, т, е. за счет дождя и снега.

Другие утверждали, что большая часть атмо­сферных осадков, не успев глубоко просочиться в почву, стекает в ручьи и реки. По их мнению, подземные воды образуются в порах грунта по­добно росе при конденсации (превращении в во­ду) водяных паров, содержащихся в воздухе.

Против этого решительно возражали сторонники первой теории. Для того чтобы оставить в грунте такое большое количество влаги, говорили они, надо профильтровать через него так много воз­духа, что в порах грунта должен дуть настоящий сквозняк. Между тем движение воздуха в грунте совсем невелико.

Большинство сторонников обеих теорий при­мирил русский ученый А. Ф. Лебедев. Он убеди­тельно показал, что перемещение водяных паров в порах грунта может происходить без одновре­менного движения воздуха. Водяные пары пере­мещаются из пространства, в котором упругость (давление) их больше, в пространство, где упру­гость их меньше. Разница в упругости водяных паров и заставляет их перемещаться. Если при этом водяные пары охлаждаются, то частично они превращаются в воду. А. Ф. Лебедев считал, что питание подземных вод происходит как пу­тем просачивания выпавших атмосферных осад­ков, так и за счет конденсации водяных паров в порах грунта.

У поверхности земли располагаются почвен­ные воды, их часто называют верховод­кой. Воды эти неустойчивы, они обильно сма­чивают почву в дождливое время и почти исче­зают в периоды засушья. Если дождей выпадает много, вода из верхних слоев почвы просачивается вниз до встречи с первым водоупорным слоем. Такой слой может быть образован, напри­мер, глиной. После этого вода начинает сочиться над ним вдоль по его наклону. Это слой грун­товой воды. Очень часто слой грунтовых вод опускается вглубь и оказывается зажатым между двумя водоупорными слоями, которые ограничи­вают его снизу и сверху, образуя как бы дно и кров­лю. Такой водоносный слой называют пластовым или межпластовым. Грунтовые и почвенные воды питают своей влагой растения, размывают, растворяют и переносят, откладывают и переоткладывают вещества, из которых со­стоит земная кора.

У воды немало удивительных свойств. В не­которых случаях она не повинуется силе тяже­сти. Убедиться в этом нетрудно. Обмакните лист промокательной бумаги в чернильную кляксу, и чернила поползут по бумаге вверх. Опустите тонкую стеклянную трубку одним концом в воду; вода поднимется и заполнит часть трубки. В обоих случаях проявляется свойство воды, кото­рое называется капиллярностью. Ка­пиллярность заставляет воду подниматься вверх вопреки силе тяжести. Вода, смачивая стенки стеклянной трубки, словно прилипает к ним и ползет по ним вверх до известного предела, пока вес столбика воды и сила этого притяжения не уравновесятся. Чем тоньше трубка, тем выше поднимается вода.

Бесчисленные поры, словно мельчайшие труб­ки, беспорядочно пронизывают грунт во всех направлениях. В крупнозернистых горных поро­дах — в гравии, песке — поры крупные, в гли­не — мелкие. Вода в порах карабкается вверх, как опытный скалолаз. Высота подъема ее за­висит от диаметра пор и, следовательно, от раз­мера зерен грунта; чем меньше те и другие, тем выше может подняться вода.

Грунтовые воды имеют дно, но не имеют «кровли». У них свободная поверхность, как у реки. Но только в отличие от реки эта поверхность неровная. Она причудливо изрезана бла­годаря капиллярной воде, которая поднимается выше или ниже в зависимости от размера пор. Ровную поверхность грунтовых вод можно наб­людать только в колодце.

Там, где выпадает много атмосферных осад­ков, а испарение невелико, влага просачивается глубоко и питает грунтовые воды. Вода разлив­шихся весной ручьев и рек тоже проникает в почву, увеличивает запасы грунтовых вод и по­вышает их уровень. С наступлением лета уро­вень воды в реках понижается. Уровень грунто­вых вод оказывается выше уровня почвенных вод. Поэтому в засушливое время года грунтовые воды, просачиваясь в русла рек, возвращают им свой «долг» и предохраняют от обмеления.

В засушливых районах просочившаяся в почву вода не достигает грунтовых вод и как бы повисает над ними. Поэтому ее называют под­вешенной. В таком подвешенном состоянии воду удерживают различные силы, но главным образом — замечательное свойство капиллярно­сти. Сила тяжести влечет воду вниз, а капилляр­ность ее удерживает. Когда обе силы уравнове­шиваются, просачивание воды в почву прекра­щается. В засушливых степных районах СССР подвешенная вода полностью расходуется ко времени созревания посевов.

Между подвешенной водой и поверхностью грунтовых вод образуется так называемый «мерт­вый горизонт». Было бы, однако, ошибкой ду­мать, что в мертвом горизонте или в совершенно сухой на вид почве совсем нет воды. Прежде все­го все пустоты в почве и грунте заполняет водя­ной пар, который передвигается в них, как газ. Кроме того, каждую частицу минерального грун­та обволакивает тончайший слой гигроско­пической воды, которая поглощается поро­дой из воздуха, содержащего водяные пары. Эта вода удерживается на поверхности частиц с си­лой в несколько тысяч атмосфер; она не подчи­няется силе тяжести и может покинуть частицу только в парообразном состоянии. Гигроскопи­ческая вода недоступна корням растений и за­мерзает при низкой температуре. Поверх этой во­ды частицу грунта обволакивает более толстый слой пленочной воды. Она тоже не подчи­няется силе тяжести и перемещается только от частицы с более толстой пленкой к частице с ме­нее толстой пленкой. Пленочная вода замерзает при температуре ниже 0° и тоже удерживается

породой с очень большой силой, однако меньшей, чем гигроскопическая вода.

Плотные почвы накапливают мало влаги и с трудом отдают ее корням растений. Глубокая вспашка увеличивает способность почвы накап­ливать и отдавать влагу растениям. Корни де­ревьев, глубоко проникающие в грунт, разру­шают мертвый горизонт и соединяют грунтовые воды с подвешенной водой. Вода в водоносных слоях течет из высоких мест в низкие.

Когда водоносный слой зажат между двумя водоупорными пластами, тогда в пониженной его части создается напор, который стремится выжать через скважину и даже выбросить воду фонтаном до уровня, на котором находится более высокая часть этого слоя. Величина напора за­висит от разницы уровней и от пористости грун­та. Если напор слабый или его совсем нет, глу­бинную воду приходится выкачивать насосом. Подземные межпластовые воды, находящиеся под напором, называются артезианскими. Это название произошло от слова «Артезия» — древ­него наименования одной из французских про­винций, где в XIII в. был вырыт самый глубокий по тому времени в Европе колодец. Артезианская вода, профильтрованная в порах грунта, отли­чается большой чистотой. В Москве и других городах артезианской водой пользуется в пер­вую очередь пищевая промышленность; в засуш­ливых областях СССР эта вода идет для ороше­ния и других нужд.

Подземные воды растворяют вещества, из которых состоит земная кора. Крупнейший гео­химик академик В. И. Вернадский предложил подразделить воды суши по содержанию в них минеральных веществ на 1 кГ воды: до 1 Г — пресная вода, от 1 до 10 Г — солоноватая, от 10 до 50 Г — соленая, свыше 50 Г — рассол1. Чем дольше вода находится под землей и чем глубже расположен пласт подземной воды, тем больше содержится в ней солей.

На каждые 100 м глубины температура зем­ной коры повышается в среднем на 3°. Поэтому глубинные воды всегда теплые и даже горячие.

Под Волго-Уральской низменностью на глу­бине 2—3 км недавно обнаружены обширные водоносные пласты. Вода в них соленая, а тем­пература достигает 60—90°. Мощный водонос­ный слой найден и в Западной Сибири, На юге его граница идет по линии, соединяющей Кустанай, Семипалатинск, Бийск, Красноярск. На востоке его удалось проследить до Енисея, а на западе — до Уральских гор. На юге водонос­ный слой залегает на глубине нескольких десят­ков метров, температура воды здесь от 5 до 10° вы­ше нуля. Чем дальше на север, тем глубже водо­носный слой уходит в землю и тем выше его тем­пература.

В Новой Зеландии и в итальянской провин­ции Тоскане водяными парами, образовавшими­ся под землей, приводят в движение турбины электростанций. У нас на Камчатке, в долине р. Паужетки, строится электростанция, которая будет работать на пароводяной смеси с темпера­турой 195°. Камчатские колхозы отапливают под­земными горячими водами парники. Горячая вода из буровых скважин в Махачкале исполь­зуется для бытовых нужд.

Минерализованные подземные воды нередко сами выходят на поверхность земли в виде источ­ников через глубокие трещины в грунте. Многие из них обладают целебными свойствами и исполь­зуются Для лечения больных. В таких случаях они называются минеральными. В вул­канических районах подземные воды нередко выбрасывают на поверхность фонтаны пара и горячей воды. Они действуют не все время, а периодически. Такие фонтаны называются гей­зерами (см. стр. 123).

В пустынях Средней Азии почти везде на глу­бине от 10 до 200 м и более залегают солоноватые водоносные слои. Вода в них поступает с отда­ленных гор. Совершая свой путь под землей, она осолоняется. Но над ней во многих местах можно встретить пласт, содержащий совершенно прес­ную воду. Откуда взялась эта пресная вода и почему она не смешивается с соленой? Пресная вода менее плотная и, следовательно, более лег­кая, чем соленая, поэтому она словно плавает на поверхности соленой. А источником ее слу­жат местные дождевые и талые снеговые воды.

В среднеазиатских пустынях пески переме­жаются с обширными участками водонепрони­цаемой глины. Эти глинистые участки называют такырами. Редкие дождевые воды стекают по такырам в сторону уклона и на границе та­кыра просачиваются в песок, где и накапли­ваются на некоторой глубине поверх слоя соле­ной воды. Запасы такой пресной воды, накопив­шейся за сотни, а может быть, даже и за тысячи лет, в некоторых районах среднеазиатских пу­стынь исчисляются сотнями миллионов и даже миллиардами кубических метров!

Подземные воды часто для красного словца называют «подземными морями». Но это неверно. Точнее, это гигантские подземные губки, пропи­танные пресной, солоноватой или соленой водой. Стекая в подземные котловины, вода может обра­зовать крупное озеро-губку, но в большинстве случаев подземные воды находятся в постоянном движении. Скорость рек на поверхности земли 50—100 км в сутки, а подземная вода течет со скоростью нескольких километров, иногда не­скольких метров в год.

Повсюду, где бывают морозы, почва промер­зает вместе с содержащейся в ней водой и сно­ва оттаивает весной. Но в северных районах СССР и Америки за время короткого лета оттаи­вает только верхний тонкий слой почвы. За­мерзшая в грунте вода хранится без движения, вероятно, со времени последнего оледенения. В вечной мерзлоте нередко находят хорошо сохра­нившиеся трупы мамонтов и других древних животных. Толщина слоя вечной мерзлоты до­стигает местами сотен метров. Нижнюю гра­ницу мерзлоты устанавливает тепло, которое выделяется из недр Земли. Слой вечной мерзлоты водонепроницаем. Весенние талые воды и лет­ние дожди увлажняют только оттаявший верх­ний слой почвы. Они проникают глубоко вниз только в тех случаях, если в мерзлоте встречают­ся трещины. .

В вечной мерзлоте на некоторой глубине от поверхности земли встречаются участки сплош­ного льда — линзы. Это могут быть погребен­ные остатки древнего ледника или замерзшего озера. Есть линзы и другого происхождения. В подземных водах, текущих ниже слоя вечной мерзлоты, порой образуется повышенное дав­ление. Если в вечной мерзлоте окажется трещи­на, вода устремится по ней вверх, как в сква­жине артезианского колодца. Но воде не всегда удается пробиться на поверхность земли. В таких случаях вода приподнимает и раздвигает верх­ние слои грунта. Заполнив образовавшийся ме­шок, вода замерзает и образует такую линзу льда.

В вечной мерзлоте нельзя закладывать фун­даменты зданий. Под постройкой почва отогре­вается, —вспучивается или опускается и перека­шивает постройку. Поэтому в районах вечной мерзлоты дома строят на сваях, чтобы под ними круглый год свободно гулял ветер. И постройки стоят непоколебимо, как на скале.

Из всех природных жидкостей (нефть, ртуть и др.) вода обладает самой большой способно­стью растворять различные вещества. Вода на­ходит себе дорогу в трещинах самых твердых пород — в базальте и граните, а в известняке и отложениях гипса она сама себе прокладывает дороги. Эти породы особенно легко растворяют­ся в воде. Районы известняка и гипса, изрытые

ямами, прорезанные пещерами и извилистыми подземными ходами, называются карсто­выми. Карстовые области встречаются во мно­гих частях суши. Этот геологический термин произошел от названия местности на берегу Адриатического моря (Карст). Во времена древ­ней Римской империи на склонах известняко­вых гор и холмов росли густые леса. Римляне их вырубили, а дожди смыли плодородную лесную почву и обнажили известняк и гипс, в котором вода промыла сложные и причудливые лабирин­ты пещер. С тех пор здесь во мраке таинственных гротов струятся подземные ручьи и реки, шумят водопады, нетронутой ветром гладью разливают­ся озера.

Карстовые явления встречаются у нас в Крыму, на Урале, в Горьковской области, в бас­сейне р. Онеги, в Сибири и в других местах.

В числе подземных «архитектурных чудес» созданных водой, всемирно известны пещеры—Мамонтова в Северной Америке, Кунгурская на Урале и Адельсбергская в Западной Европе. Обследованная часть запутанных лабиринтов Мамонтовой пещеры протянулась на 240 км. В пещере оказалось три подземные реки и три больших озера. Пещеру населяют слепые сверч­ки и пауки, а в озерах живут слепые рачки и рыбы. В Кунгурской пещере находятся 36 не­больших озер, очень красивые ледяные гроты, украшенные сталактитами (известковые сосуль­ки, свисающие с потолка) и сталагмитами (на­теки, образовавшиеся на дне пещеры). Адельсбергская пещера славится кружевными извест­ковыми «занавесями» и цветными сталагмита­ми — белыми, желтыми, серыми и коричневатыми.

В земной коре воды в 14 раз меньше, чем в океане, но значение подземных вод в жизни человека велико. Вода, промачивающая почву (верховодка), грунтовая и подвешенная имеют большое значение для сельского хозяйства. Чем больше воды, доступной корням растений, тем богаче урожай. Поэтому в засушливых обла­стях нашей Родины принимаются меры для уве­личения запасов грунтовых вод. Зимой со­здают препятствия для сдувания снега с полей, весной различными средствами задерживают по­верхностный сток талых снеговых вод. Чем меньше стечет воды по поверхности, тем больше запасет ее почва. Задержанию воды способствует глубокая вспашка, окружение земельных участков валами, устройство террас на склонах хол­мов и многое другое.

Грунтовые и артезианские воды используют для бытовых нужд, а в засушливых областях и для орошения. В недалеком будущем подземные горячие воды будут отапливать города и приво­дить в движение турбины электростанций во многих районах нашей страны.

Однако не надо забывать, что грунтовые и глубинные воды накапливаются десятилетиями и даже веками, поэтому неразумный расход мо­жет привести к их истощению. Подземные воды — не менее ценное ископаемое, чем железная или медная руда, а в засушливых областях они доро­же золота.