Тема 5. Підземні води, умови їх залягання, зв’язок з річковими водами.

Підземні води, умови їх залягання, зв’язок з річковими водами.

1. Загальні відомості. Походження підземних вод.

2. Рух підземних вод.

3. Умови залягання підземних вод. Взаємозв’язок річкових і підземних вод.

1. Загальні відомості. Походження підземних вод

Підземні води – це води, які знаходяться в товщі земної кори. Вони заповнюють різноманітні пустоти літосфери: тріщини, пори тощо. Підземні води є складовою частиною гідросфери і перебувають у тісному зв’язку з поверхневими водами. За характером фізичного зв’язку з частками порід літосфери і способом переміщення вологи підземні води поділяють на гігроскопічну, плівкову, капілярну і гравітаційну воду.

Гігроскопічна вода зумовлюється здатністю породи вбирати водяну пару. Гігроскопічна вода обволікує частку породи шаром в одну молекулу. Обволікування може бути частковим або повним. При повному обволіканні частка породи вкривається суцільним одно моле­кулярним шаром. Такий стан називається максимальною гігроско­пічністю. Гігроскопічну воду називають ще міцно зв’язаною водою.

Плівкова вода обволікає частки порід суцільним шаром товщиною в кілька молекул. Вона перебуває лише в рідкому стані і здатна переміщуватися в породі з однієї частки до іншої в напрямку від більшої до меншої вологості.

Капілярна вода заповнює капілярні пустоти породи (частково або повністю). Вона переміщується завдяки силам поверхневого натягу, які виникають у місці утворення меніска в капілярній пустоті, а також завдяки силі тяжіння. Одна з особливостей капілярної води полягає в тому, що вона переміщується від рівня ґрунтових вод у вертикальному напрямку, зволожуючи певну зону порід, яка називається капілярною зоною або каймою. Швидкість і величина капілярного підняття залежить від гранулометричного складу породи. Найбільші значення швидкості характерні для пісків, найменші – для глин. Максимальні значення висоти капілярного підняття характерні для порід, складених з найдрібніших часток.

Гравітаційна вода – це вода, яка заповнює всі пустоти породи і підпорядкована силам гравітації (земному тяжінню). Рух її залежить лише від цих сил, на нього не поширюються сили молекулярного чи поверхневого натягу. Гравітаційні підземні води передають гідроста­тичний тиск, завдяки якому при певних геологічних умовах вони можуть підніматися вгору за законом сполучених посудин.

Питання походження підземних вод здавна привертало увагу дослідників. В даний час існує декілька теорій походження підземних вод.

Найбільш поширеними є: інфільтраційна, конденсаційна та ювенільна. Довгий час існувало дві перші теорії, які заперечували одна одну. За інфільтраційною теорією підземні води утворюються завдяки проникненню частини атмосферних вод у верхні шари літосфери. Коли атмосферні води потрапляють в породи (піски, суглинки, глини), вони просочуються по пустотах на певну глибину. Процес просочування називається інфільтрацією. Він починається із вбирання поверхнею часток порід атмосферної породи під впливом сорбційних і капілярних сил. При подальшому зволоженні породи іде процес просочування завдяки капілярним і частково гравітаційним силам. При повному насиченні породи атмосферними водами вони переміщуються лише під дією гравітаційної сили, тобто за рахунок власної ваги води. Підземні води, які формуються за такою схемою, називаються інфільтраційними.

Коли атмосферні води потрапляють на поверхню тріщинува­тих порід (вапняків, пісковиків, гранітів), то вони проникають на глибину безпосередньо по тріщинах. Процес просочування вод крізь тріщини називається інфлюацією, а створені підземні води – інфлюаційними.

За конденсаційною теорією, яку пропагував німецький вчений О. Фольгер, підземні води формуються за рахунок водяної пари, що міститься у повітрі. Рух водяної пари у верхні шари літосфери визначається її пружністю. Коли пружність водяної пари у приземному шарі атмосфери перевищує пружність водяної пари у верхньому шарі літосфери, відбувається проникнення водяної пари у верхні шари ґрунту. При певних умовах відбувається конденсація пари і накопи­чення вологи у ґрунті.

Російський вчений О.Ф. Лєбєдєв, який досліджував утворення підземних вод, виконав експериментальні дослідження і довів, що підземні води збагачуються як за рахунок інфільтрації, так і конденсації.

За ювенільною теорією, яку запропонував австрійський геолог Е. Зюсс, підземні води утворилися на великих глибинах з пари. Початок цим водам дають або газові магматичні виділення, або води, що у вигляді кристалізаційних і хімічно зв’язаних входять до багатьох мінералів (гіпс – caso₄  2H₂O, сода – Na₂СО₃  10Н₂О). Вважають, що ювенільні води утворюються в областях глибоких розломів земної кори або в місцях активної магматичної діяльності.

Нині загально принято, що основними процесами поповнення підземних вод є інфільтраційні процеси, інші мають другорядне значення.