Вода под землей

Вода под  землей. Огромное количество воды находится в нас под ногами - под землей. Ее почти в 40 раз больше, чем во всех реках, озерах и болотах мира. Вода, которая находится в верхней части земной коры, называется подземной. В недрах вода поступает преимущественно из атмосферных осадков. Дождевые и талые воды просачиваются в глубь земной коры. Там они накапливаются в порах и трещинах пород. Горные породы могут пропускать или не пропускать воду. В зависимости от этого различают водопроницаемые и водонепроницаемые (водоупорные) слои горных пород.

Водопроницаемые породы способны пропускать воду, потому что у них есть пустоты - поры и трещины. Чем крупнее частицы породы, тем больше времени и тем легче проходит вода. Хорошо пропускают воду песок, гравий, галька, известняк с трещинами. Так, из толщи гальки вода по сутки просачивается на 100 м, через песок - на 10 м, через глину - на 1 мм.

Водоупорные породыпочти  не пропускают воду. Таковы глина, песчаник, гранит, если в них нет трещин. Вода, просочилась,  на таких породах задерживается. Она заполняет промежутки между частицами водопроницаемой породы, залегающей выше, накапливается и образовывает водоносный слой.

Почвенные и межпластовые воды. В земной коре пласты водопроницаемых и водоупорных пород чередуются. Поэтому водоносные слои лежат на разной глубине. В зависимости от глубины их залегания различают грунтовые имежпластовые воды.

Грунтовые воды образуют верхний водоносный слой, который залегает на первом от поверхности водоупорном пласте. Эти воды не перекрытые сверху водоупорных слоем, поэтому пополняются водой, просачивающейся со всей поверхности, расположенной над ними. Уровень грунтовых вод меняется в зависимости от количества воды, просочившейся. Так, весной, после таяния снега, он повышается, в конце сухого лета - снижается. Изменение уровня грунтовых вод заметна в колодцах, из которых берут питьевую воду. Если водоносный слой размещается под наклоном, то грунтовые воды в нем медленно (Например, в песках со скоростью 1-2 м в сутки) текут в сторону наклона. В балках, оврагах и речных долинах они выходят на земную поверхность и образуют источники. Своеобразными источниками являются горячие источники (термальные) И гейзеры, Которые периодически выбрасывают воду и пар на высоту.

Межпластовые воды залегают в водоносном слое, который лежит между двумя водоупорными пластами. Вода может попасть в этот слой только там, где над ним отсутствует водоупорный слой. Поэтому межпластовыеводы пополняются очень медленно. Если водоупорные пласты залегают чашеобразно, А водоносный слой между ними полностью заполнен водой, то межпластовые воды находятся под давлением и называются напорными. Если к ним пробурить скважину, то вода под напором поднимется и ударит фонтаном. За способность подниматься под напором скважиной и фонтанировать межпластовые воды называют артезианскими. Такое название происходит от названия провинции Артуаво Франции, где в XII в. впервые их добыли.

Водоносных слоев в  одной местности может быть несколько. Они залегают на различной глубине  зависимости от климатических условий: в засушливых условиях степей и пустынь - значительно глубже, чем в достаточно увлажненной умеренном климате.

Работа подземных вод. Подземные воды, как и поверхностные, осуществляют определенную работу в толще земной коры. Проникая в горные породы, вода может их размывать и растворять. В легкорастворимых породах, которыми являются соли, гипсы, известняки, возникают полости - пещеры. В Украине они распространены в Крымских горах, наПодолье. Наибольшей пещерой в мире Флинт-Мамонтова (США) длиной 361 км. В Украине наибольшие пещеры есть на Подолье - Оптимистическая (201 км) и Крымских горах - Красная (14 км).

Подземные воды обеспечивают растения влагой и растворенными  в них питательными веществами. Они  являются важным источником питания  рек и озер.

Использование подземных  вод. Для человека подземные воды - это настоящее богатство. Такие воды, просачиваясь в глубь, проходят через ряд природных фильтров - слоев горных пород различной плотности и тем самым прекрасно очищаются. Подземная вода является чистейшей, лучшей питьевой водой. Поэтому с Издавна люди ее добывают, устраивая колодцы. В Украине пробурены тысячи артезианских скважин для обеспечения питьевой водой населения городов, орошения полей в районах, бедных на поверхностные воды.

Подземные воды, содержащие повышенное количество растворенных солей и газов, называют минеральными. Они используются в лечебных целях. У минеральных источников строятся санатории. В Украине много источников с минеральными водами. На их базе возникли курорты Моршина, Трускавца, Хмельника, Миргорода и других городов.

Термальные подземные воды с температурой свыше 20 ⁰С используют для отопления жилых домов, теплиц, для производства электроэнергии. Горячие воды широко используют в Исландии, России, Японии и других странах.

Охрана подземных  вод. Запасы подземных вод, как в поверхностных, не является неисчерпаемыми. Сейчас на земном шаре пробурены миллиона скважин, через которые получают подземные воды. А пополнение их, особенно между пластовых, происходит очень медленно. Поэтому тратить их нужно экономно.

Как и поверхностные, подземные воды могут загрязняться. Загрязняют их сточные воды предприятий, городов, просачиваются с поверхности. Подземные воды загрязняются и при  внесении в грунт минеральных удобрений. Вмежпластовые воды может попадать нефть из скважин при ее добыче. Чтобы сохранить подземные воды чистыми, нужно очищать сточные воды и строго следить, чтобы загрязняющие вещества не попадали под землю.

Классификация подземных вод  
Подземные воды весьма разнообразны по химическому составу, температуре, происхождению, назначению и т. д. По общему содержанию растворенных солей они делятся на четыре группы: пресные, солоноватые, соленые и рассолы. Пресные воды содержат менее 1 г/л растворенных солей; солоноватые воды - от 1 до 10 г/л; соленые - от 10 до 50 г/л; рассолы - более 50 г/л.  
По химическому составу растворенных солей подземные воды делятся на гидрокарбонатные, сульфатные, хлоридные и сложного состава (сульфатные гидрокарбонатные, хлоридные гидрокарбонатные и т.д.).  
Воды, имеющие лечебное значение, называются минеральными. Минеральные воды выходят на поверхность в виде источников или выводятся на поверхность искусственно с помощью буровых скважин. По химическому составу, газоносности и температуре минеральные воды делят на углекислые, сероводородные, радиоактивные и термальные.  
Углекислые воды широко распространены на Кавказе, Памире, в Забайкалье, на Камчатке. Содержание углекислого газа в углекислых водах колеблется от 500 до 3500 мг/л и более. Газ присутствует в воде в растворенном виде.  
Сероводородные воды также распространены довольно широко и связаны в основном с осадочными породами. Общее содержание сероводорода в воде обычно невелико, однако лечебное действие сероводородных вод настолько значительно, что содержание Н2 более 10 мг/л уже придает им лечебные свойства. В отдельных случаях содержание сероводорода достигает 140-150 мг/л (например, известные источники Мацесты на Кавказе).  
Радиоактивные воды делятся на радоновые, содержащие радон, и радиевые, содержащие соли радия. Лечебное действие радиоактивных вод очень высоко.  
По температуре термальные воды делятся на холодные (ниже 20°С), теплые (20-30°С), горячие (37-42°С) и очень горячие (свыше 42°С). Они распространены в областях молодого вулканизма (на Кавказе, Камчатке, в Средней Азии).  
Подземные воды формируются разными способами. Часть из них образуется в результате просачивания атмосферных осадков и поверхностных вод по порам и трещинам горных пород. Такие воды называются инфильтрационными (слово "инфильтрация" обозначает просачивание).  
Однако существование подземных вод не всегда можно объяснить инфильтрацией атмосферных осадков. Например, в районах пустынь и полупустынь выпадает очень мало осадков, причем они быстро испаряются. Вместе с тем даже в пустынных областях на некоторой глубине присутствуют подземные воды. Образование таких вод можно объяснить лишь конденсацией водяных паров в почве. Упругость водяного пара в теплое время года в атмосфере больше, чем в почве и горных породах, поэтому пары воды непрерывно поступают из атмосферы в почву и формируют там подземные воды. В пустынях, полупустынях и сухих степях вода конденсационного происхождения в знойное время является единственным источником влаги для растительности.  
Подземные воды могут формироваться за счет захоронения вод древних морских бассейнов совместно с накапливающимися в них осадками. Воды этих древних морей и озер могли сохраниться в захороненных осадках, а затем просачиваться в окружающие породы или выходить на поверхность Земли. Такие подземные воды носят название седиментационных вод.  
Часть подземных вод по происхождению может быть связана с остыванием расплавленной магмы. Выделение водяных паров из магмы подтверждается образованием облаков и ливней при извержениях вулканов. Подземные воды магматического происхождения называются ювенильными (от лат. "ювеналис" - девственный). Как считает океанолог X. Райт, обширные водные пространства, которые существуют в настоящее время, "вырастали капля за каплей на протяжении всей жизни нашей планеты за счет воды, просачивающейся из недр Земли".  
Водные свойства горных пород  
По отношению к воде горные породы подразделяют на водопроницаемые и водонепроницаемые. Водопроницаемость - это способность горных пород пропускать через себя (фильтровать) воду. Породы, легко пропускающие воду, называют водопроницаемыми, а трудно - водонепроницаемыми, или водоупорными.  
Глины - типичный пример водонепроницаемых пород. Это, однако, не говорит о том, что в глинах нет воды. Капиллярная пористость глин достигает 60%, поэтому они очень влагоемки. Под влагоемкостью понимается способность пород вмещать в себя то или иное количество влаги. Капиллярная связь воды в глинах и делает их неспособными пропускать через себя воду. К водоупорным относятся также монолитные невыветрелые скальные нетрещиноватые породы.  
Характерным примером водопроницаемых пород является песок. Водопроницаемость пород количественно характеризуется коэффициентом фильтрации (или водопроницаемости), представляющем собой скорость движения подземных вод при гидравлическом градиенте, равном единице; размерность его см/с, м/ч, м/сут.  
Свойство пород, насыщенных водой, свободно отдавать гравитационную воду, называется водоотдачей. Она характеризуется коэффициентом водоотдачи, представляющим собой отношение объема свободно вытекающей из породы воды к объему всей породы, или удельной водоотдачей, равной количеству воды (в л), вытекающей из 1 м3 породы. Величина водоотдачи тесно связана с гранулометрическим составом пористых осадочных пород: чем выше размер частиц, слагающих породы, тем больше водоотдача. Данный параметр используется при определении притоков воды в горные выработки, решении вопросов осушения увлажненных территорий, дренированных выемок и т. п.  
Типы подземных вод  
По условиям залегания выделяют следующие типы подземных вод: почвенные, верховодка, грунтовые, межпластовые, карстовые и трещинные.  
Почвенные воды располагаются у поверхности и заполняют пустоты в почве (рис. 1). Верховодка находится на небольшой глубине в зоне свободного проникновения воздуха и образует скопления над линзами водонепроницаемых пород. Грунтовые воды залегают в виде постоянного водоносного горизонта на первом от поверхности, более или менее выдержанном, водонепроницаемом слое. Грунтовые воды имеют свободную поверхность, которая называется зеркалом, или уровнем, грунтовых вод.  
Межпластовые воды заключены между водоупорными слоями (пластами). Межпластовые воды, находящиеся под напором, называются напорными, или артезианскими (рис. 93). При вскрытии скважинами артезианские воды поднимаются выше кровли водоносного пласта и, если отметка напорного уровня (пьезометрическая поверхность) превышает отметку поверхности Земли в данном пункте, то вода будет изливаться (фонтанировать). Условная плоскость, определяющая положение напорного уровня в водоносном пласте (см. рис. 2), называется пьезометрическим уровнем. Высота подъема воды выше водоупорной кровли называется напором. К геологическим структурам, в пределах которых образуются артезианские воды, относятся синеклизы, мульды, моноклинали и др. Геологические структуры, к которым приурочены артезианские водоносные горизонты, называются артезианскими бассейнами. 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

		Рис. 1. Типы подземных вод:   1 - почвенные; 2 - верховодка; 3 - грунтовые; 4 ~ межпластовые; 5 - водонепроницаемый горизонт; 6 - водопроницаемый горизонт   Рис. 2. Схема строения артезианского бассейна:  1 - водонепроницаемые породы; 2 - водопроницаемые породы с напорной водой; 4 - направление стока подземных вод; 5 - скважина

 
Карстовые воды залегают в карстовых  пустотах, образовавшихся за счет растворения  и выщелачивания горных пород. Трещинные  воды заполняют трещины горных пород и могут быть как напорными, так и безнапорными.  
Движение подземных вод  
Движение подземных вод в горных породах зависит от их свойств (водопроницаемости и водоотдачи) и степени насыщенности водой. Различают два вида передвижения подземных вод: гравитационное и негравитационное.  
Негравитационное движение характерно для физически связанной и капиллярной воды и присуще в основном глинистым, т. е. мелкодисперсным, породам. Негравитационное движение воды получило название миграции влаги, оно обусловливает естественную влажность рыхлых пород. Гравитационное движение воды - это свободное движение подземных вод. Передвижение подземных вод ниже зеркала, в зоне полного насыщения, носит название фильтрации. Различают безнапорную и напорную фильтрации. Безнапорная фильтрация характерна для грунтовых вод, когда поверхность фильтрующейся воды свободна и давление на нее равно атмосферному. Напорная фильтрация свойственна артезианским водоносным горизонтам, в которых давление всегда выше атмосферного и равно высоте пьезометрического уровня в данной точке. 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Течения в Океане.

Постоянное  и непрерывное движение водных масс является извечным динамическим состоянием океана. Если реки на Земле текут к морю по своим наклонным руслам под действием силы земного тяготения, то течения в океане вызываются различными причинами. Основными причинами морских течений являются: ветер (дрейфовые течения), неравномерность или изменения атмосферного давления (бароградиентные), притяжение водных масс Солнцем и Луной (приливно-отливные), разность плотностей воды (из-за разности солёности и температуры), разность уровней, создаваемая притоком речной воды с материков (стоковые).

Не всякое перемещение  океанской воды можно называть течением. Морскими течениями в океанографии называют поступательное движение водных масс в океанах и морях.

Две физические силы вызывают течения – трение и сила тяжести. Возбуждаемые этими силами течения называются фрикционными и гравитационными.

Течение в Мировом  океане вызывается обычно сразу несколькими  причинами. Например, могучее течение  Гольфстрим образуется слиянием плотностного, ветрового и стокового течений.

Первоначальное  направление любого течения вскоре изменяется под воздействием вращения Земли, сил трения, конфигурации береговой  линии и дна.

По степени  устойчивости выделяют течения устойчивые (например, Северное и Южное пассатные течения), временные (поверхностные течения северной части Индийского океана, вызываемые муссонами) и периодические (приливно-отливные).

По положению  в толще океанских вод течения  могут быть поверхностными, подповерхностными, промежуточными, глубинными и придонными. При этом определение «поверхностное течение» иногда относится к достаточно мощному слою воды. Например, толщина межпассатных противотечений в экваториальных широтах океанов может составлять 300 м, а толщина Сомалийского течения в северо-западной части Индийского океана достигает 1000 метров. Отмечается, что глубинные течения чаще всего направлены в противоположную сторону по сравнению с движущимися над ними поверхностными водами.

Течения делятся  также на тёплые и холодные. Тёплые течения перемещают водные массы из низких географических широт в более высокие, а холодные – в обратном направлении. Такое деление течений относительно: оно характеризует лишь поверхностную температуру движущихся вод в сравнении с окружающими водными массами. Например, в тёплом Нордкапском течении (Баренцево море) температура поверхностных слоёв составляет 2–5 °С зимой и 5–8 °С летом, а в холодном Перуанском течении (Тихий океан) – круглый год от 15 до 20 °С, в холодном Канарском (Атлантика) – от 12 до 26 °С.

Карта поверхностной  температуры океана. 
Основной источник данных — буи ARGO. Поля получены при помощи оптимального анализа.

Некоторые течения  в океанах соединяются с другими  течениями, образуя общебассейновый  круговорот.

В целом постоянное перемещение водных масс в океанах  представляет собой сложную систему холодных и тёплых течений и противотечений как поверхностных, так и глубинных.

 
 

Самым известным для жителей  Америки и Европы является, конечно, морское течение Гольфстрим. В переводе с английского это название означает Течение из залива. Раньше считалось, что это течение начинается в Мексиканском заливе, откуда через Флоридский пролив устремляется в Атлантику. Потом выяснилось, что из этого залива Гольфстрим выносит лишь небольшую долю своего потока. Достигнув широты мыса Хаттерас на атлантическом побережье США, течение принимает в себя мощный приток воды из Саргассова моря. Вот здесь и начинается собственно Гольфстрим. Особенностью Гольфстрима является то, что при выходе в океан это течение отклоняется влево, тогда как под влиянием вращения Земли оно должно было бы отклониться вправо.

Параметры этого  могучего течения весьма внушительны. Поверхностная скорость воды в Гольфстриме  достигает 2,0–2,6 метра в секунду. Даже на глубине до 2 км скорость слоёв воды составляет 10–20 см/с. При выходе из Флоридского пролива течение выносит 25 млн.кубометров воды в секунду, что в 20 раз больше общего стока всех рек нашей планеты. Но после присоединения потока воды из Саргассова моря (Антильское течение) мощность Гольфстрима достигает уже 106 миллионов кубометров воды в секунду. Этот могучий поток движется на северо-восток до Большой Ньюфаундленской банки, а отсюда поворачивает на юг и вместе с отделившимся от него Течением Склона включается в северо-атлантический круговорот воды. Глубина течения Гольфстрим составляет 700–800 метров, а ширина достигает 110–120 км. Средняя температура поверхностных слоёв течения равна 25–26 °С, а на глубинах около 400 м – всего 10–12 °С. Поэтому представление о Гольфстриме как о тёплом течении создают именно поверхностные слои этого потока.  

Отметим ещё одно течение  в Атлантике – Северо-Атлантическое. Оно проходит через океан на восток, к Европе. Северо-Атлантическое течение по сравнению с Гольфстримом менее мощное. Расход воды здесь составляет от 20 до 40 млн.кубометров в секунду, а скорость от 0,5 до 1,8 км/ч, в зависимости от места. Однако влияние Северо-Атлантического течения на климат Европы очень заметное. Вместе с Гольфстримом и другими течениями (Норвежским, Нордкапским, Мурманским) Северо-Атлантическое течение смягчает климат Европы и температурный режим омывающих её морей. Такое воздействие на климат Европы только одно тёплое течение Гольфстрим оказывать не может: ведь существование этого течения заканчивается за тысячи километров от берегов Европы. 

А теперь возвратимся в  экваториальную зону. Здесь воздух нагревается значительно сильнее, чем в других районах земного шара. Нагретый воздух поднимается вверх, достигает верхних слоёв тропосферы и начинает растекаться по направлению к полюсам. Примерно в районе 28-30° северной и южной широт, охладившись воздух начинает опускаться. Притекающие из района экватора всё новые воздушные массы создают в субтропических широтах избыточное давление, в то время как над самим экватором вследствие оттока нагретых воздушных масс давление постоянно понижено. Из районов повышенного давления воздух устремляется в районы низкого давления, то есть к экватору. Вращение Земли вокруг своей оси отклоняет воздух от прямого меридионального направления на запад. Так возникают два мощных потока тёплого воздуха, называемые пассатами. В тропиках Северного полушария пассаты дуют с северо-востока, а в тропиках Южного полушария – с юго-востока.