Теорії походження підземних вод

РОЗДІЛ 6

ФОРМУВАННЯ ПІДЗЕМНИХ ВОД

Проблема формування підземних вод є складна і комплексна. Вона включає питання походження підземних молекул води і питання формування складу розчинених у підземних водах речовин – іонів, солей, газів. Ці дві групи питань тісно пов’язані, але в певній мірі мають і самостійне значення.

Теорії походження підземних вод

Древніми філософами та натуралістами були висунуті різні теорії походження підземних вод, які в сучасній інтерпретації називають: 1) інфільтраційною, 2) конденсаційною, 3) седиментаційною і 4) ювенільною.

Інфільтраційна теорія.Інфільтраційна теорія походження підземних вод виникла однією із перших. Перше її викладення відноситься до 1 ст. до н. е (Марк Вітрувій Полліо).

У ХVII-ХVІІІ ст. вона буде підтримана і науково обґрунтована П. Перрро, Е. Маріоттом, Е. Галлеєм, М.В. Ломоносовим та ін.

М.В. Ломоносов сформулював думку про живлення підземних вод за рахунок поглинання (інфільтрації) атмосферних опадів і пов’язав це явище з геологічними процесами , які відбуваються в земних надрах.

Суть цієї теорії полягає в тому, що підземна вода формується шляхом проникнення (інфільтрації у глибину Землі дощових і талих вод. Різноманітність хімічного складу вод пояснювалась розчиненням і вилуговуванням гірських порід.

У теперішній час інфільтраційна теорія признається найбільш достовірною по відношенню до походження і формування більшості прісних і деяких типів мінеральних вод.

Конденсаційна теорія. У ІV ст. до н.е. древньогрецький філософ Арістотель висловив думку, що незважаючи, що джерелом всіх вод на Землі є волога атмосфери, живлення рік відбувається двояким шляхом: по перше, дощовими водами, які у більшій кількості випадають в горах, по друге, і головним чином, водами, які утворюються у численних земних холодних пустотах в результаті конденсації в них парів води із повітря, яке поступає із атмосфери. Таким Арістотель став родоначальником конденсаційної теорії.

У ХІХ ст. (1877) цю теорію пропагували О. Фольгер та його соратники. Він стверджував, що в холодних пористих породах верхніх шарів Землі відбувається конденсація водяної пари повітря, що в результаті приводить до накопичення підземних вод.

За теорією Фольгера процес конденсації відбувається наступним чином. Атмосферне повітря, яке містить пару води, проникає в пори ґрунту і нижчезалягаючих шарів гірських порід і, дотикаючись там до більш холодної поверхні частинок, віддає їх частину своєї вологи. Таким чином, на частинках порід відбувається конденсація водяної пари повітря.

Гіпотеза Фольгера мала багато слабких сторін. Зокрема, при конденсації, як відомо, виділяється тепло, яке вже через порівняно короткий проміжок часу повинно підвищити температур зон аерації настільки, що подальша конденсація стане неможливою. Підраховано, що для утворення стопа води висотою всього 2 мм, необхідно, щоб кожні півдоби (12 годин) через 1 м² поверхні землі проходило 1000м³ повітря, а на протязі другої півдоби поверталося в атмосферу. Відповідно лінійна швидкість руху повітря повинна бути 83,3 м/год.Такого активного обміну повітря між атмосферою і породами зони аерації ніхто не спостерігав. Були й інші негативні відхилини проти гіпотези Фольгера, яка не була підтверджена дослідами. Тільки російський вчений О.Ф.Лєбєдєв у результаті широко поставлених експериментальних робіт і спостережень на дослідному полі (1907-1919 р.р.) довів можливість конденсації водяних парів повітря у порах гірських порід. Принциповою відмінністю доказів Лєбєдєва від гіпотези Фольгера є правильний аналіз причин, які викликають конденсацію вологи. О.Ф. Лєбєдєв пояснює цей процес різницею пружності водяних парів атмосферного і ґрунтового повітря або водяних парів, які знаходяться у різних шарах зони аерації, різницею, яка викликає переміщення водяної пари із простору з більшою пружністю у простір з меншою пружністю. Таке переміщення вологи при відносній вологості повітря, яка дорівнює 100%, спричинює її конденсацію на поверхні частинок гірської породи.

Пружність водяних парів, які насичують повітря, як відомо збільшуються із підвищенням температури. У зимовий час верхні шари ґрунту мають більш низьку температуру, ніж нижні, тому водяні пари взимку підіймаються знизу вверх, збільшуючи вологість ґрунтового шару. О.Ф Лєбєдєв підрахував, що за холодний період року грунт отримує додаткове живлення за рахунок переміщення водяних парів знизу у вигляді шару води висотою до 66-80 мм. У теплий літній період переміщення водяних парів відбувається зверху вниз, оскільки влітку грунт отримує велику кількість сонячної енергії і з поверхні сильно прогрівається. В Центральних Каракумах, наприклад, у липні температура поверхні грунту в окремі дні досягає 70 ºС. До аналогічних висновків шляхом дослідних робіт прийшов Ф.П. Саваренський.

Теорія О.Ф. Лєбєдєва, заснована на великій кількості добре організованих і ретельно проведених лабораторних і польових досліджень, внесла багато нового у питання про процеси переміщення і накопичення вологи у грунтах і гірських породах. Проте у висновках О.Ф. Лєбєдєва все ще залишаються деякі недоведені положення.

У теперішній час в результаті тривалих досліджень і численних спостережень можна вважати встановленим, що основним видом живлення підземних вод, які знаходяться в зоні активного водообміну, є фільтрація атмосферних опадів.

У районах з малою кількістю атмосферних опадів суттєве значення для живлення підземних вод має конденсація.

В останні роки більшість дослідників розглядають конденсаційну теорію сумісно із інфільтраційною, оскільки волога при цих видах живлення має атмосферний генезис.

Седиментаційна теорія. Ця теорія так само як інфільтраційна, зародилась дуже давно, коли вчені намагались встановити прямий зв’язок між водами океанів, морів і підземними водами. Інфільтраційна теорія не могла пояснити походження високомінералізованих вод і розсолів глибинних шарів осадових товщ.

У первинному формулюванні по цій теорії припускалося, що високомінералізовані води в породах є залишковими (реліктами) водами древніх морів, які утворилися одночасно із відкладаннями осадків у морських басейнах і які зберегли свій склад у незміненому вигляді до теперішнього часу.

Ця теорія походження підземних вод називалась реліктовою або захороненою. Схожі уявлення про походження у формування солених вод виявилися у протиріччі з даними геологічної історії формування осадових утворень, а також із гідрогеологічними та гідрогеохімічними фактами.

Серед дослідників існують різні точки зору по відношенню можливості збереження вод древніх морів в осадових товщах і участі їх у формуванні солених вод та розсолів. Більшість з них (М.І. Андрусов, І.В.Вернадський, А.Д. Архангельський, Г.М.Каменський та ін.) вважають цілком можливим збереження в певних природних умовах на великих глибинах змінених при високих тисках і температурах солених вод морського генезису. Вони припускають, що в природних умовах широко розповсюджені води морського генезису, які утворилися одночасно з осадконакопиченням (сингенетичні) або проникли у раніше сформовані осадки із морських басейнів (епігенетичні) і зазнали глибокої метаморфізації в процесі діагенезу осадків.

Такі погляди дослідників поклали початок історично геологічному напрямку у виясненні походження солених вод і розсолів глибокозалягаючих осадових товщ.

Інші концепції формування солених вод і розсолів у товщах земної кори у тій чи іншій мірі допускають або навіть повністю заперечують участь вод морського генезису в їх формуванні. Із них необхідно відмітити, гіпотези внутрішньо пластового випаровування (В.А. Сулін, М.Є. Альтовський та ін.), фільтраційного ефекта (Д.С. Коржинський та ін.), гравітаційної диференціації іонів (К.В. Філатов), трансляційного переміщення іонів (О.Я. Самойлов, Д.С. Соколов) і молекулярно-дифузійного масопереносу (С.І. Смирнов).

Гіпотези внутрішньопластового випаровування і гравітаційної диференціації іонів були різко розкритиковані і в теперішній час є непризнаними. Гіпотези трансляційного руху молекул води та іонів, особливо молекулярно-дифузійного масопереносу у формуванні соленості підземних вод і гідрогеохімічної зональності артезіанських басейнів заслуговують уваги і подальшого вивчення.

Ювенільна теорія. Ювенільна означає юна. Так називають воду, яка виділяється із магми і не бере участі у загальному кругообігу води до своєї появи на поверхні Землі. На ранніх етапах утворення Землі і гідросфери вода була результатом дегазації мантії.

Таким чином, за генезисом, згідно гіпотези А.Г.Виноградова, всі води на Землі є ювенільними. Проте, таке припущення до теперішнього часу не є остаточно підтвердженим.

У ХVІ ст. Агрихола висловив думку, що в земній корі можуть згущуватись пари води, які виділяються знизу з великих глибин. Це припущення на той час не отримало розвитку і підтримки.

У 1902 році відомий австрійський геолог Е.Згосе виступив з ювенільною теорією походження підземних вод. Згідно його поглядів, утворення багатьох мінеральних вод, особливо гарячих і газованих, відбувається за рахунок виділення парів із магми, які, конденсуючись у більш холодних сферах, піднімаються по глибоких тектонічних тріщинах і розломах і з’являються на поверхні у вигляді мінеральних джерел.

Детальне вивчення мінеральних і термальних вод (високотемпературних) джерел, проведення М.Н. Славяновим, А.М. Овчинніковим та іншими дослідниками, не підтверджують ювенільного походження глибоких підземних вод. Навпаки, аналіз багатьох даних вказує на те, що глибокі термальні і мінеральні води нерідко тісно пов’язані із водами верхньої зони земної кори і мають атмосферний або морський генезис.

В теперішній час більшість дослідників не заперечують можливості утворення якої-небудь кількості ювенільної води у магматичних осередках. Проте доля їх у загальному балансі підземних вод, ймовірно незначна.

Ф.П. Саваренський вказує на інші можливі джерела утворення підземних вод. Відомо, що багато мінералів і гірських порід містять у своєму складі хімічно зв’язану воду, при зміні фізико-хімічних умов рівноваги можуть виділяти частину води. Так гірські породи і мінерали виділяють воду при тектонічному опусканні. При зворотному процесі, тобто при піднятті гірських порід у верхні зони земної кори, або, наприклад, при винесенні мінеральних сполук на поверхню підземними водами, утворюються інші мінерали, які містять хімічнозв’язану воду, яка при відповідних умовах знову стане крапельно-рідкою і поступить у загальний кругообіг води.

Поиск по сайту: