Теорії походження підземних вод

Інфільтраційна теорія походження підземних вод - підземні води формуються за рахунок атмосферних опадів, які через дрібні канальці в гірських породах проникають у шари Землі, де й накопичуються. Ця теорія була сформульована в 1717 р. французьким фізиком Маріоттом.

Конденсаційна теорія походження підземних вод - підземні води формуються за рахунок водяної пари, яка міститься в повітрі. Ця теорія була висунута німецьким гідрологом Фольгером в 1877 р.

Ювенільна теорія походження підземних вод - підземні води утворюються на великих глибинах з пари і, можливо, з дисоційованих атомів водню і кисню. Початок цим водам дають газові виділення магми або води, що входять до багатьох мінералів у вигляді кристалізаційних або хімічно зв’язаних. Запропонував цю теорію в 1902 р. австрійський геолог Е.Зюсс.

Теорія похованих вод - це певна частина підземних вод, яка сформувалася за рахунок води стародавніх морських басейнів. За певних геологічних процесів ці води потрапляють у гірські породи, які з часом перекриваються більш молодими нашаруваннями.

Фізичні властивості порід

Щільність гірської породи - це відношення її маси до його об’єму. Розрізняють щільність сухої породи і щільність породи за природної вологості.

Пористість - відношення об’єму пустот до об’єму всієї породи:

n = Un / U,

де n - пористість;

Un - об’єм пор;

U - об’єм породи.

У скельних масивних породах ці пустоти виражені тріщинами; у розчинених породах (вапняках, доломітах, соленосних відкладах) пустоти являють собою каверни і канали; у пухких осадових породах пористість обумовлена нещільним притяганням часток, які складають ці породи.

Коефіцієнт пористості - відношення об’єму пустот до об’єму її скелета (твердих мінеральних часток, які входять до складу порід):

е = Ụn / Uс,

де е - коефіцієнт пористості;

Un - об’єм пор;

Uс - об’єм скелета породи.

Пористість вивержених порід коливається від 0,05 до 6-7 %, у вапняків і доломітів - від 0,2 до 34 %, у пісковиків - від 3,5 до 28 %, у торфу - 76 - 89 %.

Гранулометричний склад порід - це характеристика осадових утворень за розміром часток, з яких складені ці утворення. Розміри таких часток - від глинистих і пилуватих (діаметром 0,05 - 0,005 мм і менше) до гальок і валунів (від 10 до 100 мм діаметром).

Види води в породах

За характером зв’язку з частками породи, мірою обводнення цих часток і способом переміщення підземні води поділяють на кілька видів.

1. Гігроскопічна (або міцно зв’язана) вода - утворюється за рахунок того, що водяна пара обволікає частку породи шаром в одну молекулу. Молекули гігроскопічної води досить тісно зв’язані з частками гірської породи завдяки електромолекулярним силам; перебуває під великим тиском і тому не може вільно переміщуватись; відокремлюється від породи лише при нагріванні до 105 - 110⁰С. Водяна пара може вкривати породу суцільним або несуцільним шаром (рис. 8.1).

2. Плівкова вода - обволікає частки породи суцільним шаром у кілька разів молекул і утримується на поверхні часток гірської породи завдяки електромолекулярним силам. Це рихлозв’язана вода, вона здатна переміщуватись у породі з однієї частки на іншу в напрямку від більш вологих ділянок до сухіших.

3. Капілярна вода - це вода, яка заповнює частково або повністю капілярні пустоти породи. Ця вода утримується силами поверхневого натягу; переміщається завдяки силам поверхневого натягу і силам тяжіння. Капілярна вода має різновиди.

Капілярно-підвішена вода - вода, яка формується у верхній частині грунтового шару за рахунок атмосферних опадів і не зв’язана з грунтовими водами, що залягають нижче.

Рис. 8.1. Види води в породах:

1,2 – частки породи з гігроскопічною водою (1 – неповна гігроскопічність, 2 – максимальна гігроскопічність); 3 – плівкова вода (стрілками показаний напрям переміщення плівкової води); 4 – розміщення деяких видів води між частками породи; а – частка породи; б – плівкова вода; в – вода кутів пор; г – повітря у порах породи.

Капілярно-піднята вода - вода, яка розміщується над горизонтом грунтових вод і формується завдяки підняттю вологи від їхнього рівня.

4. Гравітаційна вода (або вільна вода) - вода в рідкому стані, яка заповнює всі пустоти породи і переміщається під дією сил гравітації і гідростатичного тиску. Ця вода бере участь у круговороті води в природі.

5. Вода в твердому стані - це гравітаційна вода, що замерзла при температурі 0⁰С і нижче; перебуває в гірських породах у вигляді кристалів, прошарків чи лінз льоду. При замерзанні гірської породи не вся вода переходить у твердий стан. Гігроскопічна, плівкова та частково капілярна залишається у рідкому стані, тому що температура замерзання цих різновидів води значно нижча за 0⁰С. Так, гігроскопічна вода замерзає лише при температурі - 78⁰С.

6. Пароподібна вода - це вода в пароподібному стані, водяна пара. Разом з повітрям вода заповнює пустоти, куди надходить з наземного повітря або за рахунок процесів підземного випаровування інших видів води. Така вода завжди перебуває в русі і рухається від місць з більшою пружністю водяної пари до місць, де пружність її менша. Пароподібна вода за відповідних температурних умов частково конденсується в краплинно-рідку воду і поповнює гравітаційну воду. Ця вода бере активну участь у круговороті води в природі.

7. Хімічно зв’язана вода - це вода, яка входить до складу мінералів, проте в кристалічній решітці вона перебуває у вигляді гідроксильного та водневого іонів - ОН^-, Н⁺, а також іона оксинію Н₃О^-. Вона найміцніше зв’язана з мінералами і виділяється при температурі 500 - 600⁰С при повному розпаді мінералу, в якому вона міститься. Прикладом може бути тальк, каолін, діаспор.

До хімічно зв’язаної води належить також цеолітна вода, яка входить до складу групи мінералів цеолітів. У мінералах ця вода міститься у вигляді молекул Н₂О, де займає пустоти каркасу кристалічної решітки.

8. Кристалізаційна вода - ця вода є складовою частиною мінералів і входить в їхню кристалізаційну решітку у вигляді молекул Н₂О. Виділення їх з мінералів відбувається при температурі 300 - 400⁰С. Прикладом мінералів, що утримують кристалізаційну воду є гіпс, мірабіліт, сода.

Поиск по сайту: