Строение подземной гидросферы

РОССИЙСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ  УНИВЕРСИТЕТ ИМ. И. КАНТА

 

Факультет географии и  геоэкологии

 

Кафедра физической географии, страноведения и туризма

 

КУРСОВАЯ РАБОТА

 

На тему: «Строение подземной  гидросферы»

 

Выполнила: студентка 1 курса

 

спец. « География» Очного отделения

 

Захарченко Марина Ивановна

 

Руководитель: доцент

 

Цекоева Фатима Касполовна

 

 

Калининград

 

2010

 

Содержание

 

Введение

 

1. Зоны подземной гидросферы

 

1.1. Краткий очерк истории  развития гидрогеологии

 

1.2.Зона аэрации

 

1.3. Криолитозона

 

1.4. Зона полного насыщения

 

1.5. Зона подземных вод  в надкритическом состоянии

 

2. Геологическая деятельность  подземных вод

 

2.1. Разрушительная деятельность

 

2.2. Созидательная деятельность

 

3. Условия формирования  и залегания подземных вод  в каждой зоне

 

3.1. Учение о происхождении  подземных вод

 

3.2. Типы подземных вод

 

3.3. Инфильтрационные и  конденсационные подземные воды

 

3.4. Седиментационные подземные  воды

 

3.5. Магматические и смешанные  воды

 

Заключение

 

Список использованной литературы

 

Введение

 

Гидрогеология, согласно большинству  существующих определений, является наукой, которая изучает подземные воды планеты: закономерности их распространения  в земной коре, условия залегания  и движения, их свойства и состав, взаимодействие с горными породами, а также условия и возможности  их хозяйственного использования. Более  правильно считать, что гидрогеология  как подразделение наук естественного  цикла изучает подземную часть  гидросферы планеты, законы ее строения и развития, процессы, протекающие  в ней в естественных условиях и в условиях интенсивного антропогенного воздействия [1].

 

Подземные воды являются геологическим  объектом, изучение которого методологически  неправильно, а в ряде случаев  и невозможно проводить в отрыве от исследования горных пород, геологических  структур земной коры, их строения и  истории развития, в отрыве от геологических  процессов, происходящих в земной коре и мантии. Становится очевидной взаимосвязь  гидрогеологии с геологией, геохимией, минералогией, и другими науками  геологического цикла.

 

Подземные воды также представляют собой водный объект, являясь частью единой гидросферы Земли. Необходимость  изучения и использования процессов  водообмена между подземной частью гидросферы и ее поверхностной частью, а также атмосферой планеты определяет тесную связь гидрогеологии с  метеорологией, гидрологией суши, океанологией и другими науками этого цикла.

 

Как часть водной оболочки планеты подземные воды характеризуются  важнейшим свойством воды – подвижностью, которая сохраняется при определенных условиях до значительных глубин геологического разреза. В связи с этим нельзя изучать подземные воды, не изучая количества и формы их движения. В гидрогеологии практически  отсутствуют непосредственные инструментальные методы оценки движения подземных вод  в условиях или естественного  залегания в земной коре. В связи  с этим количественные оценки движения подземных вод (скорости движения, расходы  подземных потоков, объемы воды) выполняются  преимущественно расчетными методами или путем специального моделирования  процессов движения подземных вод. Широкое использование расчетных  методов и моделирования определяет тесную связь гидрогеологии с  науками математического цикла  и некоторыми разделами физики (механика сплошных сред, гидравлика, термодинамика).

 

Подземные воды во всех случаях  без исключения представляют собой  не просто совокупность молекул воды, а сложные природные системы, содержащие в растворенном, коллоидном, свободном состоянии различные  минеральные вещества, органические соединения и газы. При этом содержание химических элементов в подземных  водах включает практически всю  периодическую систему Менделеева плюс сложно построенные комплексы  минеральных, органических и органоминеральных  соединений. Количественное содержание тех или иных химических элементов  в зависимости от их распространения  в литосфере, типа подземных вод  и других факторов может меняться от ничтожно малых значений до сотен  граммов в 1 л раствора.

 

Необходимость исследования химической природы объекта, условий  и закономерностей ее формирования определяет тесную связь гидрогеологии  с химией, физической и коллоидной химией, химией органических соединений, а также с микробиологией и  биохимией при необходимости  исследования и оценки роли «живого  вещества» в процессах формирования химического состава подземных  вод [4].

 

Основной целью нашей  работы является изучение зон подземной  гидросферы, геологической деятельности подземных вод, а также выявить  условия формирования и залегания  подземных вод в каждой зоне.

 

Для достижения поставленной цели нами решались следующие задачи: подробное изучение и описание зоны аэрации, геокриолитозоны, зоны полного  насыщения, зоны подземных вод в  надкритическом состоянии, рассмотрение разрушительной и созидательной  деятельности подземных вод, рассмотрение учения о происхождении подземных  вод, типов подземных вод, а также  формирование химического состава  вод гидрогеосферы.

 

Курсовая работа состоит  из трех глав, введения, заключения, списка использованной литературы, в том  числе 4 рисунка.

 

1. Зоны подземной гидросферы

 

1.1 Краткий очерк истории  развития гидрогеологии

 

Имеющиеся неполные данные свидетельствуют  о том, что уже в 3000–2000 гг. до н.э. на Ближнем Востоке, в Средней  Азии, Китае и других странах, прежде всего в засушливых районах, подземные  воды интенсивно использовались для  питьевого и хозяйственного водоснабжения, в частности, путем сооружения достаточно глубоких и сложных водосборных  галерей, эксплуатировавших подземные воды конусов выноса и аллювиальных отложений. Р. Де Уист приводит сведения о том, что уже в древнем Китае существовала техника бурения и горных работ, которая позволяла сооружать водозаборные колодцы глубиной до 1200–1500 м, откуда получали подземные рассолы [1, 2, 4].

 

Первая известная работа, в которой рассматривается роль воды на планете, принадлежит философу Фалесу Милетскому (около VI в. До н.э.). Подземная  вода образуется за счет морской воды, которая под действием ветра  нагнетается в земные недра и  в результате давления горных пород  выходит на поверхность земли, образуя  родники.

 

Древнегреческий философ  Платон (427–347 гг. до н.э.) также считал, что происхождение подземных  вод связано с фильтрацией  морской воды в берега. Однако Р. Де Уист со ссылкой на П.Д. Крайнана приводит сведения о том, что Платон в своем философском труде  достаточно точно описал круговорот воды в природе.

 

Аристотель (384–322 гг. до н.э.) считал, что подземная вода формируется  главным образом за счет сгущения воздуха (водяного пара), поступающего из недр земли. В то же время, по его  мнению, какая-то часть подземной  воды может формироваться за счет просачивания дождевой воды через поверхность  земли.

 

Философ Древнего Рима Марк Витрувий Поллио (I в. До н.э.) дал наиболее правильное (с современной точки  зрения) объяснение процесса формирование подземных вод за счет просачивания атмосферных осадков, выпадающих на поверхность земли.

 

В XVI-XVII вв. ряд европейских  ученых-естествоиспытателей (Г. Агрикола (Бауэр) (1494–1555), Б. Палисси (1510–1590), Р. Декарт (1596–1650), И. Кеплер (1571–1630), А. Кирхер (1601–1680) на основе идей древних философов  и накапливающихся фактических  данных в различной постановке рассматривают  вопросы происхождения подземных  вод и их движение в земной коре [1,3, 5 ].

 

Значительный вклад в  разработку важнейших направлений  гидрогеологической науки внес великий  русский ученый М.В. Ломоносов. В  своих работах он связывал вопрос происхождения подземных вод  с количеством и просачиванием  атмосферных осадков. Ломоносов  М. В. рассматривал различные проницаемости  горных пород по отношению к воде, рассуждал о процессах взаимодействия подземных вод с горными породами. Русский ученый-энциклопедист достаточно полно представлял условия формирования подземных вод, их взаимодействие с  поверхностными и атмосферными водами, роль процессов взаимодействия подземных  вод с минеральным веществом  горной породы как с точки зрения формирования состава воды, так и  переноса минеральных веществ подземными водами и др.

 

В XIX в. Продолжались научные  споры о происхождении подземных  вод, главным образом о роли процессов  инфильтрационного питания и  конденсации водяного пара (Л. Эли  де Бомон, О. Фольгер, Е. Вольни и др.). В конце XIX в. вышли работы А. Добре (1887) и И. Газа (1885), которые могут  рассматриваться в качестве первых учебников гидрогеологии, хотя сам  термин «гидрогеология» в них  не употребляется.

 

Первое математическое описание движения подземных вод (закон фильтрации) было дано французским инженером-гидравликом  А. Дарси в 1856 г. на основании результатов  экспериментального изучения фильтрации воды в лабораторных условиях.

 

Обоснование этого закона положило начало исследованиям в  области теории движения подземных  вод и фильтрационных расчетов. Дальнейшая разработка теории гидрогеологических расчетов осуществлялась Ж. Дюпюи (1857), А. Тимом (1887), Ч. Слихтером (1899) и уже  в XX в. Ч. Тейсом, М. Маскетом и в работах  русских ученых Н.Е. Жуковского, А.А. Краснопольского, Н.Н. Павловского и  др.

 

Большой вклад в развитие гидрогеологии внес русский ученый С.Н. Никитин (1851–1909). В своих работах  он рассматривал методику региональных исследований и гидрогеологического  районирования. Также С.Н. Никитин  обобщил обширные сведения по грунтовым  и артезианским водам европейской  части России, выделил ряд артезианских бассейнов этой территории (Всеволожский, 2007).

 

Исключительно важное значение для развития общих представлений  о взаимодействии подземных вод  с минеральным скелетом горных пород  имели работы русского ученого-почвоведа  А.Ф. Лебедева (1882–1936), который впервые  установил закономерности перемещения  влаги в ненасыщенной зоне, охарактеризовал  роль процессов инфильтрации и конденсации  в формировании подземных вод, а  также разработал первую классификацию  видов воды в горных породах.

 

Значительный интерес  представляли результаты исследований кавказских минеральных вод, выполненных  А.П. Герасимовым, А.Н. Огильви, Н.Н. Славяновым, первые сведения о подземных водах  районов распространения вечной мерзлоты, изложенные в работе А.В. Львова (1916).

 

В первые годы советской власти начинают развиваться практически  все основные направления гидрогеологической науки. В 1931 г. состоялся Всесоюзный гидрогеологический съезд, на котором  были представлены работы по общим  вопросам гидрогеологии (О.К. Ланге, А.Ф. Лебедев, Ф.П. Саваренский и др.); зональности  грунтовых вод и принципам  гидрогеологического районирования  (П.И. Васильевский, В.С. Ильин, А.Н. Семихатов, Р.Н. Каменский, Н.И. Толстихин и др.); региональной гидрогеологии (К.И. Маков, Н.А Плотников, Н.Ф. Погребов, Н.С. Токарев).

 

Исключительно важное значение для развития ряда гидрогеологических идей имели работы академика В.И. Вернадского. Им был обоснован важный тезис о единстве природных вод  Земли, рассмотрен ряд важных вопросов происхождения подземных вод  и геологического круговорота воды. В.И. Вернадский охарактеризовал роль воды в геологических и геохимических  процессах [1, 3, 4, 5].

 

Широкое осуществление глубокого  поискового и разведочного бурения  на нефть и газ определило необходимость  развития гидрогеологических исследований, связанных с изучением глубоких водоносных горизонтов, прежде всего  платформенных структур. Крупный  вклад в развитие этого направления  внесли советские ученые Г.В. Богомолов, М.А. Гатальский, Н.К. Игнатович, А.А. Карцев, В.А. Кротова, Б.Ф. Маврицкий, Е.В. Пиннекер, А.И. Силин-Бекчурин, С.Н. Смирнов, В.А. Сулин, А.Е. Ходьков, С.А. Шагаянц.

 

 

1.2 Зона аэрации

 

 

Строение подземной части  гидросферы, количество воды, содержащееся в горных породах, и ее фазовое  состояние в более широком  смысле – распределение и движение различной воды определяются термодинамическими условиями разреза земной коры, строением  и историей геологического развития ее основных структурных элементов, составом и свойствами (типом) горных пород и в верхней части  разреза в значительной мере рельефом и гидрографией современной поверхности, а также климатическими условиями  конкретных территорий [5, 6].

 

Обобщенный гидрогеологический разрез земной коры, характеризующий  условия залегания подземных  вод и принципиальную схему их движения, приведен на рисунке 1.

 

 

Рис. 1. Принципиальный гидрогеологический разрез земной коры:

 

1 – осадочные породы  земной коры; 2 – гранитный и  базальтовый слой земной коры; 3 – верхняя мантия; 4 – зоны  глубоких тектонических разломов; 5 – зона аэрации (вне масштаба); 6 – криолитозона; 7 – зона полного  насыщения; 8 – зона подземных  вод в надкритическом состоянии;  9 – нижняя граница зоны аэрации; 10 – подошва осадочных пород; 11 – нижняя граница зоны полного насыщения; 12 – граница Мохоровичича; 13 – направления движения «местных» потоков подземных вод; 14 – региональных потоков; 15 – глубинных субвертикальных потоков; 16 – возможное поступление ювенильных растворов; 17 – инфильтрационное питание; 18 – испарение грунтовых вод; 19 – захоронение морской воды с осадками и отжатие поровых вод

 

 

В соответствии с существующими  представлениями (О. Мейнцер, Е.В. Пиннекер, Ф.П. Саваренский, А.М. Свешников и  др.) в гидрогеологическом разрезе  земной коры сверху вниз от поверхности  земли могут быть выделены: зона аэрации, криолитозона, зона насыщения  и зона подземных вод в надкритическом состоянии [1,6].