Подземные воды

Водная оболочка нашей планеты — гидросфера, сформирована из подземных вод, атмосферной влаги, ледников и поверхностных водоемов. Все виды воды в гидросфере тесно связаны между собой и находятся в непрерывном круговороте. Главным компонентом гидросферы являются соленые воды. К сожалению, пресная вода занимает менее 3% всего объема. В этой статье мы расскажем об одном из составляющих компонентов гидросферы – о подземных водах.

Запасы подземных вод

Подземные воды занимают 2% от общего объема гидросферы. На сегодняшний день запасы подземных вод полностью не разведаны. По последним данным запасы подземных вод достигают 60 млн кубических километров, однако гидрогеологи считают, что в недрах Земли присутствуют огромных размеров неразведанные месторождения подземных вод.
Иногда подземные воды можно встретить в буровых скважинах на глубине в несколько километров. Исходя из условий, залегания подземных вод (к примеру, температура, давление, тип горных пород), они могут находиться в твердом, жидком и газообразном виде. Некоторые ученые уверены, что наличие подземных вод возможно и на глубине в 60 км вследствие того, что молекула воды даже при температуре 2000^о С диссоциирована лишь на 2%.
В процессе оценки подземных вод, помимо термина «запасы подземных вод» активно применяется понятие «ресурсы подземных вод», которое определяет тип питания водоносного горизонта.
Выделяют следующие виды запасов и ресурсов подземных вод:

• естественные запасы представляют собой объем гравитационной воды, которая запечатана в порах и трещинах водовмещающих пород. Естественные ресурсы – объем подземных вод, которые поступают в водоносный горизонт естественным путем вследствие инфильтрации атмосферных осадков, фильтрации из рек, перетекания как из более высоких, так и из более низких водоносных горизонтов
• искусственные запасы представляют собой некое количество подземных вод в пласте. Они формируются вследствие орошения и фильтрации из водохранилищ, а также неприродного наполнения подземных вод. Искусственные ресурсы являются фактически расходом воды, которая поступает в водоносный горизонт в процессе фильтрации из каналов и водохранилищ, а также на орошаемых участках
• привлекаемыми ресурсами называют расход воды, которые попадает в водоносный пласт во время наращивания питания подземных вод, которое может быть вызвано работой водозаборных сооружений
• эксплуатационные запасы и эксплуатационные ресурсы фактически синонимы. Они обозначают тот объем воды, который можно получить на рациональных водозаборных сооружениях при стандартном режиме их работы.

Специалисты ЮНЕСКО опубликовали карту мира, на которую нанесены запасы пресных подземных вод.
Синим цветом отмечены регионы, которые богаты подземными водами, а коричневым выделены территории, которые нуждаются в дополнительных объемах пресной воды.
На карте видно, что Россия находится в числе государств, имеющих существенные запасы подземных вод. Кроме этого, достаточное количество подземных вод имеется на территории Бразилии и стран Центральной и Южной Африки. В этих регионах проливные тропические ливни круглогодично восполняют запасы подземных вод. Однако, есть места на нашей планете, где запасы подземных вод относятся к невозобновимым ресурсам. К примеру, на территории Северной Африки и Аравийского полуострова подземные резервуары заполнялись водой еще 10 000 лет назад. Именно тогда здесь царил более влажный климат.
Сегодня ведется активное использование подземных вод по всему миру. Для ряда государств подземные воды и вовсе являются единственным источником потребления воды. К примеру, Евросоюз примерно 70% всей воды, используемой на нужды людей, потребляет из подземных водоносных слоёв. Также в засушливых государствах люди пользуются подземными источниками, например, в Марокко – 75%, в Тунисе – 95%. А вот Саудовская Аравия и Мальта используют исключительно воду из подземных источников, на 100%

Классификация подземных вод

В различных регионах планеты подземные воды характеризуются различным химическим составом, который находится в зависимости от растворяющихся в них прилегающих пород. Подземная вода – это природный раствор, в составе которого присутствуют более 60 химических элементов, а также разные микроорганизмы. Характеристика подземных вод определяется объемом растворенных в ней веществ, кроме газов. Таким образом, вычисляется минерализация воды, выраженная в г/л или мг/л.
По химическому составу выделяют следующие классы подземных вод:

• пресные. В такой воде содержится менее 1 г солей на 1 л объема
• слабоминерализованные. Такая вода содержит не более 35 г солей на 1 л объема
• минерализованные воды имеют в своем составе 50 г солей на 1 л объема.

Стоит отметить, что верхние горизонты подземных вод чаще всего содержат пресную воду или слабоминерализованную, тогда как в нижних горизонтах присутствует сильноминерализованная вода.
Вследствие имеющихся физико-химических качеств, наблюдается положительное влияние подземных вод на организм человека. Воду, применяемую в лечении некоторых заболеваний, называют минеральной. По химическому составу минеральные воды бывают очень разными:

• углекислая вода. Добывается в Кисловодске и других курортах Кавказских Минеральных вод, а также в Боржоми, Карловых-Варах
• азотная присутствует в Цхалтубо
• сероводородная в Мацесте
• железистая
• радоновая.

Образование подземных вод

Подземные воды формируются разными способами, соответственно выделяют такие типы подземных вод:

• инфильтрационные. Они формируются из наземных атмосферных вод. Их восполнение происходит за счет процесса инфильтрация, или просачивание вглубь земли дождевых и талых осадков из атмосферы
• конденсационные. Такие воды формируются вследствие процесса конденсации водяных паров воздуха, который наблюдается в порах и трещинах горных пород. Данное явление легко объясняется разной величиной упругости водяных паров, присутствующих в разных зонах аэрации. При этом с ними тесно связанны водяные пары атмосферного воздуха. Такой тип формирования подземных вод крайне важен в пустынных районах с низким объемом атмосферных осадков
• седиментогенные - это подземные воды высокой минерализации, то есть соленые, накапливающиеся в глубоких слоях осадочных горных пород. Ученые считают, что такое воды образовались в результате захоронения вод морского генезиса, которые существенно изменились под влиянием давления и температуры
• магматогенные подземные воды формируются прямо из магмы. Накопление этих вод наблюдается, с одной стороны, в процессе извержения вулканов, а с другой путем выделения из магматических тел, находящихся на глубине. Как известно, в их составе может изначально находиться примерно 7-10% воды. Во время кристаллизации магмы и формирования магматических пород жидкость выжимается, и попадает наверх по разломам и тектоническим трещинам. Там она скапливается в земной коре, а иногда выходит на поверхность. Конечно, объем таких вод незначителен
• метаморфогенные воды получаются вследствие процесса метаморфизма минеральных масс, в составе которых была кристаллизационная вода или газово-жидкие компоненты. Высокая температура и давление приводят к протеканию процессов дегидратации. В случае длительной дегидратации формируется капельножидкая вода, которая вступает в общий геологический круговорот подземных вод.

Из всех перечисленных типов воды самым важным, безусловно, является инфильтрационная вода и в некоторой степени седиментогенная.

Изучение подземных вод

Для изучения и поиска подземных вод используют следующие методы:

• геоморфологическую оценку территории
• геотермическое зондирование
• радонометрию
• бурят разведочные скважины
• изучают керн, который извлекают из скважин. Осуществляется этот процесс в специальных лабораториях
• опытная откачка из скважины
• сейсморазведку и электроразведку, а также каротаж скважин.

Существуют различные цели добычи подземных вод. В процессе определения целесообразности и рациональности их добычи обязательно принимаются во внимание такие факторы:

• общий запас подземных вод
• сколько воды поступает в водоносный горизонт каждый год
• фильтрационные качества водовмещающих пород
• глубину залегания
• технические условия использования.