Подземные воды

Влияние межпластовой воды на экосистему

Межпластовая вода является важным компонентом экосистемы, оказывая значительное влияние на живые организмы и их среду обитания. Взаимодействие межпластовой воды с ландшафтом и биологическими системами может иметь как положительные, так и отрицательные последствия.

Положительное влияние:

• Обеспечение доступа к пресной воде. Межпластовая вода является основным источником пресной воды для многих экосистем и позволяет поддерживать рост и развитие растений, животных и микроорганизмов.
• Поддержание биологического разнообразия. Межпластовая вода создает условия для существования различных видов водных организмов, обеспечивая им необходимые ресурсы для выживания.
• Регулирование климата. Межпластовая вода играет важную роль в гидрологическом цикле и участвует в формировании осадков и регулировании климатических условий.
• Поддержание водных экосистем. Межпластовая вода обеспечивает поддержание водных экосистем, которые служат убежищем для множества видов растений и животных.

Отрицательное влияние:

• Загрязнение водных ресурсов. Межпластовая вода может содержать различные загрязнители, такие как химические соединения и токсичные вещества, которые могут негативно сказываться на экосистеме и здоровье человека.
• Изменение характеристик водных систем. Повышение или снижение уровня межпластовой воды может приводить к изменению гидрологического режима рек, озер и других водоемов, что может негативно отразиться на существующих экосистемах.
• Потеря биологических ресурсов. По мере истощения межпластовых водных ресурсов, живые организмы, зависящие от них, могут столкнуться с недостатком пресной воды и ресурсов для выживания.
• Разрушение экосистемных балансов. Неправильное использование межпластовых вод может привести к нарушению баланса в экосистеме, что может привести к понижению продуктивности растений и животных в регионе.

Понимание влияния межпластовой воды на экосистему играет важную роль в разработке устойчивых стратегий управления водными ресурсами и охраны природы

Необходимо уделять должное внимание сохранению и рациональному использованию межпластовых вод, чтобы обеспечить устойчивое развитие и сохранение экосистемы

Температура подземных вод

Грунтовые воды и неглубоко залегающие межпластовые воды испытывают сезонные колебания температуры. Воды, залегающие на уровне пояса постоянных температур, сохраняют неизменную температуру в течение всего года, равную среднегодовой температуре местности. Там, где средние годовые температуры отрицательные, вода в поясе постоянных температур круглый год находится в виде льда, Так образуется многолетняя мерзлота («вечная мерзлота»). В районах, где среднегодовая температура положительная, подземные воды пояса постоянных температур, наоборот, не замерзают даже зимой. Воды, циркулирующие ниже пояса постоянной температуры, нагреты выше среднегодовой температуры местности и за счёт эндогенного тепла. Температура вод в данном случае определяется величиной геотермического градиента и достигает максимальных значений в областях современного вулканизма (Камчатка, Исландия и др.), в зонах срединно-океанических хребтов достигая температур 300-400С.

Примеры подземных вод

Выходы подземных вод весьма многочисленны и разнообразны. На земную поверхность могут проступать: грунтовые, трещинные, межпластовые, карстовые, межмерзлотные, надмерзлотные и подмерзлотные воды. Наибольшее количество воды создают источники, связанные с карстовыми и трещинными породами. 

В зонах активного вулканизма подземные воды образуют:

1. Береговые термы, отличающиеся высокой минерализацией, расположенные вблизи берегов океанов или морей.
2. Фумаролы — вулканические воды в виде парогазовых струй либо выделений газов из трещин и каналов в жерлах, а также на внутренних стенках и внешних склонах вулканов.
3. Гейзеры — это родники, с определенной периодичностью выбрасывающие пар и воду. Подобное извержение происходит в результате давления, после которого канал гейзера открывается, и вода с паром выходят в виде фонтана с температурой до 185°С.

Родники — это естественный выход подземных вод на земную поверхность.

В строении родников различают:

• жерло — место изливания воды;
• родниковую воронку, иногда образующую небольшой водоем, изливающийся дальше;
• ключ, дающий начало ручьям и рекам.

Родники принято классифицировать по ряду признаков.

Пользование поверхностными источниками

Причинами преимущественного использования именно поверхностных водоёмов являются следующие факторы:

1. минерализация в приемлемых пределах;
2. простота устройства водозабора больших масштабов;
3. самые крупные объёмы воды среди всех доступных человеку источников;
4. относительно стабильное поступление воды.

В то же время такие источники непрерывно подвергаются загрязнению пылью и взвесями из атмосферы и с поверхности почв, канализационными водами населённых пунктов и промышленными стоками предприятий, в результате чего речная и озёрная вода может быть непригодна для непосредственного употребления из-за наличия органических и минеральных примесей, вредных и опасных химических соединений.

Проблема загрязнённости воды решается мероприятиями по подготовке воды к допуску в системы водоснабжения. Такая обработка состоит из трёх этапов:

1. фильтрация в процессе забора;
2. очистка от химического загрязнения;
3. биологическая обработка (дезинфекция).

Водоподготовительные системы, необходимые для централизованного водоснабжения, стоят недёшево в силу сложности процесса обработки воды до нормативных параметров.

Выполнять такую систему для отдельного объекта или на сельскохозяйственных угодьях слишком накладно, поэтому в таких случаях бурят артезианскую скважину (если вода необходима для непосредственного употребления) или сооружают насосные системы без очистки и дезинфекции (если вода нужна для орошения).

Чем грунтовые воды отличаются от межпластовых

Земля накапливает и удерживает в пустотах и расщелинах подземные воды, пополняющие пресные водоемы, их накопления являются жизненно необходимыми для снабжения водой городов и сел.

Основные ресурсы пополнения подземных пресных бассейнов :

• Талые воды.
• Осадки.
• Реки.

Подземные бассейны рассматривают, как грунтовые и межпластовые.Места формирования пластов грунтовых вод:

• Области ледниковых шельфов.
• Междуречные массивы.
• Речные долины.
• Котловины и впадины в горах.
• Песчано-галечные слои рек, протекающих в горах.

Чем отличаются грунтовые источники от межпластовых

Поверхность земли составляют водоустойчивые и водопроницаемые осадочные породы, чередующиеся между собой и залегающие неравномерно, изгибами, горизонтально или вертикально. Вода, просачивающаяся через водопроницаемую породу, например, песок, стекает на слой глины и скапливается там, образуя слой грунтовых вод, не закрытый сверху водонепроницаемой осадочной породой. Медленнотекущие, просачивающиеся сквозь поры грунтовые воды образуют родники и пополняют колодцы.

Межпластовые слои воды накапливаются по-другому, медленно и долго, так как проникают в водонепроницаемые слои в местах, где плотный грунт выходит на поверхность. Чтобы добыть воду, залегающую в непроницаемых слоях, бурят скважины, через которые вода вытекает под напором. Межпластовые источники влаги залегают глубже, чем грунтовые и меньше подвержены загрязнению.

На глубинные слои грунтовых вод влияет поверхность земной коры, если она разделена балками, реками, оврагами, то есть очень неровная, то уровень залегания грунтовых водоносных слоев глубже, и они меньше загрязняются.

Межпластовые водоносные слои более постоянны и менее подвержены изменениям, чем грунтовые, они являются ценным источником питьевой артезианской воды, в особенности там, где они выбиваются на поверхность, образуя природные родники, вода из которых считается целебной.

Уровни грунтовых вод

Скапливающаяся возле водоемов, под поверхностью земли, масса грунтовых вод образует так называемое зеркало или уровень. В дождливых горных районах с большим количеством осадков грунтовые воды близки к поверхности, в засушливых регионах, с малым количеством осадков и сильными испарениями, водоносные слои достаточно глубоко.

Ценным источником воды являются линзы, залегающие в слоях аэрации, выше основного водоносного слоя. Их основной недостаток – они легко загрязняются и требуют очистки.

Линзы скапливаются на песке или гравии, если при раскопке колодца нарушить этот слой, вся линза стечет вниз, и источник станет недоступным. Определение уровня грунтовых вод производят весной, замеряя его в пробных скважинах или колодцах.

Залегание межпластовых источников чистой воды

Глубина залегания водоносного источника напорного или безнапорного может находиться на уровне десяти метров или глубже. Напорные воды образуются в прогибах коры или в пластах залегания горных пород, они наполняют скважины под давлением, иногда бьют фонтаном. Безнапорные слои более чистые и имеющие качественный химический состав найти тяжело, но именно безнапорные воды идеально подходят в качестве воды для хозяйственных целей.

Напорные воды, доступные для подачи в скважины, называют артезианские, они имеют постоянный химический и минеральный состав. Защищенные плотными слоями сверху и снизу артезианские источники, являющиеся полезными ископаемыми, не загрязнены бактериями и микробами, поэтому воду можно употреблять без предварительной очистки. Выявленные в межгрунтовых водах вредные примеси и микроорганизмы говорят о факте загрязнения грунтовыми водами.Прорывая слои грунта артезианская вода, может вытекать на поверхность, образуя источники питьевой воды, без примесей и совершенно чистые в гигиеническом плане.

Межпластовые напорные воды в большом объеме имеют название артезианские бассейны. Вода из них используется для технических и бытовых целей.

Строение артезианского бассейна:

• Область поступления воды.
• Напорная часть.
• Сток.

Различия межпластовых и грунтовых вод

Исходя из характеристик подземных водоносных слоев, получаем ответ на вопрос: в чем отличие межпластовых и грунтовых вод.

Основная разница между межпластовыми водами и грунтовыми:

1. Глубина залегания.
2. Устойчивость минерального состава.
3. Чистота.
4. Пригодность для питья и приготовления пищи.
5. Низкая температура.
6. Скорость перемещения.
7. Неизменный уровень.
8. Минерализация.

Отличие важное для жизнедеятельности человечества: межпластовые воды являются ценным источником минерализованной, питьевой воды, не требующей дополнительной очистки

Что способствует возникновению подземных вод

Подземные воды имеют ряд отличий от поверхностных вод, но, как и поверхностные, являются составной частью непрерывного круговорота воды в природе. Большая часть подземных вод образуется в результате выпадения осадков и поверхностных стоков. Вода проникает в поверхность Земли после дождей, при таянии снегов и льда, через дно водоемов. Затем она проникает ниже поверхности в почву. При этом вода фильтруется, проходя многочисленные слои различных пород.

Через разные грунты просачивание воды происходит с разной скоростью. Чем пропускная способность породы ниже, тем больше над ней скапливается воды. Именно в таких местах происходит формирование водоносного слоя, или иначе — горизонта. Чаще всего подобных слоев образуется несколько.

После насыщения почвенной зоны, вода просачивается еще ниже. Зона насыщения располагается в месте, где все пустоты заполнены водой. Также существует зона аэрации, в которой пространство частично занято воздухом, а частично — водой.

Подземные воды продолжают свой спуск ниже, пока не достигают горной породы, происходит глубокое просачивание. Здесь вода накапливается в трещинах и порах, образуя водоносный горизонт. Процесс осаждения, увеличивающий объемы подземных вод, называется подпиткой. В тропическом климате подобная подпитка происходит во время сезона дождей, а в умеренном — в зимний период. Обычно в водоносные горизонты попадает от 10 до 20 процентов выпадающих осадков.

В природе происходит постоянное движение подземных вод. Однако, по сравнению с поверхностными водами, это очень медленный процесс. Скорость передвижения зависит от объема водоносного горизонта и пропускной способности. Естественный отток грунтовых вод осуществляется через русла рек и источники, когда вблизи земной поверхности давление грунтовых вод выше атмосферного. Вблизи уровня грунтовых вод время круговорота воды составляет обычно меньше года, тогда как в глубоких водоносных горизонтах процесс циркуляции длится тысячи лет.

Выделяют следующие классы подземных вод:

1. Инфильтрационные. Формируются из наземных атмосферных вод, их восполнение происходит за счет процесса инфильтрации, то есть просачивания вглубь земли дождевых и талых атмосферных осадков.
2. Конденсационные. Формируются в результате процесса конденсации водяных паров воздуха, наблюдающегося в трещинах горных пород.
3. Седиментогенные. Подземные соленые воды высокой минерализации, накапливающиеся в глубоких слоях осадочных горных пород.
4. Магматогенные. Формируются прямо из магмы, их накопление наблюдается в процессе извержения вулканов, а также при выделении из магматических тел, находящихся на глубине.
5. Метаморфогенные. Образуются путем метаморфизма минеральных масс, состоящих из кристаллизационной воды либо газо-жидких компонентов.

Человек и гидросфера

Познакомившись с водной оболочкой планеты, можно сказать, что вода – это основной источник жизни. Однако не всегда она играет положительную роль, часто является причиной катастроф. Одним из таких природных явлений считается наводнение.

Наводнения случаются в период половодья или паводка на реках и представляют собой гидрологические опасные явления. Вода распространяется на многие километры и затапливает населенные пункты. При этом уничтожаются посевы, различные сооружения, часто сопровождается человеческими жертвами.

Наводнение 

Наводнение – это явление, которое приносит наибольший ущерб человечеству.

С целью защиты населенных мест от такого стихийного явления как наводнение, строят дамбы. Они препятствуют подъему уровня воды.

Дамба в Санкт-Петербурге 

Для горных районов характерно другое природное явление – снежные лавины. На склонах гор собирается достаточный объем снега, который при определенных условиях начинает свое движение вниз.

Сход лавины 

Скорость постепенно нарастает, и лавина наносит значительный ущерб сооружениям, расположенным у подножия. Лавина – это природное явление, возникающее при малейшем сотрясении. Например, сход лавины может вызвать громкий крик или выстрел. Также в этих районах предусмотрено возведение дамб.

Снегозащитные сооружения

Опасность представляют и районы с карстовыми формами рельефа, так как в пустоты могут провалиться различные сооружения.

Карстовая воронка в Гватемале

Гидросфера и человек взаимосвязаны. Пресную воду нам поставляют различные водоемы суши, которая используется в различных областях хозяйственной деятельности. Реки считаются отличным источником электроэнергии, используются в качестве транспортных путей, мест ловли и разведения рыбы, отдыха и спортивных занятий.

На многих реках построены плотины и созданы водохранилища – крупные естественные водоемы. Глубины водохранилищ различаются — от 5 м до 30 м. Сейчас в мире имеется более 15 тыс.водохранилищ. Познакомиться с распространением водохранилищ можно на карте.

Огромным водохранилищем России считается Куйбышевское, размещенное на реке Волга.

Мост через Куйбышевское водохранилище 

Постройка водохранилищ необходима людям для обеспечения крупного запаса воды, поддержания определенного уровня в реке, недопущения наводнения, создание транспортных путей.

Появление Рыбинского водохранилища способствовало созданию новой биосистемы и изменению климата. Сейчас на его территории находится Дарвинский заповедник.

Рыбинское водохранилище 

Часто создание таких объектов несет и негативные последствия.Происходит затопление плодородных земель, подъем уровня грунтовых вод, что способствует заболачиванию.

Человек оказывает значительное влияние на гидросферу. Самым опасным является загрязнение гидросферы.

Источники загрязнения гидросферы представлены на схеме.

Проблема загрязнения гидросферы до 20 века не стояла так остро, происходило самоочищение водоемов. Однако с научно-техническим прогрессом увеличились нагрузки на водную оболочку. Основными загрязнителями гидросферы являются выбросы сточных вод промышленных и сельскохозяйственных предприятий.Поэтому путями решения проблемы загрязнения гидросферы станет строительство сооружений для очищения сточных вод.

Доступность населению

Грунтовая вода может быть более широко доступной для населения, особенно в сельской местности. Расположенные недалеко от поверхности земли источники грунтовой воды легко доступны и могут обеспечивать питьевую воду для малых населенных пунктов и фермерских хозяйств. Кроме того, использование грунтовой воды может быть более экономически эффективным, так как она не требует дополнительных затрат на очистку и транспортировку. Однако, качество грунтовой воды может также быть под угрозой от загрязнения, особенно вблизи промышленных и сельскохозяйственных районов.

С другой стороны, межпластовая вода, которая находится на глубине и требует специального оборудования и инфраструктуры для доступа, может быть менее доступной для населения. Водозаборы и скважины, необходимые для использования межпластовой воды, могут быть слишком дорогими для малых населенных пунктов или отдаленных районов. Однако, использование межпластовой воды может быть безопаснее с точки зрения загрязнения, так как она часто находится на большей глубине и имеет меньшую вероятность засорения.

Таким образом, доступность населению водных ресурсов зависит от местных условий и инфраструктуры. Грунтовая вода может быть более доступной и экономически эффективной в некоторых случаях, но ее качество может быть угрожено загрязнением. Межпластовая вода может быть безопаснее, но ее использование может быть более ограниченным. Все эти аспекты должны быть учтены при принятии решений о выборе и использовании ресурсов питьевой воды.

Сравнение доступности грунтовой и межпластовой воды
Аспект
Грунтовая вода
Межпластовая вода

Доступность
Широко доступна, особенно в сельской местности
Может быть ограничена из-за необходимости специальных водозаборов и скважин

Экономическая эффективность
Может быть более экономически эффективной, так как не требует дополнительных затрат на очистку и транспортировку
Может требовать дополнительных затрат на оборудование и инфраструктуру

Качество воды
Подвержена угрозе загрязнения, особенно вблизи промышленных и сельскохозяйственных районов
Может быть безопаснее, так как находится на большей глубине и имеет меньшую вероятность загрязнения

Химический состав грунтовых и межпластовых вод

Грунтовая вода и межпластовая вода имеют существенные различия в химическом составе.

Грунтовая вода образуется в результате фильтрации атмосферных осадков через пористую структуру грунта. Она содержит разнообразные минеральные и органические вещества, растворенные газы, микроорганизмы и др. Химический состав грунтовой воды может существенно различаться в зависимости от географического расположения, ландшафта, геологической среды и других факторов. Основными компонентами грунтовой воды являются кислород, азот, углекислый газ, гидрокарбонаты, карбонаты, сульфаты, нитраты, фосфаты, железо, магний, кальций и другие ионы.

Межпластовая вода, в отличие от грунтовой, находится на глубине в образованиях подземных вод, образующихся в результате процессов просачивания и фильтрации воды через отложения пород. Такая вода характеризуется гораздо большей степенью фильтрации и имеет свои особенности в химическом составе. Основные компоненты межпластовой воды включают различные соли, ионы, органические вещества, металлы и др. Химический состав и минерализация межпластовой воды может значительно различаться в зависимости от характеристик геологических слоев, в которых она находится, а также от присутствия природных минеральных источников.

Одним из основных различий в химическом составе грунтовой и межпластовой вод является степень минерализации. Грунтовая вода обычно имеет низкую минерализацию и содержит небольшое количество растворенных солей. Межпластовая вода же может иметь высокую минерализацию и быть более насыщенной солями и минералами. Это обусловлено различиями в геологических формациях, через которые проходит фильтрация и накопление подземных вод.

Изучение химического состава грунтовых и межпластовых вод позволяет проводить оценку их качества, определять возможность использования для питьевых, промышленных и сельскохозяйственных нужд. Также знание различий в химическом составе вод позволяет прогнозировать пересечение грунтовых и межпластовых вод на разных глубинах и планировать строительство объектов подземного использования, таких как скважины, погреба, пещеры и другие.

Значение и охрана подземных вод

Подземные воды имеют большое значение в природе: являются важнейшим источником питания , болот; растворяют различные вещества в породах и переносят их; при их участии формируются карстовые и оползневые формы рельефа; при близком залегании к поверхности могут вызывать процессы заболачивания; снабжают растения влагой и растворенными в них элементами питания и т. д. Они широко используются человеком: являются источниками чистой питьевой воды; применяются для лечения целого ряда заболеваний человека; обеспечивают производственный процесс водными ресурсами; используются для орошения полей; из термальных вод получают большое количество различных химических веществ (йод, гауберову соль, борную кислоту, различные металлы); тепловая энергия подземных вод может служить для обогрева зданий, теплиц, получения электроэнергии и др.

На сегодняшний день во многих регионах состояние подземных вод оценивается как критическое и имеющее опасную тенденцию дальнейшего ухудшения. Несмотря на то что запасы подземных вод велики, возобновляются они крайне медленно, и это необходимо учитывать при их расходовании. Не менее важна и охрана подземных вод от загрязнений.

Подземные воды (причем не только поверхностные, но и глубинные) вслед за другими элементами окружающей среды испытывают загрязняющее влияние хозяйственной деятельности человека: от предприятий гор но-добываю щей промышленности, хранилищ химических отходов и удобрений, свалок, животноводческих комплексов, населенных пунктов и др. Среди загрязняющих подземные воды веществ преобладают: нефтепродукты, фенолы, тяжелые металлы (медь, цинк, свинец, кадмий, никель, ртуть), сульфаты, хлориды, соединения азота. Площади очагов загрязнения подземных вод достигают сотен квадратных километров. Происходит ухудшение качества питьевой воды.

Земля накапливает и удерживает в пустотах и расщелинах подземные воды, пополняющие пресные водоемы, их накопления являются жизненно необходимыми для снабжения водой городов и сел.

Основные ресурсы пополнения подземных пресных бассейнов:

• Талые воды.
• Осадки.
• Реки.

Подземные бассейны рассматривают, как грунтовые и межпластовые.
Места формирования пластов грунтовых вод:

• Области ледниковых шельфов.
• Междуречные массивы.
• Речные долины.
• Котловины и впадины в горах.
• Песчано-галечные слои рек, протекающих в горах.

Как найти водоносный горизонт

Самым достоверным способом поиска воды является изучение слоев земли по порядку в разрезе при бурении. Он же позволяет точно определить глубину залегания водоносного пласта, его мощность и производительность.

Сбор информации

Есть более простые и менее затратные методы, чем разведочное бурение.

Если поблизости уже есть жилые дома с автономным водоснабжением, достаточно поговорить с их владельцами и получить информацию о глубине их скважины, её дебите, качестве воды и сезонных колебаниях её уровня.

У них наверняка есть данные о составе грунтов, водоносных слоях и прочие нужные сведения.

Её можно получить по заявке в Росгеолфонде, местном институте гидрологии, территориальном фонде геологической информации. Или найти на портале Геологическая Библиотека GeoKniga.

Но все эти способы слишком «масштабные». Водоносные слои земли, как и реки, могут иметь подобие русла, жилу, в которую желательно попасть, иначе через какое-то время источник рискует иссякнуть. Поэтому при поиске места для скважины применяют народные приметы и подсказки природы.

Изучение косвенных признаков

У наших предков не было возможности бурить землю на десятки метров или изучать карты с разрезами земной коры. Они полагались на собственную наблюдательность и природные факторы. Эти знания актуальны и сегодня.

Можно понаблюдать и за животными. Например, собаки в жару копают себе ямки в самых влажных и прохладных местах, куры же несутся в самых сухих, удаленных от воды. Вы никогда не встретите муравейник там, где глубина водоносного слоя небольшая, зато над этим местом по вечерам будут роиться мошки.

Самым точным способом нахождения водяной жилы многие до сих пор считают лозоходство – поиск воды с помощью рогатины из ивовой лозы или металлической рамки. Но немалое количество людей относится к нему скептически, считая чуть ли не магическим ритуалом или надувательством.

При желании вы можете найти информацию и видео по этим методам и решить, подходят ли они вам.

Использование приборов

С помощью таких несложных приборов, как барометр и компас, можно решить задачу, как определить водоносный слой по глубине его залегания.

Барометр-анероид поможет, если поблизости есть водоем.

• Сначала измеряют давление у самой воды.
• Затем перемещаются с барометром в точку, где планируется бурить скважину или копать колодец, и снова снимают показания.
• Определяют разницу между показаниями и умножают её на коэффициент 10.
• Полученное значение – это глубина водоносного пласта от поверхности земли.

Например, если стрелка барометра стала показывать на 0,8 мм/рт.столба меньше, чем у водоема, то вода находится на глубине 8 метров, с возможной погрешностью в 1 метр.