Занимательная гидрогеология
Скачать 1.85 Mb.
|
«Вечное» движение Поразительна способность воды постоянно стремиться к движению. Она движется в стакане, в реке, в море, под землей, в атмосфере. Причин такой подвижности очень много: здесь и разность температур, и воздействие тяжести, и механическое (негравитационное), и ветровое, и физико-химическое (влияние разности содержания солей, ионного состава) воздействие и т. д. Если вода находит малейшее отверстие в сосуде, она немедленно устремляется просочиться через него. Способы передвижения воды также разнообразны. Она может двигаться крупными потоками, мельчайшими каплями и айсбергами, по капиллярам и в виде микроскопических пленок. Все пути и способы хороши для воды, ей лишь бы только двигаться. Она плавно скользит в речном потоке, бурно низвергается водопадом с горной кручи, бьет волной о берег, стремительно несется в облаках, образует потоки ливня, рвется из котла в виде пара или тонкой струйкой выходит из кипящего чайника. Вода - непоседа, она все время стремится менять свое положение. Можно говорить о великом круговороте ее в природе. Бесконечны пространства морей и океанов. С их поверхности происходит непрерывное испарение воды и образование пара. Ученые подсчитали, что над океанами образуется 86% водяного пара, находящегося в атмосфере. Гораздо меньше поступает его с континентов - около 14%. Пар собирается в воздухе, образуя облака, из которых время от времени вода выпадает дождем или снегом обратно на поверхность материков и океанов. На суше дождевые воды образуют струйки, ручейки, реки, а в горах ледники. В конечном счете часть воды снова возвращается в моря и океаны. Другая часть дождевой воды просачивается в породы, слагающие поверхность земной коры, и уже далее движется в ее недрах. На рис. 10 показаны главные пути круговорота воды в природе. Это, конечно, только схема. Она не может показать того, в действительности, сложного пути, который проходит вода в своем стремлении к вечному круговороту. К примеру, немалая роль принадлежит растениям, животному миру и в особенности человеку. Они захватывают и консервируют определенную часть воды, выводя ее временно из круговорота. Для человечества очень важно знать, сколько воды перемещается в течение года разными путями. Сколько воды используется, выпадает осадками, перемещается реками, просачивается в землю? Все это стремятся установить ученые. Они, как бухгалтеры, скрупулезно подсчитывают приход и расход воды для выяснения общего баланса водных масс.  Рис. 10. Вода вечно находится в движении Вы спросите: для чего все это нужно? Опираясь на эти данные, специалисты разных областей науки решают вопросы изменения запасов воды в различных природных зонах, климата, водоснабжения и многие другие. Интересные расчеты были выполнены М.И. Львовичем. Он установил, что на поверхности земного шара (площадь 510083 тыс. км2) в год выпадает 520000 км3 осадков. Это немного меньше, чем воды в Каспийском море. Испарение же со всей поверхности Земли составляет примерно то же количество. Если взять всю выпадающую за год на Землю воду и равномерно распределить ее по поверхности, то образуется сплошной слой глубиной чуть более одного метра. Конечно, более всего воды циркулирует над океаном. На рис. 11 показана диаграмма, сопоставляющая осадки и испарение воды над океаном и сушей. Ученые на основе изучения общего баланса воды на Земле сделали поразительные выводы: масса воды в океане полностью обменивается в течение 2600 лет. А вот в атмосфере вода меняется каждые 9 суток. Несколько медленнее идет обмен в реках - за 12 суток. Совсем другая картина в мире подземных вод. Только в самом верхнем слое земной коры, где содержится примерно 4,6% всего количества подземной воды, они обмениваются за время от 100 до 5000 лет. Основная же ее масса, заключенная на больших глубинах, обменивается за миллионы и даже десятки и сотни миллионов лет. Она как бы зажата в тисках горных пород и преодолевает их с большими усилиями. Пройдет тьма времени, прежде чем произойдет обмен этих глубинных вод.  Рис. 11. Испарение воды и выпадение осадков над океаном и сушей Твердая фаза (в виде льда) также участвует в общем обороте воды. Подсчитано, что в горных ледниках полный обмен происходит за 5000-10000 лет. Значительно медленнее идет обмен арктических и антарктических льдов. Здесь этот процесс осуществляется примерно в течение 200000 лет. Такова вода - вечный путешественник и бродяга. Изменяется ли количество воды на Земле? Как-то на одной из туристских баз собралась компания молодежи. Шел оживленный спор о проблеме охраны природы. Один из спорщиков заявил, что создание искусственных морей уменьшает количество воды на Земле. Большинство отвергло это утверждение, но возник вопрос: постоянно ли количество воды на Земле? А может быть, ее становится больше или меньше? Действительно, меняется ли общая масса воды на Земле? Может быть, уменьшается? Увеличивается? Остается постоянной? Это вопрос не праздный. Человечество должно искать и найти ответ на него. Мы сейчас знаем, что на Марсе когда-то неслись могучие потоки воды, а сейчас поверхность его пустынна. Куда они девались теперь? Остались немыми свидетелями широкие долины со следами когда-то бушующих вод (см. рис. 9). Может быть, Землю тоже когда-нибудь покинут живительные воды? Возвратимся на Землю. Попробуем заняться бухгалтерией и учесть приход и расход воды. Установим, что мы будем говорить о жидкой, парообразной и твердой воде в океанах, морях, на континентах и в земной коре. Итак, приход: 1) вода поступает на Землю из космоса в составе каменных метеоритов, содержащих ее до 1%. Не исключен также привнос воды в ледяных ядрах комет; 2) спутниками установлено присутствие в высоких слоях планеты атомов водорода и кислорода, способных образовывать молекулы воды под действием корпускулярных потоков солнечного ветра; 3) поступление воды из мантии (слоя, подстилающего земную кору), весьма богатой этим важным веществом. Предполагается, что в этом слое земли содержится в 10 раз больше воды, чем в океанах и морях. Вода из мантии проникает по трещинам в так называемые зоны разлома, представляющие собой грандиозные трещины в земной коре; 4) развитие промышленности ведет к тому, что в ходе ряда технологических процессов, например сжигания угля, выплавки железа и др., выделяется вода, связанная в горных породах. Освобождаясь, она переходит в жидкое или газообразное состояние. Теперь давайте взглянем на статьи расхода воды: 1) часть воды используется человеком для производства многих химических веществ, бумаги, синтетических материалов и т. д. Эта вода извлекается промышленностью из естественного круговорота и связывается в органических соединениях и различных искусственных материалах; 2) часть молекул воды может распадаться под воздействием различных космических излучений на кислород и водород; 3) не исключено, что в высоких слоях атмосферы молекулы воды могут покидать зону притяжения Земли, уходя в космическое пространство; 4) временно связывается вода растениями и животными, но в конечном счете она возвращается в общий круговорот; 5) горные породы на поверхности, образуясь из водных растворов (например, гипс CaSO4*2Н2О, сода Nа2СО3 и некоторые другие), забирают воду в кристаллическую решетку; выводя ее из общего круговорота. То же происходит с горными породами: гранитом, диоритом и другими; слагающие их минералы выветриваются, переходя в глинистые минералы, в составе которых содержатся молекулы воды, также выхватываемые из круговорота. Если сравнить приход с расходом, то можно сделать вывод, что в настоящее время преобладает приход воды. Как же дело обстоит в действительности? Ученые полагают, что с момента образования первичного океана количество воды на Земле увеличилось почти десятикратно. С.В. Колесник подсчитал, что за последнюю тысячу лет уровень океана поднялся на 1,3 м и в основном за счет воды, поступившей из мантии. Итак, спор решается в пользу постепенного возрастания со временем количества воды в атмосфере, гидросфере и земной коре. Правда, человечество все больше начинает испытывать недостаток пресной воды, но это уже другой вопрос. Угрожает ли человечеству водяной голод? В газетах Запада мелькают сенсационные заголовки: «Катастрофическое положение с водой», «Погибнет ли человек от жажды?», «Миру грозит водяной голод» и так далее. Многие люди, включая краны горячей и холодной воды, наслаждаясь в ванной, не могут понять этой кутерьмы вокруг воды. Да и общее количество воды, как мы это видели в предыдущем разделе, не только не уменьшается, а увеличивается. Несомненно, положение с пресной водой иногда ради сенсации преувеличивается, но для целого ряда стран проблема снабжения ею становится все более острой, а подчас и катастрофической. Вообще обеспечение разных районов мира водой всегда было неравномерным. Недостаток воды ощущался в Сахаре, пустынях Средней Азии, на Аравийском полуострове и в других местах. Но вот в настоящее время воды стало не хватать даже там, где ранее был ее избыток. Эксперты ООН подсчитали, что 20% жителей городов и 75% сельского населения нашей планеты не обеспечены достаточным количеством и надлежащим качеством питьевой воды. Запасы воды на нашей планете примерно равны 1400 млн. км3. Однако это в основном соленая вода. Пресные воды составляют лишь 2% всей массы. Даже это количество весьма значительно. Но следует учитывать три обстоятельства. 1. Быстрое увеличение населения Земли. Демографы ООН подсчитали, что к 2000 году на нашей планете будут жить 6 млрд. человек. 2. Рост потребления пресной воды человеком. Если в 1900 г. в Петербурге расходовалось на душу населения только 200 л, то в современном Ленинграде расход достигает 600 и даже 800 л в сутки. В настоящее время на нашей планете мировое потребление воды составляет 3600 км3 в год. Получается, что на одного жителя Земли приходится 900 м3 воды в год. Это чересчур много. Потребление воды растет с каждым годом, и в 2000 г. во многих странах (в том числе в США, ФРГ, Англии) возникнет острый дефицит пресной воды. 3. Все возрастающее загрязнение озер, рек, морей, океанов и подземных вод хозяйственно-бытовыми и промышленными стоками. В настоящее время осталось очень мало незагрязненных рек. Классическим примером является река Рейн, в которую на всем ее 684-километровом протяжении из миллионов труб сбрасываются бытовые отходы и ядовитые вещества расположенными на ее берегах городами, фабриками и заводами. Окунуться в эту реку можно только в специальном герметическом костюме и то с большой долей риска. Можно назвать тысячи рек, загрязненных до предела. Широко стала известна текущая в озеро Эри (США) река Кайохоча, которая вследствие загрязнения нефтью и горючими продуктами неожиданно вспыхнула, и несколько дней по ней двигался поток огня.  Рис. 12. «Нефтяная чума» - мучительная смерть птиц и животных от покрытого нефтью моря Ежегодно на Земле образуется около 500 млн. м3 промышленных и хозяйственно-бытовых стоков. Чтобы очистить загрязненные воды, только в США необходимо затратить более 600 млрд. долларов. Эти стоки в конечном счете идут в моря и океаны, загрязняя их до такой степени, что даже купаться на пляжах становится опасным. Помимо этого морская поверхность покрывается пленкой нефти из-за аварий нефтеналивных танкеров иди просто загрязняется проходящими кораблями (рис. 12). Есть ли выход из все ухудшающегося положения с пресной водой? Если события будут развиваться в том же направлении, то «водяной голод» может стать реальностью. Однако дело не настолько плохо. Прежде всего необходимо развивать методы очистки сточных вод и строить очистные сооружения. Примером могут служить мероприятия, проводимые в СССР. ЦК КПСС и Совет Министров приняли ряд важных постановлений о предотвращении загрязнения рек, озер и морей. На этой основе развернулись серьезные работы по организации очистки производственных и бытовых стоков. К 1980 г. намечено полностью прекратить сброс неочищенных сточных вод в бассейны рек Волги и Урала. Другим выходом является расширение использования подземных вод для получения питьевой воды. Правда, и здесь необходима организация их охраны от загрязнения стоками и истощения. Третьим источником воды могут служить искусственные подземные воды, о которых будет рассказано ниже. Наконец, пресную воду можно получать путем опреснения морской воды с использованием ядерной энергии (установка на быстрых нейтронах). В Советском Союзе подобная установка работает на Мангышлаке. В сутки она дает 120 тыс. м3 опресненной каспийской воды. Главные запасы пресных вод хранятся в ледниках материковых и горных. Так, один айсберг высотой 300-400 м, длиной 40 км и шириной в 1 км может в течение года обеспечить пресной водой город с населением в миллион человек. Итак, делаем вывод - необходимо действовать! Человеку , по силам решить проблему водоснабжения Земли, но необходимы серьезные коллективные усилия государственных деятелей, ученых и всего населения. ОТКУДА ЕЕ СТОЛЬКО ПОД ЗЕМЛЕЙ? Загадки воды под землей О существовании воды под поверхностью Земли люди знали очень давно. Тысячелетия назад инки и майя устраивали глубокие колодцы и извлекали воду из них. Искусством добывать воду из-под земли владели жители древнего Египта и Вавилона. Но для них оставалось загадкой, откуда она появляется в колодцах. Совершенно загадочным было появление воды в одних местах и отсутствие ее в других. Необъяснимы были факты ее внезапного исчезновения. Древние римляне весьма ценили горячие воды, бьющие из-под земли. Происхождение их было непонятным, поэтому эти термы (источники горячей воды) считали даром богов. Действительно, почему под землей появляется вода? Я догадываюсь, что читатель пожимает плечами и легко отвечает на этот вопрос. Идет дождь и вода просачивается в землю, попадая таким образом в колодцы. А может быть она проникает в землю из ближайшей реки или озера?  Рис. 13. Поры в песке и пути движения через них воды Так думали первые исследователи воды под землей. Однако все оказалось значительно сложнее. Ну, например, откуда появляется вода в колодцах в пустыне? Почему она встречается в степи на высоких отметках местности? Сейчас мы знаем, что часть воды действительно просачивается с поверхности. В этом легко убедиться, предприняв прогулку после хорошего дождя. На тех участках, где почва сложена песком, почти нет лужиц, а там, где она представлена глиной, грязь и глубокие лужи затрудняют нам путь. Причина этого явления связана с особенностями этих пород. Песок, а также гравий, щебень, галька состоят из зерен размером более 0,05-0,25 мм. В крупном песке частицы достигают 2 мм, в гравии 40 мм, а в галечнике и щебне - до 200 мм. Такие крупные зерна образуют между собой крупные поры, через которые капельки воды свободно проникают внутрь (рис. 13). Под действием силы тяжести они стараются проложить себе дорогу как можно дальше в глубь породы. Конечно, чем меньше размеры песчаных зерен и чем плотнее они уложены в породе, тем меньше поры, и вода движется медленнее. Такой процесс поступления воды сверху вниз был назван еще в XIX столетии инфильтрацией. Вообще жидкости в горных породах, двигаясь по порам, не текут, а фильтруются. Поэтому в гидрогеологии говорят о «фильтрации воды». Конечно, этот вид ее движения - медленный процесс, совсем не похожий на поток в реке или бурлящем ручейке. Скорость речных струй 1-2 м в секунду, а фильтрация в песке определяется величинами 0,1-10 м в сутки. Это значит, что в породах ее движение идет медленнее. Скорость фильтрации в тысячи и даже десятки тысяч раз уступает веселому бегу ручейка. Отсюда следует, что вода может поступать в землю после дождя, просачиваясь по порам в песчаных, гравелистых, галечных грунтах. Ученые называют его инфильтрационным путем образования вод под землей. Таким же образом могут просачиваться в землю не только дождевые осадки, но и воды из рек и морей. Орошение, строительство искусственных морей также становятся источниками для инфильтрации поверхностных вод в недра земной коры. Альпинисты и туристы, посещающие горные районы, хорошо знают, что там на склонах часто можно видеть скалы из гранита, базальта, диорита, сланца. Это монолитные очень прочные породы. В них природа с большой силой спаяла кристаллы минералов в одно целое. Их пористость незначительна, и они практически не пропускают воду. Геологи установили, что земная кора находится в непрестанном движении. Породы подвергаются непрерывно изменяющимся давлениям от напирающих на них соседних массивов, а во время землетрясения на них обрушиваются чудовищные удары. Это все приводит к образованию в них многочисленных трещин. Размеры их от десятых долей миллиметра до многих метров, поэтому они могут служить прекрасным путем для прямого проникновения воды в глубь земли. Даже в небольших трещинах, измеряемых миллиметрами, вода с поверхности может поступать в землю как по водопроводным трубам. Здесь скорости ее движения могут достигать 10 и даже 100 м в сутки. В этом случае поверхностные воды (дождевые, талые, речные и т. д.) как бы вливаются в недра земли. Гидрогеологи назвали способ поступления воды по трещинам пород инфлюацией (т. е. вливанием). |
Похожие:
 | Программа учебной дисциплины «Гидрогеология и инженерная геология» Учебная дисциплина гидрогеология и инженерная геология обязательная дисциплина федеральных государственных образовательных стандартов... |  | Рабочая программа по внеурочной деятельности в начальной школе «Занимательная физика» Кружок «Занимательная физика» является одним из важных элементов структуры средней общеобразовательной школы наряду с другими школьными... |
| Программа по формированию навыков безопасного поведения на дорогах... Практикум «Занимательная математика» составлен на основе книги «Занимательная арифметика» Перельмана Я. И.– М.: «Государственное... | | Образовательная программа «Занимательная математика» Программа математического кружка «Занимательная математика» создана для занятий с учащимися 5- 6 классов (дети с высокой учебной... |
| Программа внеурочной деятельности по курсу «Занимательная грамматика» 1-4 классы В этом случае на помощь приходит факультативный курс “Занимательная грамматика”, являющийся закономерным продолжением урока, его... | | Рабочая программа по внеурочной деятельности «Занимательная химия» Это обусловлено сложностью материала, нерационально спроектированными программами и формально написанными учебниками по химии. С... |
| Программа внеурочной деятельности (общеинтеллектуальное направление)... В этом случае на помощь приходит факультативный курс “Занимательная грамматика”, являющийся закономерным продолжением урока, его... | | Ираиды Серафимовны Грачевой посвящается искушение и победа с вятого Иова Г. К. Честертон остроумно заметил: «Значения «Иова» не выразишь полно, если скажешь, что это — самая занимательная из древних книг.... |
| Учебно-методический комплекс дисциплины опд. Ф. 18 Государственного образовательного стандарта по дисциплине «Гидрогеология» для специальности «Геоэкология» | | Объявляет конкурс на замещение вакантной должности федеральной государственной... Требования: высшее образование по направлению "Юриспруденция", "Государственное и муниципальное управление", "Геология", "Гидрогеология",... |
| Школьный музей Второе рождение музея «Гидрогеология и инженерная геология» Тульского государственного коммунально-строительного техникума, член-корреспондент мадютк,... | | Русский язык Рабочая программа учебной дисциплины является частью основной профессиональной образовательной программы в соответствии с фгос спо... |
| Занимательная математика «Технология» в которых принимают участие учащиеся города Волгодонска и близлежащих территорий | | Тема 14. Тело и телесность Этинген Л. Е. Самая занимательная для нас поверхность на Земле // Человек,2006, №3 |
| Программа шоу «Занимательная физика и химия» Презентация продукции и услуг Научно-издательского комплекса "Башкирская энциклопедия" | | План проведения Недели математики и информатики Доклады, рефераты «Занимательные задачи с разнообразными сюжетами», «Занимательная математика» |
