Занимательная гидрогеология
Скачать 1.85 Mb.
|
Катастрофа на острове Мартиника Малые Антильские острова служат как бы барьером между Карибским морем и безбрежными водами Атлантики. Среди них остров Мартиника, утопающий в зелени тропических лесов, кофейных плантаций и зарослях тростника, а над этим зеленым морем высится мрачная скалистая вершина вулкана Мон-Пеле. Восьмого мая 1902 г. неожиданно весь остров содрогнулся от страшного взрыва. Над кратером вулкана появилось раскаленное добела облако, состоящее из палящего газа и твердых частичек. Какой-то миг оно стояло на вершине, а затем покатилось вниз, ускоряя с каждым мгновением свое движений. Страшное облако на своем пути несло опустошение и смерть. Его температура вначале достигала 1100°С, а затем упала до 210-300°С. За считанные минуты раскаленное облако достигло расположенного у подножия вулкана цветущего города Сен-Пьер, тогдашней столицы острова. Потребовалось только несколько секунд, чтобы его парки, улицы, дома были сравнены с землей и сожжены. 30 000 жителей было в течение нескольких мгновений вычеркнуто из жизни. А при чем же здесь подземная вода? Дело в том, что газовое облако, образовавшееся в этот тропический день над жерлом вулкана Мон-Пеле, на 80% состояло из паров воды. Вулканологи предполагают, что именно газообразные продукты, среди которых основную массу составляют пары воды, являются причиной взрывов при извержениях вулканов. При всех вулканических процессах всегда регистрируется выделение больших количеств водяного пара. Так, даже в спокойно изливающихся вулканах Гавайских островов многочисленные измерения показали, что выходящие газы содержат до 70% водяного пара. Когда вулканическая деятельность начинает угасать, из кратеров начинают постоянно выделяться газы и пары воды. Места выделения пара и газов на склонах и кратерах вулканов были названы фумаролами (итальянское слово fumore - дымиться). В Северной Америке имеются группы фумаролов, расположенных в Долине десяти тысяч дымов. Установлено, что содержание водяных паров достигает здесь 99%.  Рис. 21. Очень часто из кратеров вулканов поднимается столб паров и газов Нет никакого сомнения, что вулканы связаны с подземными водами. В настоящее время предполагается, что основным источником воды при извержениях являются пары и газы, содержащиеся в огненном расплаве - магме, выбрасываемой вулканами из глубоких недр земли. Ученые полагают, что выделение газов происходит в ходе остывания расплавленных пород (магмы) и резкого уменьшения давления, возникающего во время извержения. Если вспомнить предыдущие разделы этой главы, то можно сделать предположение о том, что вулканы выбрасывают частично и ювенильную воду, которая образуется в ходе выделения газов из огненного глубинного расплава. Конечно, часть воды может попадать в вулканы и из горизонтов подземных вод, и путем проникновения поверхностных вод по трещинам пород. Полагают, что фумаролы Долины тысячи дымов именно таким путем и получают ее (рис. 21). Одно время была высказана идея, что извержения порождаются морскими водами, проникающими по трещинам пород. Эта точка зрения сейчас отвергнута, но формирование подземных вод на участках вулканов, расположенных на берегах, за счет инфильтрации воды из моря или океана вполне возможно. Также не исключено проникновение подземных вод к вулканическим каналам и их участие в процессе извержения. Вот мы и выяснили, что вулканы тесно связаны с подземными водами. Можно предполагать, что из кратеров временами выбрасывается ювенильная - глубинная вода, увеличивающая общий запас воды на поверхности Земли. Вместе с тем ученые установили, что основные массы воды, выделяемой при вулканическом извержении, имеют либо поверхностное происхождение, либо связаны с обычными подземными водами. Если Вам придется любоваться камчатскими или курильскими вулканами, кратеры которых часто «курятся», то вспомните, что это в основном выделяются пары подземной воды (см. рис. 21). НЕВИДИМЫЕ РЕКИ Представим себе, что человек уменьшился до размера микроба, оседлал дождевую каплю и пустился с ней в путешествие. Вот она упала на песок и моментально скользнула в пору. Сила тяжести тянет ее все ниже и ниже. Вдруг остановка. Во всех соседних порах тоже движутся капельки воды. Наша капелька объединяется с соседними, и они образуют тонкую струйку, упорно прокладывающую себе путь в песке. Справа, слева, снизу, сверху - везде видны бесконечные количества таких струй. Временами они соединяются, перемешиваются и опять разъединяются. Вода как бы струится через тончайшее сито. Это уже движется грунтовый поток вниз по уклону. Струи скользят в песке медленно и величественно. Подземная «река» в ряде случаев может спорить по количеству перемещающейся массы воды с поверхностной. Правда, там скорости потока в тысячи раз больше, зато в подземной «реке» ширина и глубина может во много раз превосходить поверхностную.  Рис. 22. Коэффициенты фильтрации (кф) различных пород Законы движения воды под землей изучает очень сложный раздел гидрогеологии - динамика подземных вод. В ее основе лежат математические законы гидравлики. Советские ученые Г.Н. Каменский, С.К. Абрамов, Н.Н. Биндеман, А.И. Силин-Бекчурин, И.В. Гармонов и другие много сделали для ее развития. Они установили, что в водопроницаемых породах вода движется в виде мириадов струек, скользящих по порам и трещинам. В XIX веке французский ученый Дарси установил, что скорость движения зависит от величины уклона потока и особой важной характеристики породы - коэффициента фильтрации (кф), зависящего от количества и величины пор. Это очень важный и нужный для практики показатель. Гидрогеологи, чтобы выявить количество воды, которое будет притекать к колодцу, первым делом определяют коэффициент фильтрации. Он позволяет им рассчитать и скорость движения, и количественные характеристики грунтовых протоков. Этот показатель очень важен для любого грунта. Конечно, наибольший - в водопроводящих, наименьший - в водоупорных (рис. 22) породах. Однако вернемся к нашему путешествию. Струйка, в которой мы находимся, скользит все дальше и дальше. Вдруг свет, солнечные лучи заиграли в потоке воды. Оказывается, наша струйка просочилась в глубокий овраг. Тысячи таких струй, вырываясь из пор породы, образуют в его стенках родники. Если посмотреть вдоль обрывистых стенок оврага, можно увидеть удивительную картину: на определенной высоте сочатся и бегут веселыми струйками по уклону ручейки. Овраг как бы разрезал поток грунтовой воды, и вот подземные воды снова вернулись на поверхность. Нельзя не заметить, что они вытекают из стенок только на определенной высоте, которая указывает на положение уровня грунтовой воды в пласте песка. Таким образом, гидрогеолог, осматривая стенки оврага или балки, может судить об уровне водоносного горизонта внутри массива. Это можно также уточнить, если измерить положение поверхности воды в колодцах. А знание расположения уровня очень важно: оно помогает установить количество воды в пласте и решить вопросы, на какую глубину нужно рыть колодец? Сколько воды можно из него получить? Так закончилось наше путешествие с дождевой каплей. Но нам с Вами повезло. Могло бы получиться так, что наша капля просочилась бы в более глубокие водоносные горизонты, которые не вскрываются оврагами и балками. Вот тогда нам пришлось бы долго путешествовать под землей. Водяная скатерть Такое оригинальное название в гидрогеологии дано поверхности водного потока подземной воды. Эта поверхность совсем не похожа на горизонтальную поверхность пруда или скатерть, постеленную на обеденном столе. В одном месте она приподнята, в другом опущена. Водяная скатерть, как правило, имеет наклон в какую-либо сторону, который соответствует общему уклону поверхности потока. Глубина грунтовой воды зависит от положения водяной скатерти по отношению к поверхности земли. Там, где впадина - обычно он залегает неглубоко, где холмы - глубже. Эти характеристики нужно учитывать прежде всего хотя бы для того, что они помогают определению глубины воды в будущих колодцах. Казалось бы, все просто, но есть одно обстоятельство, которое затрудняет точную оценку этой глубины. Уровень грунтовой воды не останется постоянным. Ведь количество поступающей в землю воды зависит прежде всего от дождей, поэтому он изменяется по временам года. Читателю, несомненно, ясно, что весной поступление большее за счет талых снеговых вод, паводков на реках и дождей. Летом, когда влажность воздуха мала и нет затяжных дождей, приток уменьшается. Осенью опять дожди увеличивают поступление воды в землю. Но не только по временам года колеблется уровень. Даже в течение суток он может значительно изменяться из-за отбора воды из колодцев (рис. 23). Особенно проявляется последнее в летнее время, когда отбор воды из колодцев или скважин для полива огородов, садов и других нужд более значителен. Утром уровень наибольший, к вечеру он может резко падать. Величина этих суточных колебаний часто достигает метров. Особенно велики колебания уровня в засушливых районах. Так, изменение глубины воды в колодцах в районе Тегерана достигает 10 м, а в Сахаре - 10-12 м. Изменения скатерти грунтовой воды происходят не только по временам года и вследствие отбора ее из колодцев, но и от изменения атмосферного давления. Чем оно выше, тем ниже глубина грунтовых вод, и наоборот. Величина колебаний уровня под действием атмосферного давления может достигать 1 м в течение одних-трех суток. Так же влияют на уровень затяжные дожди или засушливые периоды. Все это делает водяную скатерть подвижной. Она постоянно как бы встряхивается природой. Колебания уровня более глубоких горизонтов воды под землей менее выражено. Однако и здесь могут наблюдаться годичные изменения.  Рис. 23. Колебание уровня воды в колодце по времени суток (I) и по сезонам года (II) Подземные воды очень чувствительны к общему ходу изменения климата, поэтому наблюдаются колебания положения водяной скатерти многолетние - десяти- и столетние. Все больше и больше на уровни вод и положение скатерти грунтовых вод влияет деятельность человека. Он вскрывает глубокие карьеры, дорожные выемки, строит метро и сбрасывает в землю массу производственных отбросов. Все это изменяет положение подземных вод. Большое значение имеет вырубка лесов. Ее результатом является падение уровней подземных вод. С другой стороны, высадка лесополос, парков и восстановление лесов ведет к повышению положения скатерти подземных вод. Наблюдения за ее положением или, как говорят специалисты, за режимом подземных вод, является одной из важных задач гидрогеологии. Ученые организуют специальные многочисленные опытные участки на территории СССР для наблюдения за колебаниями уровней, температурой и составом подземных вод. Реки и озера под землей Речь идет о настоящих реках и озерах, в которых даже встречаются рыбы без глаз, что связано с жизнью этих организмов в вечной темноте. Но начнем по порядку. В земной коре довольно распространены известняки, гипсы, ангидриды, каменная соль. Все эти породы обладают одной общей особенностью - они состоят из минералов, способных растворяться в воде. Особенно быстро растворяется каменная соль. В этом легко можно убедиться. Нальем 2/3 стакана воды и наполним оставшуюся треть поваренной солью. Через 10 минут, если перемешивать содержимое, соль растворится. Медленнее растворяется гипс. Для растворения 1 кг этого минерала требуется около 480 кг воды. Еще медленнее растворяется известняк - порода, сложенная минералом, называемым кальцитом. Килограмм этой породы можно растворить в 10000 л воды. Известняки и гипсы часто выходят на поверхность земли или лежат на небольшой глубине. Как и другие породы, они также могут иметь трещины. В одних случаях они тонкие, а в других их ширина может достигать десятков сантиметров и даже метров. Вода легко проникает в трещины и постепенно растворяет их стенки. Так изо дня в день идет эта разрушительная работа воды, Проходят сотни, тысячи лет, и в таких породах образуются обширные многокилометровые пещеры. Примером может служить Мамонтова пещера, находящаяся в США в штате Кентукки. Здесь вода образовала 223 галереи, 225 проходов и 77 больших гротов. Самый большой зал, носящий название Храм, имеет длину 163 м и высоту 40 м. В этой пещере текут три реки. На них имеется серия порожистых участков и водопадов. В них водится рыба и живут особые виды рачков, приспособившиеся к пещерным условиям. В наиболее крупных гротах находятся три довольно значительных озера. В пещере Мацоха, находящейся в Чехословакии, состоящей из десятков галерей, гротов и коридоров, по дну главной галереи течет река Пункве. Примечательно, что по ней имеется даже «пассажирское» движение - туристы совершают традиционную прогулку по этой реке на лодках. Советский Союз также богат подземными пещерами. Особенно пользуется успехом Кунгурская пещера, которую ежегодно посещают тысячи туристов. Ее общая протяженность превышает 5 км. Пещера насчитывает около 60 гротов. Здесь также имеются речки и озера. Наиболее крупное озеро помещается в гроте «Дружба народов». Его площадь достигает 700 м2. Даже в этом озере живет слепой рачок. Всего в Кунгурской пещере насчитывается около 300 озер. Замечательной особенностью этой пещеры является наличие в ней ледяных образований: покровов, сталактитов, сталагмитов и т. д. В районах развития таких пещерных систем, носящих название «карстовых», выделяются текущие вспять реки и исчезающие озера. В верховьях Дуная у г. Иммендинген обширные карстовые каналы в засушливые годы поглощают всю воду реки. На протяжении 13 км Дунай превращается в подземную реку. В конце этого участка из карстовых каналов воды выходят в виде мощного источника на поверхность и устремляются по всей долине. Такие исчезающие реки имеются во многих районах развития известняков и гипсов. Их можно встретить на Кавказе, в Крыму, в Башкирии и в других местах. Этим не ограничиваются чудеса карстовых районов. Например, в Вологодской области имеется Кунст-озеро. Вы видите перед собой обширный водоем площадью до 20 км2. Временами здесь происходят удивительные явления. В летнее время вода довольно быстро уходит, и озеро исчезает. Вместо него образуются прекрасные сенокосные угодья. Через какой-то промежуток времени вода снова с шумом возвращается, и озеро вновь предстает во всей красе. Такие чудесные превращения наблюдаются в целом ряде других озер. Во всех случаях вода исчезает через карстовые каналы, расположенные на дне этих озер. Подземные воды в этих карстовых районах находятся в самой тесной связи с поверхностными. Во многих случаях карстовые каналы соединяют два, три озера. Необычайные явления на озерах объясняются изменением режима одного из озер, закупориванием наносами карстовых каналов и другими причинами. В средневековье эти явления представлялись чудесами, которые творят божественные силы. Они использовались духовенством для усиления своего влияния на местное население. По карстовым каналам, трещинам, пещерам движутся потоки подземных вод. Их движение напоминает поверхностные потоки - многоводие и значительные скорости. Карстовые подземные воды зачастую представляют собой значительное препятствие при горных работах по добыче полезных ископаемых. Вода возвращается на поверхность Читатель уже знает из маленького путешествия, совершенного вместе с каплей воды, что если долина реки или овраг пересекает породу с водоносным пластом, залегающим на водоупорной глине, то на месте их встречи возникает источник, ручейком сбегающий вниз по склону. На таких местах местные жители часто устраивают лотки, устанавливают корыта, бадьи для сбора воды и используют ее для питья и водопоя скота. В одном из живописных мест южного берега Крыма, на склоне Ай-Петри, в зарослях деревьев имеется небольшая расщелина в известняке. Народное поверье утверждает, что если во время дождя прийти к ней и играть на пастушьем рожке, то из нее начнет бить источник кристально чистой воды.  Рис. 24. Вот как работает сифонный источник. Когда уровень воды в пещере вследствие притока ее по каналу «а» станет равным высоте колена «б», вода хлынет из источника Что это за «волшебный родник»? Ведь вода в источниках, выходящих в стенках оврагов и долинах рек, течет постоянно, почему же здесь в Крыму, у склона Ай-Петри, она течет только временами, да еще нужно играть на рожке. Может быть мы имеем дело с чудом? Но нет на свете чудес, загадка здесь несложная. На рис. 24 показана схема такого «сифонного» источника, встречающегося в карстовых районах. Когда идет дождь, углубление в пещере наполняется водой, и она начинает переливаться через порог, отделяющий канал. Как только излишек воды вытек, источник иссякает до следующего поступления воды. Заметим, что очень часто дождь может идти далеко от источника, но вода по системе подземных ходов будет поступать в углубление, и тогда водоток возникает без видимой причины. Такие неожиданно действующие источники производят особенно сильное впечатление на людей. Даже в наше время они остаются для многих загадочным явлением. Эти «сифонные» источники в средние века часто служили объектом поклонения. Им приписывались различные чудеса. Вокруг них нередко создавались легенды и поверья. Вы спросите, а при чем же здесь рожок? Помните, что играть нужно было в плохую погоду. Как видно, расстояние от водосбора небольшое, поэтому спустя лишь малое время с момента начала дождя «сифонный» источник начинал действовать. Поэтому, рожок здесь был ни причем, главное - дождь. Встречаются источники, вытекающие из трещин и расселин скал. Они бывают очень многоводны. В них вода не сочится, а бьет потоком. Это так называемые восходящие источники. О них разговор будет в следующей главе. Завершая эту главу, мы должны отметить, что источники встречаются по всему пространству нашей Родины. Здесь подземные воды как бы превращаются в поверхностные. Потоки из мрачных подземных пространств вырываются на простор дневной поверхности. Вспомните, как приятно в жаркий день в степи отдохнуть у раскидистых ракит, склонившихся над хрустальным родничком, вырывающимся из земли утолить жажду прозрачной водой и побрызгать ею голову, разгоряченную июльской жарой. |
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» |
