Курс лекций по инженерной геологии (стр. 27 )

Верховые болота образуются на плоских водораздельных участках с затрудненным поверхностным стоком. В этих условиях растительность представлена преимущественно сфагновыми мхами, для развития которых требуется весьма незначительное количество минеральных веществ и которые удовлетворяются ничтожным содержанием этих веществ из выпадающих атмосферных осадков. Поэтому торф верховых болот низкозолен и широко используется как энергетическое сырье. Основная часть торфяных болот сосредоточена в зоне лесов бореального и умеренного холодного климата Северного полушария.

Весьма своеобразны лесные болота приморских низменностей тропических и субтропических стран, распространенные на побережьях Флориды, Центральной Америки, островов Карибского бассейна, Юго-Восточной Азии. Поверхность этих низменностей постоянно или во время приливов залита водой, по причине чего у деревьев выработались особые корни для газообмена, находящиеся над водой. Тропические приморские лесные болота называются м а н г р а м и. Крупные аккумуляции торфа для мангров нетипичны, хотя есть сведения о мощных (до 10—12 .м) скоплениях древесного торфа в отдельных местах на островах Индонезии.

Лекция 13. Геологическая деятельность подземных вод

Горные породы не монолитны. Имеющиеся в них поры, полости, трещины могут быть вместилищем вод, именуемых в отличие от поверхностных подземными.

Поры между зернами в рыхлых породах (галечниках, песках) и трещины в кристаллических и сцементированных породах (гранитах, конгломератах) сообщаются между собой, поэтому подземная вода при наличии уклона или напора может перемещаться внутри горной породы. Скорость перемещения при прочих равных условиях будет тем больше, чем крупнее пустоты в породах. В капиллярных пустотах перемещение подземных вод крайне медленное При насыщении их водой на границе породы с водой возникают пленки поверхностного натяжения, не позволяющие, с одной стороны, частичкам воды выливаться из пор, а с другой—препятствующие проникновению новых порций воды через эту породу. О породах, способных удержать воду при наличии свободного стока, говорят, что они обладают большой водоемкостью пли влагоемкостью. Влагоемкость — свойство горных порот насыщаться водой и удерживать ее в себе. Чем больше воды может удержать порода, тем больше ее влагоемкость. Горные породы по влагоемкости делятся на влагоемкие (глина, разложившийся торф), слабовлагоемкие (мергель, лесс, супеси), невлагоемкие (трещиноватый гранит, галечник).

В галечниках (в крупных порах между гальками) может поместиться сравнительно большое количество воды, однако при предоставлении ей свободного стока вода вытекает, за исключением небольшого количества, смочившего гальку, т. е. галечники обладают большой водотдачей. Сухая глина, имеющая пористость то 60% жадно поглощает воду и, насытив ею поры капиллярных размеров становится водонепроницаемой. Глины обладают малой водоотдачей; влагоемкость их достигает 40 и даже 60%, т. е. 1 м3 глины может впитать в себя и удержать 0.4—0,6 м3 воды. Средняя пористость песков колеблется в пределах 30—35% (галечников –10-20%) но поры в них по сравнению с глинами более крупные, поэтому пески менее влагоемки, чем глины. Вследствие большой водоотдачи галечники и пески (то же трещиноватые кристаллические и сцементированные горные породы) способны пропускать через себя в единицу времени несравненно  больше воды, чем, например, суглинки.

Способность горных пород пропускать воду называют водопроницаемостью. По этому признаку горные породы разделяются на водопроницаемые (например, галечники, пески, гравий и сильно трещиноватые сцементированные и кристаллические породы), полупроницаемые (супеси, лёсс, трещиноватые мергели и др.), водонепроницаемые, или водоупорные (глины, тяжелые суглинки, разложившийся торф и все нетрещиноватые сцементированные и кристаллические породы).

Происхождение подземных вод. Вопрос о происхождении подземных вод для определенных территорий должен решаться самостоятельно. В ряде частных случаев удается установить, каким способом образовалась вода, но распространить это на все области земной поверхности было бы неправильно. Подземные воды образуются в основной своей массе за счет атмосферной влаги. Попав на поверхность Земли в виде атмосферных осадков, вода частично испаряется, частично стекает по поверхности Земли в реки и моря, частично проникает в Землю, просачиваясь через поры (инфильтрация) и вливаясь через трещины в породах (инфлюация). Величина просачивания дождевых и снеговых вод зависит от водопроницаемости пород, состава растительности, от рассеченности поверхности, экспозиции склона, распределения осадков по сезонам года в данной местности. Так, в горных долинах Средней Азии до 45% весенних и осенних осадков инфильтруется, зимние осадки идут в основном на формирование поверхностного стока, а летние — на испарение. Здесь на различных склонах одних и тех же хребтов просачивание резко разнится. На северном склоне оно меньше, чем на южном, где горные породы более трещиноваты и не прикрыты мощным слоем почв. Изменение соотношений между поверхностным стоком, испарением и просачиванием во времени и пространстве устанавливается в каждом конкретном месте систематическим наблюдением не менее чем в течение года. Необходимость этого вызывается сложностью и разнообразием факторов, влияющих на величину испарения, стока и просачивания.

Образование подземных вод за счет атмосферной влаги имеет место во всех климатических зонах. В пустынях, где в течение весны, лета и осени, как правило, не бывает дождей, пополнение запасов подземных вод здесь происходит за счет сгущения (конденсации) парообразной влаги, имеющейся в атмосфере и в воздухе почвы. Известно, чем выше температура воздуха, тем. большее количество влаги в парообразном виде он может содержать. При полном насыщении воздуха влагой при 0°С в 1 м3 его может содержаться до 4,5 г парообразной воды, при 15° С — до 12,7 г, а при 35° С — до 40,3 г. Обычно в воздухе наблюдается некоторый недостаток насыщения; воздух в пустынях при температуре 35° С содержит не более 20,3 г, т. е. недостаток насыщения воздуха достигает 20 г, иначе, его относительная влажность равна 50%. Ночью же при температуре 15° С он становится пересыщенным влагой. Избыток влаги (7,6 г) выпадает на поверхность почвы в виде росы, смачивает ее и частично проникает на некоторую глубину.

Процессы конденсации парообразной влаги имеют место как на поверхности Земли, так и непосредственно в пустотах горных пород. “Подземная роса” образуется за счет конденсации пара, содержащегося в воздухе, заполняющем пустоты в почве. При 100%-ной влажности воздуха в пустотах вокруг частиц породы образуется пленка воды. Пленочная вода передвигается от частиц с большим слоем пленки к частицам с меньшей толщиной пленки. Пополнение почвенного воздуха влагой может происходить за счет паров воздуха атмосферы, если упругость его будет выше упругости паров почвенного воздуха. Пар, попадая из атмосферы в воздух почвы, где температура ниже, сгущается и пополняет подземные воды. Однако конденсационных подземных вод несравненно меньше, чем инфильтрационных.

Образовавшиеся путем инфильтрации и конденсации атмосферной влаги подземные воды, перемещаясь в земной коре, могут пополнять запасы рек, морей или непосредственно выходить на дневную поверхность. Здесь они испаряются, дополняя влажность атмосферы, и позднее указанным выше путем снова проникают в горные породы. Таким образом, подземные воды, образовавшиеся за счет атмосферных осадков, находятся в состоянии круговорота, почему и получили название “блуждающих”, пли “вадозных”, вод (вадо с лат. — странствую).

Воды, не бывшие в круговороте, а образовавшиеся, согласно гипотезе. Э. Зюсса (1902 г.), непосредственно из газов магмы, называются магматогенными, пли ювенильными (юными), идущими к поверхности Земли из ее недр. Позднее установили, что ювенильные воды, в понимании Э. Зюсса, т. е. в чистом виде, в поверхностных горизонтах не встречаются, но участие их в пополнении подземных вод несомненно (пары воды, выделяющиеся, например, из базальта, составляют 7—8% объема излившегося базальта). Пары воды, так же как и другие компоненты, выделяющиеся из магмы, проникают по разломам в земной коре в ее верхние горизонты, смешиваются с огромным количеством вадозных вод. Последние в свою очередь при благоприятных условиях попадают на большие глубины, где нагреваются, обогащаются новыми солями и газами, приобретая черты ювенильных вод.

Большое участие в питании подземных вод принимают фильтрующиеся воды из каналов и водохранилищ. Весьма небольшую роль в питании подземных вод играют процессы обезвоживания (дегидратации) в земной коре минералов, содержащих воду (гипс — CaSO4*2Н2О — содержит около 21 % воды, мирабилит — Na2SО4*10Н2О — около 56% вод). Некоторыми учеными, помимо инфильтрационных, конденсационных, дегидратационных, выделяются воды реликтовые (воды древних морей и озер, погребенных в образовавшихся позже осадках), другими их существование в чистом виде, как и ювенильных, отрицается.

Классификации подземных вод. Условия нахождения подземных вод в земной коре, их химический состав, температура и происхождение чрезвычайно разнообразны, поэтому существует множество классификаций подземных вод. Особенно много классификаций по условиям залегания вод. Классификация по условиям образования вод дана выше. Согласно среди подземных вод по условиям залегания различают почвенные, грунтовые и межпластовые.

Почвенные воды главным образом приурочены к почвенному слою. Подстилающие почвенный слой горные породы воздушно-сухие, поэтому почвенные воды с гидродинамической точки зрения являются подвешенными. Вглубь они могут передвигаться только тогда, когда, например, выпадут осадки и нарушат их равновесие. Воды эти летом прогреваются или даже испаряются, зимой промерзают. В засушливых районах почвенные воды нередко соленые. При высыхании их соли кристаллизуются, накапливаются в почве, превращая ее в солонец и солончак. В областях избыточного увлажнения почвенные воды богаты органическими веществами, вследствие чего они имеют желтовато-бурый оттенок и запах гниющих растений и бактерий. Постоянно избыточно увлажненные почвы называют заболоченными. Почвенные воды, имеющие большое значение для растений, являются серьезной помехой при строительстве и эксплуатации мелкозаглубляемых подземных сооружений.