Реферат: Представление о формировании ювенильных и седиментогенных подземных вод
Римлянин Марк Витрувий Полий (1в. до н.э.) предполагал образование подземных вод за счет поглощения дождевых и снеговых вод. Не так давно стало известно о труде персидского ученого Каради (ум. в 1016 г.) — «Поиски скрытых под землей вод», где он изложил учение о подземных водах, которое вполне соответствует современным научным представлениям.
Впоследствии высказывались в основном представления о происхождении подземных вод либо за счет сгущения водяных паров на больших глубинах (Агрикола – XVI в.), либо за счет проникновения жидких поверхностных вод (инфильтрации) вглубь (М.В. Ломоносов).
В средние века в Европе все же преобладали античные идеи о морском происхождении подземных вод. Поэтому француз П. Перро, доказавший путем измерений происхождение подземных вод из атмосферных осадков, боясь непонимания, свою книгу «Происхождение источников» опубликовал в 1674 г. под чужим именем. С этого момента начиналось развитие науки о подземных водах. А имя этой науке дал Ж. Ламарк (1744 — 1829) — французский естествоиспытатель, издавший в 1802 г. книгу «Гидрогеология, или исследование влияния воды на поверхность земного шара».
Подземные воды исследовали многие российские гидрогеологи. В 1886 г. в России появилась первая официальная должность гидрогеолога, учрежденная Таврическим губернским земством, которую занял Н. А. Головкинский (1834 — 1897) — специалист по подземным водам Причерноморья.
В 1902 г. австрийским геологом Э. Зюссом была предложена гипотеза ювенильного происхождения подземных вод (ювенильные воды) за счет процессов синтеза водорода и кислорода в магматических расплавах (мантийное происхождение подземных вод).
В 1902–1908 гг. Н.И. Андрусовым, Г. Гефером и А.Ч. Лейном независимо друг от друга предложена гипотеза седиментогенного происхождения подземных вод за счет «захоронения» морских вод при процессах образования донных осадков и их последующего «отжатия» при уплотнении.
Во второй половине XX в. в России вышли фундаментальные труды по гидрогеологии: «Гидрологическая энциклопедия» и 50-томный труд «Гидрогеология СССР», а также подготовлена гидрогеологическая карта мира. Гидрогеология превратилась из учения о подземных водах в науку о подземной гидросфере.
1. 2. Типы подземных вод.
В настоящее время выделяют по происхождению следующие типы подземных вод:
1) инфильтрационные , образующиеся от просачивания в породы атмосферных и поверхностных вод;
2) конденсационные , возникшие при конденсации водяных паров атмосферного и почвенного воздуха;
3) седиментационно-диагенетические морские воды, оставшиеся в морских иловых осадках и проникшие в толщи пород, как во время стадии диагенеза, так и позднее (Н.И. Андрусов, В.И. Вернадский, Г.Н. Каменский);
4) магматические (эндогенные) воды (Э. Зюсс)
Нередко в природе подземные воды образуются смешанным путем, что подтверждается химическим и газовым составом вод, их режимом и данными пьезометрических напоров. Воды смешанного происхождения – самые распространенные.
В настоящее время большинство исследователей полагают, что выделение вод и газов из верхней мантии происходило в процессе разогревания Земли на ранних стадиях ее формирования. Это и дало начало зарождению гидросферы и атмосферы.
История и эволюция этих оболочек весьма сложна и трактуется учеными неоднозначно. Состав первичных атмо- и гидросфер земной коры изменялся в течение геологического времени. Из магмы вследствие интенсивной вулканической деятельности поступали водные пары и газы. Полагают, однако, что эти поступления были незначительны.
Для дальнейшего развития представлений о преобразовании и формировании вод большое значение имел постулат академика В.И. Вернадского, выраженный в системе породы→природная вода→газ→живое вещество (биомасса), показывающей единство подземных вод в атмо-, гидро- и литосферах.
В сложном процессе происхождения вод следует различать:
1)образование молекул воды;
2) накопление связанных и свободных вод;
3) формирование химического состава
Накопление подземных вод можно представить как кратковременный динамический процесс – процесс возникновения вод под действием сил тяжести, капиллярных и молекулярных сил вблизи поверхности земли: так, например, во время паводков речные воды просачиваются в аллювиальные отложения и идут на питание грунтовых вод, вызывая подъем их поверхности. В итоге образуются пресные воды.
При мелиорациях – во время промывок почв – возникает слой пресных вод, плавающих на соленых, при растворении пластов и штоков соли – соленые и рассольные воды. Накопление вод может происходить и другими путями.
Формирование химического состава подземных вод есть длительный физико-химический процесс преобразования подземных вод, происходящий на различных глубинах при неодинаковых температурах и давлении, испарении и конденсации, катионном обмене – адсорбции между водами и породами. Процесс сопровождается рядом этапов: выдавливанием вод при уплотнении илов, позднее и пород, деятельностью бактерий, диффузией, перетеканием и разгрузкой вод через глинистые перекрытия.
Г.Н. Каменским было выделено три основных генетических цикла формирования:
1) инфильтрационный – континентальный, обусловленный инфильтрацией атмосферных осадков и связанный с процессами выветривания;
2) морской, или осадочный (иначе говоря, седиментационно-диагенетический), обусловленный проникновением морских вод в толщи пород в процессе осадкообразования, процессами изменения осадков и видоизменения заключенных в них вод;
3) метаморфический и магматический циклыя заключенных в них вод; 3) метаморфический и магматический цикл, обизменения осадков и видоизменльностью бактерий, диффузией, , обусловленные метаморфизмом горных пород и магматическими процессами, протекающими в коре.
Следует отметить, что выделение общего цикла правомерно лишь для их совместного действия, но могут быть циклы и раздельные, например метаморфический, в условиях воздействия регионального метаморфизма.
2. Формирование ювенильных подземных вод.
Тепло и вода в жидкой фазе могут иметь происхождение только из единственного источника – магматического расплава. Паровые струи перегретой воды вместе с легко летучими компонентами и газами выделяются из расплавленной магмы, устремляясь в холодные верхние горизонты. Даже при температуре 425-375°С пар в состоянии конденсировать в жидкую фазу воды, в которой способно раствориться огромное количество летучих компонентов. Именно таким образом появляется на свет гидротермальный раствор первозданного «ювенильного типа». Под «ювенильными водами» геологи подразумевают воды, прежде никогда не участвовавшие в водообороте. Данного рода гидротермы являются первичными в прямом смысле этого слова, поскольку являются чистым новообразованием. В магматических очагах содержится значительное количество воды, но сколько ее достигает поверхности земли при вулканических извержениях, учесть трудно. Геохимики считают, что содержания ее в магмах колеблются от 0,5 до 8,01%. В настоящее время имеются попытки реставрировать в какой-то мере гипотезу ювенильных вод Э. Зюсса аргументацией на то, что в современной гидросфере имеется избыточное количество хлора по сравнению с щелочами, что нельзя объяснить химической денудацией континентов, следовательно – хлор эндогенного происхождения. Полагают, что хлор и некоторые летучие компоненты брома и йода накапливаются в результате повсеместного и непрерывного диффузионного проникновения летучих компонентов из верхней мантии через толщу коры, в частности из магмы. Так, например, в лавах Камчатки содержание воды составляет от 0,1 до 5,5%, а состав углекислых и термальных вод крайне разнообразен: в ионах обнаружены железо, мышьяк, марганец, медь, алюминий, цинк, большое количество сульфидов, кремнекислоты. Однако роль эндогенных (ювенильных) вод в формировании термальных вод молодой вулканической области Камчатки пока невыяснена. В целом современная гидрогеология не располагает необходимыми данными для того, чтобы оценить количественную роль магматических вод в гидросфере. Смешанные воды. Сторонники инфильтрационного происхождения глубоких вод артезианских бассейнов полагают, что даже на больших глубинах определяющим фактором в зоне весьма замедленного водообмена является гидродинамика. Миграция вод хотя и весьма медленно, но все-таки происходит. Скорость движения многолетняя, определяется она различными гипотетическими цифрами от 1-30 см до нескольких метров в год. Эта скорость, по мнению ряда ученых, достаточна, чтобы, например, в отложениях девона Волго-Уральской области седиментационные воды были полностью промыты и заменены молодыми водами вадозного происхождения. А.Н. Семихатовым в 1947 г. при анализе истории подземных вод было введено понятие гидрогеологических этапов. Однако он ограничил историю лишь континентальным (инфильтрационным) этапом, когда происходит поднятие всей площади суши, занятой седиментационным бассейном, имеет место эрозия, а также вытеснение и замещение древних седиментационных морских вод молодыми инфильтрационными. В настоящее время (А.А. Карцев и др.) под циклом – этапом формирования истории подземных вод какого-либо района понимают его историю, т.е. определенный геологический отрезок времени от тектонического погружения и трансгрессии – до подъема пород, регрессии и начала денудации горных пород. Гидрогеологический этап состоит из двух циклов: 1) опускание, погружение – образование вод седиментации – седиментационно-диагенетический цикл; 2) поднятие – замещение и разрушение древних вод – инфильтрационный (континентальный) цикл. Чередование этих этапов, протекающих в различных бассейнах, качественно различно, многообразно. Этот процесс представляет собой историю происхождения и формирования подземных вод в осадочном чехле земной коры. Для глубоко залегающих вод эти процессы имеют существенное значение.
3. Формирование седиментогенных подземных вод.