4.4 Геологическая деятельность подземных вод

Интенсивная деятельность подземных вод определяется прежде всего их огромной массой. По оценке В. И. Вернадского, масса подземных вод достигает 5-10¹⁷т, что немногим меньше общей массы Мирового океана (1,5- 10^1е т). Практически в пустотах и трещинах земной коры содержится огромный подземный океан, превышающий по массе воды, например, Атлантический океан.

Происхождение и состав подземных вод.

Подземные воды по происхождению подразделяются на следу­ющие типы: инфильтрационные, конденсационные, седимента-ционные (или реликтовые), магматогенные и смешанные.

Инфильтрационные воды. Образуются в результате просачи­вания (инфильтрации) атмосферных осадков или вод рек и озер по порам и трещинам горных пород. Общий объем воды, выпада­ющей на поверхность Земли в течение года, оценивается в 180 тыс. км³. Из них более двух третей (71,1 тыс. км³) испа­ряется т. е. возвращается в атмосферу, а одна треть (37,3 тыс. км⁵) формирует поверхностный сток; часть этого стока, расходуемая на увлажнение почв, проникает в пласты-коллекторы, образуя инфильтрационные воды.

Конденсационные воды. Их происхождение объясняют кон­денсацией атмосферной влаги в порах и трещинах пород в усло­виях" резких суточных колебаний температуры пустынь.

Седиментационные (реликтовые) воды. Образуются за счет захоронения вод древних бассейнов совместно с накопившимися в них осадками. Большая часть осадочных горных пород образо­валась из осадков, которые формировались в водной среде. Воды этих древних морских или озерных водоемов могли сохраниться в осадках и в сформировавшихся из них породах или просочиться в окружающие породы. В том и другом случае такие подземные воды относят к седиментационным, или реликтовым. В зависи­мости от того, остались реликтовые воды на месте или перемести­лись в другие толщи, их подразделяют на две разновидности. К первой относят так называемые сингенетичные подземные воды, которые были захоронены одновременно с заключающим их осадком. Они составляют только одну часть захороненных совместно с осадком вод. Другая их часть при уплотнении осадка отжимается в перекрывающие или подстила­ющие толщи. Эти подземные воды называют эпигенетичными.

Многие пещеры состоят из большого количества гротов и залов, соединяющихся причудливыми галереями и располагающихся на разной высоте — в несколько этажей. Много этажность пещер - обычно связана с изменением уровня грунтовых вод в зависимости от базиса эрозии местной речной сети. Понижение базиса эрозии сопровождается понижением уровня карстовых вод, что приводит к формированию нового этажа пещеры.

Большинство исследованных пещер связано с выщелачиванием известняков. Однако в мощных пластах, сложенных другими рас­творимыми минералами, также развиваются карстовые процессы. Примером этого может служить Кунгурская ледяная пещера, расположенная на западном склоне Урала в пределах бассейна р. Сылва в гипсах и ангидритах пермского возраста. Общая длина всех изученных ходов превышает 4,6 км. Внутри пещеры имеется большое количество озер, в том числе 19 крупных. Самое большое занимает площадь около 200 м². Характерными особенностями Кунгурской пещеры являются много этажность и низкая тем­пература, колеблющаяся от - 2 до -3 С, что обусловливает в ней круглосуточное присутствие льда.

С течением времени на поверхности района, сложенного карстующимися породами, могут возникать различные формы кар­стового ландшафта. По условиям образования выделяются кар­стовые формы, связанные с выщелачиванием (карры) и с провалами и оседанием сводов пещер (воронки, колодцы, долины полья).

Сначала на поверхности известнякового массива возникают глубокие борозды. Происхождение их связано с тем, что атмосфер­ная вода, обогащенная углекислотой, проникает в трещины, растворяет их края, постепенно образуя небольшие углубления и промоины. С появлением направленного стока вод в промоинах и углублениях усиливаются процессы выщелачивания известня­ков, в результате образуется система борозд и желобков, разде­ленных узкими гребнями. Все эти формы и получили название карров.

Карстовые воронки представляют собой асимме­тричные чашеобразные углубления, диаметр и глубина которых изменяются от единиц до десятков метров. Округлые, пологие и не особенно глубокие воронки называются долинами. Нередко на дне карстовых воронок и других форм карстового рельефа встречаются глубокие отверстия, называемые понорами. Они представляют собой своеобразные вертикальные каналы, ведущие к подземным карстовым полостям внутри извест­някового массива. Смыкаясь друг с другом, поноры образуют более крупные формы поверхностного карста — котловины и полья. Последние могут возникать также в результате провала кровли пещер. В рельефе полья выделяются обширными размерами, имеют вид замкнутых впадин с крутыми бортами и относительно плоским дном. Нередко такие депрессии заполняются водой, образуя карстовые озера.

Подземные воды не только растворяют горные породы, но и разрушают их механическим путем, выносят твердые частицы. Процесс выноса подземными водами твердых частиц из различных пород называется механической суффозией. Чаще всего суффозии подсергаются глины, пески, рыхлые песчаники; при этом водоносные слои уменьшаются в объеме и проседают. Таким образом, в результате суффозии возникают пониженные формы рельефа на поверхности земли.

Оползни и обвалы.

Смещения горных пород на крутых склонах бывают весьма раз­личными как по характеру, так и по масштабу. В частности, вы­деляют мелкие смещения, или оплывины, крупные смеще­ния, или оползни, и внезапные обрушения огромных мас­сивов горных пород, или обвалы, которые обычно происходят в горных районах. Наибольшее значение имеют оползни, широко распространенные в природе. Оползень — это естественное пере­мещение массивов горных пород под влиянием силы тяжести, в результате деятельности подземных вод и при наличии в разрезе горизонтов пластичных глин. В ненарушенном состоянии такие глины мало отличаются от обычных. Однако при механическом воздействии, увлажнении они приобретают высокую пла­стичность.

Показанный на рис.5 обрывистый склон сложен плотными и тяжелыми карбонатными породами. В основании склона обнажается водоносный горизонт с источником. Водоупором служат пластичные (плывунные) глины, которые под действием влаги и давления вышележащей толщи становятся «текучими». Из водо­носного слоя с водой выносятся мелкие частицы песка, в связи

Рис. 5. Схема образования оползня.

Положение склона: а - до оползня; б - после оползня. 1 - известняки; 2 - пески; 3 - глины. I ; - первоначальное положение склона; II — ненарушенный склон. III - оползневые. тела; IV - поверхности скольжения; V - надополневый уступ, VI - подошва оползня; VII – источник.

с чем склон медленно оседает. В этих условиях в какой-то момент породы, залегающие над водоносным слоем, под действием силы тяжести могут оторваться и сползти. Поверхность, по которой происходит- отрыв и смещение масс горных пород, получила название поверхности смещения, или скольже­ния. В результате оползания массивы горных пород разбиваются на отдельные глыбы, которые обычно называют оползневыми телами. Как правило, поверхность первоначального склона после оползания наклоняется в сторону, противоположную движению оползня. При этом стволы деревьев, постройки и т. д. наклоняются в ту же сторону.