Что изучает гидрогеология

ПРЕДМЕТ И ЗАДАЧИ ГИДРОГЕОЛОГИИ

Вода на Земле является важнейшим полезным ископаемым. Она распространена в земных недрах практически повсеместно. Однако ресурсы пресных вод распределены неравномерно. Как отмечалось, минеральные подземные воды имеют бальнеологическую ценность. Подземные рассолы содержат в растворенном виде многие ценные компоненты, такие как бром, йод, литий и много других химических элементов. По меньшей мере – это половина химических элементов таблицы Менделеева. Гидрогеология как самостоятельная область знаний возникла более 100 лет назад. Термин «гидрогеология» вошел в обиход с 80-х годов XIX века. В наши дни – это разветвленная наука.

Что изучает гидрогеология

Есть легенда, дошедшая нам из глубины веков. Один восточный владыка пожелал узнать всё о народах, населяющих мир. В течение пяти лет мудрецы писали для него всемирную историю. На шестой год перед изумленным владыкой предстал длинный караван верблюдов, каждый из них был нагружен многими рукописями, где рассказывалось о странах мира, населяющих их народах и их традициях. Удивленный владыка понял, что ему и до конца жизни не прочесть и небольшой части этих рукописей. Тогда он приказал мудрецам написать только самое-самое главное. Через день самый мудрый мудрец принес ему маленький ларец из сандалового дерева, в котором лежал маленький кусок пергамента. Там была написана только одна небольшая фраза «Они рождались, жили и умирали».

Этот принцип изложения огромного материала, содержащегося в тысячах монографий и крупных статей, посвященных различным аспектам изучаемого предмета, будем использовать и мы при чтении лекций по курсу «Гидрогеология».

Итак, что же такое вода. Из школы мы знаем что это соединение имеет простую химическую формулу – Н₂О. Итак, два атома водорода и один атом кислорода составляют молекулу воды.

Эта формула, строго говоря соответствует молекуле водяного пара. В жидком же виде вода имеет признаки «кристаллической» структуры. В такой воде молекулы ассоциированы, т.е. сгруппированы в своего рода «рои», однако существуют и одиночные (мономерные) молекулы. В каждом из роев может содержаться до 12 – 150 молекул воды. При этом с увеличением температуры количество молекул в рое уменьшается. Такие рои живут около одной десяти миллиардной доли секунды. При этом одни – разрушаются, а другие – возникают. Физики называют это явление «мерцающими роями». В наши дни даже в газах имеются слабые признаки упорядоченности. Таким образом, можно сделать неожиданный вывод о том, что вода имеет свойства кристаллической структуры. При изменении температуры в кристаллической структуре воды происходят перестроения от «тридимитной» к кварцевой плотность воды изменяется. Ее максимальное значение наблюдается в интервале 0 - +4 ºС).

Молекулы воды имеют также высокую полярность, электрические полюса, однако мы не будем останавливаться на рассмотрении деталей физики молекул воды из-за краткости нашего курса. Вода – удивительный минерал. Ее теплоемкость примерно в 10 раз выше, чем у железа и выше чем у других жидкостей, у воды самая высокая в мире минералов скрытая теплота испарения и скрытая теплота плавления. Чтобы выпарить воду из чайника, потребуется в 5,5 раз тепла больше, чем вскипятить его. Из-за такого свойства медленно испаряться, даже в жару не испаряются полностью реки и озера, при этом в них сохраняется жизнь. При замерзании вода превращается в лед, имеющий рыхлую кристаллическую структуру увеличиваясь в объеме на 9% по отношению к первоначальному объему. При этом лед оказывается легче воды и способен плавать на ней. При охлаждении объем воды уменьшается, а начиная с +4 ºС он наоборот – расширяется. Самая плотная вода соответствует 4 С, опускаясь на дно водоема она сохраняет эту температуру, при этом обеспечивая благоприятные условия для зимовки пресноводным обитателям рек, прудов и озер. Из всех жидкостей, кроме ртути у воды самое большое поверхностное натяжение. Каждый видел, как по поверхности водоема бегают некоторые виды насекомых. Некоторые ящерицы также могут бегать по поверхности воды. Они тяжелее воды, но не проваливаются – пленка воды поддерживает их. Дистиллированная вода является диэдектриком и не проводит электрический ток, наконец – вода является сильным растворителем.

Он рассчитан на 36 часов. Из низ – 18 часов лекции, 10 часов – практические занятия и 8 часов – КСР.

Вода относится к важнейшим природным богатствам планеты. Это основа жизни на Земле. Она является источником водоснабжения всех без исключения городов, поселков, деревень и вообще – место обитания человека. Без воды невозможно существование всех живых организмов и растений. Тело человека более чем на две трети состоит из воды. Всем известны три агрегатные состояния воды. Это пар, жидкость и лед. Есть и четвертое агрегатное состояние, при котором вода не замерзает при минус 10, 20, 30 ºС, а при –70 ºС она превращается стеклоподобное вещество. Такая вода получена при конденсации воды в тонких капиллярах. Сверханомальная капиллярная вода плотнее в 1.4 раза обычной питьевой воды и . Такая вода в обычной воде образует резко очерченные капли. Это необычное свойство двух состояний воды, имеющей одинаковый химический состав, является удивительным состоянием воды. Его объясняют крайне плотной упаковкой атомов кислорода и водорода в циклометрической модели.

Кроме питьевого назначения вода широко используется в лечебных целях, в сельскохозяйственном производстве, промышленности и других сферах жизнедеятельности человека. Вода участвует в широком спектре геологических процессов от водной эрозии до формирования минералов, а также – месторождений полезных ископаемых.

Вода, являясь отличным растворителем, участвует в переносе поверхностных загрязнителей в глубокие горизонты с одной стороны и способствует самоочищению, например рек от попавших в них загрязнителей – с другой вследствие разбавления, либо поверхностного смыва. Она и сама – также подвержена загрязнению.

Что же изучает гидрогеология? Гидрогеология является одной из геологических дисциплин. В переводе с греческого языка – это учение о водах Земли. Этот термин был введен в 180 году Ж. Ламарк в качестве специального названия для геологических явлений разрушения и отложений посредством воды, а с 80-х годов XIX термин «гидрогеология» стали употреблять в качестве учения о подземных водах в отличие от «гидрологии» как учения о поверхностных водах (реки, пруды, озера). Другими словами гидрогеология занимается изучением водной оболочки, расположенной ниже земной поверхности. Однако, гидрогеология тесно связана с гидрологией как единая водная система Земли, а через нее – с атмосферой, биосферой и даже - космосом. Эта подземная оболочка называется «гидросферой», либо «гидрогеосферой». Основными компонентами гидросферы являются подземные воды, свободные и связанные, в жидком, парообразном и твердом состоянии. Эти компоненты тесно связаны с горными породами, представляя часть литосферы.

По определению известного ученого-гидрогеолога Ф.П. Саваренеского к «подземным водам в собственном смысле» он относил «капельно-жидкую воду , заполняющую пустоты и поры в горных породах, способную к перемещению в них и вытеканию или извлечению из них» (Саваренский Ф.П. Гидрогеология, 2-е изд. М.;Л: ОНТИИ, 1935. С.13). Аналогичное значение имеет понятие «грунтовые воды», употребляемое в Европе и Америке.

Гидрогеология тесно связана с практическими задачами, такими как удовлетворение потребности человека в пресных и минеральных водах. Гидрогеология тесно связана с геологией, литологией, геохимией. Вкратце – гидрогеология изучает историю подземной гидросферы, ее ресурсы и состав, закономерности пространственного распределения составляющих ее компонентов, происходящие в ней процессы и взаимодействие с окружающими земными оболочками, а также – хозяйственное значение компонентов подземной гидросферы и влияние на них техногенной деятельности человека.

Гидрогеология использует методы исследований, применяемые в других науках о Земле применительно к особенностям изучения подземной гидросферы. Например их геологии (съемка, картирование или палеогидрогеологический анализ), подземной гидравлики (гидродинамический метод), геохимии (гидрохимический метод). В современной гидрогеологии широко используют и другие методы – физические, химические, физико-химические, математические, экологические.

В гидрогеологии используют количественно-качественный анализ компонентов подземной гидросферы, используются натурные исследования, поисково-разведочные работы, геофизические исследования, лабораторные эксперименты, математическое и физическое моделирование гидрогеологических процессов.