Подземные воды
Подземные воды, воды, находящиеся в толщах горных пород верхней части земной коры в жидком, твёрдом и парообразном состоянии. В зависимости от характера пустот водовмещающих пород П. в. делятся на поровые - в песках, галечниках и др. обломочных породах, трещинные (жильные) - в скальных породах (гранитах, песчаниках) и карстовые (трещинно-карстовые) - в растворимых породах (известняках, доломитах, гипсах и др.).
П. в., перемещающиеся под влиянием силы тяжести, называются гравитационными, или свободными, в отличие от вод, связанных, удерживаемых молекулярными силами, - гигроскопических, плёночных, капиллярных и кристаллизационных. Слои горных пород, насыщенные гравитационной водой, образуют водоносные горизонты, или пласты, объединяющиеся в водоносные комплексы. П. в. обладают различной степенью водопроницаемости и водоотдачи (способностью вытекать из водоносной породы под влиянием силы тяжести). Первый от поверхности Земли постоянно существующий безнапорный водоносный горизонт называется горизонтом грунтовых вод. Непосредственно над их поверхностью (зеркалом грунтовых вод) распространены капиллярные воды, которые могут быть и подвешенными, т. е. несообщающимися с зеркалом грунтовых вод. Всё пространство от поверхности Земли до зеркала грунтовых вод называется зоной аэрации, в которой происходит просачивание вод с поверхности. В зоне аэрации на отдельных разобщённых прослоях пород, обладающих меньшей фильтрационной способностью, в период питания грунтовых вод образуются временные скопления П. в., называются верховодкой. Водоносные горизонты, залегающие ниже грунтовых вод, отделяются от них пластами водонепроницаемых (водоупорных) или слабопроницаемых пород и называются горизонтами межпластовых вод. Они обычно находятся под гидростатическим давлением (см. Артезианские воды); реже имеют свободную поверхность и безнапорны (см. Безнапорные воды). Область питания межпластовых вод находится в местах выхода водовмещающих пород на дневную поверхность (или в местах их неглубокого залегания); питание происходит также и путём перетекания воды из других водоносных горизонтов.
П. в. - природные растворы, содержащие свыше 60 химических элементов (в наибольших количествах - К, Na, Са, Mg, Fe, Al, Cl, S, С, Si, N, О, Н), а также микроорганизмы (окисляющие и восстанавливающие различные вещества). Как правило, П. в. насыщены газами (CO2, O2, N2, C2H2 и др.). По степени минерализации П. в. подразделяют (по В. И. Вернадскому) на пресные (до 1 г/л), солоноватые (от 1 до 10 г/л), солёные (от 10 до 50 г/л) и подземные рассолы (св. 50 г/л); в более поздних классификациях к подземным рассолам относят воды с минерализацией свыше 36 г/л. По температурным данным (в ?С) различают переохлажденные П. в. (ниже 0), весьма холодные (от 0 до -4), холодные (от -4 до -20), тёплые (от 2 до 37), горячие (от 37 до 50), весьма горячие (от 50 до 100) и перегретые (свыше 100).
По происхождению выделяется несколько типов П. в. Инфильтрационные воды образуются благодаря просачиванию с поверхности Земли дождевых, талых и речных вод. По составу они преимущественно гидрокарбонатно-кальциевые и магниевые. При выщелачивании гипсоносных пород формируются сульфатно-кальциевые, а при растворении соленосных - хлоридно-натриевые воды. Конденсационные П. в. образуются в результате конденсации водяных паров в порах или трещинах пород. Седиментационные воды формируются в процессе геологического осадкообразования и обычно представляют собой измененные захороненные воды морского происхождения - хлоридно-натриевые, хлоридно-кальциево-натриевые и др. К ним же относятся погребённые рассолы солеродных бассейнов, а также ультрапресные воды песчаных линз в моренных отложениях. Воды, образующиеся из магмы при её кристаллизации и при метаморфизме горных пород, называются магматогенными, или ювенильными (по терминологии Э. Зюсса).
Одним из показателей природной обстановки формирования П. в. является состав растворённых и свободно выделяющихся газов. Для верхних водоносных горизонтов с окислительной обстановкой характерно присутствие кислорода, азота для нижних частей разреза, где преобладает восстановительная среда, типичны газы биохимического происхождения (сероводород, метан). В очагах интрузий и термометаморфизма распространены воды, насыщенные углекислым газом (углекислые воды Кавказа, Памира, Забайкалья). У кратеров вулканов встречаются кислые сульфатные воды (т. н. фумарольные термы). Во многих водонапорных системах, которыми являются часто крупные артезианские бассейны, выделяют три зоны, различающиеся степенью интенсивности водообмена с поверхностными водами и составом П. в. Верхние и краевые части бассейнов заняты обычно инфильтрационными пресными водами зоны активного водообмена (по Н. К. Игнатовичу), или активной циркуляции. В центральных глубоких частях бассейнов выделяется зона весьма замедленного водообмена, или застойного режима, где распространены высокоминерализованные воды. В промежуточной зоне относительно замедленного или затруднённого водообмена развиты смешанные воды различного состава.
Закономерности распространения П. в. зависят от многих геологических и физико-географических факторов. В пределах платформ и краевых прогибов развиты артезианские бассейны и склоны (на территории СССР, например, Западно-Сибирский артезианский бассейн, Московский артезианский бассейн, Прибалтийский артезианский бассейн). На платформах встречаются большие по площади участки с высокоподнятым докембрийским кристаллическим фундаментом, характеризующиеся развитием трещинных вод (Украинский кристаллический массив, Анабарский массив и др.), в горно-складчатых областях - П. в. трещинного типа.
Своеобразные гидрогеологические условия, определяющие характер циркуляции и состав П. в., создаются в областях развития многолетнемёрзлых горных пород, где формируются надмерзлотные, межмерзлотные и подмерзлотные воды.
П. в. - часть водных ресурсов Земли; общие запасы П. в. суши составляют свыше 60 млн. км3. П. в. рассматриваются как полезное ископаемое. В отличие от других видов полезных ископаемых, запасы П. в. возобновимы в процессе эксплуатации. Участки водоносных горизонтов или их комплексов, в пределах которых имеются условия для отбора П. в, определённого состава, отвечающего установленным кондициям, в количестве, достаточном для экономически целесообразного их использования, называются месторождениями П. в. По характеру использования П. в. подразделяются в СССР на: хозяйственно-питьевые, технические, промышленные, минеральные воды и термальные воды. К П. в. хозяйственно-питьевого типа относят пресные воды, отвечающие кондициям (с определёнными вкусовыми качествами, не содержащие вредных для здоровья человека веществ и микроорганизмов). Промышленные воды с повышенным содержанием отдельных химических элементов (I, Br, В, Li и Др.) представляют интерес для различных отраслей промышленности. П. в., содержащие специфические компоненты (газы, микрокомпоненты), используются в лечебных целях и в качестве столовых напитков.
В некоторых случаях П. в. вызывают заболачивание и подтопление территорий, оползни, осадку грунтов под инженерными сооружениями, затрудняют проведение горных выработок, ведение горных работ в шахтах и на карьерах. Для уменьшения притока П. в. в район промышленных объектов применяются дренаж, водоотлив, осушение месторождений.
Многие качественные и количественные показатели параметров П. в. (уровня, напора, расходов, химического и газового составов, температуры и др.) подвергаются кратковременным, сезонным, многолетним и вековым изменениям, которые определяют режим подземных вод. Последний отражает процесс формирования П. в. во времени и в пределах определённого пространства под влиянием различных естественных режимообразующих факторов: климатических, гидрологических, геологических, гидрогеологических и факторов, создаваемых в результате деятельности человека. Наибольшие колебания элементов режима наблюдаются в неглубоко залегающих П. в.
В СССР имеется свыше 100 гидрогеологических станций, включающих более чем 25 000 наблюдательных пунктов, которые являются источниками информации о режиме П. в. Изучение режима производится для составления его прогноза при проектировании строительства; разработки мероприятий по предупреждению и ликвидации засоления и заболачивания; составления прогноза водно-солевого режима на орошаемых массивах, для оценки и прогноза водопритоков в горные выработки шахт, карьеров и рудников и др.
В СССР ежегодно выпускаются прогнозы режима П. в. предвесеннего минимального, максимального и осеннего положения уровня вод зоны интенсивного водообмена. Прогнозы выпускаются в виде карт, на которых показываются изменения уровня П. в.
Исследованием П. в. занимается гидрогеология.? Лит.: Вернадский В. И., История минералов земной коры, т. 2 - История природных вод, ч. 1, в. 1-3, Л., 1933-1936; Саваренский Ф. П., Гидрогеология, 2 изд., М. - Л., 1935; Овчинников А. М., Общая гидрогеология, 2 изд., М., 1954; Каменский Г. Н., Толстихина М. М., Толстихин Н. И., Гидрогеология СССР, М., 1959; Ланге O. K., Подземные воды СССР, ч. 1-2, М., 1959-1963; его же, Гидрогеология, М., 1969; Коноплянцев А. А., Ковалевский В. С., Семенов С. М., Естественный режим подземных вод и его закономерности, М., 1963; Гидрогеология СССР, т. 1-, М., 1966-; Швецов П. Ф., Коноплянцев А. А., Швец В. М., Современное содержание, основные направления и организационные формы развития гидрогеологии в СССР, "Изв. АН СССР. Сер. геологическая", 1973, Ї 2; Коноплянцев А. А., Семенов С. М., Прогноз и картирование режима грунтовых вод, М., 1974.
? А. А. Коноплянцев.