Что изучает гидрогеология
Третий курс, 6-й семестр, БГУ
Лекция 1
НАЗВАНИЕ ПРЕДМЕТА: ГИДРОГЕОЛОГИЯ
ЛЕКТОР: ЗУЙ Владимир Игнатьевич
Ученая степень: Доктор геолого-минералогических наук.
Ученое звание: Старший научный сотрудник.
Должность: Заведующий лабораторией Института геохимии и геофизики
НАН Беларуси.
ОБЪЕМ КУРСА: Лекций – 18, Практические занятия – 10, КСР – 8
УЧЕБНИКИ: Ясовеев М.Г. «Основы гидрогеологии»,Минск, БГУ, 2002, 147 С.
В.А. Всеволожский Основы гидрогеологии. Издательство Московского университета. 2007,440 С.
Дополнительные пособия: А.В. Кудельский, В.И. Пашкевич, М.Г. Ясовеев Подземные воды Беларуси. Минск, 1998.
С. Дэвис, Р. Де УистГидрогеология. Мир, Москва, 1970. 254 С.
В.А. Кирюхин, А.И. Коротков, А.Н. ПавловОбщая гидрогеология. «Недра» Ленинградское отделение. Ленинград.1988. 360 С.
Г.В. Богомолов Основы гидрогеологии. Госгеолтехиздат. Москва, 1955. 190 С.
И.Г. Киссин. Вода под землей.Москва, Наука, 1976
Г.В. Богомолов, О.Н. Шпаков Гидрогеология Белорусского кристаллического массива.Минск, Наука и техника, 1974.
Корж А.М. Методы анализов химического состава природных
вод и солевых вытяжек из почво-нрунтов. Киев, 1970.
Богомолов Г.В., Цыбуля Л.А., Атрощенко П.П. Геотермическая зональность территории БССР. Минск, Наука и техника, 1972.
Дополнительная: А.В. Кудельский. Новеллы о воде.Минск, Наука и техника, 1973.
Подземные воды СССР. Обзор подземных вод по областям. Москва, издавалась в 70-е годы. Многотомное издание.
Ю.Г. Богомолов, В.Ф. Жабин, В.Х. Хачатурьян Изменение гидрогеологических условий под влиянием мелиораии. Москва, Наука, 1980.
Курбанов М.К. Геотермальные и гидроминеральные ресурсы Восточного Кавказа и Предкавказья. Москва, Наука, 2001.
Ильин В.А. Энергетика современных гидротермальных систем. Москва, Наука, 1983.
G. Buntebarth. Geothermics. An introduction. Springer-Verlag. Berlin – Heidelberg – New York – Tokyo, 1984.
Итак,
М.Г. Ясовеев «Основы гидрогеологии», БГУ, 2002
Основной учебник:
М.Г. Ясовеев «Основы гидрогеологии», БГУ, 2002.
Дополнительная литература:
С. Дэвис, Р. Де Уист Гидрогеология. Мир, Москва, 1970.254 С.
А.В. Кудельский, В.И. Пашкевия, М.Г. Ясовеев Подземные воды Беларуси. Минск, 1998;
В.А. Кирюхин, А.И. Коротков, А.Н. Павлов Общая гидрогеология. «Недра» Ленинградское отделение. Ленинград.1988. 360 С.
Г.В. Богомолов Основы гидрогеологии. Госгеолтехиздат. Москва, 1955. 190 С.
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.