Файл: Кочина-Полубаринова П.Я. Подземные воды.pdf

УЧЕНЫЕ СИБИРИ О ДОСТИЖЕНИЯХ НАУКИ

Академик

П. Я. КОЧИНА-ПОЛУБАРИНОВА

П О Д З ЕМ Н Ы Е ВОДЫ

ЗАПАДНО-СИБИРСКОЕ КНИЖНОЕ ИЗДАТЕЛЬСТВО-1964

ВВ Е Д Е Н И Е

Сразвитием промышленности и сельского хозяйства увеличивается потребление пресной воды. Раньше счи­ тали, что ее на суше — неограниченное количество. В на­ стоящее время выясняется^ что вод, которые'- могут быть использованы без технических трудностей, не так уж много. Реки распределены по земному шару не очень рационально: многие из них текут на север, плодородные степные районы лишены обильной влаги. К тому же ре­ ки загрязняются промышленными стоками. И поэтому для водоснабжения все больше используются подземные бассейны.

Задача наилучшего распределения и использования водных ресурсов становится важнейшей народнохозяй­ ственной и научной проблемой. Основной частью ее яв­ ляется орошение.

Орошение — древнейшая отрасль техники, возможно самая древняя, с которой началось развитие техники во­ обще. Вызывают удивление сохранившиеся остатки ка­ налов в Средней Азии, построенные в незапамятные вре­ мена и служившие для полива земель. Орошение пре­ вращало пустыни в цветущие оазисы. Впоследствии эти каналы были разрушены '.завоевателями или подверг­ лись вредному влиянию природных факторов [обмелению рек, изменению их русел, песчаным заносам и т. п.). В древности существовала также система колодцев-кя­ ризов, из которых извлекали воду для орошения,— их остатки обнаружены в Туркмении.

5

В наши дни развивается орошение подземными вода­ ми, как самостоятельное, так и в комбинации с речными, в помощь последним. При любом способе орошения ра­ стение получает влагу из почвы. Для понимания процес­ сов питания растений нужно знание того, как ведут се­ бя подземные воды в различных природных условиях.

Знаменитый исследователь почвы В. В. Докучаев счи­ тал, что нужно глубоко познать взаимодействия в приро­ де и сельском хозяйстве, которые так «...переплетаются друг с другом, до такой степени трудно расчлеипмы в их влиянии на жизнь человека, что... необходимо иметь в виду по возможности всю единую, цельную и нераз­ дельную природу, а не отрывочные ее части; необходи­ мо одинаково чтить и штудировать все главнейшие элементы ее... иначе мы никогда не сумеем управлять ими...»

Сельское хозяйство основано на народном опыте, вы­ работанном многими поколениями. Однако только нау­ ка может подвести серьезную теоретическую базу под практически полученные результаты. В этом смысле ин­ тересный случай рассказывается в книге «Заниматель­ ная агрономия». Сотрудники Сельскохозяйственной ака­ демий имени К. А. Тимирязева решили организовать теп­ личное выращивание огурцов зимой, но огурцы у них не росли, хотя уход за ними был налажен по всем правилам. Тогда ученые пригласили одного из огородников города Клина, славившегося своими огурцами. Огородник по­ ставил в теплицу открытую кадушку с навозной жижей, и огурцы появились. Оказалось, что бродившее в тепле содержимое бочки выделяло определенное количество уг­ лекислого газа, нужное растениям для нормальной жиз­ недеятельности. Сейчас найдены другие способы снаб­ жения овощей углеродом.

Наука не только объясняет явления, она предлагает мощные средства для подъема сельского хозяйства и про-

6

мышленности. Таким, например, средством служит хими­ зация сельского хозяйства.

В области изучения подземных вод есть еще много неисследованного. Однако имеющиеся достижения нау­ ки позволяют объяснять и практически решать многие вопросы народнохозяйственной и научной проблемы ис­ пользования водных ресурсов планеты. Познакомимся с ними.

Как глубоко залегаю т подземные воды

В земном шаре разлийают несколько оболочек. Отме­ тим главные.

Верхняя оболочка — земная кора, состоящая из гид­ росферы и литосферы, имеет толщину твердой части от 8 до 12 км под океаном и до 70 км в пределах суши

(рис. 1).

Рас. 1. Строение земной коры.

70 км — настолько малая величина, что если сравнить яблоко с Землей, то ее кора будет не толще яблочной кожуры. В твердой части земной коры три слоя: осадоч­ ные породы (продукты разрушения гор и остатки орга-

г

низмов), граниты и базальты. Базальтами называют вулканические горные породы, богатые магнием и желе­ зом. Под океанами гранита не обнаружено.

Вторая оболочка — мантия, простирается до глубины около 2900 км. Остальная часть Земли называется ее ядром.

Оболочки отличаются одна от другой по химическому

8

составу и по состояниям их вещества (жидкое или твер­ дое, аморфное или кристаллическое). Последние зависят от температур, доходящих в Земле до 400001,' и от давле­ ний, достигающих огромных значений — порядка 3,5 миллиона атмосфер (рис. 2).

Член-корреспондент Академии наук СССР А. Ф. Капустинский высказал предположение: внутри ядра Земли вещество находится в таком уплотненном состоянии, что в нем отсутствуют молекулярные движения, поэтому яд­ ро должно оставаться холодным, а энергия электронов, вследствие сжатия молекул, должна превращаться в энергию упругости.

От состоянийсоболочек Земли зависят скорости рас­ пространения сейсмических волн, образующихся вовре­ мя землетрясений и ядерных взрывов. По характеру рас­ пространения этих волн, их преломлению и отражению на границах между различными оболочками судят о строении последних.

Широкое признание получила теория О. Ю. Шмидта о происхождении Земли и планет. Согласно этой теории, планеты сформировались путем постепенного объедине­ ния холодных частиц газопылевого.облака, вращавшего­ ся некогда вокруг Солнца. В возникшей таким образом Земле главнейшим источником тепла служит радиоактив­ ный распад. Основными радиоактивными элементами являются уран, торий и калий; концентрация их убыва­ ет с глубиной, основная масса размещается в слое до

90 км.

Полагают, что на глубинах от 100 до 700 км находят­ ся очаги расплавленного вещества — магмы. На нижней границе этой зоны расположены центры глубокофокус­ ных землетрясений. Они заставляли подниматься по тре-

1 В дальнейшем температура всегда Судет выражаться в граду­ сах Цельсия.

9

щинам и изломам легкую базальтическую магму, пары воды и газов. Это бывает и в настоящее время, когда действующие вулканы прорывают наиболее ослабленные места земной коры — дно океанов и края материков.

Гидросфера и атмосфера образовались в результате выплавления и дегазации наиболее летучих фракций мантии на поверхность.

Вода, вероятно, является единственным веществом, которое на Земле находится одновременно во всех трех состояниях: жидком, твердом и газообразном. Жидкая вода может быть лишь до глубины 10—12 км. Глубже она существует в виде пара, водяного газа с растворен­ ными в нем породами, и в особых состояних, обуслов­ ленных колоссальными давлениями и высокими темпера­ турами. В магмосфере вода содержится в парообразном состоянии. Здесь образуются горячие гейзеры, о которых мы будем говорить дальше.

Круговорот воды в природе

Гидросфера включает в себя не только океаны и мо­ ря, но и реки, озера, ледники и подземные воды. Мы при­ соединим сюда еще воды растительных и животных ор­ ганизмов: недаром говорят, что жизнь есть «одушевлен­ ная вода» — она составляет не меньше двух третей по весу всех организмов. Можно указать такие объемы:

Величина 400 млн. куб. километров для объема вод, находящихся внутри земного шара во всевозможных со?

10

стояниях, указана академиком В. И. Вернадским. Из нее выделяют 60 млн. куб. километров подземных вод, пребывающих в свободном состоянии, т. е. передвигаю­ щихся под действием силы тяжести, и около 75 тыс. куб. километров почвенной влаги.

Величину 60 млн. куб. километров можно получить таким рассуждением. Воды, которые могут свободно пе­ редвигаться в подземных пластах, залегают в основном па глубинах одного или двух километров. С этих глубин в настоящее время и извлекают воду (для добычи нефти бурят скважины до 5 километров и больше), здесь она еще может находиться в состоянии жидкости, а не пере­ гретого пара.

Площадь поверхности земного шара равна 150 млн. кв. километров. Объем слоя в два километра глубиной равен 300 млн. куб. километров. Он состоит из частиц грунта, промежутки между которыми заполнены водой. Если допустить, что объем этих пор составляет 20 проц. от всего объема, то на долю воды придется 0,2x300 млн. куб. километров, т. е. 60 млн. куб. километров.

Если же считать слой почвы на всем земном шаре равным одному метру, а пористость ее — 50 проц. всего объема, то объем почвенной влаги будет составлять 75 тыс. куб. километров.

Все воды находятся в постоянном движении под влия­ нием силы тяжести и солнечного тепла, причем скорость этого движения изменяется от несколько сантиметров в сутки в земле до нескольких километров в час для рек. Из-за больших скоростей течения общий объем стока всех рек в моря и океаны выражается большой величи­ ной — около 36 тыс. куб. километров в год.

На поверхность земного шара в виде осадков ежегод­ но выпадает 520 тыс. куб. километров воды. Осадки, ес­ ли бы их распределить равномерно, составили бы слой в 1 метр с небольшим, или приблизительно 1000 мм. Из

U

В океан поступает в виде осадков 412 тыс. куб. кило­ метров, а в виде речного стока — 36 тыс. куб. километ­ ров. Вся эта вода идет на испарение.

Вода материков расходуется более сложным образом (рис. 3). Значительная часть ее идет непосредственно на

Всё испарение 52йлшс км*

питание рек, морей и океанов. При этом некоторая часть речного стока формируется подземными водами. Это про­ исходит в меженные периоды (низкого уровня воды), а в