Файл: Федорова Т.К. Закономерности формирования химического состава линз пресных вод пустынь.pdf

Среди естественных причин следует выделить физико-геогра­ фические, геологические, гидрогеологические и физико-химические. К искусственным относятся изменения естественных условий, свя­ занные с деятельностью человека (эксплуатация водных ресурсов, устройство различных гидротехнических сооружений, искусственное наполнение грунтовых вод).

Е С Т Е С Т В Е Н Н Ы Е Ф А К Т О РЫ ;

Физико-географические

Неоднородность строения поверхности Средней Азии и Казахстана Обуславливает резкую контрастность природных условий, где причудливо сочетаются крайняя заісушліиюость и обильное увлаж­ нение; часто снеговые поля и ледники высоких гор находятся на расстоянии менее 100 км от знойных низменных пустынь, и районы

щих весь комплекс физико-географических обстановок и оказыва­ ющих огромное влияние иа формирование грунтовых вод.

Высокогорный рельеф способствует интенсивному 'механиче­ скому выветриванию пород. Наличие рек в пустынях обусловлено их соседством с мощными горными поднятиями, где аккумулируют­ ся огромные количества атмосферной влаги и рыхлых продуктов выветривания пород.

Высокая степень расчлененности рельефа способствует увели­ чению уклонов зеркала грунтовых вод, что улучшает условия дре­ нированное™ и ведет к образованию агрессивных 'пресных грун­ товых вод с низкой минерализацией (Бродский, 1964). Для пу­ стынь хорошо известно существование связи между рельефом и положением зеркала пресных вод линз: к повышенным участкам песчаных массивов приурочены и выпуклые участки зеркала прес­ ных вод в центральных частях линз. При этом характерно наличие именно иа данных участках пресных вод с минимальной минерали­ зацией. Под влиянием мезоформ рельефа песков пустынь, по А,- Н. Огильви и В. Н. Чубарову, возникают горизонтальные гра­ диенты температуры грунтовых вод, обусловливающие различную интенсивность процессов испарения и конденсации («Линзы прес­ ных вод пустыни», 1963). Возможно, этим и объясняется чрезвы­ чайное разнообразие химического состава наиболее пресных вод подпесчаных линз.

В течение длительного периода многие исследователи отмена: ют зависимость .между мезофор'мами рельефа песков и наличием и

ко в последнее время для крупных линз пресных вод такая овязь ставится под сомнение. В. Н. Кунин отмечает зависимость между макрофорімами рельефа и размещением крупных подпесчаных

13

Линз: линзы приурочены к аккумулятивным равнинам аллювиаль­ ного, озерно-морского или пролювиального генезиса («Линзы прес­ ных вод пустыни», 1963). Гшпсометричеоки равнины занимают наи­ более низкое положение в межгориых впадинах или предгорных прогибах. Амплитуда высот менаду равнинами и прилежащими гор­ ными цепями достигает нескольких тысяч метров.

Г и д р о л о г и я оказывает большое влияние на формирование грунтовых вод пустынь потому, что наземная и подземная гидро­ сферы тесно связаны. Основную статью в приходной части грунто­ вых вод Каракумов составляет русловая фильтрация из Амударьи, Теджена и Мургаба (Куинн, 1947). Речные воды принимают учас­ тие и в питании грунтовых вод песчаных пустынь Казахстана (Ахмедсафин, 1948; Легостаев, 1954). В приморских районах на состав II минерализацию грунтовых вод может влиять море.

Таким образом, существенное питание грунтовых вод песчаных пустынь осуществляется за счет речных вод. Вполне возможно, что в более ранние эпохи реки были многоводнее и могли более зна­ чительно пополнять грунтовые воды. Поскольку расположения рек, озер и морей изменяются в результате изменения ряда естествен­ ных причин, необходимо знать эти изменения.

П а л е о г е о г р а ф и я позволяет выявить направление ранее су­ ществовавших речных систем, долин временных водотоков, мест расположения пресноводных озер, а также бассейнов в районах, где теперь расположены пустыни. Вследствие отмеченной выше приуроченности подпесчаных линз к аккумулятивным континен­ тальным и морским равнинам изучение поверхностных водоемов, водотоков и продуктов нх деятельности, оставшихся после мигра­ ции рек, озер и морей, приобретает первоочередное значение для решения проблемы формирования линз пресных вод.

Тесная генетическая связь между песчаными пустынями и про­ текавшими здесь реками установлена давно: современные песча­ ные пустыни — это аккумулятивный твердый сток, который был принесен речными водами из горных областей. Воды рек всегда рассматривались лишь как транспортирующая среда и дальнейшей судьбой их не интересовались. А между тем объемы этих вод, перенесших огромный объем твердого стока, тоже были колоссаль­ ными (как и вод подруслового грунтового потока, связанных с по­ верхностными водами). Часть поверхностных вод испарилась в ат­ мосферу, а другая часть профильтровалась в собственные наносы, значительно увеличив ресурсы подрусловых грунтовых вод. Это обстоятельство может иметь существенное значение при выяснении генезиса пресных вод в песчаных пустынях. В настоящее время Ясханская линза и линза песков Черкезли рассматриваются как ос­ таточные воды пра-Амударьи (Шевченко, 1963).

Линзы пресных вод в приморских районах обычно приурочены к низменным участкам побережий, кроме того, пресные грунтовые воды часто находят на островах среди моря или вскрывают под дном моря (Кондрашева, Круглякова, 1968). Вполне возможно,

'14

что образовались эти линзы под влиянием ранее существовавших поверхностных потоков пресных вод, а нахождение их под дном современных морских акваторий или на их островах связано с пе­ ремещением береговых линий морских бассейнов.

К л и м а т и ч е с к и е у с л о в и я (атмосферные осадки, испаре­ ние) оказывают большое влияние на состав грунтовых вод. Конт­ растность климата горных районов и обширных низменных равнин, по-видимому, является одной из причин наличия в песчаных пусты­ нях грунтовых вод различного состава.

Температура — один из главных показателей, обусловливающих интенсивность питания и испарения грунтовых вод и влияющих, на состав и минерализацию грунтовых вод. Систематические измере­ ния температуры на разных глубинах в породах зоны аэрации ка­ ракумской свиты, проведенные Н. А. Огильви и В. Н. Чубаровым («Линзы пресных вод пустыни», 1963) на Ясханской линзе, показа­ ли, что именно в зоне переменной годовой температуры (мощностью 15 м) и происходят процессы испарения и конденсации атмосфер­ ной влаги.

Степень влияния атмосферных осадков на запасы и режим грун­ товых вод щустынь зависит от того, каким образом поступают воды атмосферных осадков: влага осадков попадает на водопроницае­ мую поверхность песчаных пустынь непосредственно из атмосферы (дожди либо снег) или попадает в массивы песков в преобразован­ ной на поверхностях местных либо региональных водосборов фор­ ме (в виде потоков поверхностных вод). В горных районах норма осадков возрастает с высотой местности, а испарение вследствие уменьшения дефицита влажности уменьшается. Поэтому распреде­ ление нормы годового стока характеризуется повышением модуля стока с увеличением высоты водосбора.

На водосборах горных областей за счет обильных атмосферных осадков и талых вод ледников формируются поверхностные воды, которые по руслам рек и оврагов поступают на территорию пес­ чаных пустынь и вместе с подрусловыми потоками грунтовых вод идут на пополнение регионального горизонта грунтовых вод песча­ ной пустыни. Это вызывает уменьшение минерализации и измене­ ние химического состава грунтовых вод близ русел рек и в пред­

горных зонах.

За счет поверхностных вод, формирующихся из атмосферных осадков на местных водосборах внутри песчаной пустыни или на прилегающей к ней предгорной глинистой наклонной равнине, об­ разуются подтакырные линзы или предгорные (линзы бассейнов сухих логов). Атмосферные осадки, выпадающие непосредственно на поверхность песчаной пустыни в районах распространения бар­ ханных песков, идут на питание соленых грунтовых вод и подпес­

чаных линз пресных вод.

И с п а р е н и е может оказывать значительное влияние на исто­ щение грунтовых вод пустынь и метаморфизацию их химического состава. Многие исследователи отмечают, что повышение мйнера-

1115

лизации грунтовых вод песчаных пустынь происходит вследствие внутригрунтового испарения (Кунин, 1947; Каменский,- 1949; Ахмедсафин, 1949 и др.). В песчаных пустынях этот процесс имеет региональный характер. Величина годового слоя испарения по при­ ближенным расчетам водного баланса Каракумов составляет при­ мерно 1 см/год или менее (Кунин, 1947).

При изучении испарения со свободной поверхности грунтовых вод Ясхаискон линзы величина испарения А. Н. Огильви и В. Н. Чубаровым была определена в 0,5—0,6 мм/ігод («Линзы пресных вод пустыни», 1963). Однако, как отмечают авторы, даже такое ничтож­ ное испарение грунтовых вод в условиях сильно замедленного их движения может привести к существенному повышению минерали­ зации вод. Так, в грунтовом потоке мощностью 50 м при отсутствии питания, коэффициенте фильтрации пород 1 м/сутки и уклоне по­ рядка нескольких десятитысячных минерализация воды должна под влиянием испарения 0,5 мм/год повышаться на 20—30% на каждый километр пути фильтрации. При наличии питания грунто­ вых вод влияние постоянного испарения их будет меньше, однако даже при питании 10—17 мм/год им нельзя пренебрегать при объ­ яснении генезиса засоленных грунтовых вод в пустынях.

Взависимости от соотношения количества атмосферных осад­ ков и испарения было выделено два основных типа формирования

идве зоны грунтовых вод (Каменский, 1949). Зона грунтовых вод выщелачивания является областью более или менее интенсивного химического выноса в процессе выветривания и выщелачивания горных пород нисходящими инфильтрациоииыми токами, а также стока грунтовых вод в реки в условиях избыточного увлажнения. Здесь развиты маломинерализованные воды преимущественно гид­ рокарбонатного типа — пресные и мягкие.

Вобласти перехода к сухой степи или полупустыне интенсив­ ность грунтового стока ослабевает, но одновременно возрастает его химическая насыщенность и общая минерализация грунтовых вод, среди которых встречаются жесткие карбонатные, сульфатные и даже хлоридные. В областях недостаточного увлажнения на за­ сушливых равнинах -преобладает испарение, под влиянием кото­ рого развиваются процессы континентального засоления грунтовых вод.

Ветер может косвенно влиять на состав грунтовых вод путем

переноса солей с поверхностей моря, солончаков и соленых озер и отложения их на поверхности песков. Такова в основном связь между современным климатом и линзами пресных вод.

Однако, как и другие физико-географические условия, климат изменяется во времени, поэтому нужно обратить внимание на кли­ матические условия предшествовавших эпох. Вполне вероятно, что в прошлом горные области были более увлажненными и тогда мог образовываться более мощный сток поверхностных вод, значи­ тельные объемы которых могли достигать удаленных от гор облас­ тей низменных равнин, где в речных наносах, принесенных этими

1%

реками, подземные воды могли образоваться за счет подрусловых

иинфильтрации речных вод.

Вы в е т р и в а н и е пород — процесс, который может иметь боль­

шое значение в образовании пресных вод пустынь. Первоначальные горные породы, приспособляясь к физико-химическим и термодина­ мическим условиям земной поверхности, изменяются. В результа­ те происходит дезинтеграция пород, растворение, разложение, окис­ ление, гидратация, образуются новые минеральные соединения и растворенные вещества, устойчивые в поверхностной обстановке.

В горных областях выветривание идет наиболее интенсивно и сопровождается образованием огромных объемов обломочных по­ род, при транспортировке из гор в низменные районы происходят их дальнейшие изменения. В пределах аккумулятивных песчаных пространств интенсивность выветривания сравнительно невелика, поскольку из горных областей сюда поступают в основном устой­ чивые минеральные соединения и растворенные вещества. Тем не менее состав осадочных пород изменяется и здесь, о чем свиде­ тельствуют различия в химическом составе пород зоны аэрации и водоносного горизонта.

По ч в ы являются верхним горизонтом коры выветривания и тесно связаны с материнской породой, на которой они развиваются. В песчаных пустынях почвы настолько своеобразны, что вначале их и не считали почвами, а затем стали выделять как особые груп­ пы рыхлопесчаных сероземов (Лобова, 1960). Широкое распрост­ ранение в пределах аллювиальных равнин, приморских и озерных террас незасоленных почв (Ковда, 1946), а также низкое содержа­ ние в них гумуса (Никитин, Песков, 1936), видимо, позволяют счи­ тать, что при существующей степени изученности изменением со­ става грунтовых вод в песчаных массивах под влиянием почв мож­ но пренебречь.

Р а с т и т е л ь н о с т ь оказывает большое влияние на запасы и состав грунтовых вод, так как растения частично расходуют грун­ товые воды путем транспирации и испарения. В области заросших песков внутригрунтовое испарение из приповерхностного слоя мень­ ше, чем в области незакрепленных песков, так как часть влаги ус­ ваивается растениями. Более сильное испарение в области неза­ крепленных песков из приповерхностного слоя сопровождается по­ нижением температуры песков на 1 —1,5°С по сравнению с темпе­ ратурой закрепленных песков. Это может привести к появлению горизонтальных градиентов температуры на поверхности грунто­ вых вод и к местной перегонке воды, что в свою очередь может выз­ вать образование небольших линз пресных вод под незаросшими песками («Линзы пресных вод пустыни», 1963).

Геологические факторы

Среди геологических причин основное значение для формирования грунтовых вод низменностей имеют тектонические движения, а именно неотектоника.