Dannelse og typer af grundvand. Hvordan dannes grundvand Hvordan dannes grundvand

Grundvand er vand, der er under jordens overflade. Deres fysiske tilstand kan være hvad som helst, men til økonomiske formål er det flydende vandreserver, der er af interesse. For at udnytte denne ressource optimalt kræves svar på, hvordan grundvandet dannes, og hvilke typer det er.

Grundvandet er ujævnt fordelt. I de dybeste lag, som består af højdensitetsbjergarter dannet af magmatiske og metamorfe processer, er der lidt fugt. Dens hoveddel er placeret i overfladelagene, der består af sten af ​​sedimentær oprindelse.

Vandreserverne i den øvre del er opdelt i yderligere tre lag. Fugten i det øverste lag er oftest frisk og bruges til forskellige behov. Mineraliseret vand findes i mellemlaget. Nedenfor ses saltlage med høj mineralisering og et betydeligt indhold af jod, brom og nogle andre mineraler.

Varianter af grundvand i det øverste lag

Vandet i overfladelaget er opdelt i varianter.

1. Den første type er topvand. Den er placeret tættest på jordoverfladen og er bundet til det øverste vandtætte lag. Verkhovodka er ustabil: i den tørre periode, med mangel på nedbør, kan den forsvinde. Oftest er der tale om vande med svag mineralisering, men ofte med organisk forurening og opløste salte. Som en kilde til vandforsyning er vandophæng ikke den bedste mulighed.
2. Grundvandet er placeret umiddelbart over de øvre uigennemtrængelige horisonter. De har et relativt stabilt forhold mellem indtægter og udgifter. Disse vande ophobes i løs jord og forskellige revner. Niveauændringer påvirkes af nedbør, menneskelige aktiviteter, topografi, klima og andre faktorer.
3. Artesiske farvande har et andet navn - tryk. De er placeret mellem to lag af vandtætte sten. De påvirkes af hydrostatisk tryk på grund af forskellen i niveauet af ernæring og udgang til overfladen. Nær artesiske farvande kan foderområderne fjernes i meget betydelige afstande, og deres areal er ofte enormt.

Metoder til dannelse af grundvand

Oprettelse af grundvandsreserver udføres på flere måder. En af de vigtigste er infiltration af overfladefugt og nedbør fra overfladen og ned i dybet. Denne metode kaldes infiltration. Ud over nedbør er vand fra alle overfladekilder involveret i denne proces. Mængden af ​​gennemtrængende fugt afhænger væsentligt af jordens egenskaber. Hvis vi betragter nedbøren, så går omkring tyve procent af fugten dybt. Alt dette er en del af det globale vandkredsløb.

Indtrængende vand falder dybt ned i laget af uigennemtrængelige sten. Der dvæler den og begynder at imprægnere de omkringliggende sten, som har porer og revner. Resultatet er en akvifer.

Nedsivningsprocessen afhænger af overfladejordens karakteristika, som kan være permeabel, semipermeabel og uigennemtrængelig. Vandgennemtrængelige er sandlag, gruslag, småsten og grove sten. Vandtætte sten er dem, der er skabt af magma eller metamorfe processer, såsom granit og ler. Relativt permeable er lerholdigt sand, sandsten med en løs struktur og nogle andre.

Mængden af ​​gennemtrængende fugt afhænger ikke kun af jordens egenskaber. Denne indikator påvirkes også af relieffet (jo større hældning, jo mere nedbør flyder ned uden at trænge ind i jorden), mængden og karakteristika af vegetation og nogle andre.

I mange områder er det infiltration, der sørger for dannelsen af ​​grundvand. Men glem ikke andre metoder, på trods af deres lille andel. Grundvand dannes ved aflejring af vanddamp i hulrummene i klipperne. En anden måde er dannelsen af ​​unge, dvs. primære farvande. De opstår, når magma adskilles og størkner. Der er dog praktisk talt ingen rene unge vande, pga de blandes straks med andre.

Dannelsen af ​​grundvand sker konstant, så de kan betragtes som en uudtømmelig vandressource. Dog skal man være forsigtig ved brug. Når forurening trænger ind i grundvandsmagasinet, er det meget vanskeligt at rette op på situationen.

Grundvand dannes på grund af atmosfærisk nedbørs indtrængen i jordskorpen, vandet i oceanerne, søer, floder, smeltende sne og is. Mængden af ​​grundvand, der frigives fra magmaen, er meget lille. Også den mængde vand, der dannes under overgangen af ​​bundet vand til frit vand, som finder sted nær magmakamre (ungdomsvand), er også lille.
Med indtrængning af fugt fra overfladen ind i jorden spilles hovedrollen af ​​dens infiltration. Mindre vigtigt er indtrængning af vanddamp, ledsaget af deres kondensering i klippens porer. Men under visse forhold kan denne proces være den vigtigste. Ifølge A.F. Lebedev, de mest gunstige betingelser for fugtkondensering er i laget med konstant årlig temperatur. Dampkondensering er af stor betydning i området med permafrost. På grund af kondenseringen af ​​fugt, der er trængt ind fra atmosfæren, opstår horisonter af vådt sand i ørkenens klitter.
Intensiteten og størrelsen af ​​nedsivningen bestemmes af en kombination af klimatiske forhold (fugt), graden af ​​dissektion af relieffet, jordbundens permeabilitet og arten af ​​forekomsten af ​​sten.
Grundvandets fysiske og geografiske betydning er stor og alsidig. Grundvandet genopbygger floder og søer. De opløser forskellige stoffer i de bjergarter, de kommer i kontakt med, og transporterer dem (vandvandring af grundstoffer). Grundvandsaktiviteten er forbundet med glidning af stenlag langs skråninger (skred), fjernelse af små stenpartikler og nedsynkning af overfladen (suffosion), opløsning af sten (salte, gips, kalksten, dolomit), ledsaget af dannelsen af ​​ejendommelige landformer (karst). Grundvand, der dvæler ved overfladen, forårsager dets vandfyldning.
Grundvandets (især jordvandets) rolle i at forsyne planter med fugt og næringsstoffer er enorm.
Grundvand bruges i byer og landområder. Særligt gunstige i denne henseende er interstratale farvande (især artesiske), beskyttet mod forurening af et vandtæt lag.
Væk fra floder, i ørkener og halvørkener er grundvand den eneste kilde til vandforsyning. De bruges ikke kun til vandforsyning, men også til kunstvanding. I Indien er 15 % af territoriet f.eks. vandet med grundvand. På græsgange i ørkenen, halvørkenen, steppezonerne og i savannezonen giver grundvandet et vandingssted for dyr. Mineralvand bruges til medicinske formål. I virksomhederne i den kemiske industri udvindes mange kemiske elementer fra grundvandet. Varmt grundvand anvendes i stigende grad på termiske kraftværker, til opvarmning af bygninger, i vandforsyning af bade, vaskerier mv.

Grundvand er den første permanente grundvandsmagasin fra jordens overflade. Omkring 80 % af landdistrikterne bruger grundvand til vandforsyning. Varmt vand har længe været brugt til kunstvanding.

Hvis vandet er friskt, tjener de i en dybde på 1-3 m som en kilde til jordfugtighed. I en højde på 1-1,2 m kan de forårsage vandfyldning. Hvis grundvandet er stærkt mineraliseret, kan det i en højde på 2,5-3,0 m forårsage sekundær jordforsaltning. Endelig kan grundvand gøre det vanskeligt at grave byggegruber, afskære bebyggede områder, aggressivt påvirke de underjordiske dele af konstruktioner mv.

Grundvand dannes på mange måder. Nogle af dem er dannet som et resultat af infiltration af atmosfærisk nedbør og overfladevand gennem porer og revner i klipper. Sådant vand kaldes infiltration (ordet "infiltration" betyder nedsivning).

Eksistensen af ​​grundvand kan dog ikke altid forklares med infiltration af atmosfærisk nedbør. For eksempel i områder med ørkener og halvørkener falder der meget lidt nedbør, og de fordamper hurtigt. Samtidig er der selv i ørkenområder grundvand til stede på en vis dybde. Dannelsen af ​​sådanne vand kan kun forklares ved kondensering af vanddamp i jorden. Elasticiteten af ​​vanddamp i den varme årstid i atmosfæren er større end i jord og klipper; derfor strømmer vanddamp kontinuerligt fra atmosfæren ind i jorden og danner grundvand der. I ørkener, halvørkener og tørre stepper er vand af kondensvand i varme tider den eneste kilde til fugt til vegetation.

Grundvand kan dannes på grund af begravelsen af ​​vandet i gamle havbassiner sammen med de sedimenter, der er akkumuleret i dem. Vandet i disse gamle have og søer kunne have overlevet i begravede sedimenter og derefter sive ind i de omgivende klipper eller dukke op til jordens overflade. Sådant underjordisk vand kaldes sedimentært vand.

En del af grundvandets oprindelse kan være forbundet med afkøling af smeltet magma. Frigivelsen af ​​vanddamp fra magma bekræftes af dannelsen af ​​skyer og byger under vulkanudbrud. Grundvand af magmatisk oprindelse kaldes juvenil (fra latin "juvenalis" - jomfru). Ifølge oceanologen H. Wright voksede de store vandflader, der eksisterer på nuværende tidspunkt, "dråbe for dråbe gennem hele vores planets liv på grund af vand, der siver fra jordens indvolde."

Betingelserne for forekomst, udbredelse og dannelse af HS afhænger af klimaet, relief, geologisk struktur, påvirkning af floder, jordbund og vegetationsdække samt økonomiske faktorer.

a) Sammenhæng mellem GW og klima.

Nedbør og fordampning spiller en vigtig rolle i dannelsen af ​​bjergvande.

For at analysere ændringen i dette forhold er det tilrådeligt at bruge kortet over plantefugtforsyning. I forhold til nedbør til fordampning er 3 zoner (områder) identificeret:

1.tilstrækkelig fugt

2.utilstrækkelig

3.let fugtgivende

I den første zone er hovedområderne af vandlidende jorder koncentreret, hvilket kræver dræning (i nogle perioder kræves fugt her). Områder med utilstrækkelig og ubetydelig fugt har brug for kunstig fugt.

I de tre regioner er tilførslen af ​​HW ved nedbør og deres varme til beluftningszonen forskellig.

I området med tilstrækkelig fugt råder infiltrationsfodring af grundvand i en dybde på mere end 0,5-0,7 m over deres termiske forsyning til beluftningszonen. Dette mønster observeres i ikke-voksende og vækstsæsoner, med undtagelse af meget tørre år.

I området med utilstrækkelig fugt er forholdet mellem nedbørsinfiltration og fordampning af HS ved deres lavvandede forekomst forskelligt i skov-steppe- og steppezonerne.

I skovsteppe, i lerholdige bjergarter i våde år, hersker infiltration over termisk HS ind i beluftningszonen; i tørre år er forholdet omvendt. I steppezonen, i lerholdige klipper, i den ikke-vækstsæson, hersker infiltrationsnæring over varmen GW, og i vækstsæsonen mindre forbrug. Generelt begynder infiltrationsgenladningen i løbet af et år at sejre frem for den termiske genopladning af grundvand.

I området med ubetydelig fugt - i semi-ørkener og ørkener - er infiltration i lerholdige klipper med et lavvandet GWL-bed uforholdsmæssigt lille sammenlignet med strømningshastigheden ind i beluftningszonen. I sandede klipper begynder infiltrationen at stige.

Tilførslen af ​​HS på grund af nedbør falder således, og strømningshastigheden til beluftningszonen stiger med overgangen fra området med tilstrækkelig til området med ubetydelig fugt.

b) Grundvandets forbindelse med floder.

Forbindelsesformerne mellem grundvand og floder er bestemt af relieffet og geomorfologiske forhold.

De dybt indskårne floddale tjener som et dræn for grundvandet og dræner de tilstødende landområder. Tværtimod, med et lille snit, typisk for de nedre løb af floder, fodrer floderne grundvand.

Forskellige tilfælde af forholdet mellem overfladevand og grundvand er vist i diagrammet.

Principielt designskema for samspillet mellem grundvand og overfladevand under betingelser med variabilitet af overfladeafstrømning.

a - lavt vand; b - den stigende fase af oversvømmelsen; c - den faldende fase af oversvømmelsen.

c) Grundvandets forbindelse med tryk.

Hvis der ikke er et absolut vandtæt lag mellem grundvandet og den underliggende afgrænsede horisont, er følgende former for hydraulisk forbindelse mulige mellem dem:

1) GWL er over niveauet for trykvand, hvorved GW kan løbe ud i trykvand.

2) Niveauerne er næsten de samme. Med et fald i GWL, for eksempel ved afløb, vil GW blive genopfyldt med tryksatte.

3) GW overstiger periodisk niveauet af trykvand (under kunstvanding, nedbør), resten af ​​tiden tilføres GW af nedbør.

4) GWL er konstant under UNW, så sidstnævnte fodrer grundvandet.

Grundvand kan tilføres fra artesiske farvande og gennem de såkaldte hydrogeologiske vinduer - områder, hvor kontinuiteten i det vandtætte lag er forstyrret.

Det er muligt at genoplade kulbrinter ved hjælp af tryk gennem tektoniske fejl.

Hydrodynamiske zoner af GW, bestemt af relief og geologisk struktur, er tæt forbundet med de geostrukturelle forhold i territoriet. Områder med høj dræning er karakteristiske for bjergområder og områder ved foden. Områder med lav dræning er karakteristiske for trug og fordybninger af platformsletter.

Zoneinddelingen af ​​HS-fodring er tydeligst manifesteret i zonen med lav dræning af de tørre områder. Det består i en sekventiel stigning i mineraliseringen af ​​HS med afstand fra kilden til floden, kanalen osv. Derfor placeres vandforsyningsbrønde i tørre områder normalt langs kanaler og floder.

Husk

• Hvad sker der med vand, der falder til jorden med regn? Gennem hvilke klipper siver vand hurtigere - sand eller ler? Hvad er fjedre (nøgler)? Hvorfor er vandet om foråret koldt selv om sommeren?

Hvordan grundvandet dannes. Vand i jordskorpen er i tre tilstande: flydende, gasformig og fast. Vand og vanddamp fylder hullerne mellem stenpartiklerne.

Vand i fast tilstand er krystaller og islag i frosne sten.

Grundvand er vand, der findes i klipperne i jordskorpen.

Der er meget mere grundvand end overfladevand på land - floder, søer, sumpe. De opstår på grund af infiltration af atmosfærisk nedbør i jordens dybder. Den vigtigste betingelse for dannelsen af ​​grundvand er klippernes evne til at passere vand. Skelne mellem permeable og vandtætte (uigennemtrængelige) sten (fig. 142).

Ris. 142. Vandpermeabilitet af klipper

Stener, der tillader vand at passere igennem, kaldes permeable. Disse er løse, porøse (sand, småsten, grus) eller hårde, men sprækkede klipper (kalksten, sandsten, skifer). Jo større partikler og porer, jo bedre vandgennemtrængelighed. Stener, der ikke tillader vand at passere igennem, er uigennemtrængelige eller vandtætte. Disse er ler eller ikke-revnede hårde sten.

Vand fra overfladen siver gennem permeable klipper, indtil det støder på uigennemtrængelige lag på sin vej. Her dvæler det og fylder gradvist porerne eller revnerne i gennemtrængelige sten. Vandmættede lag danner vandførende lag (fig. 143). Vandet i dem flyder ned ad den skrå overflade af det vandtætte lag.

Hvad er grundvand. På grund af vekslen af ​​bjergarter med forskellig vandgennemtrængelighed kan der være flere grundvandsmagasiner i jordskorpen i forskellige dybder. Løse og porøse sten erstattes af vandtætte, så igen permeable og igen vandtætte. Afhængig af grundvandets placering skelnes der mellem grundvand og interstratalt grundvand (se fig. 143).

Ris. 143. Grundvand

Vandet i den øvre grundvandsmagasin placeret på det første vandtætte lag kaldes grundvand. Interstratale farvande er placeret mellem to vandtætte lag. Vand fra overfladen kommer kun ind her gennem de steder, hvor akviferer kommer til overfladen.

Grundvandslagets dybde og tykkelse afhænger af territoriets geologiske struktur, topografi og klima. På sletter med et koldt og fugtigt klima kan grundvand komme op til selve overfladen, hvilket bidrager til dannelsen af ​​sumpe. Hvis klimaet er varmt og tørt, er grundvandet placeret på store dybder. Grundvandslagets dybde kan variere med årstiden. I Rusland er grundvandet tættere på overfladen om foråret og længere fra det om sommeren.

I de porøse klipper i tarmene i verdens største ørken, Sahara, er der enorme reserver af underjordisk ferskvand. Der er så mange af dem, at de kan opfylde behovene i alle lande i ørkenen. Disse farvande ligger dog i en dybde på 150-200 m fra overfladen.

Grundvand kommer ofte til overfladen og danner kilder (kilder, kilder) i reliefsænkninger: floddale, kløfter. Interstratalt vand udvindes ved hjælp af specielt borede brønde. Nogle gange fosser vand gennem brønden i et springvand. Sådanne vande kaldes artesiske (Fig. 144).

Ris. 144. Artesiske farvande

Artesiske farvande er dannet i konkave klippelag. Her er vandet under stort pres, så det fosser, når brønden åbnes.

Ikke alt grundvand er fersk. Nogle af dem indeholder en masse opløste stoffer og gasser. Sådant vand kaldes mineral. På store dybder i tykkelsen af ​​jordskorpen stiger temperaturen. Derfor bliver grundvandet her varmt og endda varmt.

Hvis jordskorpens lag er sammensat af letopløselige bjergarter (kalksten, gips, salte), så udvasker underjordiske vand talrige hulrum, hulrum, huler i dem (fig. 145). Et sådant naturfænomen, såvel som landformer på overfladen og i stenmasser, kaldes karst.

Ris. 145. Karst former

Vand skaber ikke kun karsthuler. Hun dekorerer dem med maleriske sten "skulpturer". Fra dråberne, der siver fra hulernes loft, vokser drypsten som istapper ned. Fra dråberne, der falder på gulvet i hulen, vokser søjler - stalagmitter - gradvist nedefra. Disse former smelter nogle gange sammen med hinanden i enkelte kolonner.

Spørgsmål og opgaver

1. Hvor kommer vand ind i jordskorpen?
2. Nævn typerne af grundvand.
3. Hvad er en kilde? Hvor er det dannet?
4. Hvor dannes karsthuler?

Vanddannelse er en langsigtet fysisk og kemisk omdannelsesproces, der finder sted i forskellige dybder ved forskellige temperaturer og tryk og omfatter fordampning og kondensering, kationudveksling mellem vand og klipper.

Grundvandet dannes hovedsageligt af atmosfærisk nedbørsvand, der falder på jordens overflade og siver (infiltrerer) ned i jorden til en vis dybde, og fra vand fra sumpe, floder, søer og reservoirer, som også siver ned i jorden. Mængden af ​​fugt, der på denne måde drives ned i jorden, er ifølge A.F. Lebedev, 15-20% af den samlede nedbør.

Permeable bjergarter omfatter grove klastiske klipper, småsten, grus, sand, sprækkede klipper osv. Til vandtætte klipper - massive krystallinske klipper (granit, porfyr, marmor), som har et minimum absorberer fugt og ler.

Sidstnævnte, der er blevet mættet med vand, slipper det ikke igennem i fremtiden. Semi-permeable klipper omfatter lerholdigt sand, løss, løse sandsten, løse mergel osv.

Vandets indtrængning i jordbunden (permeabilitet), der udgør jordskorpen, afhænger af disse jordbunds fysiske egenskaber. Med hensyn til vandgennemtrængelighed er jord opdelt i tre hovedgrupper: permeabel, semipermeabel og uigennemtrængelig eller vandtæt.

Desuden dannes grundvand ved kondensering af vanddamp. Grundvand af juvenil oprindelse skelnes også.

Infiltrationsgrundvand dannes af overfladevand af atmosfærisk oprindelse. En af deres hovedtyper af ernæring er infiltration eller nedsivning dybt ind i jorden.

Kondensvand dannes som følge af kondensering af luftvanddamp i porerne og revner i sten.

Sedimentogent grundvand er stærkt mineraliseret (salt) grundvand i dybe lag af sedimentære bjergarter. Oprindelsen af ​​sådanne farvande, de fleste forskere forbinder med begravelse af vand af marine genese, stærkt ændret under indflydelse af tryk og temperatur. Magmatisk grundvand dannet direkte fra magma.

I processen med krystallisering af magma og dannelsen af ​​magmatiske bjergarter presses vand ud, stiger langs forkastninger og tektoniske sprækker, trænger ind i jordskorpen og kommer nogle steder til overfladen. Mængden af ​​magmatogent vand er ubetydelig.

For mange områder af kloden er infiltration den vigtigste metode til grundvandsdannelse. Der er dog en anden måde at danne dem på - på grund af kondensering af vanddamp i klipper.

I den varme årstid er elasticiteten af ​​vanddamp i luften større end i jordlaget og underliggende klipper. Derfor kommer atmosfærisk vanddamp kontinuerligt ind i jorden og falder ned til et lag med konstante temperaturer placeret i forskellige dybder - fra en til flere titusinder meter fra jordens overflade.

I dette lag stopper bevægelsen af ​​luftdamp på grund af en stigning i vanddampens elasticitet med en stigning i temperaturen i jordens dybder. Som følge heraf er der en modstrøm af vanddamp fra jordens dybder og opad - til et lag med konstante temperaturer.

I zonen med konstante temperaturer, som et resultat af sammenstødet af to vanddampstrømme, sker deres kondensering med dannelsen af ​​underjordisk vand. Sådant kondensvand er af stor betydning i ørkener, halvørkener og tørre stepper. I varme perioder af året er det den eneste kilde til fugt til vegetation. På samme måde opstod de vigtigste reserver af underjordisk vand i de bjergrige regioner i det vestlige Sibirien.

Begge metoder til grundvandsdannelse - ved infiltration og ved kondensering af atmosfærisk vanddamp i klipper - er hovedvejene til grundvandsophobning. Infiltrations- og kondensvand kaldes vandosevand (fra latin "vadare" - at gå, at bevæge sig). Disse vande er dannet af atmosfærisk fugt og deltager i det generelle vandkredsløb i naturen.

Processer til dannelse af den kemiske sammensætning af grundvand.

Processen med dannelse af grundvandets kemiske sammensætning er en kompleks, mangfoldig naturlig proces, der bestemmer grundvandets kemiske sammensætning på hvert givet punkt. P. f. X. Med. a.c. er et trin i den generelle migration af kemiske grundstoffer i jordskorpen, som successivt dækker:

1) stadiet for omfordeling af kemiske grundstoffer og ændringer i formen af ​​deres forbindelser både under dannelsen af ​​mineraliseringskilder og under deres efterfølgende eksistens i geologisk historie, såvel som omfordelingen af ​​vandopløselige forbindelser (mineraler) og ion- saltkompleks af klipper;

2) overgangsstadiet for grufra mineraliseringskilder til vand;

• 3) stadiet for migration af elementer i grundvandet;
• 4) stadiet for udfældning af mineraliseringskomponenter fra grundvand.

Opløsning- en vigtig, udbredt proces, hvor hele bjergarten går i opløsning (f.eks. opløsning af halit NaCL). Opløsningen fortsætter, indtil vandet når mætningsgrænsen.

Opløseligheden af ​​natrium- og kaliumsalte stiger med stigende temperatur, og den af ​​calcium (sulfat) salte falder, henholdsvis koldt vand er calcium, varmt - natrium.

Udvaskning klipper er, at ikke hele bjergarten går over i opløsningen, men kun dens opløselige del. For eksempel fjerner vand calciumcarbonat fra leret kalksten og danner derved hulrum.

Udveksling reaktioner(udvekslingsadsorption) består i, at nogle kationer indeholdt i grundvandet fortrænger adsorberede kationer fra bjergarten placeret på dens overflade. CaSO 4 + 2Na + \u003d Na 2 SO 4 + Ca 2+.

Mikrobiologisk processer, er forårsaget af organismers vitale aktivitet. For lavt grundvand har aerobe svovlbakterier, som oxiderer svovlbrinte og svovl til svovlsyre, stor betydning.

Som et resultat er vandet beriget med sulfater, hvilket øger deres aggressivitet og hårdhed. I nogle dybe horisonter af artesiske farvande er anaerobe bakterier almindelige - afsvovlingsmikrober og denitrificerende mikrober.

Blanding forskellige typer vand Eksempel: Forkastninger er veje, hvorigennem dybt vand trænger ind i de øverste lag, og i ådale tilføres ikke-trykvand ofte trykvand. Sådan dannes blandinger af forskellige typer grundvand.