книги / Общая геология

202 Физическая, или динамическая, геология

поступающей из ювенильных источников, и уменьшается за счет образования минералов с химически связанной (кристаллизацион­ ной) водой. По-видимому, увеличение и уменьшение количества воды на поверхности земли взаимно компенсируются. Правда, этот вопрос пока не изучен в достаточной степени и является спор­ ным.

Определить, с каким источником — ювенильным, вадозным или смешанным — мы встретились, не так просто. Мы видели, что ювенильные и вадозные воды могут иметь как повышенные,

пературному признаку и химическому составу растворенных в воде солей ювенильные источники очень трудно отличить от вадозных. Конечно, ювенильные источники чаще дают воду с боль­ шим содержанием растворенных солей и с более повышенной тем­ пературой, чем вадозные, но это бывает не всегда.

Замечено, что несомненным признаком ювенильности вод является присутствие в воде в растворенном состоянии БпОг, F, Cl, SiCh, В. Однако ювенильные воды не всегда содержат в себе указанные соединения и элементы.

Существенным критерием для решения вопроса о происхожде­ нии воды источника является его дебит. Последний у ювенильных источников постоянный, совсем не зависит от времени года, у вадозных переменный, зависящий от времени года. Для решения вопроса о происхождении воды того или другого источника при­ ходится ставить длительные и систематические измерения дебита источника. Делать это приходится обычно в течение нескольких лет. Если дебит оказывается постоянным, можно утверждать, что мы имеем дело с ювенильным источником, в противном слу­ чае — с вадозным или смешанным.

В качестве примера ювенильных источников можно привести гейзеры и источники кавказских минеральных вод (Нарзан, Ессентуки и др.). Большинство источников, известных на Земле, относится к вадозным.

Из ювенильных источников опишем гейзеры, из вадозных — Горячеводские источники на Северном Кавказе.

Г е й з е р ы

Гейзеры — это периодически фонтанирующие горячей водой источники. У нас в СССР гейзеры имеются на Камчатке; они известны в Исландии, в Иеллоустонском парке Северной Америки, на Новой Зеландии и в других местах. Изучением гейзеров на Камчатке занимался акад. А. Н. Заварицкий.

Значительные гейзеры наблюдаются в Кроноцком заповеднике (Камчатка); в долине р. Гейзерной их насчитывается около двух десятков. Они выбрасывают горячую воду на высоту 10—100 м.

Здесь же известно множество маленьких гейзеров, толчками раз­ брызгивающих горячую воду на высоту 1—2 м.

Почва около гейзеров обычно бывает согретой, а в некоторых местах даже горячей настолько, что жжет ноги через подошвы сапог. Сам гейзер в спокойном состоянии выглядит как яма-бас­ сейн. Со дна ямы виден идущий в глубину канал. В этом канале время от времени с бурлением и клокотанием начинает собираться вода. Она толчками поднимается вверх, заполняет яму-бассейн до краев, затем начинает выплескиваться через края, и, наконец, со взрывом и грохотом взлетает вверх огромный столб кипятка, со­ провождаемый густыми клубами пара. Возникает настоящий большой фонтан. Фонтан бьет 1—2 мин., затем вода падает об­ ратно в яму, постепенно рассеиваются клубы пара, и наступает полное спокойствие.

Через некоторый промежуток времени (от 30 мин. до 24 час.

иболее) опять слышатся грохот и урчание в канале гейзера, опять толчками поднимается кипящая вода; она заполняет яму-бассейн,

ипроисходит новый выброс фонтана горячей воды. Фонтанные выбросы у каждого гейзера происходят через свои, определенные промежутки времени.

Края гейзера, окружающие его глыбы горных пород и поверх­ ность земли покрыты разноцветными узорами накипи. Разбрызги­ вающаяся вода оставляет на них вещество в виде розового, корич­ невого, желтого или белого осадка, состоящего преимущественно

из водной окиси кремния (БЮг ■тгНгО) и называющегося г е й ­ з е р и т о м . Около гейзеров обычно ютятся теплолюбивые расте­ ния ярко-зеленых оттенков.

Температура воды гейзеров доходит до 100° С. Гейзеры пред­ ставляют особенно интересное зрелище зимой, когда среди снегов поднимаются густые водяные пары.

Известностью и популярностью пользуется Большой гейзер в Исландии. Он действует свыше 3000 лет. Выбросы фонтанов горячей воды с температурой 76—82° С происходят в нем в настоя­ щее время ^в течение 10 мин. через каждые 24—30 час. Высота фонтана достигает 30 м. Диаметр канала и выбрасываемой струи горячей воды около 3 м. Канал проходит через сложенный из гейзерита усеченный конус с основанием диаметром 60 л* и накло­ ном склонов 8—10°. Наверху конуса имеется бассейн диаметром 18 м и глубиной 2 м, периодически наполняющийся горячей водой. В канале, отходящем со дна бассейна, на глубине 6 м температура воды достигает 120—127° С.

У всех гейзеров конус обычно сложен из гейзерита. В растворе горячей воды гейзера содержится много водной окиси кремния. При каждом выбросе фонтана часть воды испаряется, разбрызги­ вается и стекает по склонам конуса. Из воды постепенно выпадает гейзерит, который увеличивает размеры конуса. Остальная часть воды падает обратно в бассейн и уходит в канал гейзера.

204 Физическая, или динамическая, геология

Известны гейзеры, которые выбрасывают фонтаны воды в пре­ делах своего канала, не достигая поверхности земли. Это наблю­ дается в старых гейзерах, имеющих очень высокие конусы. Неко­ торые считают, что такова судьба каждого гейзера в будущем

Г о р я ч е в о д с к и е и с т о ч н и к и

В районе Горячеводска (Северный Кавказ) из песчаников миоцена наблюдаются выходы (грифоны) горячей воды с темпера­ турой 80—90° С. Дебит этих источников непостоянен и зависит от времени года. По составу солей, растворенных в воде, и дебиту источников установлено, что они являются вадозными.

Песчаники миоцена выходят на поверхность земли в пределах Черных гор на юге и у Горячеводска на севере. Расстояние между этими пунктами 40—45 км. В Черных горах в песчаники прони­ кает атмосферная вода. Она мигрирует по этим песчаникам, обладающим прекрасной проницаемостью. Под Алханчуртской долиной песчаники залегают на глубине около 4000 м. Здесь даже при нормальной геотермической ступени вода нагревается до температуры около 120° С. Затем эта вода поднимается по песча­ никам и выходит на дневную поверхность в источниках Горяче­ водска. За время прохождения по капиллярам и порам песчани­ ков от широты Алханчуртской долины до Горячеводска вода успе­ вает охладиться примерно на 30—40°.

Классификация источников по направлению течения воды

По направлению течения воды источники делятся на н и с х о ­ д я щ и е и в о с х о д я щ и е . Из схемы (рис. 80) легко видеть различие между теми и другими источниками.

Согласно этой схеме, в водопроницаемый слой Е вода попадает в пункте А и вытекает из источника в пункте В. В водопроницае­ мый слой F вода попадает в пункте С и вытекает из источника в пункте D. В точке В мы имеем нисходящий источник, в пункте D — восходящий.

Среди восходящих источников особое место занимают арте­ зианские источники. Это преимущественно искусственные источ­

а водопроницаемый. В пунктах А и В эти пласты выходят на поверхность. Все породы между пунктами А и В опущены на сравнительно большую глубину. В пласт а атмосферная вода про­ никает в пунктах А и В. Этот пласт а, заключенный между водо­ упорными слоями б и в , заполняется водой до полной влагоемкости. Если мы пробурим до пласта а скважину или колодец, то на забое этой скважины вода будет находиться под давлением веса столба ее высотой h за вычетом потерь давления на трение, кото­

рое испытывает вода при движении по песчанику между пунктами А и В, с одной стороны, и точкой N, с другой. Под действием этого давления вода будет фонтанировать из скважины M N. Из-за потерь части давления на трение высота фонтана КМ будет не на уровне пунктов В и А, а несколько ниже его.

Рис. 80. Схема нисходящих и восходящих источников.

На рис. 81 падение слоев от А до N и от В до N показано весьма крутым. На самом деле в пределах, например Европейской части СССР, нигде нет подобных углов падения слоев. В боль­ шинстве случаев углы падения здесь измеряются угловыми мину­ тами и даже секундами. Однако и такого падения достаточно, чтобы при значительных расстояниях A M и ВМ величина Н

?ZZk 1 (ШЗ 2

Рис. 81. Схема артезианских колодцев или скважин.

1 — водонепроницаемые слои; 2 — водопроницаемый слой.

оказалась такой, при которой в пробуренных скважинах станет происходить подъем воды.

Артезианскими скважинами эксплуатируется атмосферная вода, выпавшая на поверхность земли на далеких от этих скважин расстояниях.

Вода в артезианских скважинах всегда напорная, отличается чистотой и хорошо отфильтрованная. Дебит некоторых артезиан­ ских скважин достигает 10—15 м 3/мин.

206 Физическая., или динамическая, геология

До сих пор мы говорили о нисходящих, восходящих артезиан­ ских источниках, приуроченных к пластам осадочных горных пород.

Известны такие же источники трещинного происхождения. К числу трещинных источников относятся и так называемые

в о к л ю з с к и е , или п е р е м е ж а ю щ и е с я , и с т о ч ­ н и к и (рис. 82).

Рис. 82. Схема действия воклюзских, или перемежаю­ щихся, источников.

Они приурочены к таким местам, где развиты крупные пусто­ ты — пещеры. Атмосферная вода проникает в трещины (например, АС) и по ним заполняет подземный водоем-М. Из водоема по другим трещинам (например, DB) вода может выходить на поверх­ ность. Если водоем М заполнен выше уровня D, в точке В имеем

Ш ' штг П ЗЗ

Рис. 83. Схема водопоглощающих колодцев или скважин.

1 — водонепроницаемый слой; 2 — слой, подлежащий'ос ушешло; з — сухой слой.

обильный источник воды. Как только уровень воды в водоеме М опустится ниже уровня D, источник в точке В иссякает. Таким образом, источник В является действующим в зависимости от времени года, т. е. перемежающимся, или воклюзским. Такие

источники распространены в Крыму, на западном склоне Урала и

вряде других мест.

Всвязи с описанием нисходящих, восходящих, артезианских и перемежающихся источников остановимся на водопоглощающих

колодцах и скважинах, которые проводят для осушения болот, а иногда для осушения водоносных горизонтов. Такие скважины и колодцы закладывают на сухой пласт, не содержащий воды, обладающий значительной емкостью пустот и залегающий ниже того горизонта, который хотят осушить (рис. 83).

Водопоглощающие скважины, или колодцы, А и В проводят до вскрытия сухого пласта б. То же самое делают и для осушения болот.

Классификация источников по температуре

В зависимости от температуры воды различают источники обычные, холодные и горячие. В о б ы ч н ы х источниках темпе­ ратура воды примерно равна среднегодовой температуре воздуха

дают воду с температурой ниже среднегодовой температуры воз­ духа данного места. Они называются еще г и п о т е р м а м и или

источниками называют источники с водой, имеющей температуру выше среднегодовой температуры воздуха в месте источника.

Классификация источников по химическому составу растворенных солей

Минеральными условно называют источники, которые дают-

содержанием солей железа. Примером могут служить некоторые источники Железноводска, Липецка и др.

Щ е л о ч н ы е и с т о ч н и к и дают воду с углекислыми солями Na и К. Примерами этих источников могут служить Нар­ занный источник, Ессентуки, Боржом и другие источники Кав­ каза.

С о л е н ы е и с т о ч н и к и дают воду со значительным со­ держанием NaCl. К числу соленых относятся источники Старой Руссы, Соликамска, Березняков, Славянска, Усолья и др.

тельным содержанием MgSCU. В качестве примера можно указать на Баталпашинский источник и ряд источников в Туркмении и Прикаспийской впадине.

лечебное значение.

При использовании той или другой воды для питья, пищи и

в ней щелочноземельных элементов. Жесткость измеряется в гра­ дусах жесткости. Она определяется при помощи титрования воды спиртовым раствором калийного мыла, дающим с жесткой водой нерастворимые соли кальция и магния жирных кислот.

Различают немецкие, французские и английские градусы жесткости. Один немецкий градус жесткости соответствует одному сантиграмму СаО и MgO в 1 л воды; один французский градус жесткости — одному сантиграмму СаСОз и MgCCh в 1 л воды; один английский градус жесткости — 0,0143 г СаСОз и MgCOs в 1 л воды. Таким образом, 1 градус жесткости немецкий равен 1,79 градуса французского и 1,25 градуса английского.

§ 3. СОБСТВЕННО ГЕОЛОГИЧЕСКАЯ ДЕЯТЕЛЬНОСТЬ ПОДЗЕМНЫХ ВОД

Геологическая деятельность'подземных вод сводится главным образом к процессам растворения, гидратации, окисления, раз­ ложения силикатов, отложения осадков.

Растворение

Подземные* воды, как вадозные, так ювенильные и смешанные, растворяют отдельные минералы, входящие в состав горных пород. Как правило, растворяющая способность подземной воды.повыша­ ется с давлением и температурой. Эта способность зависит также от тех газов и химических соединений, которые уже растворены в воде. Наличие в воде в растворенном состоянии углекислоты, кислорода, различных кислот и щелочей в большинстве случаев повышает растворяющую способность подземной воды. Иными словами, воды, сильно минерализованные, более способны к^растворению горных пород, чем воды, слабо минерализованные или пресные.

трещин, прорезающих кровлю пещер. Подземная вода, циркули­

давлении происходит выделение избыточной углекислоты и пре­ вращение Са(НСОз)г в СаСОз. Последний очень мало растворим в воде и выпадает из раствора. Выпадение СаСОз из раствора усиливается еще вследствие частичного испарения воды в самой пещере. В том месте, где собирается капля воды, из нее выпадает некоторое количество СаСОз, идущее на образование сталактита. Капля, увеличиваясь в своих размерах, в конце концов отрывается от потолка пещеры и падает на пол. При падении некоторое коли­ чество воды разбрызгивается и испаряется,^ а также теряется и некоторое количество углекислоты. Часть Са(НСОз)г, растворен­ ного в капле воды, превращается в СаСОз, который выпадает на полу пещеры и идет на образование сталагмита. Сталактиты всегда имеют на своем конце несколько удлиненную и утоненную форму, с которой постепенно стекают капли воды. Сталагмиты наверху имеют некоторое углубление от падения капель воды со сталактитов. Сталактиты нарастают книзу, сталагмиты кверху. В конце концов они иногда сливаются в колонну, подпирающую потолок п пол пещеры.

Сталактиты и сталагмиты нередко в поперечном сечении имеют не круглую, а иную форму. В этих случаях они напоминают собой занавесы, при слиянии которых образуются перегородки.

В известняковых пещерах натечные формы бывают и из гипса. Возникновение подобных образований, по-видимому, свя­ зано с действием сероводорода и кислорода на известняки в усло­ виях теплых подземных вод:

Са (HC03)2 - f H2S + 40 = CaS04 • 2Н20 + 2С02

Пещеры со сталактитами и сталагмитами, занавесами, колон­ нами и перегородками производят незабываемое впечатление, особенно при электрическом освещении и в том случае, когда эти натечные образования окрашены в различные тона красного, синего, фиолетового и других цветов.

На дне пещер нередко образуется озерко воды, в котором живут различные водные организмы. Стены пещер, их потолки и под