Особенности формирования грунтовых вод в условиях умеренной влажности

Особенности формирования грунтовых вод в условиях многолетней мерзлоты

На этой территории существуют породы сезонного и многолетнего промерзания. Породы многолетнего промерзания распространяются на значительную глубину. Мощность уменьшается с севера на юг с 2 км до метров,. Они играют роль своеобразного регионального водоупора..

Большая часть гидрохимических процессов в этом слое связана с криогенезом, т.е. со всей совокупностью процессов физического и химического изменения пород при их промерзании и оттаивание. Образование льда из подземной воды -самый главным процесс этого явления. Температура замерзания воды тем ниже, чем больше ее минерализация. Кроме того,, с увеличением физичес­кой связанности воды с породой температура ее замерзания резко падает, вплоть до -78⁰ С. Поэтому глубина вымораживания пород, т.е. доля воды перешедшей в твердое состояние, зависит от трех основных факторов: дисперсности грунта, состава подземных вод и температуры вымораживания.

Чем тоньше гранулометрический состав грунта, тем большая часть подземной воды находится в физически связанном состоянии. По этой причине глинистые породы способны не промерзать даже при температуре -30⁰ С.

Природные льды характеризуются очень низким содержанием минеральных компонентов. При замерзании минеральные компоненты концентрируются в водном остатке. Поэтому при вымораживании воды температура замерзания ее остатка падает, что способствует сохранению в породе некоторого количества гравитационной воды. Соленые гравитационные воды, сохранившиеся в толще мерзлых пород в условиях отрицательных температур, называют водами криогенного концентрирования. Подземные воды с отрицательными температурами - криопэги. Они представлены рассолами с минерализацией от 35 до 140 г/л.

чем ниже температура промерзания, тем больше связанной и минерализованной подземной воды перейдет в состав мерзлой породы. Различают три температурных интервала влагообмена при вымораживании и оттаивании. Первый- характеризуется наиболее интенсивным влагообменом при понижении или повышении температуры на каждый 1⁰ С. Второй- более низких температур характеризуется замедлением влагообмена. В третьем интервале еще более низких температур влагообмен прекращается.

При промерзании могут образовываться замкнутые скопления воды, которые имеют напорный характер. Следствие-выпучивание грунта,. Когда вода прорывается на поверхность, она разливается образуя наледи. Подземные воды в деятельном слое существуют в основной только в короткий летний период. Эти преимущественно безнапорные воды имеют подвижный уровень и переменное водоупорное ложе. Наиболее высокие отметки уровня грунтовых вод и их водоупорного ложа наблюдаются весной. По мере повышения температуры и оттаивания грунта водоупорное ложе, которым служат мерзлые породы, опускается. в провинциях многолетнего промерзания почти отсутствует постоянная зона полного насыщения, а зона переменного насыщения часто включает в себя всю зону аэрацию вместе с почвенным слоем. Это очень важное обстоятельство обуславливает, с одной стороны, достаточно хорошее промывание почвенного слоя и пород зоны аэрации талыми водами, с другой, их активное участие в формировании состава грунтовых вод.

В период таянья талая вода активно вымывает растворимые компоненты почв и зоны аэрации. Поэтому по мере фильтрации наблюдается увеличение минерализации, содержания кальция и натрия, значений pH, но уменьшается концентрация кремниевой кислоты и парциальное давление двуокиси углерода. Влияние вмещающих пород зависит от их состава. Влияние алюмосиликатных пород незначительно. Грунтовые воды в них обычно гидрокарбонатно-натриевые. Содержание хлоридов и сульфатов в них незначительно, а кальций и магний почти полностью отсутствуют. Лишь в магматических породах наблюдается несколько повышенное содержание и сульфатов. Содержание SiO₂ колеблется от единиц до 30 мг/л. Содержание кремниевой кислоты не превышает 10% эквивалентного состава солей.

Артезианское питание на территории многолетней мерзлоты ограничено и локализовано в сквозных таликах.

На водораздельных участках в условиях достаточно хорошей циркуляции грунтовых вод органические соединения и кремний не накапливаются в больших количествах. В низинах со слабым расчленением рельефа, в долинах рек, на участках распространения слабопроницаемых пород где формируются относительно застойные условия, наблюдается накопление органических веществ и кремния. В таких условиях распространены преимущественно гидрокарбонатные воды с пониженным значением pH.

Особенности формирования грунтовых вод в условиях умеренной влажности

Рассматриваемая провинция выделяется наиболее значительными сезонными изменениями и ростом температур с севера на юг. Проявлением этого является распространение сезонного промерзания грунтов почти на всей этой провинции. Вследствие этого зимой атмосферные осадки накапливаются на поверхности, и инфильтрационное питание подземных вод прерывается, а весной, в половодье оно достигает максимальных значений. Это вызывает значительные сезонные колебания уровня грунтовых вод.

Грунтовые воды характеризуются боль­шим разнообразием по составу и условиям формирования.Они обладают широким диапазоном минерализации. На территории встречены как ультрапрес­ные, так и солоноватые воды. В соответствии с общей климатической и ландшафтной зональностью минерализация грунтовых вод этой зоны ме­няется от пресных и кислых в зонах северной и средней заболоченной тайги до наиболее минерализованных и щелочных в зоне южной тайги и лесостепей. Полоса широколиственных лесов занимает промежуточное положение. Такое изменение состава отражает уменьшение интенсивности водообмена по мере уменьшения влажности климата.

Отоцкий выделил на территории рассматриваемой провинции четыре субширотные зоны. Позже И.В. Гармонов выделяет три гидрохимические зоны грунтовых вод: 1-зона карбонатно-кремнеземных вод; 2- зона гидрокарбонатно-кальциевых вод и 3- зона преобладания сульфатных и хлоридных вод. С.Л.Шварцев обращает внимание на степень насыщенности грунтовых вод кальцитом. По мере увеличения их минерализации и щелочности насыщенность их карбонатами растет и достигает предельной величины. Это увеличение содержания карбонатов носит закономерный характер и отражает уменьше­ние интенсивности водообмена. Насыщения вод кальцитом приводит к последующему избирательному накоплению в воде натрия и появлению содовых вод с минерализацией 1,0-2,5 г/л.

Био­генная составляющая приблизительно вдвое больше литогенной С уменьшением интенсивности водообмена величины этих составляющих вначале растут, достигают максимума в условиях южной тайги и затем в условиях лесостепей уменьшаются. Падение величины химического стока связано с увеличением щелочности грунтовых вод. В условиях щелочной обстановки растворимость недиссоциированной угольной кислоты заметно падает. Поэтому сток продуктов минерализации органического вещества осуществляется, в основном, в форме гидрокарбонатного иона, содержание которого зависит от присутствия катионов. Литогенная составляющая зависит от состава пород и увеличивается в следующей их очередности: метаморфические (сланцы, гнейс), кислые магматические (граниты), средние (диориты), основные (базальты), песчано-глинистые осадочные, эффузивно-осадочные и известняки.