§ 37. Подземные воды и ледники

Воды, находящиеся в верхней части земной коры в жидком, твёрдом (лёд) и парообразном состоянии, залегающие слоями поверх водоупорных пород или между ними.

• 1. Происхождение и источники — главный источник подземных вод — атмосферные осадки (дожди и талые снеговые воды), просачивающиеся сквозь водопроницаемые слои пород; часть воды поступает из глубинных слоёв Земли.
• 2. Грунтовые воды — воды первого от поверхности постоянного водоносного горизонта, залегающего на верхнем водоупорном слое; они не перекрыты водоупором сверху, поэтому их уровень (зеркало) сильно колеблется по сезонам, питают колодцы и наиболее уязвимы для загрязнения.
• 3. Межпластовые воды — водоносные горизонты, расположенные ниже первого водоупорного слоя и зажатые между двумя водоупорными пластами наподобие слоёного пирога; отличаются постоянством дебита, высокой природной чистотой и медленным водообменом.
• 4. Артезианские воды — напорные межпластовые воды, залегающие в чашеобразно изогнутых пластах земной коры; при вскрытии скважиной вода под гидростатическим давлением поднимается выше уровня пласта или фонтанирует на поверхность.
• 5. Минеральные воды — подземные воды с высоким содержанием растворённых солей, микроэлементов и газов, обладающие целебными свойствами; выходят на поверхность в виде холодных и горячих источников (курорты Кавказских Минеральных Вод — Кисловодск, Пятигорск, Ессентуки).

Естественный выход подземных (грунтовых или межпластовых) вод на дневную поверхность суши (в быту также называемый ключом).

• 1. Геоморфологические условия выхода — вскрытие водоносных горизонтов происходит в местах глубокого расчленения рельефа: на склонах речных долин, в оврагах, балках, ложбинах и у подножия горных уступов.
• 2. Природная фильтрация и чистота — просачиваясь через толщу песчаных и галечных отложений, родниковая вода очищается от взвесей, обогащается кислородом и минеральными солями, представляя собой ценный источник питьевой воды.
• 3. Гидрологическое значение — родники служат естественными истоками многих ручьёв и рек, поддерживают питание озёр и болотных экосистем в засушливые летние и морозные зимние периоды.

Горные породы земной коры, существенно различающиеся по способности пропускать сквозь свою толщу воду в зависимости от пористости и трещиноватости.

• 1. Водопроницаемые породы — породы, обладающие крупными сообщающимися порами, полостями и трещинами, сквозь которые вода легко просачивается под действием силы тяжести: песок, гравий, галька, щебень, а также трещиноватые и растворимые породы (известняк, доломит, мел, гипс, каменная соль).
• 2. Водоупорные породы — плотные породы с субмикроскопическими замкнутыми порами или монолитной кристаллической структурой, практически не пропускающие воду: глина, глинистые сланцы, а также ненарушенные трещинами магматические и метаморфические породы (гранит, базальт, гнейс).
• 3. Формирование водоносных горизонтов — чередование проницаемых и упорных слоёв обуславливает многоярусное накопление подземных вод: вода просачивается через рыхлые осадки и задерживается на водоупоре, формируя водоносный пласт.

Крупные естественные массы льда на земной поверхности атмосферного происхождения, обладающие вязкопластическим движением под действием собственной силы тяжести.

• 1. Условия образования и снеговая линия — возникают там, где из-за недостатка солнечного тепла снега выпадает больше, чем успевает растаять и испариться; уровень, выше которого накопление снега преобладает над таянием, называется снеговой линией; многолетний снег постепенно уплотняется в зернистый фирн, а затем в монолитный глетчерный лёд.
• 2. Покровные (материковые) ледники — обширные ледниковые купола и щиты толщиной в несколько километров, скрывающие под собой весь рельеф суши (занимают свыше 98% площади оледенения Земли): в Антарктиде (площадь 14 млн км²) и Гренландии (1,8 млн км²); лёд в них медленно растекается во все стороны, сползает в океан и обламывается, порождая айсберги.
• 3. Горные ледники — ледники, формирующиеся на вершинах и крутых склонах гор и медленно сползающие по горным долинам в виде ледниковых языков; самые длинные в мире — ледник Беринга на Аляске (203 км) и ледник Федченко на Памире (77 км), а в России — ледник Безенги на Кавказе (около 18 км).
• 4. Рельефообразующая роль — ледники выпахивают скальные ложа (экзарация), перемещают миллионы тонн обломочного материала (морену) и питают истоки крупнейших горных рек.
• 5. Планетарный стратегический запас — в ледниках сосредоточено почти 3/4 (более 70%) всех мировых запасов пресной воды гидросферы (более 30 млн км³), представляющих собой стратегический неприкосновенный резерв планеты.

Подземные воды представляют собой скрытую в недрах часть гидросферы Земли:

• Местонахождение: это воды, находящиеся в верхней толще земной коры в жидком, твёрдом (подземный лёд, мерзлота) и парообразном состояниях;
• Происхождение: образуются главным образом в результате инфильтрации — просачивания дождевых и талых снеговых вод сквозь водопроницаемые слои грунта, а также при конденсации водяного пара и поступлении ювенильных вод из глубинных слоёв Земли;
• Строение водоносных слоёв: вода залегает на водоупорных породах (глина, гранит) или между ними в виде «слоёного пирога», образуя безнапорные грунтовые и глубокие напорные межпластовые (артезианские) горизонты;
• Значение: они служат важнейшим источником чистейшей питьевой воды для человечества, дают начало родникам и ручьям, питают реки в зимний и засушливый периоды, а минерализованные горизонты обладают уникальными целебными свойствами.

Ледники представляют собой грандиозные природные скопления пресного льда на суше:

• Планетарный масштаб: в ледниках заключено почти 3/4 (около 70–80%) всей пресной воды гидросферы планеты (общий объём превышает 30 млн км³);
• Условия возникновения: образуются в полярных широтах и высокогорных районах выше снеговой линии, где среднегодовые температуры отрицательны и снега выпадает больше, чем успевает растаять;
• Пластическое движение: под давлением собственного колоссального веса плотный лёд приобретает пластичность и медленно движется — растекается на равнинных просторах или сползает по горным долинам со склонов под действием силы тяжести;
• Разновидности: подразделяются на покровные (материковые щиты Антарктиды и Гренландии) и горные (ледники вершин и долин);
• Роль в природе: ледники питают крупнейшие реки Земли (в том числе в засушливых регионах Центральной Азии), формируют рельеф и при сползании в море порождают плавающие айсберги.

Основные запасы пресной воды гидросферы сосредоточены в ледниках:

• Доля в гидросфере: на ледники приходится почти 3/4 (около 75%) всех запасов поверхностных пресных вод нашей планеты, а их совокупный объём превышает 30 млн км³;
• Главные регионы концентрации: подавляющая масса этого объёма законсервирована в гигантских покровных ледниковых щитах Антарктиды (14 млн км²) и острова Гренландия (1,8 млн км²), а также в снежно-ледовых шапках полярных островов Арктики;
• Горное оледенение: значительные запасы чистейшей твёрдой пресной воды сосредоточены в горных ледниках высочайших систем мира — Гималаев, Памира, Тянь-Шаня, Кордильер, Анд, Альп и Кавказа;
• Вторым по величине резервуаром пресной воды являются подземные воды, залегающие в порах и трещинах горных пород земной коры.

Грунтовые и межпластовые воды имеют принципиальные различия по глубине залегания, гидравлическому режиму, источникам питания и качеству:

• Положение в земной коре:
• Грунтовые воды залегают в первом от поверхности водоносном горизонте, расположенном непосредственно на первом водоупорном пласте; сверху они не перекрыты водоупорным слоем;
• Межпластовые воды залегают глубже первого водоупора и заключены между двумя водоупорными пластами (водоупорным ложем снизу и водоупорной кровлей сверху);
• Напорность и гидравлическое давление:
• Грунтовые воды являются безнапорными: их поверхность (зеркало грунтовых вод) находится под атмосферным давлением, и вода при вскрытии колодцем не поднимается выше своего уровня;
• Межпластовые воды чаще всего испытывают гидростатическое давление (напор), особенно при чашеобразном залегании пластов, и при бурении скважины поднимаются высоко вверх или фонтанируют на поверхность (артезианские воды);
• Источники питания и колебания уровня:
• Грунтовые воды питаются осадками и талыми водами на всей площади своего распространения, поэтому их уровень и объём быстро и резко колеблются по сезонам года (подъём весной, спад в засушливое лето);
• Межпластовые воды пополняются крайне медленно и только на удалённых участках, где водоносный горизонт выходит на дневную поверхность; их объём стабилен круглый год;
• Чистота и защищённость:
• Грунтовые воды легко загрязняются стоками с поверхности земли (удобрениями, бытовыми отходами);
• Межпластовые воды надёжно изолированы верхним водоупором от поверхностных загрязнений, проходят многокилометровую естественную фильтрацию и отличаются исключительной природной чистотой.

Артезианские источники образуются при сочетании особого геологического строения пластов и гидростатического давления:

• Чашеобразное залегание пластов: водоносный песчаный или известняковый слой должен залегать в форме чаши, пологой складки (синклинали) или мульды, будучи зажатым между двумя водоупорными слоями плотных глин или скальных пород;
• Создание напора: область питания такого горизонта расположена высоко по краям чаши (на возвышенностях или в предгорьях), где слой выходит на поверхность и жадно впитывает атмосферные осадки. В центральной, глубоко опущенной части пласта столб воды создаёт колоссальное гидравлическое давление;
• Вскрытие пласта: когда человек бурит скважину в пониженной части бассейна, пробивая верхний водоупорный слой, сжатая межпластовая вода устремляется по трубе вверх по закону сообщающихся сосудов и фонтанирует на поверхность земли без применения насосов.

Самые крупные покровные ледники Земли находятся в приполярных областях высоких широт:

• Антарктида: крупнейший материковый ледниковый щит планеты, покрывающий почти весь антарктический континент. Его площадь составляет около 14 млн км², средняя мощность льда превышает 2000 м, а максимальная достигает более 4000 м (содержит около 85–90% всего льда планеты);
• Остров Гренландия: второй по величине покровный ледник мира, расположенный на самом крупном острове планеты в Северном полушарии. Его площадь составляет около 1,8 млн км², а толщина ледяного щита в центральной части достигает 3 км;
• Полярные арктические архипелаги: крупные ледниковые купола покровного типа покрывают значительные площади островов Шпицберген, Новая Земля, Северная Земля и островов Канадского Арктического архипелага.

Правильный ответ: 3) Оба верны.

Обоснование истинности утверждений:

• Утверждение А истинно: песок состоит из относительно крупных несцементированных минеральных частиц, между которыми имеются сообщающиеся поры; сквозь песчаный пласт дождевая и талая вода свободно и быстро просачивается вглубь, поэтому песок (наряду с гравием, галькой и щебнем) является классическим примером водопроницаемых горных пород;
• Утверждение Б истинно: на Северном Кавказе расположен знаменитый бальнеологический регион Кавказских Минеральных Вод (КМВ), где на поверхность выходят многочисленные природные источники целебных минеральных и термальных вод; всемирно известными городами-курортами этого района являются Кисловодск (источники нарзана), Пятигорск, Ессентуки и Железноводск;
• Таким образом, оба приведённых утверждения полностью соответствуют географическим фактам.