Фактори, які визначають формування хімічного складу підземних

Фактори, які визначають формування хімічного складу підземних вод поділяють за генезисом (природні та штучні), ступенем впливу (головні, другорядні) та характером прояву (прямі, непрямі). До природних факторів відносять фізико-географічні, геологічні, біологічні та фізичні. Штучні (антропогенні) фактори пов’язані з діяльністю людини в природному та геологічному середовищі.

Фізико-географічні фактори дозволяють оцінювати вплив природної обстановки за характеристиками географічної загальності, клімату, рельєфу та гідрологічних умов. Геологічне положення району, випадіння атмосферних опадів визначає початковий склад підземних вод. Наступні зміни хімічного складу пов’язані з інфільтрацією вод в грунт та гірські породи. Умови інфільтрації атмосферних і талих вод та інтенсивність процесів вивітрювання пов’язані з кліматом. Зміна температурного режиму повітря викликає зміну хімічного складу підземних вод.

Взаємодія підземних вод з гірськими породами відбувається у формі розпаду (хімічного) первинних мінералів та синтезу нових мінералів – продуктів хімічного вивітрювання, а також розчинення окремих мінеральних компонентів породи та продуктів їх хімічного розпаду.

Значний вплив на водообмін та формування поверхневого стоку здійснює рельєф. В межах вододільних просторів підземні води прісні, гідрокарбонатно-кальцієвого складу. В межах долин напірні води мають підвищену мінералізацію, сульфатно-гідрокарбонатний та магнієво-кальцієвий склад.

З геологічних факторів, що впливають на формування хімічного складу підземних вод, відмітимо умови залягання гірських порід, їх речовинний та газовий склад, геолого-структурні особливості масиву гірських порід, тектонічні процеси, магнетизм.

Біологічні фактори викликають перетворення хімічного складу підземних вод внаслідок процесів взаємодії вод з мікроорганізмами, рослинністю, органічними речовинами. Мікроорганізми представлені різноманітними видами одноклітинних та багатоклітинних бактерій, існування яких в підземних водах відмінно на різних глибинах та обмежено ізотермами 100⁰С. Життєдіяльність бактерій проявляється в переробці органічних та неорганічних сполук та підтриманні кругообігу хімічних елементів, наприклад С, S, N, P, Fe. З утворенням біологічного кругообігу атомів в природних системах встановлюються окислювальні або відновлювальні середовища, з притаманними їм видами бактерій. В окислювальному середовищі відбуваються процеси, пов’язані з діяльністю аеробних бактерій (наприклад, сіркобактерій та залізобактерій). В відновному середовищі живуть анаеробні бактерії, які приймають участь в процесах десульфатизації та денітрифікації підземних вод.

До фізичних факторів, які впливають на умови формування хімічного складу підземних вод належать тиск, температура і час. Розчинність мінералів гірських порід підземними водами залежить від температури, підвищення якої з глибиною приводить до зростання фізико-хімічної активності вод – природних розчинників. Збільшення глибини обумовлює також зростання гідростатичного тиску, що підвищує розчинність мінеральних складових гірських порід.

Вплив часу як формуючого фактору можна пояснити на прикладі існування седиментаційних вод, які зберегли в більшості випадків реліктовий іонно-сольовий комплекс до теперішнього часу.

Штучні фактори відображають різноманітність технічної діяльності людини і слугують причиною процесів формування або зміни хімічного складу підземних водою. До групи штучних факторів слід включити: зміни гідрографічної мережі та рельєфу, зрошення та осушення територій, забудову територій різними об’єктами, створення гідротехнічних споруд, шахт, кар’єрів, відвалів порід та відходів гірського виробництва. Головне ж джерело інтенсивної зміни складу поверхневих та підземних вод – неочищені або недоочищені промислові та господарсько-побутові стічні води. Прямий вплив на підземні води пов’язаний з експлуатацією водоносних горизонтів.

 

Ґрунтові води

Ґрунтові води розповсюджені майже повсюдно. До особливостей цих вод слід віднести неповне заповнення ними водопроникаючого пласту гірських порід, співпадання областей живлення і розповсюдження, відсутність (або наявність незначного) місцевого напору, легка забруднюваність речовинами, які доносяться водами, що інфільтруються, залежність режиму від умов живлення та наявність взаємозв’язку з поверхневими водами водотоків і водоймищ.

Під режимом розуміють стан та поведінку підземних вод в часі під впливом геологічних, кліматичних, гідрологічних факторів, а також виробничої діяльності. Режим характеризує рівень водоносності горизонту, запас води, показники фізичного стану, хімічного, газового та бактеріологічного складу підземних вод. Живлення відбувається за рахунок інфільтрації атмосферних опадів і частково конденсації.

Г.М. Каменським виділено два генетичних типи ґрунтових вод: ґрунтові води вилуговування та ґрунтові води континентального засолення. Перший тип характеризує області надлишкового зволоження, в межах розповсюдження цих вод спостерігається поступове збільшення їх мінералізації з півночі на південь; за хімічним складом вони змінюються від гідрокарбонатно-кальцієвих до сульфатного і сульфатно-хлоридного типів.

Води другого типу формуються на території посушливих областей (степів, пустель), де внаслідок малої кількості опадів, інтенсивного випаровування та відсутності природного дренажу немає сприятливих умов для розвитку ґрунтових потоків. За ступенем мінералізації води цього типу змінюються від слабосолонуватих до солоних; за хімічним складом належать до сульфатного, сульфатно-хлоридного, хлоридного типів.

За умовами залягання слід розрізняти: ґрунтові води річкових долин, льодовикових покладів, степів, напівпустель, пустель, конусів виносу та передгірських похилених рівнин, гірських областей, морських узбереж.

 

Артезіанські води

Фізико-географічні фактори здійснюють незначний вплив на режим артезіанських вод; п’єзометричний рівень мало підлягає місячним та сезонним коливанням; температура їх з глибиною зростає.

В областях живлення та розвантаження артезіанські води тісно пов’язані з ґрунтовими водами; вони так само володіють кліматичною залежністю, але в більш м’якій формі. Зональність відрізняє температурний режим, хімічний склад, зміну умов водообміну артезіанських вод.

Артезіанським басейнам притаманна вертикальна зональність, яка проявляється у поступовому збільшенні мінералізації та зміні хімічного типу води з глибиною. До глибини 100 – 600 м залягають слабомінералізовані прісні води, на більших глибинах – високомінералізовані води (розсоли). Прикладами великих артезіанських басейнів можуть бути Дніпровсько-Донецький, Приазовський.

 

Тріщинні води

В залежності від характеру руйнування цілісності гірської породи підземні води поділяються на пластові і тріщинно-жильні.

Виділення тріщинно-жильного типу підземних вод пов’язано з генезисом тріщинної порожнистості гірських порід, до основних видів якої відносять:

- Літогенетичну тріщинуватість, яка виникає при охолодженні магматичних порід, при метаморфозі, епігенезі опадів;

- Тектонічну тріщинуватість, яка виникає при схилоутворенні та диз’юнктивних порушеннях залягання гірських порід;

- Екзогенну тріщинуватість, яка розвивається в процесі вивітрювання гірської породи, за умови зсувних деформацій, обвалів, провалів склепінь карстових порожнин.

У відповідності тріщинно-жильні води поділяються на регіонально-тріщинні води зон вивітрювання, літогенетичної та тектонічної тріщинуватості, локально-тріщинні води зон тектонічних порушень.

Тріщини вивітрювання утворюються в твердих гірських породах всіх генетичних типів. Ця форма тріщинуватості вторинна і розвивається на фоні первинних тріщин (літогенетичних та тектонічних).

Характер розподілу літогенетичної та тектонічної тріщинуватості залежить від складу, ступеню ущільнення та фізико-механічних властивостей гірських порід. Зв’язані з цим видом тріщинуватості порід тріщинно-жильні води зустрічаються у всіх генетичних типах гірських порід – магматичних, метаморфічних і осадових.

Локально-тріщинні води в залежності від характеру геологічного порушення порід гідрогеологічної структури поділяються на води тектонічних розломів, інтрузивних контактів та води жильних утворень.

Обводненість зон тектонічних порушень залежить від морфології, віку та ступеня розкриття тектонічного розлому і досягає найбільших значень на глибинах 300 – 500 м.

Понижену обводненість мають зони розповсюдження вод інтрузивних контактів та жильних утворень, потужність яких може досягати сотень метрів і навіть декількох кілометрів. Зона обводнення розбита тріщинами на ряд ділянок з різною проникністю.

Тріщинні води перерахованих генетичних типів за гідродинамічним станом можуть бути як напірними так і ненапірними, ступінь мінералізації змінюється від прісних вод до розсолів, хімічний склад – гідрокарбонатний, сульфатний, хлоридний. Наявність тріщинних вод приводить до зниження стійкості твердих гірських порід за рахунок фізичної і хімічної взаємодії, розвитку тиску в тріщинах, впливу води на міжзернові зв’язки порід.

 

Карстові води

Карстові води поділяються на пластові і жильні, які складають відповідні класи тріщинно-карстових вод.

Пластові тріщинно-карстові води розміщуються в слабодислокованих пологозалягаючих карбонатних породах, які іноді містять включення гомогенних і сульфатних відкладів. Зустрічаються в платформенних та гірсько-складчастих областях.

Жильні тріщинно-карстові води розміщуються в карбонатних і тріщинно-карбонатних перекристалізованих та сильно дислокованих породах, іноді вміщуючих пласт сульфатних, рідше галогенних включень. Карстові води характеризує специфічний взаємозв’язок поверхневих і підземних водотоків. Розрізняють відкриту та закриту закарстованість порід масиву.

Озера

9.1. Загальні відомості про озера

 

Озером називається природна водойма, що являє собою заповнену водою заглибину у земні корі з характерним профілем берегової зони та уповільненим водообміном.

Штучно створене озеро називається водосховищем. Водосховища невеликих розмірів, з ємністю при нормальному підпірному рівні (НПР) менше 1млн.м³, називають ставками.

При своєму утворенні, озера проходять різні періоди розвитку: юності, зрілості та старості. В період юності котловина утвореного озера ще зберігає первинну форму рельєфу, озерні відклади ще не справляють помітного впливу на його ложе. В період зрілості в озері утворюється берегова обмілина і розвивається водна рослинність. В період старості рельєф котловини вирівнюється наносами, водна рослинність займає майже всю площу озера. Подальше замулення котловини і розвиток рослинності може призвести до перетворення озера в болото.

В Україні нараховується біля 20 тис. озер, із них з площею дзеркала 0,1 км² і більше – 7 тисяч. Кількість озер з площею дзеркала більше 5,0 км² становить 63. Найглибшим є озеро Світязь (58,4 м) в басейні р. Західний Буг та Сомине (56,9м) в басейні р. Вижівка.

Водосховища створюються для комплексного використання стоку. Розрізняють такі їхні типи: 1) наливні, що утворюються обвалуванням якоїсь ділянки заплави і заповнюються водою під час повені та паводків; 2)водосховища, що створюються в річкових долинах перекриттям русла греблею.

В Україні нараховується 944 водосховища з загальним корисним об’ємом 26,3 км³ і біля 26250 ставків з повним об’ємом біля 3 км³. На території України створений Дніпровський каскад з шести крупних водосховищ сумарною площею водного дзеркала 7 тис. км², загальним об’ємом 44 км³ (корисний об’єм складає 18 км³).

 

9.2. Типи озер

Розподіл озер на окремі групи проводять в залежності від їхньої будови, умов утворення та ряду інших ознак. За характером заглибин, які послужили основою для їхнього утворення, виділяють такі озера:

1) греблеві;

2) котловинні,

3) змішані.

Греблеві озера утворюються в результаті перекриття долин в якому-небудь місці обвалом, льодовиком, наносами тощо. До цієї групи належать і водосховища. В групі гребельних озер виділяють річкові, долинні та прибережні. Річкові озера можуть виникати як тимчасові утворення в результаті різкого зниження стоку окремих річок в посушливі періоди року. Другим типом річок озер є заплавні озера. Це водойми, розміщені в межах заплави річки, які є відрізаними від основного русла рукавами і протоками.

Долинні озера виникають в горах, коли перекривається вузька долина внаслідок обвалу або виносами селевих потоків. До цього типу відносяться і штучно створені водосховища.

Прибережні озера виникають в тому випадку, коли мілководні затоки, або бухти відокремлюються від моря наносами, піщано-глинистими валами або косами. Такі озера ще називаються лиманами, вони характерні для Чорноморського-Азовського узбережжя.

Котловинні озера, в залежності від умов їхнього утворення, поділяються на типи:

1. Моренні озера, що утворились в результаті діяльності льодовиків. Після від ступання (танення) льодовика на його місці залишається весь матеріал, який він приносить з собою (глина, пісок, щебінь уламки порід тощо). Велике скупчення цього матеріалу (так звані морени) в одних місцях і незначне в інших – утворює пересічений рельєф. Пониження, що заповнюються водою, утворюють моренні озера.

2. Карстові озера виникають в результаті заповнення водою карстових “лійок”, що утворилися в результаті хімічної (розчинюючої) діяльності підземних і поверхневих вод.

3. Термокарстові озера є своєрідним різновидом попередніх і виникли при запевненні водою заглибини на земній поверхні, утворених в областях розвитку вічної мерзлоти внаслідок танення підземних вод та лінз льоду.

4. Карові озера – заповнені водою западини, які утворились внаслідок механічної дії льодовика та морозного вивітрювання.

5. Дефляційні озера розташовуються в котловинах, що утворились внаслідок процесу видування і в пониженнях між барханами і дюнами. Велика група котловинних озер виникла в результаті вулканічних і тектонічних процесів.

6. До змішаних озер відносяться такі, що утворились внаслідок сукупної дії на земну поверхню різних факторів.