Происхождение и виды подземных вод
ПРОИСХОЖДЕНИЕ И ВИДЫ ПОДЗЕМНЫХ ВОД
Известный философ Платон (в конце V в. до н.э.) считал, что воды океана, участвуя в круговороте воды на земле, поглощаются через отверстия в берегах в подземную область и затем, пройдя большой путь, выходят на поверхность в виде источников, оставляя на пути морские соли и стекая затем реками в море. Это мнение сложилось в Греции, где большое развитие получили карстовые явления.
Более правильное предположение о происхождении подземных вод высказал Марк Витрувий Поллион в I в. до н. э. Он объяснял образование подземных вод просачиванием в землю вод атмосферных осадков, т.е. была высказана гипотеза инфильтрационного происхождения подземных вод. Позднее, в начале XVII в., Декарт пришел к заключению, что подземные воды образуются вследствие конденсации поднимающихся из глубины к верхним слоям водяных паров, образующихся за счет испарения океанической воды, проникающей в разогретые недра Земли.
Мариотт в конце XVII в. объяснял происхождение подземных вод инфильтрацией. Он произвел ряд наблюдений и установил увеличение подземных вод во время дождей. Кроме того, после дождей он наблюдал на потолке подвала Парижской обсерватории появление воды, по его мнению, просачивающейся через грунт.
Великий русский ученый М.В. Ломоносов также придерживался инфильтрационной теории происхождения подземных вод. Он первый ввел в науку понятие о водопроницаемости горных пород. После работ М.В. Ломоносова и Мариотта в науке укрепилось представление о происхождении подземных вод за счет просачивания атмосферных осадков на глубину.
Породы, слагающие поверхность суши, имеют различные физические свойства, и поэтому процессы просачивания воды и движения ее к рекам имеют свои особенности. Движение воды в грунтах зависит от их физических свойств, пористости, водонепроницаемости, влагоемкости и водоотдачи.
Под пористостью понимают наличие в горных породах мелких капиллярных промежутков. Общая пористость породы характеризуется совокупностью всех — и крупных, и мелких — пустот в породе.
Способность пород пропускать через себя воды называется водопроницаемостью. Водопроницаемость зависит не только от количества пустот в породе, но и от их размера. Так, например, хотя глина и имеет пористость 50%, но ее водопроницаемость очень мала, тогда как гравий, имеющий пористость всего 30%, обладает большой водопроницаемостью.
В бассейнах рек вследствие водопроницаемости пород, их слагающих, происходит накопление подземных вод, которые служат регуляторами стока рек. По мнению Е.В. Оппокова, в засушливые годы «недостаток выпадающих осадков... для потребностей стока и испарения пополняется путем расходования накопленных в прежние годы запасов влаги в бассейне, в виде увеличенных запасов грунтовых вод, повышения влажности...»
Под влагоемкостью породы понимают ее способность вмещать в себя и удерживать воду. Полная влагоемкость пород численно равна пористости.
Водоотдача пород, слагающих бассейн, представляет собой разность между полной влагоемкостью и наибольшей молекулярной влагоемкостью. Водоотдача усиливается с увеличением крупности пустот и пор. Трещиноватые породы обладают хорошей водоотдачей. У обломочных пород водоотдача увеличивается с крупностью зерен и обломков породы. Щебень, галька, гравий, крупный песок имеют высокую водоотдачу, а мелкозернистые, иловатые породы, суглинки, кристаллические породы, глины — малую.
Итак, часть атмосферных осадков, выпадающих на поверхность земли, стекает в ручьи, реки и т.д. Другая часть просачивается в землю, доходит до водоупорного (водонепроницаемого) слоя и скапливается в водоносных (водопроницаемых) пластах над водоупором, пополняя запасы подземных вод. Остальная вода испаряется и усваивается растениями. Там, где поверхность изрезана реками, оврагами и балками, на их склонах выходят подземные воды в виде различных источников. Однако источники наблюдаются и на высоких местах, в тех случаях, когда воды, выходящие из-под земли, обладают значительным напором. Нередко родники выступают на поверхность земли в мелких рассеянных выходах, на более или менее значительных площадях. В таких случаях часто на месте выхода можно видеть мочажины или заболачивания, в других случаях источники, группируясь вместе, образуют ручьи, с расходом более 10 л/с (д. Бахтиарово, с. Алдиарово и др.). Многие родники носят лишь временный характер и продолжают существовать до начала лета.
Источники, выходящие из трещиноватых пород, часто представляют собой отдельные выходы подземной воды. В этих условиях тоже встречаются связанные между собой группы источников, например на правом берегу Волги. Водоносные породы Чувашии представлены песками, гравием, щебнем, трещиноватыми известняками, мергелями и аргиллитами. Каждая из этих пород обладает разной степенью водоотдачи.
Водоупорными породами в нашей республике являются плотные глины, мергели, суглинки, песчаники и т.п. Эти же породы при наличии трещиноватости становятся водопроницаемыми. Слои водопроницаемых и водоупорных пород чередуются между собой. Формы и виды залегания отдельных слоев горных пород весьма разнообразны. Наряду с горизонтальным залеганием часто наблюдаются различно изогнутые слои.
В процессе движения вод в толще земли происходит изменение химического состава и степени минерализации подземных вод в результате взаимодействия с горными породами. По степени минерализации подземные воды бывают пресные (с минерализацией менее 1 г/л), минерализованные (минерализация от 1 до 50 г/л) и рассолы (минерализация более 50 г/л).
По химическому составу подземные воды Чувашии подразделяются на гидрокарбонатные, сульфатные и хлоридные. Например, гидрокарбонатные воды приурочены в основном к четвертичным, юрским, меловым и к верхним горизонтам татарских отложений, сложенным песчано¬глинистыми породами с прослоями известняков. Только в правобережье Волги, Порецкой и других положительных структурах, где слои тектонически приподняты, зона гидрокарбонатных вод захватывает и верхние горизонты доломитов казанских отложений. Минерализация вод в этих районах, особенно в верхних горизонтах, составляет всего 0,3—0,5 г/л, в нижних горизонтах — 0,7—1,0 г/л.
В верхних слоях земной коры химический состав подземных вод зависит от питания атмосферными водами, стекающими с поверхности. Они могут сильно загрязняться отходами с ферм, различных предприятий, индивидуальных хозяйств и т.д., особенно весной в половодье и во время дождей. С другой стороны, поверхностные воды при просачивании через породу очищаются, становятся прозрачными, чистыми, пригодными для употребления.
По условиям залегания и питания водоносных горизонтов подземные воды подразделяются на верховодки, грунтовые воды, межпластовые безнапорные и артезианские (напорные).
Под верховодками понимают ближайшие к поверхности земли воды, не имеющие значительного распространения по площади постоянного уровня. Верховодки появляются обычно в период снеготаяния и обильных дождей. Если приток воды с поверхности прекращается, верховодка постепенно растекается по краям водопроницаемой линзы и опускается до постоянного уровня грунтовых вод, а часть испаряется.
Грунтовые воды находятся на небольшой глубине, часто не более 2—5 м, а на некоторых участках бывают связаны с поверхностными водами болот и торфяников. Такие примеры часто встречаются в Присурье, Режим грунтовых вод зависит от климатических особенностей и рельефа местности. Такие воды слабо защищены от поверхностного загрязнения различными сточными водами.
Межпластовые воды залегают между двумя водоупорными пластами. Если эти воды находятся под давлением, то они называются артезианскими. Глубина залегания их, например, на Вурнарско-Буртасовском участке, колеблется от 11 до 29 м (для меловых пород), а в других районах находится на глубине 70—100 м и более.
У межпластовых вод область питания не совпадает с площадью распространения. Область питания их часто находится далеко, несколько десятков километров за пределами от области разгрузки. Артезианские воды, как правило, имеют отдельную область питания и, будучи прикрыты сверху плотным водоупором, хорошо защищены от загрязнения.
Артезианские воды получили название от латинского названия «Артезия» (провинция Артуа во Франции), где в XII в. напорные воды были использованы для водоснабжения. Наиболее мощные артезианские воды находятся в деревнях Бахмутово, Анастасово. Самоизливание артезианских вод зависит от рельефа местности и высотного положения пункта заложения скважин. Наиболее обычным случаем залегания артезианских вод является синклинальная, или мульдообразная, слоистость, где среди синклинальных водонепроницаемых слоев имеется насыщенный водой пласт проницаемой породы. Выходы водопроницаемого пласта в приподнятых его частях являются областями питания. Если заложить в поверхности земли буровую скважину через водонепроницаемую кровлю, то вода под напором будет подниматься, возможно, и фонтанировать.
Естественные выходы подземных вод на склонах рек и оврагов называются ключами, источниками, родниками. Они издавна служат для человека источниками водопользования. Воды родников имеют хорошие вкусовые качества, бесцветны и несравненно чище поверхностных вод в бактериологическом отношении. Кроме того, родниковая вода меньше всего подвержена температурным колебаниям и потому хорошо утоляет жажду, почти всегда хорошо защищена от поверхностных загрязнений. Все эти замечательные свойства, присущие родниковой воде, дают возможность широкого использования родниковых вод. Наша республика, изрезанная реками, ручейками, оврагами, очень богата родниками. Сотни лет назад жители республики в основном пользовались родниками прежде всего как источниками питьевой воды, в то же время частенько здесь же, рядом, пасли скот и стирали. Они для местного населения имели огромное значение, имели свою историю, некоторые обросли легендами.
В с. Семеновское Порецкого района есть два источника — Пераскевы-мученицы и святого Якова. В годы воинствующего атеизма руководителей из-за негативного отношения жителей к религии источники были заброшены. Однако народ продолжал ими украдкой пользоваться. Женщины перед тем, как идти к роднику, демонстративно одевались во все чистое и опрятное, голову повязывали белыми косынками. Сельсовет отремонтировал один из родников. Вода из него хранится долго. Рассказы об этих родниках записал А. И. Терентьев со слов бывшей жительницы с. Семеновское В.И. Алатырцевой (Тарасовой). Существовала легенда о том, что в озерце, образовавшемся около родника, плавала небольшая дощечка. Ее никак не могли оторвать от воды, только с помощью священника удалось это сделать. На обратной стороне дощечки было изображение мученицы Пераскевы. Очень интересную историю имеют родник Байдеряковский Яльчикского района, родник, расположенный в д. Сюрбеево Ибресинского района, к сожалению, ныне исчезающий, а также родники, расположенные в с. Александровка Комсомольского района, в с. Старые Чукалы Шемуршинского района и др. Очень много родников в бас¬сейнах рек Аниш, Цивиль, Кубня, Була, Выла, Унга. По нашему мне¬нию, на территории республики можно насчитать несколько тысяч родников. К сожалению, некоторые из них остались только в памяти местных старожилов, краеведов. Многие родники находятся в плачевном состоянии, загрязнены, замусорены, необустроены.
