Подземные воды как элемент географической оболочки Земли

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Министерство образования Республики Беларусь

Учреждение образования

«Гомельский государственный университет

имени Франциска Скорины»

Геолого-географический факультет

Кафедра экологии

Подземные воды как элемент географической оболочки Земли

Курсовая работа

Исполнитель

студентка группы ГЭ-12 _________________ В.С. Кузьменко

Научный руководитель,

ассистент кафедры

экологии _________________ И.А. Шелякин

Гомель 2012

Реферат

Курсовая работа 33 страницы, 20 источников.

Ключевые слова:гидросфера, гидрогеология, подземные воды, минеральные воды.

Объект исследования: географическая оболочка Земли

Предмет исследования: подземные воды как элемент географической оболочки Земли

Методы исследования: анализ литературных источников

Цель курсовой работы: закрепление материала по курсу «Общее землеведение»

Задачи курсовой работы:

- изучение классификации подземных вод

- изучение процессов формирования подземных вод

- определение роли подземных вод в формировании географической оболочки Земли

- определение биосферной роли подземных вод

- оценка экономического значения подземных вод

- изучение проблемы охраны и рационального использования подземных вод

Выводы: в ходе проделанной работы выяснилось, что подземные воды являются сложной составляющей географической оболочки. Некоторые подземные воды могут обладать лечебными свойствами.

Подземные воды играют немаловажную роль в формировании географической оболочки. Реки и подземные воды, перемещая минеральные вещества, участвуют в изменении рельефа.

Подземные воды питают реки и озера, благодаря им реки не мелеют летом, когда выпадает мало дождей, и не пересыхают подо льдом. Человек широко использует подземные воды. В настоящее время довольно остро стоит проблема охраны и рационального использования подземных вод, так как они находятся под угрозой загрязнения и истощения.

подземные воды оболочки

Содержание

Реферат

Введение

1. Классификация подземных вод

2. Процессы формирования подземных вод

3. Минеральные воды

4. Роль подземных вод в формировании географической оболочки

5. Биосферная роль подземных вод

6. Экономическое значение подземных вод

7. Проблема охраны и рационального использования подземных вод

Заключение

Список использованных источников

Введение

Гидросфера- водная оболочка нашей планеты Земли. В настоящее время гидросфера охвачена невиданными по скорости и размерам преобразованиями, связанными с технической деятельностью человека.

Гидросфера играет очень большую роль в жизни планеты: она накапливает солнечное тепло и перераспределяет его на Земле; с Мирового океана на сушу поступают атмосферные осадки.

Общий объём воды на земном шаре 1390 млн. км³, основная его часть приходится на моря и океаны - 96,4%. На суше наибольшее количество воды содержат ледники и постоянные снега - около 1,86 % (при этом в горных ледниках - 0,2%). Около 1,7 % от общего объёма гидросферы приходится на подземные воды и примерно 0,02 % - на воды суши (реки, озёра, болота, искусственные водоёмы). Пресная вода составляет лишь 2,64%. Изучением подземных вод занимается наука гидрогеология.

Гидрогеология(от гидро - вода и геология), согласно большинству существующих определений, является наукой, которая изучает подземные воды планеты: закономерности их распространения в земной коре, условия залегания и движения, их свойства и состав, взаимодействие с горными породами, а также условия и возможности их хозяйственного использования.

Более правильно считать, что гидрогеология как подразделение наук естественного цикла изучает подземную часть гидросферы планеты, законы ее строения и развития, процессы, протекающие в ней в естественных условиях и в условиях интенсивного антропогенного воздействия.

Гидрогеология тесно связана с гидрологией и геологией (в том числе и с инженерной геологией), метеорологией, геохимией, геофизикой и другими науками о Земле; опирается на данные математики, физики, химии и широко использует их методы исследования.

Все воды земной коры, находящиеся ниже поверхности Земли в горных породах в газообразном, жидком и твёрдом состояниях, называются подземными водами.

Подземные воды составляют часть гидросферы - водной оболочки земного шара. Они встречаются в буровых скважинах на глубине до нескольких километров.

По данным В.И. Вернандского, подземные воды могут существовать до глубины 60 км в связи с тем, что молекулы воды даже при температуре 2000^о Сдиссоциированы всего на 2%. Приблизительные подсчёты запасов пресной воды в недрах Земли до глубины 16 километров дают величину 400 миллионов кубических километров, т.е. около 1/3 вод Мирового океана.

Накопление знаний о подземных водах, начавшееся с древнейших времен, ускорилось с появлением городов и поливного земледелия.

Искусство сооружения копаных колодцев до несколько десятков метров было известно за 2000-3000 тысячи лет до н.э. в Египте, Средней Азии, Индии, Китае. В этот же период появилось и лечение минеральными водами.

Изучению подземных вод способствовало расширение работ, связанных с водоснабжением, строительством каптажных сооружений (например, кяризов у народов Кавказа, Ср. Азии), добычей соленых вод для выпаривания соли путем копания колодцев, а затем и бурения (территория России, 12-17 века).

До середины 19 века учение о подземных водах развивалось как составная часть геологии. Затем оно обособляется в отдельную дисциплину.

Общая гидрогеология изучает происхождение подземных вод, их физические и химические свойства, взаимодействие с вмещающими горными породами.

Изучение подземных вод в связи с историей тектонических движений, процессов осадконакопления и дианогенеза позволило подойти к истории их формирования и способствовало появлению в 20 веке новой отрасли гидрогеологии - палеогидрогеологии (учение о подземных водах прошлых геологических эпох). Динамика подземных вод изучает движение подземных вод под влиянием естественных и искусственных факторов, разрабатывает методы количественной оценки производительности эксплуатационных скважин и запасов подземных вод. Учение о режиме и балансе подземных вод рассматривает изменения в подземных водах (их уровне, температуре, химическом составе, условиях питания и движения), которые происходят под воздействием различных природных факторов.

Во второй половине 20 века начали разрабатываться методы прогноза режима подземных вод, что имеет важное практическое значение при эксплуатации подземных вод, гидротехническом строительстве, орошаемом земледелии и решении других вопросов.

Целью данной курсовой работы является закрепление материала по курсу «Общее землеведение»:

- изучение подходов к классификации подземных вод

- изучение процессов формирования подземных вод

- изучение роли подземных вод в формировании географической оболочки

- изучение биосферной роли подземных вод

- изучение экономического значения подземных вод

- изучение проблем охраны и рационального использования подземных вод

Подземные воды, обладающие теми или иными лечебными свойствами, называются бальнеологическими.

Подземные воды, обладающие теми или иными лечебными свойствами, называются бальнеологическими.

До настоящего времени единой общепринятой классификации подземных вод не существует. В основу классификации подземных вод могут быть положены различные признаки: способ образования, условия залегания, гидравлические свойства, литологический состав водоносных пород, их возраст, физические свойства подземных вод, их химический состав.

По условиям образования подземные воды подразделяются на различные группы, из которых важнейшее значение имеют воды инфильтрационные и частично конденсационные.

По условиям залегания и характеру вмещающих горных пород подземные воды делятся на следующие типы:

-поровые, залегающие и циркулирующие в порах горных пород, которые слагают самую поверхностную часть земной коры;

-пластовые, залегающие и циркулирующие в порах или трещинах осадочных горных пород, перекрываемых и подстилаемых водоупорными породами; в свою очередь подразделяются на порово- пластовые и трещинно-пластовые;

-трещинные, циркулирующие в скальных (магматических, метаморфических и осадочных породах, пронизанных равномерной трещиноватостью;

-карстовые, циркулирующие в массивах карбонатных, гипсоносных и соленосных раскарстованных пород;

-трещинно-жильные, циркулирующие в отдельных тектонических трещинах и зонах тектонических разломов.

По гидравлическим свойствам подземные воды делятся на без напорные, или воды со свободной поверхностью, и напорные, когда водоносный горизонт перекрыт сверху водоупорной породой и находящаяся в нем подземная вода испытывает гидростатическое давление, обусловливающее напор.

В зависимости от возраста водовмещающих пород подземным водам присваивается соответствующее наименование: воды каменноугольных отложений, юрских, меловых, третичных и т. п.

Постепени минерализации, или по содержанию растворенных солей, подземные воды подразделяются на следующие виды:

-пресные, содержащие до 1 г/ л растворенных веществ

-солоноватые, содержащие 1 --10 г/л солей

-соленые (10--50 г/л); 4) рассолы (свыше 50 г/л)

Потемпературеподземные воды подразделяются на четыре типа:

-холодные с температурой ниже 20° С

-теплые (20-- 37° С)

-горячие (37--42° С)

- горячие (т е р м ы) с температурой свыше 42° С

В практике существенное значение при характеристике и оценке подземных вод имеет не только общее содержание растворенных солей, но и состав этих солей.

В зависимости от преобладания растворенных в воде солей различают воды гидрокарбонатные, сульфатные и хлоридные, а по катионам - кальциевые, магниевые и натриевые.

Помимо солей в подземных водах всегда содержатся различные газы -углекислота, азот, сероводород и др., часто имеющие большое практическое значение.

В зависимости от практической значимости растворенного в воде газа различают углекислые, сероводородные, радоновые и другие виды подземных вод.

В большинстве случаев подобные воды имеют лечебное значение (углекислые воды Кисловодска, сероводородные воды Мацесты, радоновые воды Цхалтубо и др.).

Подземные воды, обладающие теми или иными лечебными свойствами, называются бальнеологическими.

1. Классификация подземных вод

Жесткость подземных вод. Виды жесткости. Классификация подземных вод по величине общей жесткости.

Для пресной воды различают общую, временную и постоянную жесткость. Общая жесткость обусловлена содержанием в воде ионов кальция и магния. Временную жесткость придают воде карбонаты кальция и магния, осаждающиеся при кипячении воды в виде накипи.

Разность между общей и временной жесткостью называют постоянной жесткостью, она связана с присутствием сульфатов и галоидов кальция и магния. Жесткость принято выражать в миллиграммах-эквивалентах на литр.

Классификация вод по жесткости:

- очень мягкие <1.5;

- мягкие 1.5-3;

-жесткоумеренные 3.0-6.0;

- жесткие 6.0-9.0;

- очень жесткие >9.

Для пресной воды различают общую, временную и постоянную жесткость. Общая жесткость обусловлена содержанием в воде ионов кальция и магния. Временную жесткость придают воде карбонаты кальция и магния, осаждающиеся при кипячении воды в виде накипи.

Разность между общей и временной жесткостью называют постоянной жесткостью, она связана с присутствием сульфатов и галоидов кальция и магния. Жесткость принято выражать в миллиграммах-эквивалентах на литр.

Классификация по температуре:

-исключительно холодные <0;

-весьма холодные 0-4;

-холодные 4-20;

-теплые 20-37; горячие 37-42; весьма горячие 42-100;

-исключительно горячие>100.

Классификация по содержанию газов:

1) углекислые, содержание углекислого газа в углекислых водах колеблется от 500 до 3500 мг/л и более. Газ присутствует в воде в растворенном виде;

2) сероводородные;

3)радоновые;

4) радиевые.

Классификация подземных вод по минерализации и химическому составу:

Минерализация подземных вод - общий вес содержащихся в воде минеральных веществ.

Выделяются четыре группы подземных вод:

1) пресные - с общей минерализацией до 1 г/л

2) солоноватые - от 1 до 10 г/л

3) соленые - от 10 до 50 г/л

4) рассолы - свыше 50 г/л

Обычно в гидрологической практике принято подразделять воды по химическому составу, т.е. по преобладанию того или иного иона. К преобладающим относят ионы, содержание которых в воде превышает 25% суммарного содержание анионов и катионов.

В классификации Алекина все природные воды делятся по преобладающему аниону на три класса:

1.гидрокарбонатные

2.сульфатные

3.хлоридные

Каждый класс разделяется на три группы по преобладающему катиону - кальцию, магнию и натрию.

Подземные воды, содержащие в растворенном виде какое-либо вещество в концентрациях, при которых возможно извлечение этого вещества, называются промышленными: йодные, йодные, бромные и т. п

Типы подземных вод

-верховодка и грунтовые воды;-грунтовые воды степных районов;http://www.stanoknavodu.ru/verhovodka

-артезианские воды;-трещинно- карстовые воды;

Тип I --это временно содержащиеся слои или линзы верховодки, получившей свое название от подстилающих ид линз глинистых пород в зоне аэрации. Режим верховодки непостоянен и зависит от количества выпадающих осадков. Иногда верховодка исчезает, что приурочено к засушливому времени или к зимним холодам, когда она может вымерзнуть.

Тип II -- это грунтовые воды, являющиеся первым от поверхности Земли водоносным горизонтом, который залегает на первом водоупоре и имеет свободную поверхность, т. е. барометрически связан с атмосферой через зону аэрации.

К III типу подземных вод относятся межпластовые воды, заполняющие водопроницаемые породы в земной коре ниже первого водоупорного слоя, которым подстилаются грунтовые воды.

Межпластовыми эти воды называются потому, что каждый из водоносных слоев (горизонтов) находится между двумя водоупорными пластами: на нижнем водоупорном слое залегает водопроницаемый слой (например, галечники), перекрываемый верхним водоупорным слоем [19].

2. Процессы формирования подземных вод

Формирование вод - длительный физико-химический процесс преобразования, происходящий на различных глубинах при различных температура и давлениях и включающий испарение и конденсацию, катионный обмен между водами и породами.

Подземные воды формируются в основном из вод атмосферных осадков, выпадающих на земную поверхность и просачивающихся (инфильтрующих) в землю на некоторую глубину, и из вод из болот, рек, озер и водохранилищ, также просачивающихся в землю. Количество влаги, прогоняемой таким образом в почву, составляет по данным А.Ф. Лебедева, 15-20 % общего количества атмосферных осадков.

К водопроницаемым породам относятся крупнообломочные породы, галечник, гравий, пески, трещиноватые породы и т.д. К водонепроницаемым породам - массивно- кристаллические породы (гранит, порфир, мрамор), имеющие минимальную впитывать в себя влагу, и глины.

Последние, пропитавшись водой, в дальнейшем ее не пропускают. К породам полупроницаемым относятся глинистые пески, лесс, рыхлые песчаники, рыхловатые мергели и т.п.

Проникновение вод в грунты (водопроницаемость), слагающих земную кору, зависит от физических свойств этих грунтов. В отношении водопроницаемости грунты делятся на три основные группы: водопроницаемые, полупроницаемые и водонепроницаемые или водоупорные.

Кроме того, подземные воды формируются путём конденсации водяных паров. Выделяются также подземные воды ювенильного происхождения.

Инфильтрационные подземные воды образуются из наземных вод атмосферного происхождения. Одним из главных видов питания их является инфильтрация, или просачивание вглубь Земли.

Конденсационные воды образуются в результате конденсации водяных паров воздуха в порах и трещинах горных пород.

Седиментогенные подземные воды- это высокоминерализованные (соленые) подземные воды в глубоких слоях осадочных горных пород. Происхождение таких вод, большинство исследователей связывают с захоронением вод морского генезиса, сильно измененных под влиянием давления и температуры. Магматогенные подземные воды, образующиеся непосредственно из магмы.

В процессе кристаллизации магмы и образования магматических пород вода отжимается, по разломам и тектоническим трещинам поднимается вверх, поступает в земную кору и местами выходит на поверхность. Количество магматогенных вод незначительно.

Для многих территорий земного шара инфильтрация является основным способом образования подземных вод. Однако имеется и другой путь их образования - за счёт конденсации водяных паров в горных породах.

В тёплое время года упругость водяного пара в воздухе больше, чем в почвенном слое и нижележащих горных породах. Поэтому водяные пары атмосферы непрерывно поступают в почву и опускаются до слоя постоянных температур, расположенного на разных глубинах - от одного до нескольких десятков метров от поверхности земли.

В этом слое движение паров воздуха прекращается в связи с увеличением упругости водяных паров при повышении температуры в глубине Земли. Вследствие этого возникает встречный поток водяных паров из глубины Земли вверх - к слою постоянных температур.

В поясе постоянных температур в результате столкновения двух потоков водяных паров происходит их конденсация с образованием подземной воды. Такая конденсационная вода имеет большое значение в пустынях, полупустынях и сухих степях. В знойные периоды года она является единственным источником влаги для растительности. Таким же способом возникли основные запасы подземной воды в горных районах Западной Сибири.

Оба способа образования подземных вод - путём инфильтрации и за счёт конденсации водяных паров атмосферы в породах - главные пути накопления подземных вод. Инфильтрационные и конденсационные воды называются вандозными водами (от лат. "vadare" - идти, двигаться). Эти воды образуются из влаги атмосферы и участвуют в общем круговороте воды в природе [20].

Процессы формирования химического состава подземных вод.

Процесс формирования химического состава подземных вод--сложный многообразный природный процесс, определяющий химический состав подзем-ных вод в каждой дайной точке. П. ф. х. с. п. в. является этапом общей миграции химических элементов в земной коре, который последовательно охватывает:

1) стадию перераспределения химических элементов и изменений форм их соединений как во время формирования источников минерализации, так и в период последующего их существования в геологической истории, а также перераспределение воднорастворимых соединений (минералов) и ионно-солевого комплекса горных пород;

2) стадию перехода комплексов минерализации подземных вод из источников минерализации в воду;

3) стадию миграции элементов в подземных водах;

4) стадию выпадения компонентов минерализации из подземных вод.

Растворение - важный, широко распространенный процесс, при котором вся порода целиком переходит в раствор (например, растворение галита NaCL). Растворение продолжается до тех пор, пока вода не достигнет предела насыщения.

Растворимость натриевых и калиевых солей с повышением температуры увеличивается, а кальциевых (сульфатных) уменьшается, то соответственно холодные воды кальциевые, горячие - натриевые.

Выщелачивание горных пород состоит в том, что в раствор переходит не вся порода, а только ее растворимая часть. Например, из глинистого известняка вода удаляет углекислый кальция, образуя при этом пустоты.

Обменные реакции (обменная адсорбция) заключается в том, что некоторые катионы, содержащиеся в подземных водах, вытесняют из породы находящиеся на ее поверхности адсорбированные катионы. CaSO₄+2Na⁺ = Na₂SO₄ + Ca²⁺.

Микробиологические процессы, обусловлены жизнедеятельностью организмов. Для неглубокозалегающих подземных вод, большой значение имеют аэробные серобактерии, окисляющие сероводород и серу до серной кислоты.

В результате чего воды обогащаются сульфатами, что повышает их агрессивность и жесткость. В некоторых глубоких горизонтах артезианских вод распространены анаэробные бактерии - микробы-десульфуризаторы и микробы-денитрификаторы.

Смешение различных типов вод. Пример: разломы являются путями, по которым глубинные воды поступают в верхние пласты, а в речных долинных часто происходит подпитывание ненапорных вод напорными. Так образуются смеси различных типов подземных вод [20].

3. Минеральные воды

История минеральных вод.

Нашу планету Земля можно назвать водной или гидропланетой. Общий баланс воды в земной коре складывается из вод Мирового океана: морей, рек, озёр, ледников. Большее количество вод являются солёными и минерализованными.

Для глубинных зон земной коры характерны минеральные воды. Минеральные воды -- это воды, содержащие в себе ряд химических компонентов, с минерализацией свыше 1г/л и выше. Минеральная вода является своего рода природным лекарством.

Лечебными минеральными водами называются природные воды, которые содержат в повышенных концентрациях те или другие минеральные, реже органические компоненты и газы. И обладают какими-нибудь физическими свойствами (радиоактивность, реакция среды и др.), благодаря чему эти воды оказывают на организм человека лечебное действие в той или иной степени, которое отличается от действия «пресной» воды. На базе месторождений минеральных вод, построены курорты, санатории, заводы по разливу минеральных вод.

Существует множество легенд о том, что завидное долголетие у некоторых народов связано не только с их образом жизни или питанием, а главным образом с той водой, которую они потребляют. Литературные памятники Месопотамии, датированные III тыс. до нашей эры, донесли до нас первые упоминания о целебных свойствах минеральной воды.

Для античных народов лечебная сила подземных вод была загадкой.

Считалось, что в источниках обитали таинственные создания, божества -- они-то и помогали избавиться от болезней и недугов. Мифы и легенды донесли до нас подтверждения о чудодейственных свойствах целебных источников.

Древние греки верили, что Геракл обрел свою невиданную силу после того, как искупался в волшебном источнике Кавказа, поэтому мифического героя некоторое время даже считали покровителем целебных вод.

В древние времена у целебных водных источников греки сооружали святилища, посвященные богу врачевания -- Асклепию. В античной Греции археологи обнаружили руины древней водолечебницы, построенной примерно в VI в. до н. э., а общественные купальные устройства стали неотъемлемой частью спортивных заведений.

Древние римляне также употребляли минеральные воды в лечебных целях. У минеральных источников возводились храмы в честь Эскулапа -- бога врачевания в древнеримской мифологии.

Ученые древности предпринимали и научные изучения, чтобы объяснить уникальные свойства минеральных вод. Первая попытка классифицировать минеральные воды по составу принадлежит греческому ученому Архигену жившему в II в. н. э.

Он разделял четыре вида воды: aquaenitrose, aluminose, saline и sulfurose (щелочные, железистые, соленые и сернистые). Л.А. Сенека выделял воды серные, железные, квасцовые и считал, что вкус указывает на их свойства. Архиген рекомендовал серные ванны при подагре, а при болезнях мочевого пузыря назначал питье минеральных вод до 5л в день.

Он считал, что достаточно знать состав воды, чтобы назначить ее для лечения. Следует заметить, что состав воды в то время не мог быть известен даже приблизительно.

Свойства минеральной воды также изучали великие врачи древнего мира, как Гиппократ и Гален. В трудах Гиппократа говорится о профилактическом и лечебном использовании воды. О роскоши римских терм (общественные водолечебные учреждения в Древнем Риме) и той значимости, какое придавали древние римляне ежедневным купаниям, написано в трудах Галена, знаменитого лекаря, которого можно с полным правом назвать отцом гидротерапии, или водолечения.

Классификация минеральных вод: По химическому составу минеральная вода бывает:

1.Гидрокарбонатной;

2.хлоридной;

3. сульфатной.

По содержанию дополнительного действующего вещества минеральную воду подразделяют на:

1.Гидрокарбонатные;

2.сульфатные;

3.хлоридные;

4.бромсодержащие;

5.железистые;

6.мышьякосодержащие;

7.йодосодержащие;

8.кремнистые;

9.борные;

10.сероводородные;

11.радоновые;

12.воды с повышенным содержанием органических веществ.

Закономерности распространения и образования минеральных вод.

Процесс образования минеральной воды весьма сложен и ещё недостаточно изучен. При характеристике генезиса минеральной воды различают происхождение самой подземной воды, присутствующих в ней газов и образование её ионно-солевого состава.

Лечебное действие минеральных вод.

Минеральные воды оказывают на организм человека лечебное действие всем комплексом растворённых в них веществ, а наличие специфических биологически активных компонентов (CO2, H2S, As и др.) и особых свойств определяет часто методы их лечебного использования.

В качестве основных критериев оценки лечебностиминеральных вод в советской курортологии приняты особенности их химического состава и физических свойства, которые одновременно служат важнейшими показателями для их классификации.

Некоторые минеральные воды применяют в качестве освежающего, хорошо утоляющего жажду столового напитка, способствующего повышению аппетита и употребляемого вместо пресной воды, без каких-либо медицинских показаний.

В ряде районов обычная питьевая вода достаточно сильно минерализована и вполне обосновано употребление её в качестве столового напитка. Можно использовать в качестве столовых минеральные воды хлоридно-натриевого типа с минерализацией не выше 4-4,5 г/л (для гидрокарбонатных вод - около 6 г/л).

Показатели качества минеральных вод.

Минеральные воды должны быть бесцветными, прозрачными, без посторонних включений, с незначительным естественным осадком минеральных солей; для столовых вод айвазовская и царичанская допускается слабый желтоватый оттенок. Вкус и запах -- характерные для комплекса солей и газов, содержащихся в воде данного источника.

Популярные минеральные воды.

Вода с кислородом

Вода, насыщенная кислородом -- одна из самых распространенных. Такая вода -- альтернативный источник насыщения крови кислородом. Действует подобно кислородной пенке, знакомой многим с детства.

Полезна такая вода при заболеваниях бронхо-легочной системы -- хронических бронхитах т.п.

Вода с серебром

Серебро -- это антиоксидант. Он обезвреживает вредоносные организмы, в том числе и в воде. Поэтому вода с серебром дольше хранится. Это, в частности, объясняет тот факт, почему в церкви, освящая воду, опускают в нее серебряный крест.

Вода с йодом

От недостатка йода страдает большая часть Украины (особенно он ощутим в Западной Украине). Дефицит йода приводит ко многим серьезным заболеваниям, в частности, к нарушениям функции щитовидной железы. Как результат, нарушается обмен веществ, ухудшаются показатели артериального давления. Недостаток йода также отражается и на настроении -- человек пребывает в подавленном состоянии.

Однако черпать йод лучше не из воды, а из натуральных источников (морской рыбы, морской капусты). Так, в 1 ст. ложке морской капусты содержится суточная норма йода. Йод же в минеральной воде -- неорганический и достаточно тяжело усваивается организмом [18].

4. Роль подземных вод в формировании географической оболочки Земли

Географическая оболочка впервые была определена П.И. Броуновым еще в 1910 г. как “наружная оболочка Земли”. Это наиболее сложная часть нашей планеты, где соприкасаются и взаимопроникают атмосфера, гидросфера и литосфера. Только здесь возможно одновременное и устойчивое существование вещества в твердом, жидком и газообразном состояниях.

В этой оболочке происходит поглощение, превращение и накопление лучистой энергии Солнца; только в ее пределах стало возможным возникновение и распространение жизни, которая, в свою очередь, явилась мощным фактором дальнейшего преобразования и усложнения эпигеосферы.

Географической оболочек присущ ряд специфических закономерностей:

- целостность, обусловленная непрерывным обменом вещества и энергии между её составными частями;

- круговорот вещества (и энергии), обеспечивающий многократность одних и тех же процессов и явлений и их высокую суммарную эффективность;

- неравномерность развития в пространстве и времени, в частности, ритмичность процессов и явлений связанная, в основном, с астрономическими и геологическими причинами, и территориальная неоднородность проявляющаяся в виде зональной и азональной структуры;

- непрерывность развития на протяжении всей истории географической оболочки.

Географическая оболочка - сложная саморегулирующаяся система, находящаяся в подвижном относительном равновесии.

На отличается прежде всего большим разнообразием вещественного состава и видов энергии, характерных для всех компонентных оболочек - литосферы, атмосферы, гидросферы и биосферы.

Географическая оболочка не является замкнутой системой, она открыта как в сторону космоса, так и по отношению к глубинным сферам нашей планеты и подвержена разнообразным влияниям как сверху, так и снизу. Эта оболочка не имеет резких границ, а постепенно сливается с глубинными толщами земной коры и с верхними слоями атмосферы.

Большинство исследователей верхнюю границу географической оболочки проводят по озоновому слою стратосферы, а нижнюю -- по границе распространения живых организмов и воды в жидком состоянии, т. е. на глубине 4--б км. Академик К. К. Марков считал, что в настоящее время границы географической оболочки фактически совпадают с границами биосферы.

Наиболее интенсивное взаимодействие между геосферами Земли происходит в месте их контакта. На соприкосновении атмосферы, гидросферы и верхнего слоя земной коры формируется ландшафтная сфера, в которой сосредоточено не менее 98 % живого вещества планеты. Это своего рода «главная кухня» географической оболочки, в которой находятся основные механизмы трансформации вещества и энергии.

В географической оболочке существует очень тесная взаимосвязь между ее основными компонентами -- горными породами, почвами, климатом, растительностью и животным миром. Поэтому изменение любого из этих компонентов приводит к перестройке всей взаимодействующей системы и к глубоким изменениям во всей географической оболочке.

Поскольку все они не однородны, а изменяются в широких пределах, то и географическая оболочка не однородна, она состоит из большого количества различных природно-территориальных комплексов, наиболее крупными из которых являются географические пояса и ландшафтные зоны.

Все составные части географической оболочки и происходящие в ней процессы тесно связаны и взаимообусловлены. Более того, отдельные ее компоненты испытывают на себе влияние всех остальных компонентов. Это зачастую полностью изменяет первоначальные свойства всей взаимодействующей системы.

Географическая оболочка опирается на географическое пространство и со стороны нижней границы (т.е. ниже границы Мохо также располагается географическое пространство). Его влияние проявляется в том, что энергия земных недр создала (и создает) неровности земной поверхности, включая материки и океанические впадины, литосферу, входящую своей внешней частью в географическую оболочку.

В то же время из земных недр в географическую оболочку поступают хлоридные рассолы, определяющие химизм океана, и т.д.

Реки и подземные воды, перемещая минеральные вещества, участвуют в изменении рельефа. Частицы горных пород высоко поднимаются в атмосферу при извержении вулканов, сильных ветрах. Много солей содержится в гидросфере.

Вода и минеральные вещества входят в состав всех живых организмов, которые существуют в гидросфере и в атмосфере. Живые организмы, отмирая, образуют огромные толщи горных пород органического происхождения.

Итак, целостность географической оболочки Земли - эпигеосферы - геосистемы наивысшего ранга, четко определяется взаимообусловленностью ее компонентов, непрерывным вещественно-энергетическим обменом между ними, который по своей интенсивности значительно превосходит обмен между эпигеосферой в целом, с одной стороны, и открытым космосом и глубинными толщами планеты с другой.

В то же время, будучи открытой системой, эпигеосфера под воздействием внешних факторов развивалась и развивается по пути усложнения своей инфраструктуры, расчленяясь нарегиональные и локальные геосистемы.

Постоянство воздействия внешних факторов, таких как ориентация Земли относительно Солнца и в системе Земля-Луна, взаимодействия литосферы, гидросферы, атмосферы, обусловила зональный, секторный и азональный характер членения эпигеосферы, выразившийся в образовании иерархически упорядоченного и в пространстве и во времени ансамбля геосистем низких рангов.

Роль воды в жизненных процессах.

Например, человек без воды не может прожить более 8 суток, а за год он на свои нужды расходует около 1 тонны воды.

Вода необходима практически всем отраслям промышленно-сти.

Основной потребитель пресной воды - сельское хозяйст-во: она идет на мелиорацию, обслуживание животноводческих комплексов и т.п.

Интенсивная хозяйственная деятельность чело-века привела к деградации гидросферы - загрязнению и истощению поверхностных и подземных вод.

Подземные воды имеют достаточно большое значение. Их можно отнести к числу полезных ископаемых наряду с нефтью, углем или железной рудой.

Подземные воды питаю реки и озера, благодаря им реки не мелеют летом, когда выпадает мало дождей, и не пересыхают подо льдом. Человек широко использует подземные воды: их выкачивают из-под земли для водоснабжения жителей городов и деревень, для нужд промышленности и для орошения сельскохозяйственных угодий.

Таким образом, и охрана поверхностных вод, и рациональное использование и охрана подземных вод включает практически одинаковые общие (строгое соблюдение законодательных актов, уменьшение промышленных отходов, создание безотходного производства) и конкретные меры (многократное использование вод, строительство очистных сооружений, соблюдение правил приразведки подземных вод, строительстве и эксплуатации водозаборов).

Важным элементом рационального использования и охраны водных ресурсов планеты является мониторинг [17,c.150-170].

5. Биосферная роль подземных вод

Биосфера - или сфера жизни Земли, не занимает обособленного положения, а располагается в пределах других оболочек, охватывая гидросферу, тропосферу и верхнюю часть земной коры - ее приповерхностный и почвенный слои. Живые организмы встречаются и ниже почвенного слоя - в глубоких трещинах, пещерах, подземных водах и даже в нефтеносных слоях на глубине в сотни и тысячи метров.

Биосфера, ее биохимическая деятельность обеспечивает планетарное равновесие на Земле - равновесное состояние газов, состава природных вод, круговорот вещества.

Биосферные функции экосистем

- формирование ими первичной продукции;

- поддержание баланса кислорода, углерода, воды и др.;

- воздействие на климат и природы.

Подземные воды участвуют в формировании литосферы (подземные реки, карстовые образования ....). Биосферная роль подземных вод состоит в том, что они участвуют в круговороте веществ и потоке энергии в биосфере [11,c. 160-180].

6. Экономическое значение природных вод

Роль воды во всех жизненных процессах общеизвестна. Например, человек без воды не может прожить более 8 суток, а за год он на свои нужды расходует около 1 тонны воды.

Вода необходима практически всем отраслям промышленно-сти. На производство 1 т чугуна требуется воды 50 -150 т, 1 т пластмасс - 500 -1000 т, 1 т цемента - 4500 т, 1 т бумаги - 100 000 т. На электростанциях мощностью 300 тыс. кВт расход воды составляет 300 млн. т/год.

Перечисленные производства потребляют только пресную воду. Рас-четы же показывают, что пресная вода на планете составляет всего 2,5% от всех запасов воды, 85% - соленая вода морей и океанов, содержащая до 35 г/л солей.

Запасы пресной воды на Земле распределены крайне неравномерно: 72,2% - льды; 22,4% - грунтовые воды; 5,05% - устойчивый сток рек и вода озер; 0,35% - ат-мосферная вода. В свою очередь, на долю пресной воды, которую человечество может использовать, приходится всего 10-2% пресной воды на Земле.

Основной потребитель пресной воды - сельское хозяйст-во: она идет на мелиорацию, обслуживание животноводческих комплексов и т.п. Для выращивания 1 т пшеницы необходимо воды 1500 т , 1 т риса - 7000 т, 1 т хлопка - 10 000 т.

Наблюдается постоянный рост водопотребления как на произ-водственные, так и на бытовые нужды людей. В среднем в городах с насе-лением более 1 млн. человек потребляется воды: в Москве - 400, в Лондоне - 170, в Санкт -Петербурге - 500, в городах США - 200, в Париже - 130, в Берлине - 250, в Брюсселе - 85 л/сутки на человека.

Интенсивная хозяйственная деятельность чело-века привела к деградации гидросферы - загрязнению и истощению поверхностных и подземных вод.

Истощение вод - недопустимое сокращение их запасов в пределах определенной территории (для подземных вод) или уменьшение минимально допустимого стока (для поверхностных). И то и другое приводит к неблагоприятным экологическим последствиям, нарушает сложившиеся связи в системе человек - биосфера.

Подземные воды имеют достаточно большое значение. Их можно отнести к числу полезных ископаемых наряду с нефтью, углем или железной рудой. Подземные воды питаю реки и озера, благодаря им реки не мелеют летом, когда выпадает мало дождей, и не пересыхают подо льдом. Человек широко использует подземные воды: их выкачивают из-под земли для водоснабжения жителей городов и деревень, для нужд промышленности и для орошения сельскохозяйственных угодий.

Несмотря на огромные запасы, подземные воды возобновляются медленно, существует опасность их истощения и загрязнения бытовыми и промышленными стоками. Чрезмерный забор воды из глубинных горизонтов уменьшает питание рек в межень -- период, когда уровень воды самый низкий.

К воде, применяемой в различных отраслях промышленности, предъявляются требования в соответствии со спецификой данного вида производства. Например, в сахарном производстве необходимо, чтобы вода имела минимальную минерализацию, так как присутствие любых солей затрудняет варку сахара.

В пивоваренном производстве требуется отсутствие в воде CaSO4, препятствующего брожению солода. В воде, применяемой для винокуренного производства, нежелательно присутствие хлористого кальция и магния, которые задерживают развитие дрожжей. В текстильной и бумажной промышленности не допускается присутствие в воде железа, марганца и кремниевой кислоты. Производство искусственного волокна требует малой окисляемости воды (менее 2 мг/л) и минимальной жесткости (до 0,64 мг-экв/л).

Такие же требования по жесткости предъявляются к воде и в энергетической промышленности. К воде, используемой для хозяйственно-питьевого водоснабжения, предъявляемые требования можно свести к двум основным условиям: безвредности ее для организма и удовлетворительному качеству по вкусу, запаху, прозрачности и другим внешним свойствам [13,c.120].

7. Проблемы охраны и рационального использования подземных вод

В настоящее время все большую остроту приобретает проблема пресной воды. На XXXV сессии Генеральной Ассамблеи ООН было объявлено, что более миллиарда людей планеты страдает от недостатка доброкачественной воды, необходимой для питья и хозяйственных нужд.

Только для поддержания жизни человеку ежесуточно необходимо около 2 л воды, а житель современного благоустроенного города в сутки расходует от 100 до 1000 л.

Еще больше расход пресной воды в промышленности: для производства одной тонны стали расходуется 150-200 м3 воды, меди - 500, бумаги 450-1000, искусственного волокна 2000-6000 м3. В связи с глобальным загрязнением поверхностных вод централизованное водоснабжение все в большей степени ориентируется на подземные воды.

Так, в России более 60% городов использует для водоснабжения подземные резервуары. В других странах доля подземного водоснабжения еще выше.

Однако в условиях растущей техногенной нагрузки на окружающую среду подземные воды также подвергаются загрязнению и истощению. В связи с этим при решении проблем охраны и рационального использования окружающей среды подземные воды, которые являются одной из наиболее используемых, уязвимых и динамичных составляющих геологической среды, занимают особое место.

В последние годы в подземных водах обнаружен целый ряд аминокислот, являющихся структурными элементами белков. Кроме того, в пресных подземных водах нефтегазоносных провинций, как правило, присутствуют нафтеновые кислоты и различные углеводородные соединения.

В силу своего местонахождения подземные воды лучше защищены от внешних воздействий, чем поверхностные, однако имеются серьёзные симптомы неблагоприятного изменения режима подземных вод на больших площадях и в широком диапазоне глубин.

К ним относятся: истощение и понижение уровня подземных вод из-за чрезмерного отбора; внедрение на побережье морских солёных вод; образование депрессионных воронок и другие.

Большую опасность представляет загрязнение подземных вод. Можно выделить два типа загрязнений - бактериальное и химическое. В определённых условиях в водоносные горизонты могут проникать сточные и техногенные промышленные воды, загрязнённые поверхностные воды и атмосферные осадки.

При создании водохранилищ в результате подпора происходит повышение уровня грунтовых вод. Положительным следствием такого изменения режима является увеличение их ресурсов в прибрежной зоне водохранилища; отрицательными - подтопление прибрежной зоны, что вызывает заболачивание территории, а так же засоление почв и грунтовых вод вследствие повышенного их испарения при неглубоком залегании.

Ввиду небольших паводковых явлений (или вообще их отсутствия) на зарегулированных реках паводочное питание подземных вод значительно уменьшено. Скорости течения на таких реках снижаются, что способствует заилению русла; поэтому взаимосвязь речных и подземных вод затруднена.

В определённых условиях отбор подземных вод может оказать существенное влияние на качество поверхностных вод. В первую очередь это относится к промышленной эксплуатации и сбросу минерализованных вод, сбросу шахтных и попутных нефтяных вод. Поэтому должно предусматриваться комплексное использование и регулирование ресурсов поверхностных и подземных вод.

Примерами такого подхода могут служить использование подземных вод для орошения в маловодные годы, а так же искусственное восполнение запасов подземных вод и сооружение подземных водохранилищ.

Основные виды загрязнения подземных и поверхностных вод.

Загрязнение подземных вод - это такие изменения качества воды (физических, химических и биологических свойств), которые делают ее частично или полностью не пригодной для использования. Критерием оценки степени загрязнения природных вод служат нормы предельно допустимых концентраций отдельных компонентов и общей минерализации воды.

Говоря о загрязнении подземных вод, следует иметь в виду, прежде всего, загрязнение пресных подземных вод, а также слабосоленых вод, минерализация которых не превышает 3-5 г/л. Пресные подземные воды - самый ценный и важный тип подземных вод - широко используются для хозяйственно-питьевого водоснабжения.

Поэтому особого внимания требуют вопросы охраны подземных вод на водозаборах хозяйственно-питьевого назначения и прежде всего на крупных централизованных водозаборах.

Загрязнение подземных вод зависит от следующих факторов:

1. наличия источников загрязнения

2. интенсивности отбора подземных вод

3. гидрогеологических условий водоносного горизонта

Наиболее подвержены загрязнению грунтовые воды и залегающие близко от поверхности горизонты напорных вод. Загрязнение подземных вод является следствием загрязнения среды в целом - поверхности земли (почвы), поверхностных вод, атмосферы.

Загрязняющие компоненты с поверхности земли (почвы) вместе с атмосферными осадками инфильтруются в грунтовые воды. Взаимосвязь поверхностных и подземных вод обусловливает загрязнение последних.

Загрязнение атмосферы через пыль и атмосферные осадки передается поверхности земли и поверхностным водам, а оттуда - в подземные воды.

Основными загрязнителями подземных вод являются:

-промышленные отходы и прежде всего промышленные сточные воды;

-некондиционные природные воды;

-бытовые стоки и отходы;

-сельскохозяйственные удобрения и ядохимикаты.

Во многих случаях причиной загрязнения подземных вод, главным образом пресных подземных вод, являются природные некондиционные воды (поверхностные и подземные).

Под некондиционными(по отношению к пресным подземным водам) понимаются воды повышенной минерализации и содержащие отдельные компоненты сверх допустимых норм для питьевых вод.

К природным некондиционным водам относятся прежде всего естественные соленые воды (воды с повышенным содержанием хлоридов), воды с повышенным содержанием железа, сульфатов, фтора, воды повышенной жесткости и др.

Так, с морскими водами связано засоление пресных подземных вод в прибрежных районах. Наличие в пласте подземных вод повышенной минерализации может привести к подтягиванию последних к водозабору и ухудшению качества пресных подземных вод.

Ухудшение качества пресных подземных вод на водозаборе обусловлено подтягиванием к нему загрязненных (соленых) вод. Характер подтягивания соленых вод к водозабору зависит от граничных условий водоносного горизонта, наличия или отсутствия естественного движения подземных вод, фильтрационной неоднородности пород и типа водозабора (одиночный или сосредоточенный площадной водозабор, линейный ряд скважин).

При работе водозабора в условиях естественного движения подземных вод в результате сложения потока подземных вод к водозабору и естественного потока подземных вод формируется область питания водозабора.

В этих условиях подтягивание соленых вод к водозабору возможно только в том случае, если они захватываются областью питания водозабора.

Следовательно, для обоснованного прогноза возможности подтягивания соленых вод к водозабору необходимо знать особенности движения жидкости к водозабору в различных гидрогеологических условиях, т. е. структуру потока подземных вод к водозабору.

Одним из основных моментов прогноза качества воды на водозаборе является оценка времени подтягивания соленых вод к нему. В большинстве случаев достаточно ограничиться прогнозом поступления первых порций соленой воды по кратчайшему расстоянию от водозабора до границы соленых вод.

После поступления первых порций соленых вод начинает ухудшаться качество воды на водозаборе. В этих условиях необходим прогноз, как быстро будет изменяться качество воды во времени и когда оно достигнет допустимой нормы.

Может оказаться, что в результате смешения на водозаборе пресных и соленых вод качество отбираемой воды, хотя и будет изменяться, однако в течение срока эксплуатации водозабора не превысит допустимой нормы для питьевых вод. В этом случае водозабор может работать с частичным подсасыванием соленых вод.

Следует отметить, что частичное использование слабосолоноватых вод в смешении с пресными водами при условии, что минерализация смеси не превысит допустимой нормы, позволяет увеличить эксплуатационные запасы подземных вод, что имеет существенное значение в районах, бедных пресными водами.

Охрана подземных вод -- это система мер, направленных на предотвращение и устранение последствий загрязнения и истощения вод; при этом ставится цель сохранить такое качество и количество вод, которое позволяет использовать их в народном хозяйстве. Основными объектами охраны являются эксплуатируемые водоносные горизонты и водозаборы хозяйственно-питьевого назначения.

Охрана подземных вод от загрязнения представляет собой сложную задачу, что связано с необходимостью не столько заранее обнаружить, сколько своевременно предупредить возможность поступления загрязнителя в водоносный пласт. В противном случае загрязнение подземных вод обнаруживается с запозданием и ликвидация его становится делом сложным, дорогостоящим, а порой и просто невозможным.

Поэтому охрана водозаборов подземных вод должна предусматривать разнообразные профилактические и другие защитные мероприятия, в числе которых организация зон санитарной охраны водозаборов -- важный, хотя и не единственный элемент.

Охрана подземных вод включает в себя несколько аспектов, это и комплекс мер по минимизации отрицательного воздействия на подземную гидросферу (то есть разработка мероприятий по защите подземных вод от загрязнения), и комплекс мер правового законодательства по охране природных ресурсов, в частности статья 124 Водного кодекса РФ, и экологическое страхование.

Мероприятия по охране подземных вод от загрязнения подразделяются на: