Подземной водой называют всякую воду, находящуюся под земной поверхностью независимо от того, циркулирует ли она в рыхлых поверхностных проницаемых породах, или залегает под изолирующим непроницаемым слоем, или, наконец, заполняет трещины и пустоты плотных горных пород.
По своему происхождению подземные воды прежде всего могут быть разделены на две категории: на вадозные и ювенилъиые воды. Первые происходят в том или другом виде из атмосферы и участвуют в общем круговороте воды с поверхностными и атмосферными водами, вторые возникают в недрах земли при выделении газов и ров расплавленными жидкими массами и, поднимаясь в виде перепетого пара, достигают верхних холодных горизонтов земной коры, и переходят в капельножидкое состояние. Смешиваясь с вадозной водой и повышая ее температуру, такая вода в чистом виде редко походит до земной поверхности.
По вопросу о происхождении подземных вод с глубочайшей древности существовали весьма различные воззрения.
У авторов классической древности, например у Платона, а отчасти и в христианском Средневековье, преобладал тот взгляд, что воды океана через «тартар» - большое отверстие в глубинах океана - проникают в недра земли и затем, после более или менее продолжительного подземного пробега, вновь выходят на поверхность в виде источников. Известный современный гидрогеолог Кейльгак справедливо отмечает, что в воззрениях Платона сказываются те впечатления, какие производили в древности карстовые потоки, исчезавшие в подземные пустоты.
Аристотель и Сенека Младший полагали, что воздух, проникающий в подземные пустоты и пещеры, там сгущается в воду под действием холода и тьмы, аналогично тому, как это происходит в верхних холодных слоях атмосферы или па поверхности земли в темных и холодных местах. Из авторов древности лишь у Марка Витрувия Поллия мы находим теорию происхождения грунтовых вод (инфильтрационную), сходную с существующими в настоящее время воззрениями, но взгляды Поллия были забыты, и до конца XVI столетия нельзя констатировать никакого прогресса в вопросе о происхождении подземных вод.
Из позднейших воззрений обращают на себя внимание взгляды Декарта. В XVII в. Декарт полагал, что морская вода по подземным каналам попадает в пустоты, находящиеся в глубине земли, и там превращается в нар под влиянием теплоты земного ядра; поднимающиеся пары охлаждаются в поверхностных частях земной коры, конденсируются и вытекают в виде источников. Кеплер высказал мнение, что земля, наподобие зверя, вдыхает воду морей, переваривает и ассимилирует ее в своем теле, при этом подземные воды я источники не что иное, как побочные продукты, выделяемые после совершившегося обмена веществ. Интересно отметить, что воззрения, совпадающие с кеплеровскими, были высказаны в 1821 г. ученым Христианом Кеферштейном. Подобно Декарту, и Афанасий Кирхер указывает на море как первоисточник всех подземных вод. По воззрению Кирхера, ядро земли представляет огяедпожидкую массу, окруженную твердой корой, в которой рассеяны очаги магмы - пирофиляции, последние через посредство каналов, доходящих до земной поверхности, обусловливают вулканическую деятельность земли. Между пирофиляциями в твердой земной коре рассеяно множество обширных, наполненных водой пустот - гидрофиляций. Гидрофиляции питаются морем, и морские водовороты ироде Сциллы и Харибды и норвежского Мальстрима указывают те места, где вода через огромные воронки на дне проникает в глубину. Из гидрофиляций вода поднимается вверх двояким путем: или под влиянием нагревания соседними пирофиляциями она превращается в пар и вытекает на поверхность в виде горячих источников, или же| она всасывается капиллярами горных пород, поднимается в поверхностные горизонты земной коры, где скопляется в пещерах и пустотах, особенно многочисленных в горных областях. В противоположность этим воззрениям, ставящим в связь подземные воды с морской водой, в 1650 г. была формулирована Верпаром Палисси инфильтрационная теория, позднее всесторонне разработанная и обоснованная Мариоттом.
Согласно этой теории все подземные (или грунтовые) воды происходят от атмосферных осадков (дождя и талого снега), которые, просачиваясь через проницаемые породы или трещины плотных горных пород, достигают водоупорного слоя и, двигаясь по этому слою, выходят на поверхность в виде источников. При обосновании этой теории Мариотт утверждал, что атмосферных осадков вполне достаточно для питания источников и что источники в дождливое время богаче водой, а в сухое беднеют водой, а иногда и совсем иссякают.
Эта теория мало-помалу сделалась господствующей в науке.
Противником инфильтрационной теории в 1877 г выступил Отто Фольгер, утверждавший, что просачивание атмосферных осадков невозможно на сколько-нибудь значительную глубину.
Основные положения его критики инфильтрационной теории сводятся к следующим положениям:
1) Самый сильный дождь не в состоянии заставить воду проникнуть сколько-нибудь глубоко. В садовой почве на глубине всего каких-либо нескольких дециметров просачивание воды прекращается, и ниже находится совершенно сухая земля.
2) Свойства почвы препятствуют просачиванию воды даже из весьма обильных водоемов; если бы дело обстояло иначе, то реки, озера и даже моря должны были бы в конце концов утратить свою воду. Туннели под ложем реки и выработки ниже уровня моря доказывают будто бы также, что земля непроницаема для воды. Благодаря этому свойству земли мы можем из нее возводить дамбы и плотины. Вследствие плохой проницаемости почвы не может происходить загрязнение грунтовых вод так называемыми городскими стоками.
3) Кроме того, по мнению Фольгера, атмосферных осадков недостаточно для питания рек, так как на земной поверхности испаряется больше воды, чем получается ее в виде атмосферных осадков.
Подвергнув критике инфильтрационную теорию, Фольгер взамен ее предложил конденсационную теорию, которая в общих чертах сводится к следующему: вся грунтовая вода получается от конденсации паров атмосферного воздуха в более холодных слоях земли. Воздушная оболочка земли не ограничивается поверхностью последней, но проникает глубоко во внутренние слои, причем между наружной атмосферой и воздухом, находящимся в земле, происходит постоянный обмен, в зависимости от условий температуры, влажности и давления. Выставленные Фольгером положения вызвали, однако, ряд веских возражений. Так, указывали, что инфильтрация вызывается не сильным дождем, а мелким, но продолжительным, так как, действительно, во время ливня дождь, заполняя поверхностные поры, препятствует дальнейшему просачиванию воды в почву; кроме того, наблюдения свои Фольгер производил над садовой землей, которая, как губка, набухает от воды и не дает ей просачиваться глубже. В аллювии речных долин инфильтрация обнаруживается на большую глубину. Исследования Высоцкого в степях показали, что еще на глубине 2 м имеется достаточный запас воды. В своих рассуждениях о реках, озерах и роли плотин Фольгер совершенно не принимает во внимание различий в проницаемости горных пород. Реки могут существовать на поверхности земли, если водонепроницаемые породы залегают неглубоко или если большая толща проницаемых пород пропитана водой и вследствие этого-является также водоупорной. Плотины сооружают не из песка и рыхлых пород, а из пород водоупорных. Наконец, колебания грунтовых вод выказывают до известной степени зависимость от количества атмосферных осадков.
Гипотеза Фольгера была сочувственно встречена одними и возражениями со стороны других. Наиболее серьезную критику конденсационной теории дал известный венский ученый Ганн.
После критики со стороны Ганна, Вольни и других ученых теория Фольгера была почти забыта на Западе. У нас теория конденсации развилась совершенно самостоятельно и именно в 90-х годах, когда на Западе она была, невидимому, совсем оставлена и не находила себе более защитников. Наиболее важные работы по конденсации паров в почве принадлежат Головкинскому, Педдакасу, Близнину, Костычеву, Зибольду. Между прочим, наиболее тяжелый удар теории просачивания был нанесен в России, как раз защитниками инфильтрационной теории Измаильским и Высоцким, которые констатировали на степной равнине между поверхностью почвы и грунтовыми водами слой почвы (мертвый горизонт), предельно сухой в течение всего года. Названные авторы указывают, однако, что мертвый горизонт отсутствует под мелкими депрессиями степи (блюдцами, западинами, лощинами), и видят именно в этих последних как бы спускные трубы, посредством которых происходит питание грунтовых вод.
Более ранние опыты над конденсацией паров в почве производил в Крыму Головкинский, причем ему удалось констатировать связь между температурой и количеством осадков.
Когда температура почвы выше температуры воздуха, сгущение подземной росы не происходит, в обратном случае осадки появляются. Зибольд был наведен на мысль о возможности конденсации паров в рыхлых породах находкой в окрестностях Феодосии следов обширных древних гидротехнических сооружений в виде куч из щебня и глиняных труб.
В ближайшее нам время вопрос о происхождении подземных вод получил несколько другую постановку.
Во-первых, ряд авторов, в особенности Мейденбауер, принимая во внимание возражения, сделанные против теории Фольгера, видоизменил ее, допустив проникновение воды в почву в виде конденсированных паров, в так называемом паросферическом состоянии. Именно из такой паросферической влаги с диаметром частиц от 0,02 до 0,006 мм состоят облака. Эти частицы находятся во взвешенном состоянии в воздухе, но, попадая вместе с ним в почву, они сливаются и образуют жидкую воду, причем этот процесс уже не связан ни с какими тепловыми эффектами. Принимая во внимание, что горные вершины очень часто бывают окутаны находящимся в движении туманом, мы легко поймем, что количество сгущаемой из него влаги в порах и трещинах горной породы может быть довольно значительным. Этим объясняется существование неиссякающих источников на уединенных вершинах и изолированных массивах, несмотря на крайнюю малость соответствующей водосборной площади.
Значительно больший интерес для решения вопроса о происхождении грунтовых вод имеют работы тех авторов, которые выдвигают на первый план новый фактор - упругость водяных паров. Некоторые соображения мы находим уже в работах Кепига, Кюперса, Мичерлиха и Сперанского-Крашенинникова, но наиболее ценной в этом отношении является работа А. Ф. Лебедева - «Роль парообразной воды в режиме почвенных и грунтовых вод».
Теория Лебедева, чуждая односторонности как инфильтрационной, так и конденсационной теорий в духе Фольгера, счастливо устраняет те возражения, которые в свое время делались Фольгеру, и одновременно объясняет целый ряд фактов, которые казались необъяснимыми с точки зрения происхождения грунтовых, вод путем просачивания, как, например, наличность сухого мертвого горизонта. Атмосферная влага попадает в верхние поверхностные слои как путем инфильтрации, так и путем конденсации, дальнейшее ее движение в глубину может происходить в парообразном состоянии.
Работы В. П. Орлова на Репетекской песчаной станции и Ф. П. Саваренского в Муганской степи дали результаты, сходные с наблюдениями Лебедева.
Список использованной литературы
1.Боков В.А., Селиверстов Ю.П., Черванев И.Г. Общее землеведение. – СПб., 1998.
2.Геренчук К.И., Боков В.А., Черванев И.Г. Общее землеведение. - М.: Высшая школа, 1984.
3.Жекулин B.C. Введение в географию. - Л.: Изд-во ЛГУ, 1989.
4.Калесник С.В. Основы общего землеведения. - М.: Учпедгиз, 1995.
5.Крубер А.А. "Общее землеведение" Государственно учебно-педагогическое издательство, Москва - Ленинград, 1938 г.
6.Милъков Ф.Н. Общее землеведение. - М.: Высшая школа, 1990.
7.Неклюкова П.Т. Общее землеведение. - М., 2005.
8.Половинкин А.А. Основы общего землеведения. - М., 1998.
9.Шубаев Л.П. Общее землеведение. — М.: Высшая школа, 2006.