Навигация
Движение вод в карстовых массивах
94443
знака
0
таблиц
10
изображений
2.3 Движение вод в карстовых массивах
Наличие движущейся воды – третье обязательное условие существования карста. В результате движения карстовых вод возникает водообмен. Интенсивность его характеризуется коэффициентом водообмена, представляющим отношение годового расхода всех карстовых источников и вод, разгружающихся непосредственно в реки, озёра или моря (а также другие водоносные горизонты) к общему объёму подземных вод карстующегося массива или его части. Численная величина коэффициента водообмена зависит от водопроницаемости пород, условий дренажа и питания карстовых вод, климатических условий и других факторов. Наиболее интенсивный водообмен имеет место при расчленённом рельефе. В карстовых районах, при наличии долин магистральных транзитных рек или на берегах морей, возможны следующие гидродинамические зоны:
В зоне поверхностной циркуляции вода стекает по поверхности карстового массива, образуя конусообразные расширения поноров и коррозионно-эрозионные воронки, расширяя устья карстовых шахт (превращая их в пропасти). В карстовых воронках, где понор заилен, стекающие по поверхности воды образуют постоянные или временные озёра, питающиеся атмосферными осадками и талыми водами.
Зона вертикальной нисходящей (периодической) циркуляции, или зона аэрации. Здесь периодически после выпадения осадков или таяния снега происходит движение воды вниз по вертикальным трещинам и пустотам. Мощность зоны определяется толщей карстующихся пород, рельефом и климатом. На слабо расчленённых возвышенных участках с равнинным рельефом она составляет 30–100 м и более, а в горных районах достигает 1–2 км. Выделяют подзону подвешенных карстовых вод – на участках развития местных водоупоров (часто прослои кремнистых известняков). Этим обусловлено наличие источников, вытекающих на склонах значительно выше уровня воды транзитных рек или дна карстовых котловин и польев. Воды подвешенного горизонта могут низвергаться в долины из канала, находящегося на высоте десятки метров; при менее расчленённом рельефе встречаются карстовые потоки, текущие на разных уровнях.
Зона колебания уровня карстовых вод (переходная) с чередованием вертикальной и горизонтальной циркуляции за счёт сезонных колебаний уровня карстовых вод. При подъёме уровня здесь, как и в нижележащей зоне, с которой она сливается, наблюдается горизонтальное движение в направлении дрены. При спаде она включается в вышележащую зону вертикальной циркуляции. Амплитуда колебаний уровня карстовых вод и мощность зоны различна, от первых метров до 100–109 м. Мощность в в 2–3 м указывает на сильную закарстованность известняков. Амплитуда годовых колебаний уровня карстовых вод достигает 20–25 м и даже 30–40 м. Мощность зоны зависит от климатических условий, количества осадков, рельефа. Она уменьшается по мере увеличения закарстованности и роста объёма подземных карстовых пустот. Нижняя граница и мощность переходной зоны изменяются по многолетним периодам. Ниже переходной границы находится ряд зон полного насыщения пустот карстовыми водами.
В зоне горизонтальной циркуляции происходит свободный сток безнапорных вод к магистральным речным артериям или к окраине карстующегося массива.
Зона сифонной циркуляции с каналами в виде перевёрнутого сифона характеризуется напорными водами, которые движутся от водораздельных пространств в подрусловые каналы магистральных рек. В условиях русского и среднеевропейского типов карста воды несут из понор, карстовых воронок и каналов обломочный материал, который заполняет подрусловые пустоты, а из трещин путём растворения пород образуются новые полости. В горных районах при отсутствии магистральных речных долин воды каналов сифонной циркуляции разгружаются на окраине карстующегося массива в виде наземных, а у морей – частично и подводных источников.
В продольном профиле магистральной речной артерии подрусловые пустоты образуют зону подрусловой циркуляции, составляющую одну из важных особенностей циркуляции подземных вод в карстовых районах. Если карстующаяся толща большой мощности распространена значительно ниже дренирующей район транзитной речной артерии, при несколько замедленной глубинной эрозии и преобладании боковой, то по обоим берегам реки наблюдаются только долины временных потоков (овраги, балки, лога), дно которых усеяно карстовыми воронками с понорами, в которые стекают талые и дождевые воды. Вода, которая стекла в поноры или профильтровалась в них, не даёт источников по берегу реки. Источники во многих случаях появляются только тогда, когда местность испытывает поднятие, и глубинная эрозия вскрывает расширенные карстовыми водами трещины и карстовые пустоты, или за счёт наличия рассмотренных ранее местных водоупоров. В результате разбуривания речных долин при проектировании плотин и железнодорожных мостов, а также для водоснабжения, было установлено, что многие реки в областях гипсового и известнякового карста обладают подрусловыми пустотами, часто с карстовым потоком. В речной долине, в русле и под ним могут иметь место комбинации «этажей» стока. В районах, где карстующиеся породы развиты значительно ниже уровня реки, могут быть три основных пути карстовых вод в поперечной зоне сифонной циркуляции: в русловой аллювий; в подрусловые подстилающие пустоты; в подрусловые пустоты, находящиеся на глубине 20–30 м и более под рекой.
По мере заполнения подрусловых карстовых пустот в зависимости от местных геологических и других условий подрусловой поток либо исчезает, либо перемещается на другой участок поперечного профиля в новые пустоты, образовавшиеся за счёт выщелачивания. Так как подземный поток перемещается в горизонтальном направлении медленнее, чем меандрирующая река, то он может быть не только под руслом реки, но и под поймой и террасами. Подрусловый поток наблюдается не по всему течению рек. В местах, где за счёт фациальных изменений, строения или разрывных нарушений карстующиеся породы под руслом замещаются некарстующимися, подрусловой поток выходит в реке или близ её русла в виде восходящего источника. Зимой над местом выхода более тёплых подрусловых вод лёд не образуется.
Зона глубинной циркуляции ниже речных долин и подрусловых пустот характеризуется движением карстовых вод по структурам в направлении базисов разгрузки континентов и морей. Движение обычно происходит весьма медленно и зависит от разности отметок области питания и области разгрузки, проницаемости и др.
В горных складчатых сооружениях с современных или недавним вулканизмом карстовые явления могут быть вызваны также выщелачиванием пород восходящими глубинными – термальными и другими водами, поступающими главным образом по разломам. В местах, где прекратилось поступление глубинных вод, наблюдаются арагонитовые сталагмитообразные «гейзеровые капельники». При отложении их в отличие от обычных сталагмитов воды поступают не сверху, а снизу. Таким образом, это скорее своеобразные перевёрнутые сталактиты, представляющие собой конусы диаметром до 16 м и высотой 0,1–2 м, с каналом внутри и кратером, иногда развиты «паразитические» конусы. Так появляется гейзерный сталагмит новой генерации. Изучение родниковых кратеров показывает, что из воды минералы выпадают в следующей последовательности: лимонит, вад, арагонит, силикокарбонат. Глубинные растворы обуславливают скопление в карстовых пустотах различных полезных ископаемых.
Своеобразна и малоизученна циркуляция вод в рудном карсте. Сульфидные залежи, попав в обстановку выветривания, окисляются. Просачивающиеся с поверхности дождевые и талые воды, обогащённые серной кислотой, интенсивно закарстовывают известняки, вмещающие руды.
Характер движения подземных водотоков может быть ламинарным и турбулентным. При турбулентном движении струйки жидкости пересекаются, быстро теряя энергию – в отличие от ламинарного. Турбулентное движение возникает в жидкости тем быстрее, чем выше её плотность, меньше вязкость, больше скорость и диаметр потока. В карстовых полостях происходит непрерывная смена видов движения: и в пространстве (вниз по течению реки), и во времени (в высокую и малую воду).
Формы существования воды, в т.ч. и под землёй, многообразны. Парообразная влага может передвигаться независимо от потока воздуха, перемещаясь из зон с большей абсолютной влажностью к зонам с меньшей влажностью, при их равенстве – из зоны с большей температурой воздуха (t, ºС) к меньшей. По микроклиматическим данным, в тёплый период времени абсолютная влажность под землёй на 1–7 мм рт.ст. ниже, чем на поверхности. Возникает устойчивый поток влаги из атмосферы в карстовые пещеры и шахты, где и происходит её конденсация. Гидрогеологические данные свидетельствуют о существовании небольших, но постоянных источников близ горных вершин, перевалов, на изолированных возвышенностях – останцах, где питание дождевыми осадками близко к нулю; давно замечено, что карстовые реки не пересыхают всё лето. Эксперименты по получению влаги в специальных установках с различным заполнителем (глыбы, щебёнка, галька, песок), проведённые в разных климатических зонах, показали, что каждые 5 м³ заполнителя генерируют в среднем 1 литр воды. Конденсация происходит и в летний, и в зимний периоды, причём интенсивность её увеличивается с понижением температуры воздуха на поверхности. Например, в Крыму в холодный сезон температура воздуха под землёй составляет +10ºС, абсолютная влажность – 9.0 мм рт.ст., а на поверхности -10ºС и 2,2 мм рт.ст. Таким образом, в этот период происходит вынос влаги из карстового массива. Но парообразная влага из глубины массива, поднимаясь вверх, конденсируется в верхней, охлаждённой части и на нижней поверхности покрывающего её снега и в виде капели поступает по трещинам и полостям обратно в глубину массива. Таким образом, летняя конденсация – это прибавка в водном балансе карстовых массивов, а зимняя – «двигатель» коррозионных процессов в приповерхностной зоне. Конденсационная влага в момент зарождения обладает нулевой минерализацией и очень высокой агрессивностью – способностью растворять горную породу. Это определяет роль конденсации в холодном (образование микроформ на стенах, разрушение натёков) и горячем (образование пещер-шаров над поверхностью термальных вод) спелеогенезе. Конденсационное происхождение могут иметь сталактиты, коры, кораллиты, геликтиты, цветы и пр.
Капель и струйки гравитационной воды, стекая по стенам, образуют на дне пещер подземные озёра. Согласно классификации Г.А. Максимовича, они могут иметь коррозионно-котловинное, аккумулятивно-котловинное, плотинное или сифонное происхождение. Котловинные озёра в основном «подвешенные», располагаются выше уровня подземных вод. Образуются за счёт растворяющей деятельности воды или в результате накопления на дне пещеры песчано-глинистых отложений. Пополняются они во время паводков и, так как под землёй почти нет испарения, имеют слабо меняющиеся уровни, которые иногда фиксируются оторочками кальцита. Они могут терять воду, которая уходит в трещины, открывающиеся после землетрясений, или прорывают пробку глины на дне. Тогда только по оторочкам на стенах залов можно сказать, что здесь некогда была вода. Объём таких озёр невелик (редко более первых сотен м³). Плотинные озёра возникают в руслах подземных рек у скоплений обрушившихся со сводов камней или у натечных плотин, вырастающих в потоке при ритмичном отложении карбоната кальция. Они существуют довольно долго и исчезают при пропиливании рекой плотины. Их объёмы невелики (100–500 м³). Сифонные озёра заполняют U-образные каналы, часто неизвестной глубины и протяжённости. Пещерные озёра, возникающие на уровне карстовых вод, иногда имеют огромные размеры (до 1–2 гектаров).
Похожие работы
... особенности карста, зачастую его морфолого-генетический тип и классификационный ранг географического ландшафта закарстованной территории. Может быть предложена следующая таксономическая система районирования карста: карстовые страна – область – провинция – округ – район. Внутри района при детальном исследовании рекомендуется выделять типологические единицы (участки разных типов карста), однако ...
... ПРОЦЕССОВ Вследствие карстово-суффозионных процессов и явлений уменьшается устойчивость геологической среды, что приводит к катастрофическим последствиям (просадки, провалы, деформации сооружений). В РФ карстовые процессы широко развиты в Архангельской, Ленинградской, Московской, Тульской, Курской, Нижегородской, Воронежской областях, республиках Башкортостан, Татарстан, Марий-Эл, Мордовия, ...
... песчаниками с тонкими прослойками гипса), можно предположить что на исследуемой нами местности сформировались благоприятные условия для формирования карстовых форм рельефа. 1.3 Особенности тектонического строения Нюксенского района Территория Нюксенского района расположена на северо-западе Русской плиты, для которой характерно блоковое строение кристаллического фундамента. Лежит в пределах ...
... толстослоситые мраморированные известняки), так и с тем обстоятельством, что значительная часть осадков приурочена именно к наиболее возвышенной части полуострова. В предгорной и степной части Крыма карстовые явления также распространены, все же именно выровненная вершинная поверхность Крымских гор (яйлы) считается классическим районом распространения карста. Карст в пределах Горного Крыма ...
0 комментариев