Лекція №1

Вступ. Вода в земній корі.

1. Мета. Об’єкт. Предмет. Завдання курсу.

2. Історія гідрогеології.

3. Колообіг води в природі.

4. Розподіл води в земній корі.

5. Види води в гірських породах.

6. Водні властивості гірських порід.

1. Мета. Об’єкт. Предмет. Завдання курсу.

Гідрогеологія — наука про підземні води і про процеси взаємодії підземних вод, літосфери, атмосфери, біосфери та людини. Вже сама назва цієї науки показує, що гідрогеологія і геологія нерозривні. Без геології не існує гідрогеологія. Насправді гідрогеолог повинен бути геологом.

Сучасна геологія являє собою складну розгалужену науку. З неї виділені ряд самостійних наук, які мають власні завдання і свою методику дослідження. Гідрогеолог повинен орієнтуватися у всіх геологічних науках геологічного циклу і добре знати фізичну геологію, літологію, геологію нашої країни, стратиграфію.

Гідрогеологія вивчає наступні основні питання: 1) походження підземних вод, 2) утворення хімічного і газового складу підземних вод, 3) сучасне розташування в земній корі водоносних горизонтів і їх розповсюдження, 4) рух підземних вод, 5) класифікація підземних вод, 6) геологічна історія підземних вод.

Гідрогеологія не відокремлена від інших наук. «Хімія і фізика являються постійними керівниками геолога при вивченні об’єктів зі сторони їх діючого складу – їх змін».

В ряді розділів гідрогеологія крім наук геологічного циклу спирається на інші науки. Для своїх теоретичних побудов і практичних висновків гідрогеологія виконує без посередні спостереження в природному середовищі, обмежено застосовує досвід в природних умовах і лише в деяких розділах – лабораторні дослідження.

Метою викладання дисципліни “Гідрогеологія” є ознайомлення з основними уявленнями про гідрогеологічну стратифікацію та класифікацію підземних вод, з основними типами підземних вод (водами зони аерації, ґрунтовими та артезіанськими водами), а також з особливими типами підземних вод.

До завдань курсу належить розгляд початкових теоретичних передумов поведінки підземних вод в конкретних умовах, що залежать від глибини залягання, літологічного складу водовмісних порід, гідравлічного нахилу та ін.

Предметом вивчення є ресурси підземних вод країни, які змінюють свій хімічний склад в залежності від конкретних умов транзиту та місця розташування, а також можливості використання підземних вод в різних галузях господарства (питні води, в т.ч. мінеральні; промислові води, термальні води та ін.).

2. Історія гідрогеології.

Деякі відомості про підземні води люди мали ще в сиву давнину. Ці знання розширювалися і поглиблювались із зростанням практичних потреб суспільства.

Гідрогеологія як наука виникла порівняно недавно, але цьому передувала багатовікова практика використання підземних вод і тому в історії її розвитку можна виділити 4 етапи: 1) накопичення досвіду використання підземних вод та зародження гідрогеологічних ідей (… – XVIст.); 2) перших наукових узагальнень (XIII – сер. XIX ст.); 3) становлення гідрогеології як самостійної науки (2-а половина XIX ст. – 1-а половина XX ст.); 4) сучасний розвиток гідрогеології.

Е т а п н а к о п и ч е н н я д о с в і д у в и к о – р и с т а н н я п і д з е м н и х в о д.

У IV – III тисячоліттях до н.е. в долинах річок Тигру і Єфрату, Нілу, а також в Індії та Китаї сформувалися стародавні культури, де вже вмміли розшукувати та використовувати підземні води для водопостачання і зрошення земель. Будувалися складні ірігаційні системи. Є відомості, що у VIII ст. до н.е. у Вавилоні (Месопотамія) для водопостачання легендарних садів Семіраміди використовувалась підземна вода із величезного колодязя за допомогою спірального черпака. В Афінах у IV ст. до н.е. міський водопровід використовував підземну воду з колодязів великого диаметру і водозабірних галерей. Чудові водопроводи стародавнього Риму загальною довжиною 443 км. перекачували не тільки поверхневі води, але й джерельні.

Скіфи у IV – III ст. до н.е. будували колодязі глибиною 15 – 20 м. Є відоиості, що у Китаї у IV ст. до н.е. для видобування води використовувалися станки ударно-канатного буріння. В передгір”ї Копет-Даг на Кавказі відомі підземні галереї (кяризи), що були збудовані у I ст. до н.е.

Формувалися і ідеї про походження підземних вод. Фалес із Мілету (VI – V ст. до н.е.) зробив припущення, що підземні води утворюються внаслідок вбивання морської води у берег. Потім під

тиском гірських порід ця вода видавлюэться і виходить на поверхню у вигляді джерел. Платон (V ст. до н.е.) вважав, вода під землю поступає через отвір, який веде у підземне царство Тартар.

З цієї води утворюється підземна річка Стікс. Десь далеко під землею ця річка розбивається на численні ручаї, що виходять на поверхню у вигляді джерел. Аристотель стверджував (IV ст. до н.е.), що підземна вода є наслідком сгущення повітря, яке попадає в гірські породи під дією вітру. Вітрувій Полліо у I ст. до н.е. пояснював утворення підземних вод за рахунок атмосферних опадів. У середні віки у Європі наступає дуже тривали застій, викликаний інтенсивним наступом Церкви на всякі ідеї, що не стика­лися з християнською ідеологією.

Навпаки, у Середній та Малій Азії у цей час філософська думка розвивається досить активно. Відома робота Аль Беруні з Хорезму (1001 р. н.е.), в якій майже на сучасному рівні пояснюється природа фонтануючих джерел, вводиться поняття гідростатичного напору. Караді, перс за походженням, про якого відомо тільки що він помер у 1016 р., написав трактат “Пошуки схованих під землею вод”, де освітлені питання про кругообіг води на Землі, про напірні та безнапірні води, наведені опис деяких польових пошукових робіт на воду, відомості про якість води для питного водопостаяання. Нажаль цю роботу європейці пізнали тільки у XX ст.

А в Європі, в основному, вирішуються питання практичного видобутку та використання підземних вод. У XII ст. для цього проводилося вже буріння свердловин. У 1126 р. на півдні Франції в провінції Артуа (за часів Римської імперії – Артезія) була пробурена свердловина, що розкрила фонтануючу воду і це явище було сприйняте як чудо. У 1137 р. буряться свердловини і в Росії в Соловецькому манастирі для видобування розсолів.

В XII ст. в Києв та Новгороді вже існували водопроводи, складені із просверлених дубових колод, що подавали питну воду від джерел. В XV ст. будується водопровід у Москві для водопос­тачання Кремля, а в XVI ст. – у Троїцько-Сергіївській лаврі. Після тривалого застою у Європі знову з”являється інтерес до птитаннь походження підземних вод. У XVI ст. Агрікола із Саксонії припускавв, що підземні води утворилися шляхом просочуван­ня поверхневих вод та згущення водяної пари, що надходить знизу із глибин Землі. І.Кеплер та Р.Декарт вважали, що Земля це живий організм, який плаває в океанічній воді і переварює її. Вода рухається в гірських породах як кров, а джерела виводять кінцевий результат обміну речовин, що проходить у Землі. У першій половині XVII ст. була поширена гіпотеза А.Кірхера з Вюрцбургу, за якою підземні води утворилися внаслідок проникнення в земні надра океанічної води, яка досягнувши розжареної магми, пертворюється на пару, вівільнюється від солі і піднімається до поверхні землі. У другій половині XVII ст. П.Перро і Е.Маріоттом була розроблена інфільтраційна теорія, яка зараз приймається як основна для пояснення походження прісних підземних ввод.

Етап перших наукових узагальнень відомостей про підземні   води.

На прикінці XVII ст. вже накопився досить великий фактичний материал з умов розповсюдження та залягання підземних вод, створювалися кадри майстрів з пошуків та використання підземних вод. В багатьох містах Європи та США вже існують водопроводи, для яких використовуються як поверхневі, так і підземні води. В Росії великі водопроводи із чугунних труб ( Петергофський і Ліговський) були збудовані на початку XVIII ст. У 1718 р.  за наказом Петра I був відкритий перший у Росії, у Карелії, державний курорт з мінеральними водами, які були названі “Марциальними” за великий вміст заліза.  Вперше у світі був виданий указ про охорону питних вод.

У 1724 р. була відкрита Російська Акдемія Наук. У експедиціях працювали вчені – С.П.Крашенінніков, І.І.Лєпіхін, Н.Я.Озерецьковський, В.Ф.Зуєв, Н.П.Ричков, П.С.Паллас та ін. Проводилися не тільки географо-геологічні дослідження, але й вивчалися прісні та мінеральні підземні води. В наукових працях з”являються перші спроби з”ясувати зв”язок між явищами природи та підземними водами. Зародилася ідея про залежність хімічного складу грунтових вод від фізико-географічних умов (В.Ф.Зуєв). М.В.Ломоносов малює ясну картину про зв”язок підземних та поверхневих вод.

У першій половині XIX ст. французський геолог Елі де Бомон висловив майже сучасну думку про кругообіг води на Землі. Поряд з зовнішнім кругообігом він намітив внутрішній, який пов”язаний з атмосферними опадами, що просочилися в гірські породи. У 1802 р.  Ламарк ввів термін “гідрогеологія” як позначення явища руйнування гірських порід водою, що рухається. Накоплюється великий фактичний матеріал, який оброблюється, узагальнюється. В Росії з’являється праця В.М.Сєвєргіна “Спосіб випробувати мінеральні води” (1800 р.), в якій дається перша класифікація мінеральних вод. Де Тюрі проводить дослідження про формування артезіанських вод Франціі. Англійський геолог У.Смітт у 1827 р. дає першу характеристику підземних вод Великобританії. Таким чином, в середині XIX ст. існували вже майже сучасні уявлення про походження, та розповсюдження підземних вод. В складі природничих наук почала зароджуватися самостійна наука про підземні води (Геологія підземних вод).