книги из ГПНТБ / Кочина-Полубаринова П.Я. Подземные воды

УЧЕНЫЕ СИБИРИ О ДОСТИЖЕНИЯХ НАУКИ

Академик

П. Я. КОЧИНА-ПОЛУБАРИНОВА

П О Д З ЕМ Н Ы Е ВОДЫ

ЗАПАДНО-СИБИРСКОЕ КНИЖНОЕ ИЗДАТЕЛЬСТВО-1964

ВВ Е Д Е Н И Е

Сразвитием промышленности и сельского хозяйства увеличивается потребление пресной воды. Раньше счи­ тали, что ее на суше — неограниченное количество. В на­ стоящее время выясняется^ что вод, которые'- могут быть использованы без технических трудностей, не так уж много. Реки распределены по земному шару не очень рационально: многие из них текут на север, плодородные степные районы лишены обильной влаги. К тому же ре­ ки загрязняются промышленными стоками. И поэтому для водоснабжения все больше используются подземные бассейны.

Задача наилучшего распределения и использования водных ресурсов становится важнейшей народнохозяй­ ственной и научной проблемой. Основной частью ее яв­ ляется орошение.

Орошение — древнейшая отрасль техники, возможно самая древняя, с которой началось развитие техники во­ обще. Вызывают удивление сохранившиеся остатки ка­ налов в Средней Азии, построенные в незапамятные вре­ мена и служившие для полива земель. Орошение пре­ вращало пустыни в цветущие оазисы. Впоследствии эти каналы были разрушены '.завоевателями или подверг­ лись вредному влиянию природных факторов [обмелению рек, изменению их русел, песчаным заносам и т. п.). В древности существовала также система колодцев-кя­ ризов, из которых извлекали воду для орошения,— их остатки обнаружены в Туркмении.

5

В наши дни развивается орошение подземными вода­ ми, как самостоятельное, так и в комбинации с речными, в помощь последним. При любом способе орошения ра­ стение получает влагу из почвы. Для понимания процес­ сов питания растений нужно знание того, как ведут се­ бя подземные воды в различных природных условиях.

Знаменитый исследователь почвы В. В. Докучаев счи­ тал, что нужно глубоко познать взаимодействия в приро­ де и сельском хозяйстве, которые так «...переплетаются друг с другом, до такой степени трудно расчлеипмы в их влиянии на жизнь человека, что... необходимо иметь в виду по возможности всю единую, цельную и нераз­ дельную природу, а не отрывочные ее части; необходи­ мо одинаково чтить и штудировать все главнейшие элементы ее... иначе мы никогда не сумеем управлять ими...»

Сельское хозяйство основано на народном опыте, вы­ работанном многими поколениями. Однако только нау­ ка может подвести серьезную теоретическую базу под практически полученные результаты. В этом смысле ин­ тересный случай рассказывается в книге «Заниматель­ ная агрономия». Сотрудники Сельскохозяйственной ака­ демий имени К. А. Тимирязева решили организовать теп­ личное выращивание огурцов зимой, но огурцы у них не росли, хотя уход за ними был налажен по всем правилам. Тогда ученые пригласили одного из огородников города Клина, славившегося своими огурцами. Огородник по­ ставил в теплицу открытую кадушку с навозной жижей, и огурцы появились. Оказалось, что бродившее в тепле содержимое бочки выделяло определенное количество уг­ лекислого газа, нужное растениям для нормальной жиз­ недеятельности. Сейчас найдены другие способы снаб­ жения овощей углеродом.

Наука не только объясняет явления, она предлагает мощные средства для подъема сельского хозяйства и про-

6

мышленности. Таким, например, средством служит хими­ зация сельского хозяйства.

В области изучения подземных вод есть еще много неисследованного. Однако имеющиеся достижения нау­ ки позволяют объяснять и практически решать многие вопросы народнохозяйственной и научной проблемы ис­ пользования водных ресурсов планеты. Познакомимся с ними.

Как глубоко залегаю т подземные воды

В земном шаре разлийают несколько оболочек. Отме­ тим главные.

Верхняя оболочка — земная кора, состоящая из гид­ росферы и литосферы, имеет толщину твердой части от 8 до 12 км под океаном и до 70 км в пределах суши

(рис. 1).

Рас. 1. Строение земной коры.

70 км — настолько малая величина, что если сравнить яблоко с Землей, то ее кора будет не толще яблочной кожуры. В твердой части земной коры три слоя: осадоч­ ные породы (продукты разрушения гор и остатки орга-

г

низмов), граниты и базальты. Базальтами называют вулканические горные породы, богатые магнием и желе­ зом. Под океанами гранита не обнаружено.

Вторая оболочка — мантия, простирается до глубины около 2900 км. Остальная часть Земли называется ее ядром.

Оболочки отличаются одна от другой по химическому

8

составу и по состояниям их вещества (жидкое или твер­ дое, аморфное или кристаллическое). Последние зависят от температур, доходящих в Земле до 400001,' и от давле­ ний, достигающих огромных значений — порядка 3,5 миллиона атмосфер (рис. 2).

Член-корреспондент Академии наук СССР А. Ф. Капустинский высказал предположение: внутри ядра Земли вещество находится в таком уплотненном состоянии, что в нем отсутствуют молекулярные движения, поэтому яд­ ро должно оставаться холодным, а энергия электронов, вследствие сжатия молекул, должна превращаться в энергию упругости.

От состоянийсоболочек Земли зависят скорости рас­ пространения сейсмических волн, образующихся вовре­ мя землетрясений и ядерных взрывов. По характеру рас­ пространения этих волн, их преломлению и отражению на границах между различными оболочками судят о строении последних.

Широкое признание получила теория О. Ю. Шмидта о происхождении Земли и планет. Согласно этой теории, планеты сформировались путем постепенного объедине­ ния холодных частиц газопылевого.облака, вращавшего­ ся некогда вокруг Солнца. В возникшей таким образом Земле главнейшим источником тепла служит радиоактив­ ный распад. Основными радиоактивными элементами являются уран, торий и калий; концентрация их убыва­ ет с глубиной, основная масса размещается в слое до

90 км.

Полагают, что на глубинах от 100 до 700 км находят­ ся очаги расплавленного вещества — магмы. На нижней границе этой зоны расположены центры глубокофокус­ ных землетрясений. Они заставляли подниматься по тре-

1 В дальнейшем температура всегда Судет выражаться в граду­ сах Цельсия.

9

щинам и изломам легкую базальтическую магму, пары воды и газов. Это бывает и в настоящее время, когда действующие вулканы прорывают наиболее ослабленные места земной коры — дно океанов и края материков.

Гидросфера и атмосфера образовались в результате выплавления и дегазации наиболее летучих фракций мантии на поверхность.

Вода, вероятно, является единственным веществом, которое на Земле находится одновременно во всех трех состояниях: жидком, твердом и газообразном. Жидкая вода может быть лишь до глубины 10—12 км. Глубже она существует в виде пара, водяного газа с растворен­ ными в нем породами, и в особых состояних, обуслов­ ленных колоссальными давлениями и высокими темпера­ турами. В магмосфере вода содержится в парообразном состоянии. Здесь образуются горячие гейзеры, о которых мы будем говорить дальше.

Круговорот воды в природе

Гидросфера включает в себя не только океаны и мо­ ря, но и реки, озера, ледники и подземные воды. Мы при­ соединим сюда еще воды растительных и животных ор­ ганизмов: недаром говорят, что жизнь есть «одушевлен­ ная вода» — она составляет не меньше двух третей по весу всех организмов. Можно указать такие объемы:

Величина 400 млн. куб. километров для объема вод, находящихся внутри земного шара во всевозможных со?

10