Гидрогеология - это что такое... Основные направления и история развития

Мало кто знает ответ на вопрос, гидрогеология - это что? Лишь немногие, к сожалению, вообще в курсе, что такое слово, такое понятие существует. Но, несомненно, нужно знать, что гидрогеология - это не просто наука о природе или о чем-то другом обобщенном, а наука о подземных водах ("гидро" - вода, "гео" - земля, "логос" - слово).

Определение и общие сведения

Гидрогеология - это наука, изучающая подземные воды: их движение, происхождение, состав (химический), условия залегания, закономерности взаимодействия с атмосферой, водами поверхностными и породами (горными). Эта наука состоит из нескольких разделов, среди которых динамика подземных вод, гидрогеохимия, учение о минеральных, термальных и промышленных водах. Гидрогеология взаимосвязана с геологией (в частости, с инженерной геологией), географией, гидрологией и другими науками, занимающимися изучением Земли.

Для осуществления необходимых расчетов используются не только математические, но и химические, физические, геологические методы исследования. Без гидрогеологии проблематично произвести прогнозирование водопритоков, устранить экологические последствия гидротехнического строения (в число таких строений входят водохранилища, плотины, гидроэлектростанции, судоходные шлюзы и др.), спроектировать использование месторождений вод различного назначения и качества (питьевая, техническая, минеральная, промышленная, термальная).

Что такое подземные воды?

Под подземными водами понимают находящиеся ниже земной поверхности, верхней части земной коры, в горных породах воды (и в жидком, и в газообразном, и в твердом состоянии). Они являются одним из видов полезных ископаемых. Подземные воды делятся на почвенные, грунтовые, межпластовые, артезианские, минеральные. Во время ознакомления с понятием "гидрогеология" подземные воды выступают предметом изучения, поэтому и необходимы общие представления о том, что такое подземные воды.

Экскурс в историю

Существуют источники, из которых можно сделать вывод, что о подземных водах человечеству известно с глубокой древности. Доподлинно известно, что во II-III тысячелетии до нашей эры в Китае, Египте и ряде других стран (цивилизаций) существовали колодцы, глубина которых составляла не один десяток метров. Уже в I тысячелетии до нашей эры Аристотель, Фалес, Лукреций, Витрувий (ученые древнегреческие и древнеримские) описывали свойства, происхождение, круговорот воды в природе, в том числе и подземной. В 312 году до нашей эры был сооружен под землей тоннель в городе Аффлиано, в котором вода текла самотеком.

Арабский философ Аль-Бируни в I тысячелетии нашей эры впервые выдвинул догадки о том, что выше родников должны быть подземные резервуары (хранилища) воды, чтобы она могла бить вверх ключом. Исследователь из Персии (ныне Иран) Каради дал формальное представление о круговороте воды в природе, ее поиске, включая в качестве метода поиска бурение. Эти и многие другие исторические факты указывают на то, что гидрогеология - это наука, сведения которой возникли еще в древние времена. Сведения древних исследований во многом подтвердились современными учеными.

Гидрогеология СССР

Лишь после Октябрьской революции 1917 года в нашей стране начала интенсивно развиваться такая наука как гидрогеология. С 1922 года Россия стала Союзом Советских Социалистических Республик. Именно в это время происходит формирование первых гидрогеологических центров. Приблизительно за пятьдесят лет сформировалась общая гидрогеология, которая включала в себя великое множество знаний. Она стала большой информативной и значительной областью геологических знаний. Такому интенсивному развитию во многом помог и определил темпы роста плодотворный период для геологии и гидрогеологии еще дореволюционной России.

Ломоносов, Крашенинников, Зуев, Лепехин, Фальк и многие другие внесли свой неоценимый вклад в науку (причем не только в отношении гидрогеологии). В советской России преемниками досоветского опыта стали такие выдающиеся ученые, как Львов, Лебедев, Хименков, Василевский, Бутов, Обручев и очень много других слуг науки, которые организовали гидрогеологические исследования в СССР, составляли каталоги буровых скважин. Постепенно гидрогеология выделилась из других геологических наук. Именно в этот период сформировались основы гидрогеологии в СССР, в России.

Направления гидрогеологии

В связи с тем, что гидрогеология охватывает большой объем знаний, методов изучения, целевых вопросов изучения, а также косвенные проблемы в такой области, как подземные воды, существует несколько направлений этой науки:

• Региональное. Это направление посвящено изучению региональных (различные страны мира и геоструктуры) новых бассейнов вод, находящихся под землей.
• Генетическое. Воды соленые, термальные, рассолы (от менее до более глубоких горизонтов) изучались в научном анализе этого направления.
• Гидродинамическое. Направление, занимающееся расчетной частью, касающейся движения воды и закономерностей этого движения, составлением моделей с помощью математического моделирования.
• Гидрогеохимическое. Рассмотрение состава воды, условий ее образования, постановка и решение различного рода задач, в том числе и в области поиска полезных ископаемых являются объектами изучения.
• Палеогидрогеологическое. Изучаются исторические основы становления науки, ее роль.
• Экологическое. Занимается охраной подземных вод.

Воды в земной коре: распределение, зоны

Подземные воды имеют особое распределение в земной коре - они образуют как бы два этажа. Первый этаж, нижний, образован плотными породами (магматическими и метаморфическими), в результате чего он содержит в себе достаточно ограниченное количество воды. Второй этаж, содержащий основное количество подземных вод, состоит из осадочных пород. В связи с большим объемом воды в последнем этаже, его разделяют на несколько зон:

1. Верхняя - пресные воды. Они используются как питьевые, хозяйственные и технические.
2. Средняя - минеральные воды. Эти воды содержат различного рода соли, микроэлементы и даже биологически активные вещества. О полезных свойствах минеральных вод написано множество статей, их рекламируют на каждом углу и рекомендуют в качестве помощи организму в борьбе с недугами. Однако не стоит забывать, что минеральная вода, как и любое другое вещество, обладающее лечебными свойствами, имеет и противопоказания.
3. Нижняя - высокоминерализованные рассолы. Эти воды содержат в большом количестве растворенные минеральные вещества (в основном хлориды и сульфаты), в связи с чем из них добывают поваренную соль, бром, йод и другие вещества.

Группы грунта по водопроницаемости

Водопроницаемостью грунта называется его способность пропускать через себя воду. В зависимости от этого показателя грунты бывают:

1. Водопроницаемые - грунты, через которые вода проходит достаточно легко, фильтруясь при этом. Песок, гравий относятся к таким породам.
2. Водонепроницаемые - грунты, которые имеют минимальную способность впитывать воду. Глины относятся к такой группе - после того, как пропитываются водой, они перестают пропускать воду. Мрамор, гранит являются наиболее известными примерами водонепроницаемых пород.
3. Полупроницаемые - грунты, которые ограниченно пропускают воду: глинистые пески, рыхлые песчанники.

Гидрогеологические бассейны

Бассейны подземных вод называются гидрогеологическими. Это значит, что в подземной гидросфере выделена система вод, которая характеризуется общностью не только условий залегания, но и геолого-структурных границ. Гидрогеологические бассейны можно разделить на несколько групп.

• Артезианские - группа бассейнов, являющихся негативным элементом в ряду гидрогеологических бассейнов, представляющих собой скопление вод (конечно же подземных) и содержащих напорные пластовые воды.
• Грунтовых вод - бассейны, представляющие собой целую систему потоков грунтовых вод, которая выделяется по положению гидродинамических границ.
• Трещинных вод - бассейны, которые являются гидрогеологическим массивом распространения карстовых, трещинных и трещинно-жильных вод.
• Подземного стока - как и в случае грунтовых бассейнов, представляют собой систему потоков вод (естественно, подземных) с общим направлением.

Гидрогеологические системы

Существует такое понятие, как гидрогеологическая система. Эта система представляет собой объединение тел, носящих название "геологические тела", в них воды не только связаны между собой, но и имеют общие законы движения. Речь идет, разумеется, о подземных водах. Связи и взаимодействия между компонентами системы могут быть трех видов:

1. Прямые - взаимодействие через общую границу.
2. Непрямые - через другие элементы одной системы или системы, граничащей с исследуемой.
3. Косвенные - через другую систему в анализируемую поступают элементы извне.

Сами же системы можно разделить на природные и природно-техногенные. Природно-техногенные включают в себя инженерные сооружения.

Гидрогеология сегодня

Современное состояние подземных вод, их изменения в результате деятельности человека в области хозяйственной деятельности изучает инженерная гидрогеология. Конечно же, это не отдельная наука, а раздел гидрогеологии в целом.

Гидрогеология и инженерная геология занимаются исследованием влияния инженерной деятельности на подземные воды, их химические свойства, взаимодействие с горными породами, процессы в толщах пород. На сегодняшний день наиболее острым вопросом, решением которого занимаются специалисты является рациональное использование подземных вод.

Необходимо не только заниматься потреблением воды, но и заботиться о том, чтобы не произошло истощения и загрязнения при минимальных затратах. В то же время актуальным остается вопрос, связанный с необходимостью управления подземными водами при проведении хозяйственной деятельности.