Как устроены подземные воды и откуда берутся родники

Путь дождевой капли сквозь толщу земли

Подземные воды зарождаются на поверхности суши. Когда идет дождь или весной тает снег, влага частично испаряется обратно в атмосферу, частично стекает ручьями в реки, а значительная ее часть просачивается в грунт под действием гравитации. Этот процесс гидрогеологи называют инфильтрацией.

Земная кора сложена разными горными породами, и каждая по-своему пропускает воду. По признаку водопроницаемости горные породы делят на две большие группы. Песок, гравий, галька и рыхлый песчаник называют водопроницаемыми породами. В них между отдельными зернами остаются миллионы микроскопических пустот и пор, сквозь которые влага свободно сочится вниз. Пластичная глина, плотный нетрещиноватый гранит, базальт и мрамор называют водоупорными, или водонепроницаемыми породами. Частицы глины лежат так плотно друг к другу, что вода сквозь них почти не проходит, задерживаясь на верхнем крае пласта.

Скорость движения влаги под землей зависит от размера пор в породе. В крупном песке вода способна проходить по несколько метров за сутки. В плотных суглинках скорость фильтрации падает до считанных миллиметров в год, поэтому глубокие водоносные горизонты могут формироваться веками.

Этажи подземных вод

Под землей породы залегают пластами, образуя многослойную конструкцию. Из-за чередования водопроницаемых и водоупорных слоев гидрогеологи выделяют три главных яруса подземных вод.

Верховодка

Это самый верхний, сезонный слой влаги. Он образуется на небольшой глубине, обычно от одного до четырех метров от поверхности земли, если в верхнем песчаном грунте попадаются линзы глины. В сухое жаркое лето или в сильные зимние морозы верховодка полностью исчезает. Вода здесь легко загрязняется дорожной пылью, удобрениями с полей и бытовыми стоками, поэтому для постоянного водоснабжения она непригодна.

Грунтовые воды

Грунтовыми водами называют постоянный водоносный слой, залегающий на первом от поверхности сплошном водоупорном пласте. Обычно они залегают на глубине от пяти до тридцати метров. Сверху грунтовые воды не перекрыты водоупором, поэтому их уровень свободно колеблется в течение года. Во время весеннего половодья горизонт грунтовых вод поднимается, а к концу засушливого лета заметно опускается. Именно грунтовые воды люди веками черпали обычными деревенскими колодцами.

Межпластовые и артезианские воды

Если пробурить почву глубже, под первым водоупорным слоем обнаружится следующий водоносный горизонт, зажатый между двумя водонепроницаемыми пластами. Такие воды называют межпластовыми. Они надежно защищены от поверхностных загрязнений толстыми слоями глины, накапливаясь там тысячелетиями.

Когда слои горных пород изгибаются в виде чаши или пологой впадины, вода в нижней части чаши оказывается под мощным гидравлическим давлением вышележащих краев пласта. Такие напорные межпластовые горизонты называют артезианскими. Свое имя они получили в честь французской провинции Артуа, где в 1126 году пробурили одну из первых в Европе фонтанирующих скважин. Если пробурить скважину в артезианский горизонт, вода сама устремляется вверх по трубе и нередко бьет фонтаном выше уровня земли.

Откуда берутся родники

Родник, или ключ — это естественный выход подземных вод на дневную поверхность. Вода находится в постоянном движении от возвышенных участков к понижениям рельефа. Рано или поздно водоносный пласт сталкивается с естественным срезом земной поверхности, откуда вода вытекает наружу.

По происхождению и механизму действия родники делят на две категории.

• Нисходящие родники вытекают спокойно под влиянием обычной гравитации там, где речная долина, овраг или балка глубоко врезаются в землю и вскрывают безнапорный слой грунтовых вод.
• Восходящие ключи бьют снизу вверх на дне озер, рек или в понижениях рельефа, поскольку питаются напорными артезианскими водами, которые поднимаются по глубинным трещинам в твердых породах.
• Периодические родники активны только во время таяния снегов и затяжных дождей, пересыхая на всю вторую половину лета из-за истощения питающей их верховодки.

Пока вода медленно просачивается сквозь десятки метров кварцевого песка, она очищается от взвешенных частиц, мути и большинства бактерий. Одновременно вода растворяет окружающие минералы, обогащаясь солями кальция, магния, калия и гидрокарбонатами. По этой причине родниковая вода обычно выглядит кристально прозрачной и обладает приятным освежающим вкусом.

Как подземная вода преображает ландшафт

Подземные воды выполняют масштабную геологическую работу. Растворяя легкорастворимые горные породы — гипс, каменную соль, известняк и доломит, они вымывают в толще земной коры колоссальные пустоты. Это явление называют карстом.

В результате карстовых процессов возникают огромные провалы на поверхности земли, воронки и многокилометровые пещерные лабиринты. Примерами служат знаменитая Кунгурская ледяная пещера на Урале или Мамонтова пещера в Северной Америке, общая протяженность ходов которой превышает шестьсот километров. Когда своды таких полостей подмываются водой, случаются внезапные провалы грунта, меняющие облик речных долин и оврагов.