Гидрогеология – обособленное научное направление, основная специализация которого – исследование, анализ и мониторинг динамики подземных вод.
Уже в третьем тысячелетии до нашей эры древние египтяне знали о текущих под землей ресурсах и умели их использовать. Тысячелетием позже выдающиеся умы Древнего Рима и Греции смогли описать уникальные и полезные свойства гидросферы, развивающейся под земной твердью. Название учения пошло от двух греческих слов «гидро» – вода и «геология» – наука, изучающая происхождение.
Современные ученые-гидрогеологи исследуют эволюцию, состав, условия залегания и другие характеристики грунтовых ресурсов, а также рассчитывают их потенциал для хозяйственного применения. Поскольку это ответвление геологии тесно переплетается с метрологией, геофизикой и другими науками о Земле, ее академические и прикладные изыскания нацелены на изучение взаимодействия глубинных источников с водоемами, расположенными на поверхности земной коры, горными породами и воздушными массами.
Цели и задачи гидрогеологического анализа
Объектом изучения данной науки определен базовый элемент гидрооболочки Земли – подземные реки, ручьи, озера. Отличительная характеристика воды – динамика, сохраняющаяся и в газообразном, и в жидком состоянии. Но потоки, протекающие под земной поверхностью, – это не просто набор молекул H2O, а сложносоставной комплекс, вобравший в себя атомы минералов, газов, различных органических соединений. Поэтому первое, что исследуют гидрогеологи – это структуру родника, его миграцию и генезис. На основании первичных данных ученые выявляют закономерности формирования его химической природы.
Гидрогеология анализирует объекты с различных позиций, поэтому имеет множество узкопрофильных направлений:
|
Подраздел |
Что изучает |
|---|---|
| Общая гидрогеология |
Исследует условия появления источников под землей, закономерности распределения водных ресурсов в недрах, формирует базовые понятия |
| Динамика гидрообъекта |
Этот сектор подразумевает наблюдение за характером движения потока под воздействием внешних факторов |
| Гидрогеодинамика |
Фиксирует особенности течения, принципы образования гидродинамического режима |
| Гидрогеохимия |
Анализирует закономерность продвижения химических элементов в гидропотоках, протекающих под поверхностью земли |
| Гидрогеотермия |
Мониторит тепловые процессы и термические характеристики водяной оболочки |
| Палеогидрогеология |
Описывает генезис и прогресс глубинной гидросферы, подчеркивая ее роль в геологической эволюции |
| Региональная гидрогеология |
Выявляет масштабные аспекты перемещения источников, определяет типы гидрогеологических структур |
| Экогидрогеология |
Отслеживает, как деятельность человека скорректировала режим и состав подземных экосистем, определяет масштаб изменений геологической среды, предлагает инструменты для глобального управления гидросистемой, сконцентрированной под земной корой |
| Криогидрогеология |
Рассматривает нюансы формирования и изменения водяных резервуаров, находящихся под слоем почвы в регионах с многолетней мерзлотой |
Также существует ряд самостоятельных учений:
|
Наименование |
Что изучает |
|---|---|
| О режиме и балансе |
Исследуется воздействие природных (выпадение осадков, испарение влаги, изменение температуры почвы, трансформация свойств акваторий озер и рек) и искусственных (строительство плотин, возведение водохранилищ, оросительных каналов, осушение территорий) факторов на гидросферу, сформировавшуюся под поверхностью: на колебания глубины, температурных показателей, физических характеристик, географии продвижения |
| О промышленных, минеральных и термальных водяных источниках |
Уточняется происхождение и структура минвод для классификации их на генетические виды, ведется поиск термальных средств, посредством которых можно осуществлять теплофикацию близрасположенных населенных пунктов, выявляется повышенное содержание ценных химических элементов с целью их последующего извлечения |
| О разведке и поиске подземных рек |
Исследователи ищут потенциальные месторождения питьевых средств, просчитывают их запасы, выполняют качественный анализ структуры |
| Гидрогеология ПИ |
Ученые оценивают водоем с точки зрения возможности использования для решения задач геологии, прогнозируется целесообразность запирания течений для беспрепятственной добычи полезных ископаемых пород |
Данные, полученные гидрогеологами, ценятся во множестве хозяйственных отраслей:
- организация мелиорации для достижения высоких и устойчивых урожаев сельхозкультур;
- поиск, разведка и налаживание добычи полезных ископаемых;
- обоснование необходимости или подтверждение безопасности строительства конструкций и зданий различного предназначения;
- решение природоохранных задач, имеющих целью защиту экологии.
Способы и направления изучения глубинной гидросферы
Основными методами исследования протекающих под земной поверхностью источников стали поисково-разведывательные изыскания, непосредственно съемка объекта, проведение тестов и опытов.
Сначала осуществляется бурение в месте предполагаемого нахождения глубинных водных потоков, взятие проб, выполнение геохимического анализа, мониторинг режима течения, ведутся профильные визуальные наблюдения. Затем идет научная переработка и суммирование материалов, полученных в ходе полевых исследований, проведение лабораторных тестов. На завершающем этапе выполняется геологическое трехмерное моделирование или картирование территории.
Гидрогеологи создают 3D-макет местности и находящихся на ней объектов в цифровом компьютерном пространстве, задействуя продвинутые ГИС-технологии, в фактических географических координатах либо проекциях визуализируемого участка. Процедура облегчает расчет параметров взаимовлияния наземных и грунтовых ресурсов.
Направления исследования
В новом тысячелетии гидрогеология направлена на изучение текущего состояния подземной гидросферы и возможностей ее рационального использования. Мониторингу подвергаются:
- Водопропускная способность прилегающих почв. Различают: водонепроницаемые грунты, не препятствующие течению и даже очищающие его (галька), породы с небольшой впитываемостью жидкости (гранит, мрамор, глина), а также глинистые пески и рыхлые песчаники, частично поглощающие H2O.
- Гидрогеологические бассейны. Водные резервуары обладают определенными условиями залегания и четкими границами. Выделяют 4 вида водоемов: артезианские водохранилища с напорными пластами, трещинные скопления карстовых и трещинно-жильных вод, грунтовые потоки с фиксированным гидродинамическим руслом и подземные стоки.
- Гидрогеологические системы, представляющие собой комплекс геологических объектов, взаимодействующих друг с другом, связанных общей динамикой или влияющих друг на друга через сторонние элементы.
Достижения в гидрогеологическом секторе
Вода играет исключительно значимую роль во всех геологических процессах и отраслях жизнедеятельности человека. С давних времен грунтовые ресурсы применяются для питья и решения хозяйственных задач, артезианские и минеральные источники задействуются для лечебных целей. Гидрогеологические системы активно используются в качестве поставщика химических элементов: бора, натрия, брома, йода, кальция, цинка и пр. Термальные резервуары незаменимы как поставщик тепловой энергии. На Камчатке, в Бурятии, Тюменской и Омской областях теплоснабжение частично осуществляется посредством термальных бассейнов.
В определенных случаях скрытые потоки способны нанести вред. При разработке месторождений полезных ископаемых, возведении гидротехнических сооружений, строительстве тоннелей и метрополитенов грунтовые течения способны разрушить вспомогательные конструкции, усложнить ведение работ. Потому важно вовремя их обнаружить, изучить динамику и предпринять шаги, предупреждающие угрозу.
В наши дни гидрогеологи продолжают поиск новых бассейнов, термоисточников, изучают характеристики уже обнаруженных, задействуя последние инновации и высокотехнологические разработки, позволяющие исследовать предмет с различных ракурсов. Современное оборудование помогает обнаруживать глубинные месторождения с водами, обладающими уникальными компонентами. Ученые систематизируют имеющиеся знания и находятся в поиске новых закономерностей развития.
