Водоносные горизонты

Вечная мерзлота, охватывающая мощные толщи литосферы, распространена в горных породах самого различного литологического состава. Промерзают не только безводные горные породы, но и горные породы, насыщенные водой. В районах распро­странения вечной мерзлоты, как указывалось выше, мы встречаем воду как в твердом и жидком, так и в парообраз­ном состоянии. Жидкие подземные воды в области вечной мерзлоты Н. И. Толстихин подразделяет на три кате­гории.

1. Надмерзлотные воды, залегающие над толщей вечной мерзлоты на ее верхней поверхности, которая и является в данном случае водоупором.
2. Межмерзлотные воды, находящиеся в пределах тол­щи вечной мерзлоты. Здесь мы имеем в устойчивом во вре­мени состоянии в пределах мерзлого тела и твердую и жид­кую фазы.
3. Подмерзлотные воды, залегающие ниже толщи вечной мерзлоты, которая для подмерзлотных вод является водо­упорной кровлей.

По Н.И. Толстихину, все три категории подземных вод в той или иной мере связаны друг с другом, а также с гидросферой и атмосферой.

Надмерзлотные воды по условиям своего залегания и по режиму можно подразделить на три типа: а) сезонно промерзающие, находящиеся в пределах активного (дея­тельного) слоя, в котором могут развиваться корневые системы растений; б) сезонно полупромерзающие, у кото­рых только верхняя часть располагается в пределах актив­ного слоя; в) сезонно иепромерзающие, у которых верхняя поверхность залегает под нижней поверхностью деятельно­го слоя.

Первый водоносный горизонт из сезонно промерзающих надмерзлотных вод представляет собой верховодку. Она является результатом сезонной смены жидкой и твердой фаз воды. В условиях крайнего севера жидкая фаза воды существует только два-три летне-осенних месяца; близ южных границ распространения вечной мерзлоты сезон­ное существование этой фазы удлиняется _до полугода и более. Сезонные надмерзлотные воды в жидкой фазе пред­ставляют потоки, передвигающиеся в междуречных про­странствах в сторону низин. Глубина оттаивания увели­чивается по направлению с севера на юг.

Глубина деятельного слоя даже в песчаных почвах, наиболее теплопроводящих, на севере не превышает 1,5 м; в южных областях она достигает Зм. В глинистых разностях покровных образований оттаивание значительно меньше, а в торфяных, даже на юге, едва доходит до 0,5 м.

Передвигающиеся по уклону с междуречных пространств подземные воды согревают свое основание и согревают и как бы оплавливают, разъедают поверхность вечно­мерзлой толщи, в связи с чем количество стекающих в пото­ки вод по направлению к низине несколько нарастает. Но, кроме того, надмерзлотные воды могут пополняться также за счет атмосферных осадков, поверхностного стока, более глубоких водоносных горизонтов и, наконец, в некото­рых случаях также за счет конденсации водяных паров.

Проникновение воды из области сезонного оттаивания в глубину облегчается наличием в вечной мерзлоте так называемых морозных трещин, рассекающих горные поро­ды и почву на полигональные отдельности.

Режим надмерзлотных вод тесно связан с ходом сезон­ного промерзания и оттаивания. Так как верховодка рас­пределяется в капиллярах нередко очень мелкого диаметра, то ее замерзание происходит не при 0° С, а при более низ­кой температуре, падающей иногда до —0,5° С и ниже.

Надмерзлотные воды, ограниченные мерзлым водоупо- ро.м, при зимнем промерзании увеличиваются в объеме, развивают значительное давление, под влиянием которого покровные грунты вспучиваются буграми; при большом развитии таких подземных намерзающих льдов образую- щисся бугры с поверхности разрываются трещинами. В от­дельных случаях происходит разрыв деятельного слоя и часть надмерзлотных вод изливается на поверхность и застывает, образуя так называемый наледный лед (наледь). В разрезе такого бугра сверху вниз видим: а) наледный лед, б) почвенный горизонт, в) лед, г) вода, д) мерзлые грунты. Нередко наледный лед образует нечто вроде шап­ки, покрывающей вспученный бугор грунта.

Наиболее водообильна верховодка летом в дождливый период. Во вторую половину зимы и к весне она недоступ­на для использования, так как промерзание, начинающееся с поверхности, к этому времени уже успевает охватить всю эту толщу.

Физические и химические свойства надмерзлотных вод зависят как от условий их залегания, так и от источников питания. Температура их очень редко выходит за пределы 0—5° С и зависит от хода солнечного нагревания летом и замерзания зимой. Иногда наблюдают даже переохла­жденную жидкую воду с отрицательной температурой.

Так как основной источник питания надмерзлотных вод — атмосферные осадки, то минерализация их невысока, но зато они богаты органическими веществами и кислоро­дом; вследствие этого нередко реакция вод кислая. Плот­ный остаток их выражается немногими десятками мил­лиграмм солей в 1 л и состоит обыкновенно из кремнезема и карбоната кальция. В южных районах распространения вечной мерзлоты наблюдаются более сильно минерализо­ванные надмерзлотные воды, которые обусловливают образо­вание солончаков на дне бессточных котловин. В населен­ных пунктах в верховодке резко выражено загрязнение отбросами и в санитарно-гигиеническом отношении они являются далеко не безупречными.

Сезонно полузамерзающие и сезонно непромерзающие надмерзлотные воды характеризуются либо полным, либо частичным отсутствием сезонного промерзания. Они явля­ются результатом увеличения мощности водоносной части деятельного слоя или, другими словами, они обусловлены отступлением в глубь верхней поверхности вечной мерзло­ты. Кроме этой причины, которая является, по-видимому, основной, Н. И. Толстихин отмечает еще и ряд других, как, например:

1. Породы, хорошо фильтрующие, пропускающие боль­шое количество воды, оттаивают вследствие отепляющего воздействия протекающей в них воды быстрее и на большую глубину, Они нередко сохраняются от промораживания в некоторой своей части, залегающей ниже деятельного слоя.
2. Под реками и озерами мощность надмерзлотного горизонта обычно возрастает вследствие отступания верх­ней Гранины вечной мерзлоты под совместно отепляющим воздействием поверхностных и тесно с ними связанных подземных вод. Под крупными реками, полностью не замер­зающими зимой при благоприятном в гидрогеологическом отношении составе горных пород, находится водоносный талик. Текущая в нем вода получила название подрусло- вого потока.

Отепляющее влияние может оказывать и выход из глу­бин термальных вод, интенсивное влияние инсоляции в юж­ных районах и т. д.

Надмерзлотные воды либо мало пригодны для водо­снабжения, либо совершенно непригодны. Однако они могут использоваться для всякого рода сооружений и поэ­тому как изучение их, так и картирование важны с инженерно-геологической точки зрения.