- залежей нефти и газа;
- эндогенных метаморфогенных и экзогенных месторождений труднорастворимых рудных и нерудных залежей, образование и разрушение которых связано с биогенной миграцией (каустобиолитов) и механическим разрушением (россыпные месторождения) с участием подземных и поверхностных вод. [2]
Вода является не только основным реагентом процессов фотосинтеза, но и ведущим фактором формирования всей ландшафтной оболочки, типовой состав которой определяется ежегодной продукцией живого вещества и биомассой. Влияние степени увлажнения хорошо прослеживается на характере растительности, биологической продуктивности ландшафтов и характере почвообразования. [10]
Грунтовые воды (ГВ), залегающие неглубоко от поверхности земли, активно участвуют в почвообразовательном процессе. Они могут быть источником поступления в почву минеральных солей, а также служить причиной заболачивания и вторичного засоления почв. Под влиянием ГВ формируются гидроморфные почвы. Вода участвует в физико-химических, биологических и водно-физических процессах почвообразования: оглинении, латеритизации, лессиваже, оподзоливании, ожелезнении, заболачивании, оглеении, засолении, осолонцевании, осолодении, гумусообразовании и торфообразовании. Вода является одной из трех составляющих почвы наряду с твердой и газообразной. От содержания влаги в почве зависит скорость выветривания горных пород, интенсивность физических, химических, физико-химических и биологических процессов. Количество воды влияет на образование структуры почв, их физико-механические свойства, предопределяет качество обработки и затраты энергии на нее. Передвигаясь в почве, вода переносит с собой многие растворенные и взвешенные вещества. Она необходима для жизнедеятельности микроорганизмов, является важным фактором почвообразования. [3]
А.И. Перельман называл воду «кровью ландшафта», поскольку она находится во взаимодействиях с организмами, горными породами и атмосферой. Природные воды представляют собой сочетание истинных (ионных и молекулярных) и коллоидных растворов и суспензий. Ландшафты характеризуются круговоротом воды, сравнимым с единым биологическим круговоротом атомов. Вода выполняет химическую работу (растворение, выщелачивание и др.), но эта работа осуществляется преимущественно за счет биогенной энергии: или за счет организмов, находящихся в данной воде, или за счет продуктов их жизнедеятельности. [22]
Активность ГВ зависит от их подвижности. С этой точки зрения, различают поровые воды и свободные гравитационные воды. Поровые воды, к которым относятся почвенные, иловые и горные (поровые) растворы, относительно неподвижны. Они связаны с твердой фазой поверхностными силами капиллярного или коллоидного характера (пленочная, капиллярная вода и т.д.). Свободные гравитационные воды находятся в трещинах, крупных порах и полостях. Они легко стекают под влиянием силы тяжести, относительно быстро перемещаются по водоносным горизонтам. Водная миграция в ландшафтах осуществляется диффузией или фильтрацией. Диффузия имеет место в застойных или очень малоподвижных водах (болотные и иловые воды, частично растворы элювиальных почв, коры выветривания, водоносных горизонтов). [4]
Подземным водам принадлежит большая роль в накоплении органического вещества в недрах Земли. Захороняющееся в бассейнах седиментации органическое вещество в историческом геологическом масштабе проходит следующие этапы: окисляется до образования СО2; растворяется в ПВ в форме разнообразных органических кислот, фенолов, углеводородов и других соединений; участвует в новообразовании нефтяных и газовых продуктов; концентрируется в горных породах. Из всех компонентов горных пород наиболее интенсивно изменяется органическое вещество. По мере роста давления и температуры оно метаморфизуется с выделением воды, газов биохимического генезиса, органических кислот и других соединений. [25]
Обращают на себя внимание весьма значительные количества углекислоты, сероводорода, аммиака и углеводородных газов, выделяющиеся при разложении органического вещества и поступающие в ПВ. Биогенная углекислота только частично накапливается в ПВ, основная ее масса вступает в соединение с минеральным комплексом пород и образует гидрокарбонат-ион. При наличии даже небольшого количества органического вещества метан и другие углеводороды способны переходить в свободное состояние.
При отсутствии окислителей метан начинает преобладать в газовой фазе, поэтому ПВ глубоких горизонтов являются преимущественно метановыми даже в случае относительной бедности пород органикой. Таким образом, живое вещество разлагает воду на составные части, в процессе своей жизнедеятельности и отмирания, активно меняя ее свойства и состав. Вода, заряжаясь биогенной энергией и реакционноспособным органическим веществом, становится еще более активным агентом разрушения и преобразования горных пород, активизирует все процессы литогенеза и метаморфизма. В этом смысле важны не только почвенное и биогенное звенья гидрологического круговорота, но и геологический круговорот; с водой происходит перенос энергии живого вещества на большие глубины - в зону распространения абиогенных процессов. [16]
Одним из важных моментов влияния ПВ на окружающую среду является водоотбор подземных вод. Воздействие водоотбора проявляется в изменении водного режима ландшафтов и касается, главным образом, растительности и поверхностного стока. По данным А.А. Жорова, степень чувствительности лесных сообществ к уровню (глубине залегания) грунтовых вод (УГВ) зависит от возраста деревьев. С увеличением возраста до 40-80 лет приспособляемость деревьев к изменениям уровня фунтовых вод ухудшается, причем прирост корней после понижения УГВ возможен только у деревьев моложе 80 лет. При неглубоком залегании УГВ его снижение даже на 0,1-0,2 м приводит к потере природоохранного значения многоярусных лесов и лесов, произрастающих на болотах. Отмечается зависимость состава растительных сообществ от УГВ. На преобразование лесных ландшафтов может влиять скорость снижения УГВ: при скорости снижения УГВ порядка 20-30 см/год приспособиться могут растения в возрасте до 80 лет, при большей скорости большая вероятность, что эти деревья могут погибнуть. Хорошая дренированность лесных территорий способствует увеличению продуктивности лесов, снижению их заболеваемости. [5]
Урожайность различных культурных растений зависит от последствий понижения или повышения УГВ, когда главными факторами урожайности являются эвапотранспирация и положение УГВ. При осушении болот происходит резкое изменение гидрогеохимической обстановки на осушаемых массивах и связанное с этим изменение биологической ситуации уникальных экосистем. Водоотбор вызывает уменьшение поверхностного и подземного стоков, особенно это опасно для водосборных бассейнов малых рек. Изменение поверхностного стока может привести к исключению процесса затопления пойм, что отрицательно скажется на формировании лугов и стад рыб, связанных с выращиванием молоди на мелководьях, а также может способствовать негативным изменениям водного баланса всего водосборного бассейна. Уменьшение подземного стока в озера может привести к их обмелению и повышению уровня их эвтрофикации, снижению продуктивности воспроизводства рыбы. [11]
При отборе ПВ происходят изменения напряженного состояния и осадки в массиве водонасыщенных горных пород, приводящие к оседанию поверхности земли. Большой отбор воды из неглубокозалегающих водоносных горизонтов может привести к значительным оседаниям поверхности земли - до нескольких метров. В закарстованных породах при водоотборе может происходить интенсификация суффозионных процессов, способствующая формированию крупных карстовых полостей с последующим их обрушением. [6]
1.2 Влияние окружающей среды на качество подземных вод
Загрязнение ПВ происходит не только непосредственно от техногенного источника загрязнения, но и через другие компоненты окружающей среды: поверхностную гидросферу, атмосферу, литосферу (почвы и породы зоны аэрации), а также биосферу, которые в этом случае являются вторичными источниками загрязнения подземной гидросферы. Тесная взаимосвязь поверхностных и подземных вод в районах расположения водозаборов в речных долинах и водозаборов, эксплуатирующих совместно поверхностные и подземные воды, в случаях загрязнения поверхностных вод приводит к загрязнению ПВ. Проникновение загрязнения из речных вод в водоносные горизонты пресных ПВ происходит за счет боковой фильтрации со стороны берега и вертикальной фильтрации с поверхности земли при затоплении поймы и низких террас в паводковый период. Загрязнение в районах инфильтрационных водозаборов носит линейный характер и прослеживается вдоль долины реки в зоне действия водозабора. [23]
В свою очередь загрязненные ПВ могут влиять на качество поверхностных вод в районах их разгрузки в речную сеть и поверхностные водоемы. Реки, разгружаясь в моря, переносят загрязняющие вещества (ЗВ) в шельфовую зону, где происходит их накопление и переработка. Таким образом, шельф является буферной санитарной зоной на пути ЗВ, поступающих с поверхностным и подземным стоками с водосборных бассейнов рек. Но с другой стороны, ЗВ, накопленные в этой зоне, могут попасть обратно в ПВ в случаях интрузии морских вод в водоносные горизонты, обеспечивая при этом круговорот ЗВ в системе поверхностные воды - подземные воды. [7]
Загрязнение атмосферы и атмосферных осадков оказывает влияние на почвы, поверхностные и подземные воды. Основными загрязняющими веществами, выбрасываемыми природными (вулканы) и техногенными (промышленные предприятия, нефтегазодобывающая промышленность, объекты энергетики, транспорт и т.д.) источниками загрязнения, являются оксиды серы, азота, углерода и углеводороды. В целом по городам России средние концентрации диоксида азота, сероуглерода, формальдегида и бензапирена превышают значения ПДК в несколько раз. [19]
По данным, в среднем за 2011 г. концентрации взвешенных частиц в воздухе превышали ПДК в 66 городах, бензапирена - 131 городе, формальдегида - 109 городах, диоксида азота - 100 городах, фенола - 25 городах, сероуглерода - в 9 городах. На Европейской территории России (ЕТР) среднегодовая концентрация сульфатов в атмосферных осадках сохраняется на высоком уровне (Центр ЕТР - 9, 57 мг/л). Диапазон колебаний концентраций нитратионов составил 1,76-3,66 мг/л, в то время как на Азиатской территории России (АТР) - 0,48-1,94 мг/л; а влажных выпадений серы: на ЕТР - 0,77 до 1,86 г/м2, на АТР - от 0,59 до 0,88 т/и2. Интервал варьирования средних значений рН по регионам Российской Федерации составляет от 5,3-5,4 на Дальнем Востоке и побережье Арктики до 6,3 на юге Западной Сибири и на Урале. На ЕТР минимальные значения рН, равные 4,9, соответствуют Мурманску, максимальные - до 6,9 - приурочены к районам Тулы и Масальска, среднее значение рН равно 6,0. Единичные кислые осадки фиксируются практически во всех регионах России. [8]
Следует отметить, что большую роль в загрязнении атмосферных осадков на ЕТР играет трансграничный перенос с территории пограничных европейских стран (Украины, Белоруссии, Литвы, Польши, Германии, Финляндии, Эстонии, Румынии, Турции и др.). Например, при общем выпадении окислов серы на ЕТР 1404,9 тыс. т, 884,7 тыс. т составили трансграничные выпадения; при выпадении окислов азота в размере 633,3 тыс. т трансграничные выпадения - 383,6 тыс. т. Таким образом, загрязнение атмосферного воздуха на ЕТР практически по всем загрязняющим веществам более чем на 60% контролируется трансграничным переносом загрязняющих веществ с территории европейских стран. [21]
Загрязнение атмосферного воздуха обусловливает загрязнение почвенного слоя в различных пространственных аспектах. Учитывая особенности трансграничного (глобального) переноса загрязненных атмосферных осадков, следует говорить о возможности загрязнения почвенного слоя и подстилающих его пород зоны аэрации в глобальном масштабе, на огромных площадях. Выбросы в атмосферу отдельных (точечных) источников загрязнения (трубы промышленных предприятий, ТЭЦ, горящие факелы на нефтяных и газовых месторождениях и др.) приводят к наиболее интенсивному локальному загрязнению воздуха и атмосферных осадков, а через них почв и пород зоны аэрации в зоне воздействия локального источника загрязнения. Границы (ореол) воздействия локального источника загрязнения на почвенный покров устанавливаются по положению розы ветров, наиболее детально их можно установить по снежному покрову с использованием снеговой съемки. Наложение двух факторов загрязнения и закисления атмосферных осадков - глобального и регионального - приводит к усилению загрязнения и изменению кислотности и щелочности почв и пород зоны аэрации. Почвы и подстилающие их породы зоны аэрации по отношению к ПВ, с одной стороны, являются барьером на пути ЗВ, поступающих с поверхности земли, с другой - источником загрязнения. [9]
Кислые атмосферные осадки, поступая в почвы и породы, инфильтруются через них. Если почвы обладают буферными (нейтрализующими) свойствами (содержат карбонатные отложения и включения), происходит нейтрализация кислых атмосферных осадков, выщелачивание карбонатов из почв и пород и перенесение их в подземные (грунтовые) воды, щелочность которых при этом возрастает. В тех случаях, когда почвы и породы зоны аэрации не обладают буферными свойствами происходит закисление почв и ГВ (более подробно эти процессы рассмотрены ниже). Кроме этого, загрязнение почв происходит за счет размещения на их поверхности промышленных, коммунальных, транспортных, добывающих, энергетических и сельскохозяйственных предприятий, способствующих накоплению твердых и жидких отходов, развитию аварийных ситуаций и связанных с ними утечек. Попавшие на поверхность почв ЗВ инфильтруются с атмосферными осадками и транспортируются таким образом в ПВ, вызывая их загрязнение. При загрязнении ПВ, прежде всего, происходит загрязнение первого от поверхности горизонта ГВ, связанного с атмосферой, а затем через сложные взаимодействия происходит загрязнение залегающих ниже напорных водоносных горизонтов. [24]