С. В. Полный текст главный закон развития Земли термосатуродинамика. М., Издатель Шумилова И. И., 1998. 208с. Isbn 5-89784-008-3 Книга
| Вид материала | Закон |
- Корецкий Данил Аркадьевич. М. Эксмо-Пресс, 1998. 452с. (Черная кошка). Isbn 5-04-001057-5, 504.98kb.
- Концепция развития металлургической промышленности России до 2010г. Полный текст доклада, 265.26kb.
- Анкета участника международной научно-практической конференции «актуальные проблемы, 62.51kb.
- Книга является третьим, переработанным и дополненным изданием справочника по инфузионно-трансфузионной, 2155.54kb.
- Полный курс Джек Швагер Перевод с английского, 3464.66kb.
- Рамочный текст книги, 192.3kb.
- Полный курс Джек Швагер Москва 2001, 2909.89kb.
- Т. М. Шумилова Главный специалист Управления федеральной государственной, 185.93kb.
- Т. М. Шумилова Главный специалист Управления Федеральной государственной службы, 287.07kb.
- Федеральный Закон «Об электронной цифровой подписи», 191.26kb.
В последнем столбце показано то количество воды (осадков) в миллиметрах, которое необходимо, чтобы вода просочилась на соответствующую глубину.
На опытах ученые экспериментально определили скорость вертикального передвижения воды и скорость заиливания и пришли к выводу, что образование и питание грунтовых вод путем инфильтрации речных и озерных вод невозможно.
Авторы на основании своих опытов получили такие данные: должно пройти 190 лет, чтобы частица воды передвинулась в рыхлом песке на 2000 метров; для просачивания в глине только на 100 метров необходимо 63,4 года.
А для выявления заиливания поставили опыт таким образом: была взята наполненная песком труба, песок пропитан водой настолько, что последняя начала вытекать с нижнего конца; когда эта вода была слита и заменена водой, в которой находилась муть взвешенной глины, то отсчет просачивающейся (под постоянным давлением) воды начался лишь через 5 часов и оказалось, что
в первые 100 минут просочилось воды — 142 мм
в следующие 6 часов — 128
6 - 101
9 - 083
Как видно из опыта, заиливание шло весьма интенсивно. Зонтаг и Ярц, так же как и Фольгер, доказали, что образование грунтовых вод путем просачивания дождевых, снеговых и т.п. вод, равно как и путем инфильтрации речных вод, невозможно из-за сильной водоудерживающей способности почв (вла-
\009\
гоемкость), с одной стороны, и заиливания (берега и дно рек, озер), с другой.
Опыты по изучению просачивания воды в глине, проведенные этими авторами, показали, что слой сырой глины мощностью 15 см непроницаем для воды даже при сильном давлении*.
Приведу здесь пример из собственных наблюдений. Еще в детстве у меня была возможность наблюдать за лисьими норами. Они всегда находятся там, где неподалеку бьют ключи воды. Я уже знал, что в лесу на склоне холма, где песчаная почва, и внизу холма, где есть выходы холодной ключевой воды, обязательно будут лисьи норы. По этой примете я сразу их находил, и это всех удивляло. Я часто проверял эти норы до и после дождя. Характерно, что грунт норы всегда был одинаковой влажности. И ту нору, где дождь промочил хотя бы вход, лисы сразу покидали или строили вход в другом месте. Как видите, и в песчаной почве метеорная вода не просачивается глубоко. Лисы в сырой норе не живут.
В нашем случае мы на вершине холма и на его склонах имеем область питания с хорошо водопроницаемым слоем песчанистого грунта (слой колеблется от 300 до 2500 мм), и есть область разгрузки воды, о чем свидетельствуют ключи. По внешнему признаку можно сказать, что здесь идет процесс инфильтрации метеорных вод.Тогда рассмотрим, как живется лисам в наблюдаемой местности.
Норы их всегда располагаются ниже середины склона или у подножия холма, там, где имеются деформированные участки и максимальный слой песка. На таких участках песок всегда определенной влажности, причем достаточно стабильной влажности и не зависит от атмосферных осадков. Этот слой песка подстилается мощным слоем белой глины. Если бы существовала инфильтрация через слой песка, то норы после дождя были бы сырыми — это первое, и, во-вторых, этот слой быстро бы смыло водой, так как песок с избыточной влажностью на разделе с глиной, а тем более с белой, образует плывун. Но этого мы не наблюдаем, а значит, нет инфильтрации метеорных вод, как нет и конденсации водяного пара атмосферы. Значит, в ключах не метеорная вода и не конденсационная (пары атмосферы). Образно говоря, можно сказать, что сверху отсутствует всякое поступление влаги.
Но вернемся к дебатам немецких гидрогеологов. Еще в 1881 г. немецкий ученый Ганн доказал, что в грунтах не существует конденсации атмосферных паров, и выступил против конденсационной теории Фольгера (Gaea. 1881. Bd. 17. S. 330—336).
Ганн выдвинул следующие возражения:
" Прощу прощения за то, что привожу в качестве примеров очень старые материалы полевых и лабораторных исследований. Обусловлено это тем, что и последнее время этими вопросами ученые перестали заниматься.
\010\
*1) В атмосфере нет такого количества водяных паров, которое могло бы обеспечить питание грунтовых вод в количестве около 200 мм в год согласно норме, обычно принимаемой последователями инфильтрационной теории.
2) В тропических странах, по теории Фольгера, невозможно было бы образование грунтовых вод, потому что там отсутствует слой земли с достаточно низкой температурой.
3) Выделяющаяся при конденсации скрытая теплота парообразования должна настолько нагреть соответствующий слой земли, что дальнейшая конденсация сделается невозможной.
4) При образовании грунтовых вод, по теории Фольгера, в земле должен был бы происходить весьма интенсивный обмен воздуха (около 2000 м3 в сутки через площадь 1 м2 поверхности земли), что невозможно, так как в летний период земля холоднее воздуха. Диффузия воздуха в почву и обратно и изменение давления атмосферы весьма незначительны и не могут являться причиной столь сильного газообмена между воздухом атмосферы и грунта, как это допускают Зонтаг и Ярц.
В современном учебнике «Общая геология» [27, с. 140] конденсация водяных паров атмосферы в грунте описывается так:
«В некоторых климатических зонах, например в пустынях, где атмосферных осадков выпадает мало, а испаряемость очень велика, в формировании подземных вод определенную роль играет конденсация водяных паров воздуха в порах и трещинах горных пород. Этот процесс объясняется разностью упругости водяных паров атмосферного и почвенного воздуха. Если упругость водяного пара в свободном воздухе больше, чем в воздухе, заполняющем поры почв и горных пород, то он будет перемещаться из воздуха в почву. Попадая в область более низких температур, в почве и горных породах водяной пар начинает конденсироваться и переходить в жидкое состояние». «В результате конденсации в пустынях образуются линзы пресных вод над солеными».
А вот В.И.Славин в том же учебнике утверждает обратное (с. 96): «В пустынях выпадает очень мало (менее 200 мм в год) осадков. Сухой воздух пустыни вызывает огромную испаряемость влаги, превышающую годовую норму осадков в 10—15 раз. В связи с такой испаряемостью часто создается постоянный вертикальный ток влаги по капиллярным трещинам от грунтовых вод к поверхности. Эти воды выщелачивают и выносят к поверхности соли железисто-марганцевых окисных соединений, образующих на поверхности скал каменную тонкую пленку коричневого или черного цвета, именуемую пустынным загаром». Как видите, здесь утверждается обратное.
\011\
Так что Е.В. Пиннекер совершенно справедливо высказал свое недовольство состоянием дел по этому вопросу в геологии и гидрогеологии. И вообще в геологической литературе очень часто встречается такое положение, когда предыдущий или последующий параграф противоречит последующему или предыдущему.
В 1917 г. А.Ф. Лебедев проводил исследования испарения и конденсации паров воды в Каракумах и сделал такое заключение: «Особенно большой способностью конденсации водяного пара отличаются бугры сыпучего песка в летнее время года». «Исследования, проведенные в Каракумах над режимом влажности верхнего двухметрового слоя в 1917 г. после прекращения весенних дождей, показали, что запас воды в этом слое равнялся 31,22 мм, летом в бездождный период этот запас постепенно возрастал — 43,52 мм, 51,20 мм, 55,15 мм и 55,44 мм. Последняя цифра относится к 13 сентября.
Таким образом, за летний бездождный период запас воды в верхнем двухметровом слое увеличился на 24 мм». Далее А.Ф. Лебедев подчеркивает: «Это увеличение нельзя связать ни с осадками (их не было), ни с поднятием из нижних горизонтов, так как его подстилает слой малой влажности, ни с подтоком пара снизу».
Как видите, такие противоречивые примеры из области гидрогеологии можно приводить без конца.
Давайте проанализируем некоторые опыты А.Ф.Лебедева и проверим его выводы на соответствие*.
Да, он пытался изучить промежуточные явления, о которых говорил Фольгер, и сделал такое заявление: «Основной логической ошибкой инфильтрационной и фольгеровской теорий было то, что ни в том, ни в другом случаях не изучались промежуточные явления весьма сложного процесса, каким является процесс образования грунтовых вод».
Давайте ознакомимся с опытами А.Ф. Лебедева. Это поможет убедиться в том, что и он не смог внести окончательную ясность в этом споре и не решил поставленной перед собой задачи.
Первые свои опыты А.Ф. Лебедев посвятил определению зависимости относительной влажности почвенного воздуха от влажности и температуры самой почвы и возможности конденсации водяных паров атмосферы в почве [17].
Теоретические соображения автора показывают, что вопрос о конденсации в почве водяных паров атмосферы сводится к определению величины упругости пара атмосферы и пара почвенного воздуха. А сам процесс конденсации он понимает так: «Если упругость водяных паров в почве меньше максимальной упругости
• Работы А.ФЛебедева рассматриваются так пристально потому, что они являются той основой, на которой зиждется вся современная гидрогеология.
\012\
водяного пара при данной температуре почвы, то переход парообразной воды из атмосферы в почву может обусловливаться так называемыми гигроскопическими свойствами почвы».
Максимальная гигроскопичность почв определялась таким образом: воздушно-сухая почва помещалась тонким слоем под колпаком, где находился 2,5-процентный раствор серной кислоты. Колпак помешался в термостат, и влажность, соответствующая максимальной гигроскопичности, определялась после того, как почва приобретала постоянную влажность.
Для определения относительной влажности почвенного воздуха Лебедевым был сконструирован прибор гигрограф. Наблюдения проводились в течение летних и осенних месяцев 1910 и 1911 гг. на территории метеорологической обсерватории «б. Новороссийского университета в Одессе».
На основании опыта № 1 Лебедев доказывает, что относительная влажность почвенного воздуха остается равной 100%, пока в почве содержится воды больше, чем это соответствует максимальной гигроскопичности данной почвы. В лёссе при влажности в 7,9% относительная влажность еще равна 100% и лишь при 7,8% опускается ниже 100% (максимальная гигроскопичность песка равна 0,33%, см. табл. 2).
Таблица 2 .
Зависимость относительной влажности почвенного воздуха от влажности почвы (по А.Ф.Лебедеву)
| ЛЁСС Максимальная гигроскоп, влажность 7,9% | ЧЕРНОЗЕМ Максимальная гигроскоп, влажность 5,12% | ДЮННЫЙ ПЕСОК Максимальная гигроскоп, влажность 0, 33% | |||
| Содержание воды, % | Относительная влажность воздуха в лёссе, % | Содержание воды, % | Относительная влажность воздуха в черноземе, % | Содержание воды, % | Относительная влажность воздуха в песке, % |
| 16,21 | 100 | 13,38 | 100 | 4,02 | 100 |
| 12,97 | 100 | 8,55 | 100 | 1,89 | 100 |
| 9,44 | 100 | 6,20 | 100 | 1,21 | 100 |
| 8,22 | 100 | 4,87 | 94 | 0,52 | 100 |
| 7,80 | 96 | 4,60 | 89 | 0,25 | 62 |
| 6,52 | 7,5 | 4,07 | 68 | — | — |
\013\
| подзол Максимальная гигроскоп, влажность 3,18% | ЧЕРНОЗЕМ Максимальная гигроскоп, влажность 7,35% | ПЕСОК Максимальная гигроскоп, влажность 0,41% | |||
| Содержание воды, % | Относительная влажность воздуха в подзоле, % | Содержание зоды, % | Относительная влажность воздуха в чер-наземе, % | Содержание воды, % | Относительная влажность воздуха в песке, % |
| 12,51 | 100 | 15,27 | 100 | 8,15 | 100 |
| 8,45 | 100 | 11,44 | 100 | 5,79 | 100 |
| 5,13 | 100 | 8,07 | 100 | 2,21 | 100 |
| 3,32 | 100 | 7,10 | 100 | 1,34 | 100 |
| 3,18 | 95 | 5,62 | 68 | 0,62 | 100 |
| 2,16 | 73 | 4,43 | 49 | 0,32 | 69 |