Виды воды в порах горных пород и почв

Одними из главных свойств породы, определяющими ее отно­шение к воде, являются пористость и скважность.

Пористо­сть - наличие в породах малых пустот — капиллярных пор.

Скважность — наличие в породах более крупных, нека­пиллярных промежутков — скважин различного происхождения и формы.

Иногда совокупность всех пустот объединяют в понятие общей пористости.

Величина пористости ропределяется отношением объема v_пор к объему породы в сухом состоянииV. Она выражается в процен­тах в виде:

р = v_пор/V *100% или в долях единицы.

Пористость рыхлых осадочных пород зависит от размера ча­стиц, их формы, степени отсортированности и характера располо­жения.

Пористость почв и пород определяет важные водные свойства: водопроницаемость, водоотдачу и водоудерживающую способность.

1. Водоудерживающая способность характеризуется влагоемкостью, т. е. тем количеством воды, которое удерживается в почвах и горных поро­дах при определенных условиях. Она выражается в % отноше­нием веса или объема воды, содержащейся в породах, соответст­венно или к весу сухой породы, или к ее объему.

Горные породы подразделяются на:

- сильновлагоемкие - торф, глина, суглинки;

- слабовлагоемкие - мер­гели, мел, рыхлые песчаники, глинистые мелкие пески, лёсс;

- невлагоемкие - крупнообломочные породы: галька, гравий, песок и массивные изверженные и осадочные породы.

Содержание воды в почвах и породах в весовых или объемных единицах на какой-либо момент времени называется естествен­ной влажностью. Обычно естественную влажность выра­жают отношением (в %) веса воды к весу минеральной части породы:

где Р₁иР₂ — соответственно вес образца породы до и после высу­шивания.

2. Водоотдача — способность породы, насыщенной водой, отда­вать то или иное количество воды. Ха­рактеризуется коэффициентом водоотдачи, т. е. отношением объема стекающей из насыщенной породы воды к объему всей породы, и выражается либо в долях от единицы, либо в процентах.

3. Водопроницаемость — способность породы пропускать че­рез себя воду.

Водопроницаемость и водоотдача зависят от по­ристости, от размера и формы пор породы. Чем больше диаметр пор, тем лучшей водопроницаемостью и большей водоотдачей об­ладают породы.

По степени водопроницаемости породы подразделяются на:

1. Водопроницаемые - грубозернистые или грубообломочные породы (галечник, гравий, песок) и массивные тре­щиноватые породы (мрамор, гранит, известняк).

2. Водонепроницаемые (водоупорные) - породы, которые через себя воду практиче­ски не пропускают или пропускают очень мед­ленно. Это плотные массивные монолитные породы (мрамор, гра­нит, базальт) или осадочные мелкозернистые породы (глины, гли­нистые сланцы).

3. Полупро­ницаемые -глинистые пески, лёсс, торф, песчаники, порис­тые известняки, мергели и др.

Рис. 3. Образование подземных вод

Виды воды в порах

1. Химически связанная, или конституционная, вода — входит в молекулу вещества гидроксильной группой, например Fе₂О₃+ЗН₂О → 2Fе(ОН)₃. Удаление химически свя­занной воды при прокаливании сопровождается распадом мине­рала.

2. Кристаллизационная вода — является составной ча­стью многих минералов, например гипса (CaSO₄*2H₂O), и уда­ляется из породы нагреванием до 100-200°С или химическим путем.

3. Парообразная вода — находится в порах и пустотах пород и перемещается главным образом под влия­нием разности упругостей пара из областей с большей упругостью в области с меньшей.

4. Гигроскопическая вода — это вода, адсорбированная ча­стицами породы из воздуха. Гигроскопическая вода перемещается из одних слоев в другие путем перехода в парообразное состояние. Она может быть от­делена от породы только нагреванием.

5. Пленочная вода — обволакивает частицы породы сверх мак­симальной гигроскопичности. Эта вода адсорбируется из жидкой фазы. Она менее прочно связана с минеральными частицами и относится к категории рыхлосвязанной. Растениями усваивается с трудом.

6. Капиллярная вода — заполняет сравнительно мелкие поры породы. Она удерживается и передвигается в почво-грунтах под влиянием капиллярных сил из зоны большего увлаж­нения в зону меньшего увлажнения.

7. Гравитационная, или свободная, вода — заполняет не­капиллярные пустоты породы. Под влиянием силы тяжести проса­чивается в породе сверху вниз в виде отдельных струй (при не­полном насыщении породы) или фильтруется в толще насыщен­ной водой породы в направлении падения уровня подземных вод. Гравитационная вода передает гидростатический напор, под действием которого воды могут подниматься вверх, как в со­общающихся сосудах.

В твердом состоянии вода в породах встречается либо в составе мерзлых почв, либо в виде льда (пещерного, ископае­мого).

8. Внутриклеточная вода— содержится в неполностью раз­ложившихся остатках растений в почве. В большом количестве такая вода содержится в болотных почвах и особенно в торфах.