История развития гидрогеологии. Роль русских ученых в развитии гидрогеологической науки. Практическое значение гидрогеологии

 

 

 

Министерство  образования и науки Российской федерации

Федеральное бюджетное государственное образовательное  учреждение

высшего профессионального  образования

Новокузнецкий институт (филиал)

Кемеровского  государственного университета

 

 

 

РЕФЕРАТ

История развития гидрогеологии. Роль русских  ученых в  развитии гидрогеологической науки. Практическое значение гидрогеологии

 

 

Выполнил: ст. гр. ГЭ-10-1

Кошкина Т.С.

Проверил: преп.

Головко А.С.

 

 

 

 

 

 

 

 

Новокузнецк 2012

 

 

 

СОДЕРЖАНИЕ

 

ВВЕДЕНИЕ ………………………………………………………………	3
I История развития гидрогеологии…….…….…….…….…	4
II Роль русских ученых в  развитии гидрогеологической науки……………………………………	9
III Практическое значение гидрогеологии	13
ЗАКЛЮЧЕНИЕ …………………………………………………………	15
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ…………………………………………………	16

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ВВЕДЕНИЕ

Гидрогеология, согласно большинству существующих определений,

является наукой, которая изучает  подземные воды планеты: закономерности их распространения в земной коре, условия залегания и движения, их свойства и состав, взаимодействие с горными породами, а также условия и возможности их хозяйственного использования.

Более правильно  считать, что гидрогеология как подразделение наук естественного цикла изучает подземную часть гидросферы планеты, законы ее строения и развития, процессы, происходящие в ней в естественных условиях и в условиях интенсивного антропогенного воздействия.

В том и  другом случае основным объектом исследования гидрогеологии являются подземные воды (основной элемент гидросферы), особенности которого определяют содержание и методологию науки.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

I История развития гидрогеологии

 

Гидрогеология, подобно другим областям знаний, возникла в  глубокой

древности из практических потребностей человека, но  оформилась как наука 

только в конце XIX в., хотя отрывочные сведения о подземных водах можно 

найти еще в документах, относящихся  к весьма отдаленным периодам

истории развития человеческого общества.

Так, на Ближнем  Востоке строили колодцы  большого диаметра и глубиной до 50 м уже  в  V—III вв. до н. э., которые располагались  вдоль караванных путей и обеспечивали  водой всех путешественников.

Однако необходимо представить, что в это время  господствовали

мифические взгляды об окружающем мире. При этом большое  значение

придавалось действию разных богов. Так, у шумеров наполнение рек и 

источников связывалось с приближением к земному диску мудрейшего бога

Энки, обитающего в Великой бездне Абзу. По представлениям, бытовавшим в  Палестине в  XI в. до н.э. между  зловещим подземным царством и плоской 

землей находятся подземные  воды, которые по каналам проникают  на

поверхность и  питают моря и реки.

Но мировоззрение  древних людей не мешало им вести  практическую

деятельность. Огромным их достижением  является изобретение способа 

сооружения водосборных галерей, берущих воду из аллювиальных отложений конусов выноса и  рыхлых пород. Такие  сооружения, которые, вероятно, впервые были построены более 2500 лет назад в Иране, а затем в

Афганистане и Египте, имели длину  в несколько километров и накапливали 

воду для водоснабжения и  орошения.

В начале нашей  эры был известен в» общих чертах и химический  состав подземных вод. Так, у одного из известных врачей первого  века  — у

Архигенеса из Апамеимы находим  деление минеральных  вод на щелочные,

железистые, соленые и серные.

Первые представления  о генезисе и механизмах движения воды  также 

возникли в глубокой древности. Первым ученым гидрологом можно назвать Фалеса из Милета (около 624-547 гг. до н.э.), родоначальника Ионийской школы философов. Он считал, что  вода  — есть начало всего и она образует основу окружающего  мира, на которой "плавает суша". Все вещи возникли из воды, в которую они в конце концов превращаются. Хотя взгляды этого ученого далеки от реальности, тем не менее они  весьма важны и поучительны для понимания развития представлений о роли воды в окружающем нас мире.

Близкие взгляды  позже развивал древнегреческий  философ Платон (427-347 гг. до н.э.), который  источником всей речной воды  считал огромную подземную пещеру, куда по каналам поступает  морская вода. Правда, некоторые историки науки  утверждают, что  в свое время  труды Платона прочитали не совсем верно, и его идеи, оказавшие большое влияние вплоть до средних веков, восприняты неправильно. В своем труде Critias якобы Платон довольно точно описывает круговорот воды в природе.

Ученик Платона  Аристотель (384-322 гг. до н.э.) переработал  и углубил 

идеи своего учителя. Он указывал, что морская вода попадает в реки после 

испарения и прохождения через  сложную губкообразную систему  подземных 

пустот. Он также признавал, что  в пещеры вода попадает и из атмосферных 

осадков. Аристотелю же принадлежат  и первые идеи о причинах разнообразия состава воды,  которые он полностью объяснял составом горных пород. Его знаменитый постулат о том, что "воды суть такого качества, какого земли, (т.е. горные породы — С. Ш.) через которые они текут"  в своей основе верный только частично, больше двух тысячелетий господствует в науке без каких-либо ограничений.

В древнем  Риме также пытались разгадать природу  подземных  вод.

Наибольший вклад внес архитектор и инженер Марк Ветрувий Поллио (вторая половина I в. до н.э.), который, вероятно, первым правильно понял сущность круговорота воды в природе. Он считал,  что вода тающих снегов

просачивается в землю горных областей  и появляется вновь на меньших 

высотах в виде родников,  что  совершенно правильно.  

Тем не менее  воззрения Платона и Аристотеля в интерпретации Сенеки, отрицавшего  возможность питания подземных  вод за счет  просачивания атмосферных  осадков, господствовали практически  до  конца  XVII в.

Не так  к проблемам подземных вод  подходили мыслители  Ближнего

Востока и Средней Азии. Примером являются труды  выдающегося 

арабского философа, уроженца Хорезма  А. аль-Бируни (972 или 973-1048

гг.), который опередил европейских 22 ученых на шесть-семь столетий в понимании природы фонтанирующих источников и причинах гидростатического напора. Он первым догадался, что для того чтобы вода била вверх, она должна  поступать из подземных хранилищ, залегающих выше места расположения родника.

Нельзя в  этой связи не отметить, что бурение  для получения воды

зародилось в Китае, где еще  несколько тысячелетий назад  был изобретен 

ударно-канатный способ сооружения колодцев, который в принципе не

отличался от современных. Еще в  III тысячелетии до н.э. египтяне

применяли колонковое ручное бурение  в каменоломнях. Бурение колодцев

длилось несколько лет, иногда  десятилетий, но достигало огромных

глубин (1200-1500 м).

В Европе бурение  началось только в XII в. К 1126 г. относится проходка скважин на воду на севере Франции в провинции Артуа,  которые вскрыли фонтанирующую воду. От названия этой провинции напорные подземные воды стали называть артезианскими.

С  1137 г. производится бурение рассолодобывающих скважин  и на Руси, где техника "верчения" и обсадки стволов деревянными трубами достигла высокого уровня. В ряде районов России в  XI—XIII вв. подземные воды широко использовались не только для питьевых целей, но и для орошения земель и лечения.  В  XVIII в. устраиваются мощные подземные  водопроводы в г. Пушкино, вблизи Санкт-Петербурга, и в Мытищах. По указу Петра  I впервые была установлена санитарная  охрана питьевых вод и назначены различные поощрения за находку лечебных вод.

По настоящему научные исследования с использованием "числа и меры" начались только в XVII в. и связаны с именами французских исследователей Пьера Перро (1608-1680 гг.) и Эдма Мариотта  (1620-1684 гг.), которых по праву можно отнести к основателям  современной гидрогеологии.

Развернувшаяся  в конце XVIII в. и начале XIX в. ожесточенная дискуссия между плутонистами  — сторонниками магматического  образования горных пород (школа  Д. Геттона) и нептунистами — сторонниками осадочно-морского происхождения горных пород (школа А.Г. Вернера), оказала большое влияние на развитие представлений о подземной гидросфере. Именно в это время (1802 г.) был  предложен термин "гидрогеология" известным французским - естествоиспытателем Ж.Б. Ламарком (1744-1829 гг.), представителем  школы нептунистов. Под гидрогеологией Ламарк понимал науку  о геологической деятельности воды, явлении разрушения и отложения водой горных пород.

В середине  XIX в. в гидрогеологии разрабатываются  законы  движения

подземных вод. Так, в 1856 г. французский  инженер  Анри Дарси (1803-

1858 гг.), занимаясь проблемами водоснабжения   города Дижона, установил 

основной закон  фильтрации в  пористом  грунте, известном сейчас как 

линейный закон фильтрации, или  закон Дарси, являющийся базовым  в 

подземной гидродинамике.

Наряду с  гидродинамикой ведется глубокое изучение и химии воды. В 

этом плане нельзя не назвать  величайшее открытие  XIX в., посвященное 

закону периодической системы  элементов  великого русского химика Д.И.

Менделеева. Этот закон является одним  из фундаментальных  в области 

естествознания и является  основополагающим для правильного понимания 

химии всех водных  растворов земли  и базовым для геохимии в целом  и 

гидрогеохимии в частности.

Таким образом, ко второй половине  XIX в. сформировались  достаточно верные представления о  происхождении, составе и распространении подземных вод в верхней части земной коры, сформулированы первые законы, заложены основы изучения региональных закономерностей, появились первые классификации подземных  вод. На водоснабжение за счет подземных вод переводятся крупные города —Париж, Вена, Берлин, Чикаго и др. В это же время уже широко используются и изучаются минеральные, карстовые и арте-зианские воды. Появились первые гидрогеологические карты. Все это позволяет заключить, что становление гидрогеологии, как науки, состоялась именно в это время.  

В дальнейшем гидрогеология развивалась по нескольким направлениям:

1) региональному — исследовались  все новые и новые бассейны подземных вод в разных странах мира и геологических  структурах;

2) генетическому — в научный анализ включались  воды все более и более глубоких горизонтов: соленые, рассолы,  термальные;

3) гидродинамическому  — вывод  новых 

формул и выявление закономерностей  движения воды разных видов в различных геологических структурах, математическое моделирование;

4) гидрогеохимическому  — исследование  состава и условий формирования 

разнообразных типов воды, использование  полученных25

данных в решении различных  задач, включая поиски полезных ископаемых;

5) палеогидрогеологическому —  история воды и ее  геологическая  роль;

б) экологическому  — охрана, рациональное использование и управление

подземными водами. Это последнее  направление исследований только

начинается.

 

 

 

 

II Роль русских ученых в  развитии гидрогеологической науки

 

В России первые систематические исследования подземных  вод связаны с созданием Российской академии наук (1724) и Геологического комитета (1882). Экспедициями Академии наук и Геологического комитета, а также  в результате практической деятельности, связанной с организацией водоснабжения  за счет использования подземных  вод, были получены первые сведения о  распространении подземных вод  в различных районах страны (СП. Крашенинников, И.В. Мушкетов, С.Н. Никитин  Г.Е. Щуров-

ский и др.); природной зональности  и связи химического состава

фунтовых вод с физико-географическими  условиями (В.В.Докучаев,

В.Ф.Зуев, В. Оппоков, П.В. Отоцкий); распространении  глубоких

артезианских вод (Г.П. Гельмер, Г.Е. Щуровский, С.Н. Никитин и др.).

Большой вклад  в развитие гидрогеологии внес русский  ученый С.Н. Никитин (1851 — 1909), которого с полным основанием можно считать основоположником направления «региональная гидрогеология». В его работе «Грунтовые и артезианские воды на Русской равнине» рассматривалась методика региональных исследований и гидрогеологического районирования, обобщены обширные сведения по грунтовым и артезианским водам европейской части России, выделен ряд артезианских бассейнов этой территории.

Исключительно важное значение для развития обших  представлений

о взаимодействии подземных вод  с минеральным скелетом горных пород имели работы русского ученого-почвоведа А.Ф.Лебедева (1882—1936), который впервые установил закономерности перемещения влаги в ненасыщенной зоне, охарактеризовал роль процессов инфильтрации и конденсации в формировании подземных вод, а также разработал первую классификацию видов воды в горных породах. 

Значительный  интерес представляли результаты исследований

кавказских минеральных вод, выполненных  А.П. Герасимовым, А.Н. Огильви, Н.Н. Славяновым, первые сведения о подземных водах районов распространения вечной мерзлоты, изложенные в работе А.В.Львова (1916), и др.

После Октябрьской  революции уже в первые годы советской власти начинают бурно развиваться практически все основные направления гидрогеологической науки. В 1920 г. в Московской горной академии была начата подготовка инженеров-гидрогеологов. В 1922 г. вышел первый учебник гидрогеологии П.Н. Чирвинского. В 1931 г. состоялся первый Всесоюзный гидрогеологический съезд, на котором были представлены интересные работы по общим вопросам гидрогеологии (O.K. Ланге А.Ф.Лебедев, Ф.П. Саваренский и др.); зональности грунтовых вод и принципам гидрогеологического районирования (П.И. Васильевский, B.C. Ильин, А.Н. Семихатов, Р.Н.Каменский, Н.И. Толстихин и др.); региональной гидрогеологии (К.И. Маков, Н.А. Плотников Н.Ф. Погребов,

Н.С. Токарев и др.).

Исключительно важное значение для развития ряда гидрогеологических идей имели работы академика В.И. Вернадского. В книге «История природных вод» (1935) им обоснован важный тезис о

единстве природных вод Земли (единстве гидросферы планеты); рассмотрен ряд важных вопросов происхождения подземных вод и геологического круговорота воды; охарактеризованы роль воды в геологических и геохимических процессах, в том числе в процессах, происходящих в мантии, и процессах взаимодействия мантийных расплавов с породами земной коры, вопросы взаимодействия подземных вод с горными породами, газами, живым веществом и др.

После Великой  Отечественной войны в период восстановления

и развития народного хозяйства  страны советские гидрогеологи, используя выполненные ранее теоретические разработки и значительный фактический материал, накопленный в результате предыдущих исследований, приступили к разработке сложных проблем, которые народное хозяйство страны поставило перед гидрогеологией.

В послевоенный период и до настоящего времени одной  из важнейших проблем гидрогеологии является проблема исследования закономерностей формирования, оценки, рационального использования и охраны ресурсов пресных подземных вод, используемых для различных видов водоснабжения.  Эта проблема как важнейшая теоретическая и прикладная задача науки была сформулирована академиком Ф.П. Саваренским в начале 40-х гг. Дальнейшая ее разработка успешно решалась в работах советских гидрогеологов М.Е. Альтовского, Н.Н. Биндемана, Ф.М. Бочевера, Б.И. Куделина, Ф.А. Макаренко, Н.А. Плотникова, Н.И. Плотникова, Л.С. Язвина и других ученых, что обеспечило выполнение региональной оценки ресурсов подземных вод территории страны в целом, ее важнейших административно-экономических районов (в различных масштабах), разработку учения о месторождениях пресных подземных вод, создание методики их разведки и подсчета запасов, использование подземных вод для организации питьевого и хозяйственного водоснабжения.

Необходимость обоснования гидрогеологических прогнозов в связи с созданием крупных гидротехнических сооружений (подпоры уровня грунтовых вод, фильтрация в обход плотин и др.), разработкой интенсивно обводненных месторождений полезных ископаемых определила быстрое развитие теории гидрогеологических расчетов (динамики подземных вод), а также методов аналогового, а начиная с 70-х гг. численного моделирования с использованием ЭВМ. В развитие этого направления значительный вклад внесли труды советских ученых Ф.М. Бочевера, Н.Н. Веригина, И.К. Гавич, Н.К. Гиринского, И.Е. Жернова, Г.Н.Каменского, А.А. Краснопольского, Л.С. Лейбензона, П.Я. Полубариновой-Кочиной, А.И. Силина- Бекчурина, В.М. Шестакова, В.Н. Щелкачева и др.

Широкое осуществление  глубокого поискового и разведочного бурения на нефть и газ определило возможность (и необходимость) резкого развития гидрогеологических (гидродинамика, гидрогеохимия и др.) исследований, связанных с изучением глубоких водоносных горизонтов, прежде всего платформенных структур.

Крупный вклад в развитие этого направления внесли советские ученые

Г.В. Богомолов, М.А. Гатальский, Н.К. Игнатович, А.А. Карцев, В.А. Кротова, Б.Ф. Маврицкий, Е.В. Пиннекер, А.И. Силин-Бекчурин, С.Н. Смирнов, В.А. Сулин, А.Е. Ходьков, С.А. Шагаянц и др.

Интенсивное хозяйственное освоение территории страны, в том

числе Севера европейской части, Сибири и Дальнего Востока, в послевоенный период определило быстрое развитие региональной гидрогеологии. Здесь в первую очередь необходимо отметить работы И.К.Зайцева, Г.Н.Каменского, Б.И. Куделина, O.K. Ланге, Н.А. Маринова, A . M . Овчинникова, Н.В. Роговской, Ф.П. Саваренского, А.Н. Семихатова, Н.И. Толстихина и др.

 Освоение северных районов страны определило быстрое развитие в послевоенный период нового направления науки — криогидрогеологии

(гидрогеологии криолитозоны), становление  которого связано с именами А.И. Ефимова, В.А. Кудрявцева, Н.Н. Романовского, М.И. Сумгина, Н.И. Толстихина, О.Н. Толстихина, С И . Фотиева, П.Ф. Швецова и др.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

III Практическое значение гидрогеологии

 

Гидрогеология имеет важное значение для практики. Она тесно связана со смежными отраслями знаний — геологией и грунтоведением, гидрологией и метеорологией, гидравликой и гидротехникой, почвоведением и механикой грунтов, химией и геохимией, физикой и математикой, строительным и горным делом, водоснабжением и мелиорацией.

Проблема  природных вод всегда была в поле зрения человечества и на различных этапах развития производительных сил общества решалась по-разному. Вода — источник жизни на Земле. Она — неотъемлемая часть тканей флоры и фауны и регулятор температуры организма человека и животных. Огромное значение пресные воды имеют при сельскохозяйственном освоении территорий; с ними тесно связаны проблемы ирригации и засоления земель, осушение переувлажненных почв и ряд других важных вопросов.

Широко  используются и будут использоваться еще шире минеральные и минерализованные подземные воды для лечебных целей, увеличится добыча из них таких важных компонентов, как иод, бром, бор, литий, германий, стронций, магний и др.

На  базе термальных и перегретых вод  различной минерализации организуется теплоснабжение жилых зданий, промышленных предприятий и сельскохозяйственных объектов. Тепло недр используется для тепло- и электростанций, круглогодичного выращивания овощей и т. д.

Гидрогеологические исследования выполняются в широких масштабах для обоснования строительства гидротехнических сооружений, возводимых в различных природных условиях, для обводнения пустынь, полупустынь и других целей.

Важную роль гидрогеологические наблюдения играют при проведении сверхглубокого бурения. Подземные воды являются одним из основных факторов в развитии геологических процессов.  

В связи с этим гидрогеологию необходимо рассматривать как одно из звеньев в общей цепи геологических дисциплин, изучающих различные аспекты геологии, геохимии и геофизики земной коры. Кроме того, подземная вода — мощный растворитель и переносчик различных компонентов, что позволяет использовать ее в качестве важного индикатора при поисках полезных ископаемых. Наличием подземных вод в значительной мере определяются инженерно-технические свойства горных пород, от степени обводненности которых зависят условия строительства и стоимость производственных и жилых зданий. Различное содержание гидрогеологических и инженерно-геологических исследований для разнообразных видов строительства определяет и специфичность методики их выполнения.

Подземные воды имеют существенные отличия от других видов минерального сырья:

а) запасы подземных вод  возобновляются в, недрах, если из них отбирается не больше воды, чем поступает;

     б) подземные воды находятся в непрерывном движении и в пределах  земной  коры  встречаются  везде  в  различных   состояниях;

     в) подземные воды могут быть   вредным   фактором   и требовать 
тогда специальных мер борьбы с ними.

В России разработка теоретических и методических вопросов в области гидрогеологии ведется в ряде отраслевых научно-исследовательских институтов и в высших учебных заведениях, которые тесно увязывают свои исследования с важнейшими народнохозяйственными проблемами. Особенно это относится к разработке проблем формирования подземных вод, принципов гидрогеологического районирования, изучению водного баланса и геохимии подземной гидросферы, разработке методов искусственного восполнения ресурсов подземных вод с использованием приемов физического и математического моделирования. Необходимо усиление работ по охране подземных вод и составлению научных прогнозов изменения природной обстановки под влиянием естественных факторов » деятельности человека.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

 

Многие стороны  гидрогеологии представляют интерес  только для ученых. Тем не менее  гидрогеология — одна из наук о  Земле, которая своим возникновением в значительной мере обязана требованиям  практики. Действительно, многие важные открытия в гидрогеологии сделаны  в результате исследований, проведенных  с целью разрешения проблем большого экономического значения. Вероятно, такое  положение сохранится и в будущем, поскольку потребности в воде с ростом населения и индустриализации, несомненно, будут увеличиваться.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Богомолов Г.В. Гидрогеология с основами инженерной геологии Учеб. пособие для вузов. - М.: Высшая школа, 1974. -318 с.

2. Кирюхин В.А., Коротков А.И., Павлов А.Н. Учебник для вузов. - Л.: Недра, 1988. - 359 с.

3. Шварцев С.Л. Общая гидрогеология М.: Недра, 1996. - 424 с

4. Всеволожский В.А. Основы гидрогеологии: Учебник. — 2-е изд., перераб. и доп. — М.: Изд-во МГУ, 2007. — 448 с.