В 60-70-е гг. в разных районах бывшего СССР были выполнены десятки тысяч замеров микроклиматических параметров полостей. Их обработка показала, что расходы 25 различных карстовых источников, расположенных в 30-1800 м над уровнем моря, строго следуют за изменениями температуры и абсолютной влажности атмосферного воздуха. Только реагируют они на них по-разному и запаздывают на 1-16 часов, что определяется геологическими и гидрогеологическими особенностями района. Связь между расходом и влажностью характеризуется очень высоким коэффициентом корреляции (0,84+0,12). Расчеты показали, что конденсация под землей в среднем составляет 3,5% от годового количества атмосферных осадков. Казалось бы, мелочь. Но не спешите с выводами. Дело в том, что около 50% выпадающих осадков испаряется и, следовательно, не идет на питание подземных вод. Это повышает реальный вклад конденсации до 7% от осадков. Кроме того, конденсация происходит в теплый период, когда дождей сравнительно немного. Поэтому в отдельных карстовых районах летняя конденсация составляет до 30% от разности осадки/испарение, обеспечивая работу одного условного карстового источника с расходом 4-5 л/с с каждого квадратного километра территории.
Теоретические выкладки А. Ф. Лебедева хорошо подтверждались наблюдениями в карстовых районах. По историко-археологическим данным, именно конденсационную влагу использовали жители античных и средневековых поселений Южной Европы и Центральной Азии; гидрогеологические данные свидетельствуют о существовании небольших, но постоянных источников близ горных вершин, перевалов, на изолированных возвышенностях - останцах, где питание дождевыми осадками близко к нулю; гидрологи давно отметили, что карстовые реки не пересыхают все лето, причем их расходы в период без дождей, длящийся иногда 3-4 месяца, поддерживаются на одном уровне (3-6 л/с). Наконец, прямые эксперименты по получению влаги в специальных установках с различным заполнителем (глыбы, щебенка, галька, песок), проведенные в самых разных климатических зонах - от сухих субтропиков до тундры,- показали, что каждые 5 м3 заполнителя генерируют в среднем 1 литр воды.
Второй важный момент. По микроклиматическим данным, в теплый период времени (апрель-сентябрь) абсолютная влажность воздуха под землей на 1-7 мм рт. ст. ниже, чем на поверхности. Таким образом, возникает устойчивый поток влаги из атмосферы в карстовые пещеры и шахты, где и происходит ее конденсация.
Прежде всего, было установлено, что парообразная влага может передвигаться независимо от потока воздуха. Она перемещается из зон с большей абсолютной влажностью (е, мм рт. ст.) к зонам с меньшей влажностью, а при их равенстве - из зоны с большей температурой воздуха (t, `C) к меньшей. Оценить значения е и t на поверхности и под землей можно легко с помощью психрометра.
С парообразной влагой связана одна из самых противоречивых проблем современной гидрогеологии - проблема конденсации. Первые упоминания о возможности конденсации влаги в пещерах Средиземноморья принадлежат древнегреческим философам Фалесу Милетскому и Аристотелю (VII-VI вв. до н. э.). В XVII в. их идеи развили Рене Декарт и Цезарь Кюн, а в 1887 г. Отто Фольгер предложил гипотезу о преобладающем значении конденсации в питании подземных вод. В 1890-91 гг. с ее резкой критикой выступил метеоролог Отто Ганн, и лишь глубокие исследования русского гидролога А. Ф. Лебедева (1908-1936 гг.), оставшиеся почти неизвестными за рубежом, возродили эти идеи на новой теоретической основе.
Карстовые пещеры являются порождением движущейся воды и одновременно - ее вместилищем. Еще натурфилософы Древней Греции отмечали многообразие форм существования воды: в атмосфере она находится в виде пара; в порах, трещинах и кавернах - в капельно-жидком виде, стекая по их стенкам; в пещерах образует скопления стоячей (лужицы, озера) или движущейся (ручьи, реки) воды; в благоприятных климатических условиях она формирует значительные скопления снега и льда. Законы движения воды в разных состояниях различны и исследуются методами метеорологии, гидрологии и гляциологии. Чтобы правильно оценить особенности подземного ландшафта, спелеологу приходится использовать основные положения как этих, так и многих других научных дисциплин. Попробуем и мы кратко ознакомиться с "тонкостями" поведения воды под землей.
Ключи поют в пещерах, где темно,
Есть много струй в подлунном мире,
Комментариев нет:
Отправить комментарий