Исторические аспекты формирования гидрогеологии как науки



Дата22.03.2018
өлшемі278.54 Kb.
#62723
түріРеферат

Министерство образования и науки Российской Федерации

Федеральное государственное бюджетное учреждение

высшего профессионального образования

Национальный минерально-сырьевой университет «Горный»
Реферат

По дисциплине: История и философия науки

Тема: Исторические аспекты формирования гидрогеологии как науки
Выполнил: аспирант лаб. ГиЭ НЦ ГиПГП _____________ / Шамшев А.А./

(подпись) (Ф.И.О.)



Проверил:

Заведующий кафедрой философии _____________ / Микешин М.И./

(подпись) (Ф.И.О.)


Согласовано:

Научный руководитель: _____________ / Норватов Ю.А/

(подпись) (Ф.И.О.)

Санкт-Петербург

2016 год



Оглавление

введение

Гидрогеология – наука геологического профиля, которая изучает подземные воды, находящиеся в земной коре, их происхождение, состав и свойства, залегание, распространение и взаимодействие с горными породами, атмосферой, наземной гидросферой, биосферой и веществом мантии Земли. Она изучает условия образования месторождений подземных вод, их роль в геологических процессах и формировании месторождений полезных ископаемых (рудных, нефтяных, газовых), разрабатывает методы поисков и разведки месторождений подземных вод различных типов, оценки их ресурсов, восполнения запасов, управления режимом эксплуатации залежей и решает разнообразные задачи по инженерному обеспечению строительства, мелиоративного освоения земельных территорий и отработки месторождений полезных ископаемых.

В настоящее время гидрогеология активно развивающаяся наука и отрасль знаний, которой уделяется довольно большое внимание в процессе разработки месторождений полезных ископаемых, в процессе строительства зданий и сооружений, а так же в сопутствующих задачах, таких как расчёты устойчивости. Однако, как самостоятельная наука, гидрогеология была обособлена совсем недавно, лишь в 1929 году. До этого момента гидрогеология была составной частью геологии и инженерной геологии, но предпосылки к её созданию появились ещё в Древней Греции, в рамках учений о подземных водах. Поговорим немного об истории изучения подземных вод, то есть о предпосылках создания современной гидрогеологии. Для этого рассмотрим некоторые исторические аспекты.





  1. Исторические факторы, влияющие на историю развития учения о подземных водах

История создания учения о подземных водах берёт свое начало с древнейших времён, когда начали зарождаться первые города и развиваться земледелие. Так в Египте, Китае, Индии и Средней Азии примерно 2-3 тысячи лет до нашей эры строились колодцы методом ручной копки на глубину в несколько десятков метров! Подобное строительство должно было сопровождаться накоплением определённого опыта, некоторого количества знаний, которое использовалось при дальнейшем строительстве и передавалось другим поколениям. Кроме того до нашего времени дошли сведения о первых применениях минеральных вод в качестве лечебных.

Примерно в первом тысячелетии до нашей эры известные учёные того времени Фалес, Аристотель в Древней Греции, Лукреций и Витрувий в Древнем Риме дали первые научные представления о подземных водах, включающие описание свойств, способов происхождения и накопления, циркуляции.

 Одним из первых, кто начал задаваться вопросами и изучать свойства воды, в том числе и подземных вод стал один из наиболее ранних мыслителей античной эпохи, первый из полулегендарной семерки древнегреческих мудрецов Фалес Милетский (624—547 до н. э.). Он считал воду основой всего сущего, определяющей многообразие природы. Все твердое осаждается из воды. Уже тогда пытливые умы стремились выяснить, откуда берется вода в реках, почему не иссякают родники, чем вызвана соленость морей, питаемых пресными водами, как образуются облака и т. п. Древние натурфилософы решали эти проблемы, основываясь главным образом на собственных умозаключениях. Так, Фалес высказывал своеобразное предположение о круговороте воды в природе. По его мнению, океанская вода нагнетается ветрами в земные недра, из них под давлением толщи горных пород она поднимается вверх и дает начало рекам, которые впадают в океан (рис. 1).

Рис.1 – Цикл сохранения природы по Фалесу

Знаменитое высказывание Фалеса «Всё есть вода» выражает суть нового для того времени вида мудрости: не бог, а вода, одна из природных стихий, названа причиной и целью существования всей природы. Вода – принцип сохранения всей природы, некий принцип справедливости. Сколько вещей из неё возникает – столько же и возвращается.

Вследствие высказывания Фалеса «Всё есть вода», появились следующие основные рассуждения:

- каждая вещь представляет прямую или превращённую форму существования воды;

- вещи рождаются, возникая из воды, и умирают, обращаясь в воду, как своё первоначало;

- высказаны первые предположения о круговороте воды, о существовании некоторой формы самосохранения воды.
Данные соображения положили начало рассуждениям о воде, как о субстанции, мысли о её возобновляемости, о её цикличности, а так же заставляли задуматсья о её происхождении и нахождении в недрах.

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. Им был высказан знаменитый постулат о том, что "воды суть такого качества, какого земли, (т.е. горные породы) через которые они текут", который в своей основе является верным только частично.  Так же, Аристотель создал химическую систему, основанную на принципах сухость - влажность и холод - тепло, с помощью попарных комбинаций которых в первичной материи он выводил 4 основных элемента (земля, воздух, вода и огонь). Эта система и основные его постулаты почти без изменений просуществовали почти 2 тыс. лет. 



    Характерно, что и много веков спустя на возникновение поверхностных вод и их взаимозависимость ученые смотрели как бы глазами Древнегреческих философов: из одних научных трудов в другие исправно переходили в различных вариантах утверждения о том, что горькая морская вода , просачиваясь сквозь почву, изливается сладкой речной водой. Даже проникший в суть многих явлений Леонардо да Винчи (1452—1519) не мыслил иного источника питания рек, как пульсацию морской воды в разветвленных жилах земных недр. Идея круговорота вод с участием проникающих в землю атмосферных осадков показалась Леонардо неубедительной, поскольку он не видел доказательств конденсации паров в пустотах Земли (по Аристотелю) Своды пещер всегда сухие, как это можно видеть в подземных рудничных копях . Бытование подобных суждений во многом объяснялось недостаточным знакомством с наследием древних, разрывом преемственности между античной наукой и наукой европейского средневековья. Зато арабские ученые, ознакомившиеся с текстами древнегреческих натурфилософов намного раньше, чем европейцы, разделяли прогрессивные для того времени взгляды Аристотеля на круговорот воды в природе.

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. Поэтому нужно согласиться с мнением Е.В. Пиннекера о том, что Витрувий Поллио является родоначальником инфильтрационной теории происхождения подземных вод. В противоположность Витрувию Луций Анней Сенека (I в. н.э.) — представитель философского направления римского стоицизма, придерживался взглядов Аристотеля, но отрицал возможность инфильтрации атмосферных осадков. Неверное утверждение Сенеки о невозможности атмосферных осадков проникать в недра земли принималось в Европе учеными в течение 1500 лет. Все это время прогрессивные идеи Витрувио Поллио были практически забыты. Исключение составляют только работы французского испытателя Бернара Палисси (род. около 1510 г. — умер 1589 или 1590 г.), который в диалоге Теории и Практики, приведенном в его работе "Воды и родники", развивал вполне современные взгляды о круговороте воды в природе. Необходимо также назвать работы Саксонского, естествоиспытателя Г. Агриколы (1494-1555 гг.), который, опираясь на конкретные наблюдения за водопритоками в горных рудниках и изучая морфологию рудных тел, обосновал идеи о появлении здесь воды за счет просачивания с поверхности или сгущения водяных паров, поступающих снизу, принимавших непосредственное участие в рудообразовании. Идеи Г. Агриколы, к сожалению, во многом забыты и в гидрогеологии мало известны. 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. Это подтверждают работы двух влиятельных ученых своего времени: Иоганна Кеплера (1571-1630 гг.) — выдающегося немецкого астронома и Атанасиуса Кирхера (1610-1680 гг.) немецкого естествоиспытателя и математика. Кеплер утверждал, что Земля подобна большому животному, вдыхающему морскую воду, которая в нем переваривается и ассимилируется. В результате образуется пресная вода родников — конечный продукт обмена в организме земли. Кирхер в 1664 г. опубликовал книгу "Подземный мир", которая пользовалась большой популярностью у ученых XVII в. Это сочинение, основанное на взглядах античных мыслителей, но приспособленное к догмам церкви, было претенциозным по размаху воображения и непревзойденным по фантазии. Образование подземных вод он связывал с поступлением морских вод по каналам в огромные пустоты в горах, откуда она вытекает в виде родников. Водовороты типа мистического Мальстрома у берегов Норвегии Кирхер считал местами, где вода уходит вглубь земли через огромные отверстия в дне моря. В то же время он допускал, что морская вода в огненном жерле может нагреваться и давать родники горячих вод.

Немного по-другому 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 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.

Другим примером является труд персидского исследователя М. Каради (умер в 1016 г.) "Поиски скрытых подземных вод", в котором по сути правильно, хотя и формально, дано представление о круговороте воды, ее напоре и качестве, описаны методы поисков, включая бурение. 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. Они на примере р. Сены количественно показали, что атмосферные осадки — источник речной воды. Ими были заложены основы изучения речного баланса, что позволило отказаться от бытовавших взглядов на проникновение морской воды в недра. Книга П. Перро "Происхождение источников", изданная в 1674 г. считается первой работой в области научной гидрологии, трехсотлетие которой, по инициативе ЮНЕСКО, широко отмечалось в 1974 г. В этой книге на примере бассейна р. Сены показано, что речной сток составляет только 1/6 часть от общего количества осадков и что "последних вполне достаточно для непрерывного тока воды в реках и источниках".

Несколько позже известный английский астроном и геофизик Эдмунд Галлей (1656-1742 гг.) измерил количество испарений с поверхности Средиземного моря, которое оказалось равным количеству воды, поступающей с реками. Данные Галлея послужили первым доказательством круговорота воды. Инфильтрационную теорию происхождения подземных вод поддерживал и развивал великий русский ученый М.В. Ломоносов (1711-1765 гг). В своей работе "О слоях Земных" (1740-1750 гг) он показал значение подземных вод в геологических процессах и в горном деле, сформулировал ряд научных положений о подземных водах, как сложных природных растворах, обосновал возможность питания их атмосферными осадками, описал круговорот воды в природе, подчеркивал роль горных пород в формировании их состава, возможность использования воды при поисках рудных тел. В это же время по инициативе Петра I и М.В. Ломоносова в России Академией наук организуются экспедиции по комплексному изучению природных богатств, включая подземные воды. В работах экспедиций принимали участие крупные русские ученые — СП. Крашенинников, В.Ф. Зуев, Н.И. Лепехин, Н.Ф. Озерецковский, В.М. Севергин и др., которые собрали первые сведения о географическом распределении родников, их составе, условиях залегания верхних водоносных горизонтах, строении бассейнов, заложили первые "кирпичи" в здание региональной гидрогеологии. Надо себе, однако, представлять, что в это время вода считалась компонентом мироздания, имеющим простое строение без деления на какие-либо еще более простые соединения. И тут понадобился гений французского исследователя с очень драматичной судьбой — Антуана Лавуазье, который рядом точных опытов показал, что при горении вещество не разлагается с выделением флогистона, как думали раньше, а, наоборот, происходит присоединение кислорода. Хотя этот газ был открыт раньше К.В. Шееле и Дж. Пристли, но его место и значение не было понято. Для этого нужно было А. Лавуазье показать, что вода — это не простое вещество, а сложное соединение, состоящее из кислорода и водорода. Тем самым был нанесен последний удар по теории флогистона и открыты новые пути в химию воды.

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.

Другой французский исследователь Л. Эли де Бомон (1798-1874 гг) указал на возможность формирования подземных вод за счет кристаллизующейся магмы, положив фактически начало учению о ювенильных водах. 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. В 1857 г. другой французский инженер-гидравлик Ж. Дюпюи применил закон Дарси к исследованию движения подземных вод в водоносных горизонтах и вывел ряд важных уравнений для определения водопритоков в скважины. Несколько позже немецкий гидравлик А. Тим и австриец Ф. Форхгеймер широко использовали математические методы изучения законов движения подземных вод. 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 [4].

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 артезианские воды. Появились первые гидрогеологические карты. Все это позволяет заключить, что становление гидрогеологии, как науки, состоялась именно в это время [3].

Об этом же свидетельствует и тот факт, что в конце XIX в. выходят на французском (А. Добре, 1887 г) и немецком (И. Гааз, 1895 г) языках книги, посвященные систематизированному изложению основ учения о подземных водах. 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 полученных 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. Остановимся только на некоторых наиболее общих достижениях гидрогеологии до обобщающих работ В.И. Вернадского. Все более глубокое проникновение в недра земли вскрыло широкое развитие в них соленых вод и рассолов, генезис которых нельзя было объяснить инфильтрацией атмосферных осадков. Возникла идея наличия в земных недрах ископаемых вод морского генезиса. Эта идея высказана независимо друг от друга австрийским геологом Г. Гѐфером (1902 г), русским академиком Н.И. Андрусовым (1908 г) и американским гидрологом А.Ч. Лейном (1908 г). Так, идея древних мыслителей о проникновении морской воды получила новое рождение, правда, на принципиально новой основе.

Ископаемые воды — воды древних морей попадают в недра Земли вместе с захоронением донных отложений и сохраняются в течение геологически длительного времени как реликт морских бассейнов прошлых геологических эпох. Как видим, механизм проникновения морской воды в недра оказался совершенно не таким, как представлял себе А. Кирхер.

Идея ископаемых морских вод получила развитие в работах многих исследователей и в настоящее время является базовой для понимания многих геологических явлений, и процессов, протекающих в земной коре. На основе этой идеи развилось представление о принципиально новом геологическом круговороте воды в земной коре. Это представление наиболее полно развито русскими исследователями А.Е. Ходьковым, Г.Ю. Валуконисом, А.Н. Павловым, С.Л. Шварцевым. Разработка идеи геологического круговорота воды поднимает гидрогеологию на принципиально иной уровень. Собственно говоря, только с этого времени гидрогеология стала по настоящему геологической наукой, ибо ранее она являлась частью гидрологии и изучала подземную ветвь климатического (гидрологического) круговорота. С этого же времени она становится наукой о подземной гидросфере.

Идея ископаемых морских вод рождалась также не без споров и критики оппонентов. Явное несоответствие состава и солености захороненных вод современным морским водам вызывает и сегодня противоречивые мнения. Одни исследователи (Р. Миллс, Р. Уэллс, В.А. Сулин, Е.В. Посохов и др.) развивали идеи о том, что древние моря были иного, чем современные, состава, близкого к подземным рассолам; другие (Д. Роджерс, Л. Мразек, Р. Нил, А.Д. Архангельский, Н.С. Курнаков, М.Г. Валяшко и др.) выдвинули идею о метаморфизации (направленном изменении состава) морских вод в процессе их захоронения и взаимодействия с горными породами. Однако механизмы такого взаимодействия и масштабы их проявления до конца не поняты до сих пор.

Другие типы воды, встречающиеся в районах активного вулканизма, горячие с выделением газов (гейзеры) издавна также интересовали исследователей. Однако только в начале XX в. (1902 г) была предложена австрийским геологом Э. Зюссом (1831-1914 гг) более или менее обоснованная гипотеза ювенильных вод. Так он назвал воды, генерируемые в глубинах Земли из водорода и кислорода. Ювенильные, т.е. первозданные воды, в отличие от вадозных (мелких или поступающих с поверхности земли, экзогенных) выделяются из магмы при ее остывании, т.е. по своей природе являются эндогенными, и через нарушения или вулканы включаются в круговорот. Концепция ювенильных вод также подверглась резкой критике. В частности, швейцарский геолог Л. Брун (1911 г) обосновал положение о безводности вулканов, точнее он приписывал воде вулканического происхождения вторичный генезис, обусловленный ее захватом из вмещающих горных пород. Г. Гѐфер (1925 г) полагал, что ювенильна не вода, а только ее теплота. Многочисленные попытки исследователей отыскать ювенильную воду в природе пока не увенчались успехом. По последним данным В.И. Ферронского и В.А. Полякова, основанным на изотопных данных водорода и кислорода, доля ювенильной воды в вулканах не превышает 5%. В отличие от ювенильной гипотезы все большее значение приобретает учение о возрожденных водах, развитое русским ученым A.M. Овчинниковым (1904-1969). Возрожденные воды образуются при метаморфизме осадочных или магматических горных пород из связанных вод, которые в условиях перекристаллизации породы переходят в свободные и включаются в геологический круговорот. Источником возрожденных вод являются воды конституционные, кристаллизационные, цеолитные, гигроскопические, пленочные, капиллярные и частично свободные тонких пор и капилляров.

Региональные закономерности подземных вод исследовались во многих странах, но наибольших успехов в этом направлении добились, пожалуй, русские исследователи. К первым широким обобщениям этого плана относятся работы С.Н. Никитина (1900 г), Н.Ф. Погребова (1902 г.), И.В. Мушкетова (1905 г) и других исследователей, которые дали представление о закономерностях распространения и географической зональности подземных вод, их составе, глубине залегания и тем самым заложили реальные основы региональной гидрогеологии. Особенно велика роль С.Н. Никитина, которого по праву называют основоположником отечественной гидрогеологии. В его понимании, гидрогеология - наука "о подземных водах, их происхождении, условиях залегания и распределении в недрах земных, их движении и выхода на поверхность в виде источников". Основным законом гидрогеологии С.Н. Никитин считал круговорот воды, а также ее зональность (гидродинамическая и гидрогеохимическая). Работы великого русского ученого-почвоведа В.В. Докучаева о зональности почв оказали глубокое влияние на развитие учения о зональности грунтовых вод, которое с успехом развивали П.В. Отоцкий, B.C. Ильин, Ф.П. Саваренский, Г.Н. Каменский и др.

Среди работ начала XX в. особняком стоят исследования американского геохимика Ф.У. Кларка, впервые рассчитавшего средние содержания химических элементов в горных породах, морских и поверхностных водах. Тем самым в научный обиход была введена новая константа, характеризующая состав земных объектов, — кларк, играющая важную роль и в гидрогеологии. В это же время значительный вклад в науку о подземных водах внесли французские (А. Маже, Л. Поше, Р. Чало, Ж. Буссинеск и др.), немецкие (К. Кейльгак, Е. Принц, Е. Люгер и др.), американские (Ч. Слихтер, Д. Мид, О. Мейнцер и др.), русские (П.Н. Чирвинский, П.И. Бутов, Н.Ф. Погребов, А.Н. Семихатов, А.Ф. Лебедев, Ф.П. Саваренский, Г.Н. Каменский и др.) исследователи. Особенно популярными были работы К. Кейльгака "Подземные воды и источники суши", выдержавшая три издания (1912, 1917, 1935 гг), Е. Принца "Гидрогеология" (1922 г) и 0.Е Мейнцера "Гидрогеологические понятия, определения и термины" (1923 г). Эти и другие труды зарубежных ученых (Ч. Слихтера, В. Рихтера, Г. Гѐфера) были переведены и изданы на русском языке. Среди работ русских исследователей можно назвать первый учебник по гидрогеологии П.Н. Чирвинского [6], "Подземные воды СССР", А.Н. Семихатова (1925 г), "Краткий курс общей гидрогеологии" O.K. Ланге (1931 г) и др. Однако наибольшее значение имела книга А.Ф. Лебедева "Почвенные и грунтовые воды" (1936 г), в которой он поставил последнюю точку в тысячелетней дискуссии о механизмах проникновения воды в Землю: он доказал, что подземные воды передвигаются под действием не только силы тяжести, но также и сил молекулярного притяжения в виде пленочной или парообразной воды. Им же было разработано учение о видах воды в горных породах, сохраняющее свое значение и до настоящего времени. В 30-е годы наиболее выдающиеся работы, без всякого сомнения, созданы одним из наиболее гениальных людей XX в — русским ученым В.И. Вернадским (1863-1945 гг). Его труд "История природных вод", опубликованный в 1933-1936 гг [6] по широте и глубине охвата гидрогеологических проблем намного превосходит все когда-либо издававшиеся работы и занимает выдающееся место в науке в целом. В этой работе В.И. Вернадский наиболее полно показал значение подземных вод в геологической истории Земли.

На основании большого количества эмпирических фактов он обосновал положение о единстве природных вод, что является крупнейшим вкладом в мировую науку. Он же первый обосновал принцип постоянства химического состава вод в определенную геологическую эпоху и создал целое новое направление в изучении природного равновесия: вода—горная порода—газы—живое вещество. В.И. Вернадский первый показал связь химического состава вод с развитием жизни на Земле и поэтому по праву считается основоположником особой отрасли знаний — гидрогеохимии, которая изучает природные воды как подвижные системы, находящиеся в равновесии с другими составляющими земной коры.

Идеи В.И. Вернадского, хотя и получили широкое признание во всем мире, но они до сих пор осознаны не полностью и не все из них вошли в обиход повседневной научной работы. Его книга "История природных вод" — современная энциклопедия по геологии воды признается важнейшим трудом, завершающим становление современной гидрогеологии [5]. В СССР идеи В.И. Вернадского наиболее полно развивали крупные ученые Н.Н. Славянов, Б.Л. Личков, A.M. Овчинников, Н.И. Толстихин, Е.В. Пиннекер, А.И. Перелъман, И. К. Зайцев, Е.А. Басков, П.А. Удодов и многие другие. В таблице 1 в хронологическом порядке приводятся наиболее важные вехи становления гидрогеологии наиболее важные вехи становления мировой гидрогеологии по Н.Н. Веригину и др. [6] до обобщающих работ В.И. Вернадского.
Таблица 1. Наиболее важные вехи становления гидрогеологии







  1. образование научной школы гидрогеологии в Горном университете.

Научная школа гидрогеологии сформировалась с момента образования кафедры гидрогеологии и инженерной геологии в 1929 году под руководством основоположника и основателя школы проф. Н.И. Толстихина. Проф. Н.И.Толстихин внёс огромный вклад в становления научного направления, занимаясь изучением минеральных вод, подземных вод мёрзлой зоны, участвуя в подготовке 50-томного издания «Гидрогеология СССР».

Толстихин Нестор Иванович (1896-1992). Окончил естественное отделение Московского университета в 1923 г. С 1924 по 1936 гг. занимался гидрогеологическими изысканиями в Средней Азии, Сибири и на Дальнем Востоке, в то же время преподавал в Ташкентском университете, в Химико-технологическом и Горном институтах в Ленинграде. С 1938 по 1974 гг. заведовал кафедрой гидрогеологии и инженерной геологии Ленинградского горного института.

Являлся одним из основоположников таких направлений гидрогеологии как региональная гидрогеология, учение о минеральных водах и водах мерзлой зоны литосферы. Занимался прогнозом распространения различных типов месторождений подземных вод, составлением первой карты минеральных вод СССР, разработкой теоретических основ условий формирования минеральных вод, выделением их основных классов и типов.

Кирюхин Владимир Андреевич (1930-2011). Ленинградский горный институт окончил в 1953 г. по специальности «Гидрогеология и инженерная геология». В 1956 году защитил кандидатскую диссертацию и начал работать ассистентом на кафедре гидрогеологии и инженерной геологии. В 1961 году получил звание доцента, а в 1976 году - звание профессора.

Заведующий кафедрой гидрогеологии (1976-1998), проректор по учебной работе (1974-1981), член-корреспондент РАЕН (1991); член Ассоциации гидрологов США; заслуженный деятель науки РСФСР.

Главные направления научной деятельности Кирюхина В.А. – региональная гидрогеология, поисковая гидрогеохимия, экологическая гидрогеология и четвертичная (антропогенная) гидрогеология. Результаты его научных исследований основывались на материалах полевых экспедиционных работ, проведенных им в разных регионах – Тургайском прогибе, Приангарье, на юге Дальнего Востока, Якутии, Таджикистане, на северо-западе России.

Под его руководством подготовлено 5 докторов и 17 кандидатов наук. За период педагогической и научно-исследовательской работы он опубликовал более 350 печатных работ, из них: 7 учебников, 12 учебных.

Мироненко Валерий Александрович (1935-2000). Закончил ЛГИ (1958) и ЛГУ (1963), работал во ВНИМИ (1958-1969), доцент (1969), профессор кафедры гидрогеологии и инженерной геологии ЛГИ, СПГГИ(ТУ) (1970-1997), директор Санкт-Петербургского отделения Института геоэкологии (1997-2000); член Американского института гидрологии; эксперт ООН и при Международном институте прикладного системного анализа, эксперт Русско-Американского Центра по изучению загрязнения подземных вод (Национальная Лаборатория им. Лоуренса, Беркли), член-корреспондент АН СССР (1990).

Под руководством В.А. Мироненко на базе кафедры  была создана научная лаборатория по изучению проблем горнопромышленной гидрогеологии и инженерной геологии, которой в течение 12 лет до 1996 года непосредственно руководил профессор.

Основные научные достижения связаны с работами в области динамики подземных вод, гидрогеомеханики и геоэкологии. В своих работах впервые изложил такие важные гидрогеомеханические представления как: система напряжений в водонасыщенных горных породах, упругая водоотдача, гидрогеомеханические процессы при опытно-фильтрационных работах. Им впервые рассматривались примеры осадки дневной поверхности при водоотборе, возникновение землетрясений при заполнении водохранилищ, влияние подземных вод на устойчивость откосов и бортов карьеров, вопросы снижения опасности  горных ударов путем опережающей закачивания воды и др.

В настоящее время в рамках научной школы активно работают проф. В.В Антонов, проф. Ю.А. Норватов, доц. Г.Б. Поспехов, доц. Д.Л. Устюгов, аспиранты и студенты. Крупные научно-исследовательские работы проводятся на Архангельском месторождении алмазов, Яковлевском месторождении богатых железных руд КМА. Кафедра принимает участие в работах по влиянию закрытия (затопления) ряда горных предприятий на Северо-западе РФ. Также кафедра принимает участие в работах по оценке и переоценке эксплуатационных запасов и прогнозных ресурсов подземных на территории Санкт-Петербурга и Ленинградской области.
Свидетельством признания научной школы являются проводимые кафедрой международные семинары  «Научные чтения им. проф. Н.И. Толстихина», а также постоянно действующий кафедральный семинар.
Школа гидрогеологии Горного университета является старейшей не только в России, но и в Европе. За время своего существования научная школа «Гидрогеология» определили становление и успешное развитие науки в Эстонии и Литве, странах Средней Азии, во Вьетнаме, в Китае, на Кубе и др. Большое влияние научная школа оказала на научную направленность и идеологию науки в ряде высших учебных заведений европейских стран, таких как Польша, Чехия, Словакия, Германия, Болгария. Ряд учебников и монографий, подготовленных на кафедре гидрогеологии и инженерной геологии Горного университета, были переведены на вьетнамский, чешский, немецкий, испанский и другие языки.

Все перечисленные выше учёные сыграли важнейшие роли становления гидрогеологии как науки. Их исследования углубили познания всего человечества и определили дальнейший путь развития гидрогеологии. В ходе их экспериментов было открыто огромное количество свойств воды, определено множество физических свойств пород, которые содержат воду. Все эти накопленные знания просто не могли больше объединяться в одной науке, поэтому произошло структурное деление гидрогеологии на более узкие по направленности изучения дисциплины.




  1. Научные направления гидрогеологии.

В 1933 г. академик Ф.П. Саваренский дал следующее наиболее полное по тому времени определение гидрогеологии: "Гидрогеология имеет предметом изучения подземные воды, их происхождение, условия их залегания, движения, свойства и условия, определяющие те или иные технические мероприятия по использованию подземных вод, регулированию их или удалению" [3]. Гидрогеология является частью геологии и изучает подземные воды на основе анализа истории развития земной коры в тесной связи с горными породами, слагающими литосферу, и ее структурными особенностями. Иначе говоря, гидрогеология — это наука о геологии воды.

Не менее велика и практическая роль подземных вод как "наиболее драгоценного ископаемого" (по выражению академика А.П. Карпинского). Издавна подземные воды используются человеком для питья и хозяйственных целей. В настоящее время сельское население практически полностью удовлетворяет свои потребности за счет подземных вод.

Ценность воды как природного минерала связана с ее исключительными свойствами. Главные среди них следующие: 1) исключительная подвижность; 2) способность к фазовым переходам в термодинамических условиях земной коры; 3) чрезвычайная химическая активность: нет в условиях земной коры природных тел, которые в той или иной мере не растворялись бы в природных водах; 4) "всюдность" (по выражению В.И. Вернадского) является одним из самых удивительных свойств воды. Нет на Земле уголка, где бы не было воды в той или иной форме.

Исключительность перечисленных свойств воды делает ее одним из важнейших природных объектов. Сложность и многообразие вод на Земле привели к тому, что это единственное природное тело изучается целым рядом наук. Кроме гидрогеологии, о которой речь впереди, природные воды изучаются океанологией, гидрологией, метеорологией, гляциологией, гидравликой, в меньшей степени минералогией, вулканологией, почвоведением, петрографией, геохимией и многими другими науками, с которыми гидрогеология имеет генетическую связь. Кроме того, являясь геологической наукой, гидрогеология тесно связана с общей геологией, геоморфологией, динамической геологией, тектоникой, структурной геологией, учением о месторождениях полезных ископаемых и многими другими. С этими геологическими науками гидрогеологию объединяет, прежде всего, тесная связь горных пород с подземными водами и общность методики исследований. В свою очередь, внутри гидрогеологии развивается целый ряд самостоятельных научных направлений, оформившихся в самостоятельные научные дисциплины, которые можно разбить на две группы, определяющие соответственно ее теоретическое и методологическое содержание. К первой группе относятся общая геология, гидрогеодинамика, гидрогеохимия, палеогидрогеология, региональная гидрогеология.



Общая гидрогеология изучает структуру, состав, строение и наиболее общие свойства подземной гидросферы, закономерности размещения и существования разных видов воды в недрах земли, роль воды в геологической истории Земли и происхождении жизни на Земле. Такой подход к общей гидрогеологии наиболее полно сформулирован известным исследователем Сибири Е.В. Пиннекером в работе [3] и наиболее соответствует современному уровню знаний.

Гидрогеодинамика исследует закономерности движения различных форм подземных вод: фильтрацию, конвекцию, диффузию, осмос, капиллярный перенос и т.д. с учетом конкретной структуры подземного потока, определяемого не в последнюю очередь геологическими особенностями территории.

Гидрогеохимия обеспечивает изучение особенностей миграции атомов химических элементов в подземной гидросфере на базе эволюционного развития системы вода —порода —газ —органическое вещество. Центральным вопросом гидрогеохимии является выявление путей формирования разнообразных геохимических типов подземных вод, а также прогноз изменения их качества. Последнее стало особенно актуальным в последние десятилетия в связи с ухудшающейся экологической ситуацией на Земле.

Региональная гидрогеология — наука о связи пространственно-временного распределения подземных вод в земной коре с характером и историей развития геологических структур. Проблемный вопрос в данном случае — роль геологической структуры в формировании ресурсов и состава подземных вод в конкретном регионе.

Палеогидрогеология изучает былые подземные гидросферы в тесной связи со становлением и развитием литосферы. Она же восстанавливает палеогидрогеологические условия конкретной территории, включая геологическую роль воды в формировании месторождений полезных ископаемых.

Экологическая гидрогеология. Строительство водохранилищ, вырубка лесов, распашка земель, разработка месторождений полезных ископаемых — эти и другие виды деятельности человека во многом изменили режим и состав подземной гидросферы, масштабы которого не всегда поддаются простому учету. Возникла проблема глобального управления подземной гидросферой с целью оценки масштабов возможных изменений геологической и окружающей среды. Эта задача только еще делающей первые шаги экологической гидрогеологии.

Перечисленные фундаментальные разделы современной гидрогеологии, к которым можно добавить учение о минеральных водах, учение о режиме и балансе подземных вод, гидрогеотермию, тесно связаны между собой и составляют ее теоретическую основу.

Ко второй группе разделов гидрогеологии относятся дисциплины, непосредственно определяемые запросами производства: поиски и разведка подземных вод, разведочная гидрогеология, гидрогеология месторождений полезных ископаемых (рудных и нефтяных), мелиоративная гидрогеология, гидрогеохимические поиски месторождений полезных ископаемых, гидрогеология городов, охрана подземных вод и др. Все эти направления методологически тесно связаны и базируются на методах, применяемых в других науках о Земле и трансформированных к изучению подземной гидросферы. В значительной мере они заимствованы из геологии (съемка, картирование, палеогидрогеологический анализ), гидравлики, геохимии, исторической геологии.

Картирование территории — один из основных методологических приемов в гидрогеологии, применяемых прежде всего для изучения региональных закономерностей. Вместе с тем подземная гидросфера — продукт длительного геологического развития, и ее изучение невозможно без исторического (генетического) подхода, который позволяет проследить этапы развития подземной гидросферы и на базе теоретических обобщений разработать прогноз ее изменений. Вода отличается от других геологических объектов постоянным движением, участием в круговоротах. Формы ее движения различны (гравитация, диффузия, фильтрация, конвекция, осмос, капиллярный перенос и т.д./, но в общем виде являются частью геологического движения, познание которого невозможно без математического, термодинамического, физико-химического, гидравлического моделирования.

Моделирование, как методология познания общего путем его разложения на отдельные составляющие, играет все возрастающую роль в гидрогеологии. Особенно велики перспективы моделирования с применением ЭВМ. Подземная гидросфера в земной коре теснейшим образом взаимодействует с литосферой, биосферой, атмосферой, а также мантией и космосом. Взаимодействие этих важнейших составляющих приводит к направленной эволюции, образованию новых продуктов в виде минералов, руд, пород, геохимических типов воды. Как выяснилось в самое последнее время, система вода-порода, например, обладает свойствами самоорганизации, т.е. относится к типу синергетических [6]. Это же, по мнению Ф.А. Летникова, относится и ко многим другим геологическим системам. Поэтому методологические приемы синергетики должны стать одними из главных в арсенале гидрогеологии.

Гидрогеология, как и другие геологические науки, опирается на принцип актуализма, гласящий, что "настоящее — ключ к познанию прошлого", а также на методы фундаментальных наук — математические, физические, химические, биологические, значение которых для специалиста — гидрогеолога обязательно. Для анализа и оценки гидрогеологических явлений и процессов применяются многие частные методы (опытно- фильтрационные работы, режимные наблюдения, мониторинг подземных вод лабораторные работы и др.). Уже изложенное показывает, что объектом гидрогеологии служит подземная гидросфера, которую необходимо рассматривать в тесном единстве с другими составляющими земной коры — горными породами, газами, органическим веществом и, конечно же, деятельностью человека, который" по выражению В.И. Вернадского стал геологической силой.


Заключение

Несмотря на то, что гидрогеология, как самостоятельная наука, была обособлена совсем недавно, лишь в 1929 году, до этого момента гидрогеология была составной частью геологии и инженерной геологии, но предпосылки к её созданию появились ещё в Древней Греции, в рамках учений о подземных водах. Эти предпосылки были рассмотрены в данном реферате, так же изучены основные взгляды на процесс возникновения подземных вод учёных различных эпох. Горный университет сыграл очень важную роль, в формировании гидрогеологии как науки в России, именно в нашем университете была открыта первая кафедра Гидрогеологии и инженерной геологии. В процессе изучения подземных вод и накопления знаний о воде, в гидрогеологии были выделены более узконаправленные учения, которые так же были рассмотрены в данном реферате.


Список используемой литературы

1. Лосев К.С. Вода. - Л.: Гидрометеоиздат, 1989.

2. Львович М.И. Вода и жизнь. - М.: Мысль, 1986.

3. Островский В.Н. Биосфера и подземные воды. Сов. геол. - 1980,- № 1.-С. 106-114.

4. Перельман А.И. Геохимия. - М.: Высшая школа, 1989.

5. Слепян Э.И. Вода, водная среда, водные экосистемы: проблемы сокращения и использования. Мелиор. и водн. хоз-во. - 1994, - № 5. - С. 6- 9.



6. Шварцев С.Л. Общая гидрогеология. Изд. «Недра», М. 1996




Достарыңызбен бөлісу:




©stom.tilimen.org 2022
әкімшілігінің қараңыз

    Басты бет