О СЕЗОННЫХ МИГРАЦИЯХ ПАРОВ ВОДЫ ПО ПРОФИЛЮ ПОЧВОГРУНТОВ АРИДНОЙ ЗОНЫ СРЕДНЕЙ АЗИИ

 А.А.Аванесов*, К.П.Попов**

*Государственная Корпорация “Туркменгеология”

**Институт пустынь Академии наук Туркменистана

744000, Ашхабад, Гоголя 15

Первые опубликованные сведения об увеличении влажности почвогрунта в итоге перемещения паров воды появились в России до революции [3,7]. Однако они не получили должной оценки научной общественности и не привлекли к себе внимание лесоводов и почвоведов. Впоследствии появились основополагающие работы А.Ф.Лебедева, который в итоге углубленных многолетних исследований по этому вопросу пришел к выводу о том, что для создания теории происхождения грунтовых вод необходим подробный анализ перемещения почвенно-грунтовой воды, как в парообразном, так и в жидком состоянии [8].

К этому выводу ученый пришел на основании изучения процессов миграции паров воды по профилю черноземных почвогрунтов. Однако, они были отмечены и в поясе светлых сероземов на юге Туркменистана [4].

При этом была отмечена связь этого явления с ритмом вегетации растений.

Существенное влияние на развитие растений оказывает также перемещение влаги в парообразном виде и в поясе типичных сероземов, что было выявлено нами в итоге 9-летьнего цикла стационарных исследований по биоэкологии фисташки и ряда сопутствующих растений на юге Таджикистана [11,13]. Водно-солевой режим и распределение  корневых систем по профилю почвогрунта исследовались до глубины 3.2 м, а годовая динамика температуры – до 9 м. Годовые осадки в районе стационара колебались в пределах 280-320 мм, промачивая серозем до глубины 60-80 см. В пределах этого горизонта и располагалась основная часть всасывающих корней фисташки. Двулетние наблюдения над транспирацией показали, что это дерево в среднем за сезон расходует 20-25 м3 воды, причем интенсивность транспирации к лету все более возрастает, достигая своего максимума в июне-июле, когда запасы доступной влаги в горизонте 0-80 см исчерпываются практически полностью.

Возник вопрос: откуда же черпает влагу фисташка во второй половине вегетационного периода, завершающегося в октябре-ноябре? К тому же грунтовые воды в районе исследований, как показала разведочная скважина, залегают на глубине более 200 м, представляя собой рассолы.

Ответ на поставленный вопрос был получен в результате трехлетнего опыта по учету испарения влаги с пробной делянки площадью 5х5 м, которая регулярно оголялась от растений без нарушения поверхности почвы. На контрольной делянке учитывались общие потери влаги – на эвапотранспирацию. В то время, как в контроле ежегодно проявлялся ярко выраженный непромывной тип влажности почвы, на опытной делянке горизонт капиллярно подвешенной влаги к окончанию третьего вегетационного периода углубился до 1.5 м [12], что произошло в итоге термоградиентной перегонки паров воды из промачиваемого осадками горизонта вглубь сероземного почвогрунта. Раскопки показали, что корневая система фисташки имеет нижний ярус корней, который и обеспечивает это дерево влагой во второй половине вегетационного периода [13].

Проведенный опыт раскрыл также загадку ряда однолетних трав весенне-осенней вегетации, отнесенных к “растениям-загадкам” [4]. Они произрастают в поясах светлых и типичных сероземов Средней Азии, где, как бы демонстрируя свою независимость от осадков, начинают вегетировать в конце весны. Их рост в основном происходит в течение лета, цветение смещается на август-сентябрь, а плодоношение – на сентябрь-ноябрь. При этом они проявляют чрезвычайно высокую, рекордную интенсивность транспирации именно в конце лета, когда промоченный осадками слой сероземов иссушается до предела [11]. Раскопки обнаружили, что загадочные однолетние травы обладают стержневыми корневыми системами, достигающими глубины 1.5-2.0 м, где при достижении точки росы происходит сжижение мигрирующих вглубь почвогрунта паров воды.

Осенью, по мере остывания поверхностного слоя сероземов, начинается процесс незначительного увлажнения его за счет восходящего потока паров. Благодаря этому явлению после летней ксеропаузы возобновляется вегетация многих видов полыни, лишь осенью приступают к плодоношению солянки. Отдельные исследователи относят осеннее увлажнение поверхностного слоя сероземов к конденсации паров воды из атмосферы, но эта точки зрения ошибочна [5,10,11,13 и д.].

Непромывной режим влажности сероземов в поясе сероземных почвогрунтов проявляется на юге Средней Азии повсеместно, в связи с чем источники пресных вод здесь крайне редки. Своеобразным режимом влажности отличаются сероземы Бадхыза на крайнем юге Туркменистана. Это связано с тем, что здесь сформировались не типичные, а отличающиеся повышенной водопроницаемостью супесчаные и песчаные сероземы. В иные годы они промачиваются осадками на глубину 2-3 м [13]. Можно сказать, что такие сероземы обладают своеобразным промывным режимом влажности. Не случайно в средневековье в Бадхызе существовали пресноводные колодцы, на базе которых обитало местное население. Ряд источников пресной воды в саях и ущельях Бадхыза сохранились до наших дней.

В аналогичном с сероземами положении находятся заросшие пески Каракумов, где в процессе эвапотранспирации складывается непромывной режим влажности [6]. В итоге под такими песками сформировались реликтовые соленые воды, тогда как под слабо заросшими белым саксаулом песками формируются вполне пригодные для скота солоноватые воды.

В целом миграция паров воды в зонах аэрации песков пустыни выражены значительно ярче, чем в поясе сероземных почвогрунтов [2,5,10 и др.]. Но наиболее явственно и результативно они проявляются в лишенных растительного покрова барханных песках. Отличаясь повышенной водопроницаемостью, они нередко промачиваются зимне-весенними осадками до глубины более 1.5-2.0 м. Так, за 60 лет наблюдений в Репетеке (Юго-Восточные Каракумы), где слабоминерализованные грунтовые воды залегают на глубине около 15 м, гравитационный сток в годы с обильными осадками промачивал всю зону аэрации. За 60 лет наблюдений здесь было отмечено 8 таких случаев. Вместе с тем промачивание до 3-5 м составило 30%, до глубины 1.0-1.5 м – 16%, до полуметра – 40% случаев за время наблюдений[1]. Поскольку физическое испарение влаги в атмосферу возможно лишь из поверхностного слоя песков до глубины 30-40 см /10/, более глубоко просочившаяся влага аккумулируется массивами барханных песков из года в год. В таком случае формирование в их зоне аэрации крупных запасов грунтовых вод выглядит вполне естественным явлением.

Однако в 1952-58 г.г. произошло ошеломляющее открытие: гидрогеолог Н.Г.Шевченко в песках безводных Каракумов выявила огромные запасы питьевой воды, объем которых достигал 10 км3. Из-за выпуклой формы это вместилище подземной влаги получило название Ясханской подпесчаной линзы пресных вод (в последующем – ПЛПВ). По поводу ее загадочного происхождения возникла оживленная дискуссия, породившая ряд версий и гипотез. Среди них вначале возобладала гипотеза о формировании Ясханской линзы за счет вод древней пра-Амударьи [16]. Позднее, после открытия в Каракумах ряда крупных ПЛПВ выявилась их тесная связь с массивами барханных песков. В итоге появилась гипотеза  В.Н.Кунина о формировании этих месторождений пресных вод объемом до 100 км3 за счет местных атмосферных осадков /6/.

Исследования показали,то ПЛПВ по целому ряду признаков

оказались однотипными [16]. Особенно выделяется сложение их “куполов” ультрапресной воды (по существу – дистиллятом) при крайне малых значениях градиента минерализации, как по вертикали, так и по горизонтали. Единство химизма ПЛПВ оказалось настолько однородным, что Кунин высказал предположение о том, что это явление “… связано со слабым подземным стоком, низкими скоростями диффузии ионов и, возможно, с довольно интенсивным пополнением за счет парообразной перегонки, процесс которой еще не ясен” [6, с.262]. Однако подземный сток воды, к примеру, Ясханской линзы не так уж мал, только в русло Западной Узбоя она ежегодно сбрасывает 3 млн.м3 воды. Общим водоупором для ПЛПВ является сплошной под песками Каракумов пласт реликтовых соленых вод, наклон которых ничтожно мал (0.0001-2). В то же время пресные воды линз имеют значительный наклон /1/, что свидетельствует об их постоянной разгрузке. Скорость диффузии ионов зависит от температуры раствора и, коль она не колеблется, диффузия протекает стабильно. Последнее предположение более чем реально, ведь именно вследствие притока к линзам влаги сжижающих паров, их “купола” слагаются ультрапресной водой – дистиллятором. С этим также связана несколько повышенная, по сравнению с рассолами водоупора, температура пресных грунтовых вод [16].

Процессы внутригрунтового испарения влаги осадков, выпавших летом с их перегонкой вглубь зоны аэрации признаны многими исследователями [5,9]. В холодное время года протекает восходящая миграция паров к поверхностному слою песков [5,10 и др.]. По продолжительности эти сезонные миграции паров примерно равны. Но по влагопереносу нисходящие потоки паров намного результативнее, ибо парциальное давление паров по мере повышения температуры среды стремительно возрастает по экспоненте. С этим и связано повышение уровня ПЛПВ в самое жаркое и сухое время года с одновременно возрастающей разгрузкой пресных вод в естественные дрены [16]. В том время, как годовые колебания температуры в сероземных почвогрунтах затухают на глубине 9-10 м [11,12], в песках, несмотря на значительное (30%) альбедо, тепловые импульсы распространяются до глубины 15 м [17]. Очевидно, в пределах этих глубин и затухают процессы нисходящей миграции паров воды по профилю сероземов и песков в аридной зоне Средней Азии. В поясе сероземных почвогрунтов эти процессы имеют в жизни полусаванновых экосистем весьма существенное значение [4,13 и др.]. Но в формировании местных грунтовых вод они, по-видимому, участия не принимают. Не менее важное значение эти процессы имеют и в сложении биокомплексов песчаных пустынь. Барханные пески в этом отношении играют косвенную роль.

В заключении следует отдать должное предвидению В.Н.Кунина о восполнении запасов пресных грунтовых вод в Каракумах за счет притока к ним влаги в парообразном виде [6]. И вместе с тем подчеркнуть правоту В.Н.Чубарова, который на основании 4-летних исследований Ясханской линзы пришел к выводу о том, что просочившаяся глубже 30 см влага осадков неизбежно “… при любом строении зоны аэрации должна мигрировать до грунтовых вод” [25, с.125].

Тридцатилетний опыт эксплуатации уникального Ясханского месторождения подтвердил выводы многих ученых относительно надежности подсчитанных эксплуатационных запасов, качества подземных вод, а также рекомендованной  методики эксплуатации. В течение указанного срока месторождение эксплуатировалось в режиме стабильного водоотбора 25-30 тыс.м3/сутки (1966-1988 г.г.) и в режиме падающего водоотбора 9-11 тыс.м3/сутки (1989-1999 г.г.). Анализ работы месторождения на первом этапе эксплуатации практически полностью подтвердил динамику продвижения границы раздела пресные-соленые воды. С 1989 года в связи с уменьшением водоотбора, связанным с различными техническими причинами и ослаблением должного внимания к решению возникших проблем по эксплуатации месторождения, отметился рост уровня подземных вод в южной части по створам наблюдательных скважин 7р –44р и 32р-5р. С этого времени наметилось постепенное возвращение положения границы раздела пресных и соленых вод к первоначальному очертанию. Уровни подземных вод в указанных наблюдательных скважинах возросли на 2-4 м, что однозначно свидетельствует о наметившемся восполнением запасов месторождения.

Из всего вышеизложенного напрашивается основной вывод: линзы пресных вод в Каракумах обладают не статичными, а возобновляющимися запасами влаги [10,14]. Ибо куда же девается большая часть зимне-весенних осадков, ежегодно поглощаемых барханными песками пустыни в течение многих тысячелетий?

 

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

 

1.         Алексин А.А. Некоторые вопросы режима зоны аэрации и грунтовые воды засушливых областей.//Сов.геология, 1960, № 7, с.22.

2.         Благовещенский Э.Н. Новые данные по внутригрунтовой конденсации.//Метеорология и гидрология, 1940, № 3, с.18.

3.         Высоцкий Г.Н. Природа и культура растений на Велико-Анадольском участке.//тр.эксп.лесного департамента, вып.2,1998, с.58.

4.         Гурский А.В. Водный режим пустынных сероземов.//Пробл.сов.почвовед.,1941, № 12, с.18.

5.         Кулик Н.Ф. Водный режим песков аридной зоны, Л.:Гидрометизд.1979, 278 с.

6.         Кунин В.Н. Местные воды пустыни и вопросы их использования. М.:изд.АН СССР, 1959, 283 с.

7.         Лебедев А.Ф. Роль парообразной воды в режиме почвенных и грунтовых вод.//Тр.по с/х метеорологии, 1913, вып.XII, с.15.

8.         Лебедев А.Ф. Почвенные и грунтовые воды. М.-Л.: изд.АН СССР, 1936, 314 с.

9.         Огильви Н.А., Чубаров В.Н. Изучение динамики влаги и процессов ее конденсации в зоне аэрации. В кн.Линзы пресных вод пустыни. М.: изд.АН СССР, 1963, с.198.

10.     Петров М.П. Водный режим барханных песков и термические условия конденсации влаги в Каракумах.//Изв.АН СССР, сер.геогр.и геофизики, 1041, № 2, с.177.

11.     Попов К.П. О сроках вегетации растений полусаванновых фисташников Таджикистана.//Экология, 1973, № 2, с.37.

12.     Попов К.П. О динамике влажности сероземов в связи с эвапотранспирацией и физическим испарением влаги в предгорьях Южного Таджикистана.//Докл.АН Тадж.ССР, 1975, с.31.

13.     Попов К.П. Фисташники Средней Азии. Ашхабад: Ылым, 1979, с.160.

14.     Попов К.П. Линзы пресных вод в пустынях.//Природа, 1986, № 8, с.101.

15.     Чубаров В.Н. Влагообмен в зоне аэрации как фактор формирования пресных грунтовых вод в пустыне.//Бюлл.МОИП,отд.геол.1963,вып.2, с.117.

16.     Шевченко Н.Г. Закономерности распространения и формирования линз пресных вод пустынь и опыт рациональной их эксплуатации. Ашхабад: Ылым, 1982, 208 с.

17.     Шульгин А.М. Климат почвы и его регулирование. Л.: Гидрометиздат, 1972, 341 с.



[1] Гунин П.Д. Экология процессов опустынивания аридных экосистем.М.: изд.Васхниил, 1990, 354с