4 роки тому
Немає коментарів

Sorry, this entry is only available in
Російська
На жаль, цей запис доступний тільки на
Російська.
К сожалению, эта запись доступна только на
Російська.

Вода существует везде.

Античное изречение

Вода пропитывает всю Землю — из­нутри, снаружи, сверху; ее жилы расходятся во всех направлениях как связующие звенья.

Плиний Старший

Как-то мне пришлось выступать перед весьма пред­ставительной аудиторией, рассказывая о только что вы­полненной оценке естественных ресурсов подземных вод юга Восточной Сибири. В зале находились ученые различ­ных специальностей — физики, энергетики, геологи, био­логи, географы и многие другие. Раньше такой оценки не было. А цифры впечатляли: в недрах юга Восточной Сибири мы установили значительные количества воды, обеспечивающие отбор в среднем 2, а местами 5—10 лит­ров в секунду с каждого квадратного километра. Вообще же подземный сток составлял 30% общего стока. Это не просто много, а очень много. Парадокс?

Нет, в действительности одна треть водных ресурсов, при этом ресурсов первоочередного использования, спря­тана у нас под ногами. Присутствовавшие выслушали это известие кто с интересом и одобрением, кто настороженно и с недоверием. Особенно недоумевал один видный уче­ный-энергетик. Почему-то у него, имеющего дело с энер­гией ГЭС крупных сибирских рек, такая высокая доля подземных вод в общем водном балансе суши вызывала сомнение. Напрасно я приводил сведения, что для суши в целом получена даже большая цифра, не убедили его геологи и географы, которые приводили примеры исполь­зования ресурсов подземных вод для водоснабжения круп­ных городов и обводнения громадных земельных массивов.

Этот ученый-энергетик вспоминается, когда заходит речь о количестве воды в недрах Земли. Его, как правило, занижают. Даже на вопрос «Что у нас под ногами?» ответ стереотипен: «почва», реже — «горные породы» или «Зем­ля». Про воду забывают. А ведь земная твердь буквально заполнена водой, представляет настоящий «невидимый океан»! Насколько громадна масса подземной гидросферы, многие даже и не подозревают.

Сколько воды в земной коре. Любое исследование начинается с оценки того, что будет предметом изучения. Недаром говорят: «Изучить — значит измерить». Прежде всего — о глубине распространения подземной гидросферы. Вода прослеживается от поверхности Земли до верхней мантии; ниже водородные связи рвутся и молекула Н2О, как правило, не существует. Иначе говоря, подземная гид­росфера пронизывает всю земную кору, мощность кото­рой — от 4,5—7 километров на дне океанов до 35—-70 ки­лометров на суше. Величина немалая! Однако все позна­ется в сравнении. Чтобы иметь представление о толщине земной коры, принято сравнивать земной шар с яйцом. Тогда яичная скорлупа будет аналогом земной коры.

К сожалению, в большинстве оценок объема гидросфе­ры из совокупной массы подземной ее части в расчет при­нимается только «жидкая» свободная вода, да и то обыч­но не вся, а на какую-то небольшую глубину земной коры.

Сошлюсь, например, на цифру, приведенную в моно­графии «Мировой водный баланс и водные ресурсы Зем­ли», подготовленной в СССР по итогам Международного гидрогеологического десятилетия (1965—1974 годы). Ав­торы ее учитывали лишь воду в самом верхнем слое, до абсолютной отметки минус 2000 метров, то есть на глуби­ну 2,5—3 километра. Количество подземных вод получи­лось равным 23,4 миллиона кубических километров, что составляет от суммы других водных ресурсов (океаны, озе­ра, ледники, реки и т. д.) только 1,69%. Несколько боль­ший (60 миллионов кубических километров) объем при­водится в расчете советского гидролога М. С. Львовича, который к подземным водам относит свободную и физиче­ски связанную воду в верхней толще земной коры мощ­ностью 5 километров. Тогда подземные воды (табл. 1) со­ставят 4% общего объема гидросферы.

На самом деле воды в земных недрах гораздо больше. В последнее время при бурении Кольской и других сверх­глубоких скважин установлено, что даже так называемая «жидкая» вода обнаруживается на глубине, намного пре­вышающей 5 километров. Если же учесть воду в других состояниях и фазах, которая, как мы уже отмечали, про­слеживается до слоя Мохоровичича (раздел между земной корой и мантией), то она должна возрасти более чем на порядок по сравнению с приведенными расчетами.

Количественная оценка водных ресурсов подземной гидросферы — проблема, имеющая несколько подходов и несколько решений. В зависимости от характера прини­маемых в расчет исходных данных (объем земной коры и содержание в породах воды) ответы получаются самые разные. Одним из первых полную оценку массы подзем­ной гидросферы попытался дать в начале XX века И. Д. Лукашевич: он принял ее равной объему океаниче­ской воды, то есть 1370 миллионов кубических километ­ров, или 1420•109 миллионов тонн. Примерно в три раза меньшую величину по содержанию водорода для 16-кило­метровой толщи литосферы получил в 20-х годах акаде­мик В. И. Вернадский.

В дальнейшем приемы определения количества внутри-земной воды совершенствовались, но сопоставимых цифр так и не получено. До сих пор существуют минимальные и максимальные оценки. Уточнение массы подземной гидросферы остается важнейшей задачей наук о Земле на бу­дущее. С. А. Брусиловский, ориентируясь на минимальные параметры, получил массу подземной гидросферы, равную 600•109 миллионов тонн, что составляет немногим более 40% от количества воды на поверхности Земли. А вот рас­чет недавно скончавшегося ленинградского гидрогеолога В. Ф. Дерпгольца. Приняв среднее содержание воды в по­родах континентальной (средняя мощность около 35 кило­метров) и океанической (4,7 километра) коры за 12,5%, он получил массу подземной гидросферы, равную 1070•109 миллионов тонн. Наконец, согласно максималь­ным оценкам, приведенные массы подземной гидросферы занижены по крайней мере в 3—5 раз.

Каким же результатам верить? Скорее всего, масса внутриземных вод сопоставима с массой поверхностных вод, поскольку около 3500•109 миллионов тонн воды долж­но было выделиться при дегазации мантии за всю исто­рию Земли. Эта цифра получена в результате определения массы «обезвоженных» пород верхней мантии (рис. 4). Ес­ли учесть, что около 1000•109 миллионов тонн воды распалось на кислород и водород или улетучилось в космиче­ское пространство, то эта выкладка косвенно подтвержда­ет расчет В. Ф. Дерпгольца (табл. 2), который представ­ляется самым оптимальным.

Изменение содержания воды в породах земной коры и верхней мантии

Изменение содержания воды в породах земной коры и верхней мантии

В 1963 году Владимир Федорович Дерпгольц на пред­варительной защите кандидатской диссертации в Геоло­гическом институте АН СССР обосновал оценку количе­ства вод на Земле. Ему задавали много вопросов. Подвиж­ный и сухощавый, этот седой человек бойко отвечал и оперировал собственноручно вычерченными цветными диаграммами, защищая идею ювенильного происхождения глубинной гидросферы Земли. С этой идеей почти никто из присутствовавших не был согласен, но сам докладчик, его эрудиция и манера защищать трудно доказуемое вы­зывали уважение. Председательствовал руководитель гид­рогеолого-геотермического отдела Геологического институ­та АН СССР Ф. А. Макаренко, который когда-то тоже за­нимался оценкой объема воды в недрах Земли. Новые цифры его убедили, и он в заключение своего выступле­ния сказал: «Сделанная мной 15 лет назад оценка уста­рела, а Владимир Федорович, как мне представляется, учел современные данные и правильно подсчитал массу подземной гидросферы».

Я в то время как-то не интересовался количеством внутриземных вод. Меня больше занимал генезис «гидрохлоросферы», как называл Дерпгольц глубинную гидро­сферу Земли. Подкупала доходчивость изложения наибо­лее сложных вопросов формирования подземных вод. Ког­да кончилось обсуждение, мы разговорились. Владимир Федорович — человек сложной судьбы, работавший в 30-х годах изыскателем на БАМе, а потом в енисейском секторе Арктики. Он наблюдал и описал многие природ­ные феномены, в том числе и такие, приближаться к кото­рым небезопасно — скажем, взрыв наледи или зыбучий, засасывающий человека снег. Это был пенсионер, много работавший и одержимый идеей ювенильного происхожде­ния «гидрохлоросферы». «Я не служу, а пишу»,— говорил он. Вскоре вышел в свет автореферат его диссертации с весьма примечательным эпиграфом: «Никому не дано монополии на истину», а некоторое время спустя увлека­тельные «популярно-научные», как он их назвал, книги.

Итак, теперь мы знаем, сколько воды в земной коре. Ее почти столько же, сколько и на поверхности Земли. Подземная гидросфера — громадная емкость, соизмеримая по массе воды с Мировым океаном.

Единство и круговорот природных вод. Цифры стати­ческой массы гидросферы дают одностороннее представ­ление о водных ресурсах Земли. Гидросфера — единая ди­намичная система, в которой все разновидности воды вза­имодействуют друг с другом и находятся в постоянном круговороте.

Водные массы Земли взаимосвязаны, они пронизывают атмосферу, литосферу, биосферу. Эту мысль впервые вы­сказал великий естествоиспытатель и тонкий знаток все­го, что связано с водой, академик В. И. Вернадский. «Лю­бое проявление природной воды,— указывал он,— глетчер­ный лед, безмерный океан, река, почвенный раствор, гей­зер, минеральный источник — составляют единое целое, прямо или косвенно, но глубоко связанное между собой».

Идею единства природных вод, так четко сформулиро­ванную В. И. Вернадским, подтверждает существование круговорота воды на Земле и балансовое равновесие меж­ду обеими частями гидросферы — наземной и подземной.

Почти аналогичные мысли встречаются у лидера со­ветской гидрогеологии 30-х и 40-х годов академика Ф. П. Саваренского. «Гидрогеология,— писал он в одной из последних своих работ, изданной в 1947 году, уже пос­ле его смерти,— не может рассматривать подземную гид­росферу отдельно для верхней зоны ее и отдельно для нижней… Мало того, подземную гидросферу нельзя рас­сматривать отдельно от наземной, так как подземные во­ды верхних зон земной коры непосредственно связаны с поверхностными водами».

Федор Петрович одним из первых обратил внимание на то, что гидрогеологам необходимо изучать не только подземные воды, но и подземную гидросферу в целом, которая, по выражению его ученика А. М. Овчинникова, представляет «литосферу, пропитанную водой».

Чтобы понять процесс формирования подземных вод, Ф. П. Саваренский рекомендовал изучать процессы взаи­модействия водных растворов с горными породами и газа­ми в каждой термодинамической зоне подземной гидро­сферы. Таких зон, по его представлениям, три: магмати­ческая, в которой Н2О растворена в магме и, вероятно, диссоциирована; пневматолитовая, где находится парово­дяная смесь; и, наконец, зона жидкой воды. Изучение формирования воды земных недр Ф. П. Саваренский счи­тал основной задачей созданного им теоретического цент­ра при АН СССР — Лаборатории гидрогеологических про­блем.

В сложном круговороте воды наименее изучены под­земные звенья. Они разнообразны и труднее доступны для наблюдения. Тем не менее для любых разновидностей под­земных вод, несмотря на их кажущееся различие, мы ви­дим неразрывность и неделимость: йода из одного состоя­ния переходит в другое. И так вплоть до мантии, причем всякое изменение количества воды в Земле, где-либо про­исходящее, неизбежно отражается на общей массе подзем­ной гидросферы или гидросферы Земли в целом. В под­земной гидросфере, таким образом, все виды Н2О находят­ся в равновесном состоянии, образуя систему «пар — лед — вода связанная — вода свободная».

Равновесие в этой системе обратимое. Если в каком-то месте количество Н2О убывает, то где-то в другом оно воз­растает на точно такую же величину. Кроме того, компо­ненты подземной гидросферы тесно связаны не только с горными породами, но и с живым веществом, атмосфе­рой, космосом и мантией.

Классические представления о круговороте воды в при­роде, знакомые из школьных учебников, описываются уравнением водного баланса: X = Y Zгде X — атмо­сферные осадки, Y — сток (поверхностный и подземный), Z — испарение.

Такова общая схема гидрологического круговорота во­ды. В ней различают большой и малый круговороты. При большом круговороте (см. рис. 5) водяные пары, образо­вавшиеся в результате испарения над поверхностью морей и океанов, переносятся на сушу, где выпадают в форме дождя или снега, затем вода снова попадает в моря и океаны через поверхностный или подземный сток. Малые круговороты носят локальный характер и реализуются в пределах сравнительно небольших участков суши или океана. Насколько велики цифры водного баланса земного шара и территории СССР, видно из табл. 3.

Так представляется взаимодействие гидрологического и геологического круговоротов воды в природе

Так представляется взаимодействие гидрологического и геологического круговоротов воды в природе

Гидрологический круговорот обеспечивает водообмен внутри водоемов, а также взаимосвязь наземных и подзем­ных вод. Темп водообмена для отдельных видов природ­ных вод самый различный (см. табл. 1).

Если полный водообмен в океанах, ледниках и глубо­ких водоносных горизонтах происходит очень медленно — в течение тысячелетий и даже миллионолетий, то верхняя (до глубин 0,3—0,5 километра) подвижная часть подзем­ных вод, которая активно взаимодействует с поверхност­ными водами, обновляется в среднем 3 раза в тысячеле­тие. Ресурсы почвенной влаги и неглубоких водоносных горизонтов заменяются почти ежегодно. Еще быстрее про­исходит смена воды в реках (за 12 суток) и атмосфере (за 10 суток). Высокая подвижность речных и атмосфер­ных вод, несмотря на незначительный объем (тысячные и стотысячные доли процента от всей массы гидросферы), выдвигает эти две составляющие в число основных эле­ментов водного баланса Земли.

Однако традиционный гидрологический круговорот, происходящий по схеме «осадки — сток (поверхностный и подземный) — испарение», охватывает только верхнюю часть земной коры, которую принято называть зоной интенсивного водообмена. Вода с поверхности хотя и прони­кает на более значительные глубины, в зоны замедленно­го и весьма затрудненного (пассивного) водообмена, но темп водообмена там заметно падает, возобновление со­вершается, как уже отмечалось, за тысячелетия и даже миллионолетия.

Неполнота такого представления о круговороте в по­следние годы стала очевидной; оно далеко не отражает всего многообразия движения воды в земной коре, осо­бенно в глубоких ее частях. Наиболее удачную модель все­общего круговорота воды предложил в 1980 году томский гидрогеолог С. Л. Шварцев. В ней наряду с гидрологиче­ским выделяется геологический круговорот, обусловлен­ный участием воды в различных геологических процес­сах — седиментации, литогенезе, метаморфизме, магматиз­ме. Оба круговорота связаны друг с другом (рис. 5). В отличие от достаточно сложногогидрологического, гео­логический круговорот еще более сложен. Он совершает­ся преимущественно на глубинах и в различных обстановках. В нем выделяются три этапа (осадочный, метаморфи­ческий, магматический), каждый из которых в какой-то мере самостоятелен. Вместе с тем геологический кругово­рот связан и с наземной гидросферой. Обмен водой проис­ходит также между земной корой и мантией, хотя о его балансе пока судить трудно.

Из каких компонентов состоит подземная гидросфера? Впервые классификацию разновидностей воды в почвах и горных породах дал А. Ф. Лебедев. Применительно к гид­рогеологии в целом на основании его классификации и современных представлений различается шесть главных компонентов подземной гидросферы:

вода в форме пара;

вода в твердом состоянии;

физически связанная вода;

свободная вода;

вода в надкритическом состоянии;

химически связанная вода.

В пространстве между земной поверхностью и постоян­ным уровнем подземных вод водяной пар заполняет не­занятые жидкой фазой пустоты горных пород. Проникая сверху, он конденсируется и образует физически связан­ную и свободную («жидкую») воду. Этот слой водяного пара — мощность его обычно не превышает нескольких метров, но прослеживается он почти под всей сушей — только незначительная часть парообразной воды Земли. Вероятно, больше горячего пара: он образуется при выхо­де перегретых вод (с температурой от 100 (а в горах да­же ниже) до 374—450°С) на поверхность Земли в гейзе­рах и вулканах или встречается в виде пароводяной сме­си. При надкритических значениях температуры (374°С для «чистой» воды и 450°С для водных растворов) и дав­ления (более 218 атмосфер) различия между жидкостью и паром стираются: в этом случае молекулы приобретают скорость газа, а плотность становится близкой к едини­це, как у «жидкой» воды.

Льда в земной коре не так много. Однако и не мало, поскольку он встречается не только в сезонно-мерзлом слое, а главным образом в толще вечномерзлых пород. Мощность же последних местами достигает 1,5 километ­ра, да и распространены они на большой территории (47% площади Советского Союза). Встречаются мерзлые породы также под дном северных морей. В мерзлом со­стоянии вода образует кристаллики, жилы или прослои льда, иногда бугры с растущим (за счет подтока воды сни­зу) ледяным ядром — гидролакколиты.

В одной из детских сказок великан пытается выжи­мать воду из камня. Возможно ли это? Оказывается, очень легко. Если взять в руку кусок мерзлой горной породы, вода выделяется уже от тепла ладони…

Физически связанная вода находится в той или иной степени взаимодействия с частицами породы, на основа­нии чего она разделяется на прочносвязанную (гигроско­пическую) и рыхлосвязанную (пленочную). Ее может быть много, как в донном иле, и мало, что мы видим в уп­лотненном или высушенном суглинке. Влажность — коли­чество физически связанной воды от общего объема поро­ды — тем больше, чем меньше минеральные частицы. Осо­бенно велика (более 50%) влажность глин.

Хорошо связана с минеральными частицами гигроско­пическая влага: она в виде молекул водяного пара скон­центрирована на их поверхности. Менее прочно удержи­вается пленочная вода, которая образует как бы вторую пленку поверх гигроскопической влаги. Отделиться вода от частицы породы может только в том случае, если силы притяжения по мере роста толщины пленки ослабнут и начнут преобладать «растягивающие усилия», обусловлен­ные земным притяжением.

Физически связанная вода удаляется из породы путем высушивания или отпрессования. Как показали экспери­ментальные исследования, при давлении 3000—5000 кило­граммов на квадратный сантиметр почти вся рыхло- и прочносвязанная вода глин способна переходить в сво­бодное состояние. Эта вода отпрессовывается из микрока­пиллярных пор горных пород и поэтому называется поровым (горным) раствором. В естественных условиях поровые растворы постоянно выжимаются при уплотнении осадочных толщ.

При упоминании о поровых растворах, мне хочется несколько отклониться и рассказать о них чуть подробнее.

На поровые растворы приходится значительная часть подземной гидросферы. Только на дне океана, где илы имеют влажность до 60—90%, их объем составляет при­мерно 145 миллионов кубических километров. Чтобы при­веденная цифра была более осязаемой, следует ее срав­нить с объемом Мирового океана, приведенным в табли­цах 1 и 2. Сравнили? Да, читатель, это 10% всех океани­ческих вод Земли!

Один из зарубежных исследователей поровых раство­ров доктор П. Дитрих после ознакомления с томами «Ос­новы гидрогеологии» упрекнул их авторов за недооценку роли поровых растворов, в особенности иловых вод. Упрек в какой-то мере справедливый. Действительно, как мы ви­дели, поровые растворы представляют один из важнейших компонентов подземной гидросферы, велика их роль как переносчика растворенных веществ, как агента преобра­зования многих месторождений полезных ископаемых. Од­нако гораздо ощутимее геолого-геохимическое значение других компонентов подземной гидросферы (скажем, сво­бодных вод), в отличие от которых роль поровых раство­ров еще очень слабо изучена. Именно так во время дис­куссии с П. Дитрихом я объяснил «дискриминацию» по­ровых растворов. А вообще-то мы еще вернемся к ним в главе «Скульптор земной коры».

Свободная вода объединяет воду включений в минера­лах, капиллярную и гравитационную. Если вода минераль­ных включений заполняет изолированные и закрытые пу­стоты различных размеров, представляя захороненные ре­ликты среды минералообразования, то капиллярная влага заполняет открытые поры «сухих» пород (выше уровня подземных вод) и может передвигаться под влиянием сил поверхностного натяжения. Высота капиллярной каймы достигает 6 метров и более. По сравнению с гравитацион­ной водой эти две разновидности свободных вод имеют подчиненное значение.

Гравитационная вода как раз и образует скопления подземных вод. Она передвигается благодаря силе тя­жести и напорному градиенту. Различают инфильтрующуюся воду, которая просачивается сверху вниз, и фильт­рующуюся воду — она движется в виде потока по водо­носному пласту. Количество гравитационной воды зависит от гранулометрического состава, пористости и трещинова­тости горных пород. В глинах такая вода практически от­сутствует (коэффициент водоотдачи всегда меньше 1%). В случае крупных фракций (песок, гравий, галечник) или повышенной трещиноватости пород гравитационная вода преобладает над всеми остальными видами воды (коэффи­циент водоотдачи повышается до 10—30% и даже более).

Инфильтрующаяся вода находится преимущественно в зоне аэрации — это как раз и есть пространство между по­верхностью Земли и постоянным уровнем подземных вод. Тут поры заполнены воздухом, парами воды или физиче­ски связанной водой, а гравитационная вода появляется периодически: во время снеготаяния и после выпадения дождей. Вертикальное движение сверху вниз продолжает­ся до тех пор, пока вода не встретит слоя с низкой водо­проницаемостью — водоупора. На нем возникает горизон­тальный поток подземных вод. Вода тогда образует зону насыщения, где и заполняет все поры и пустоты, вытес­няя воздух. Исключение представляют нефтегазовые зале­жи и пласты: тут поры бывают заняты также нефтью и газом.

В верхних горизонтах потоком подземных вод движет гидростатический напор, вызывающий перемещение воды от высоких гипсометрических отметок к низким. На боль­ших глубинах напорный градиент возникает чаще всего благодаря геостатическому давлению, создающему поток выжимаемых из уплотняющихся осадочных толщ вод, про­явлению внутриземных сил — тектонических напряжений, и магматическим процессам, из-за которых функциониру­ют восходящие потоки глубинных вод. Однако местами гидростатический напор проникает вниз на 5—6,5 кило­метров.

Когда речь идет о зоне насыщения, имеется в виду вода в жидкой фазе. Нижняя граница этой зоны достигает глубины критических температур и давлений. Глубже во­да находится в надкритическом состоянии, о котором ра­нее уже рассказывалось. Это особое состояние Н2О пред­ставляет своего рода «водяную плазму», отличающуюся го­раздо большей, чем у жидкой фазы, подвижностью и очень высокой — в десятки раз по сравнению с «нормальными» условиями — растворяющей способностью. Переход из над­критического состояния в пар или жидкость сопровожда­ется увеличением объема Н2О в 1,5—2 раза, а понижение температуры — выпадением из раствора рудных компо­нентов, что имеет очень важное геологическое значение.

Химически связанная вода входит в состав кристалли­ческой решетки минералов. Одна ее разновидность — конституционная вода — не совсем правильно называется во­дой: это гидроксил (ОН) или водород (Н+), превращаю­щийся в Н2О только после выделения из минералов.

Другая разновидность — кристаллизационная вода — свойственна минералам, находящимся в условиях низких температур и давлений. Более 50% кристаллизованной во­ды содержат сода Na2CO3•10Н2О (64%) или мирабилит Na2SO4•10H2О (55%). Отделение ее вызывает разруше­ние кристаллической решетки минералов и образование безводных соединений, что в большинстве случаев дости­гается нагреванием до температуры не более 300—400°С. Очень много воды образуется при переходе гипса CaSO4•2Н2О в ангидрит CaSO4, поскольку гипсоангидри­товые толщи имеют региональное распространение.

Наконец, нельзя не сказать о «плачущих камнях» — цеолитах. В них вода связана с кристаллической решет­кой непрочно, примерно как у физически связанной вла­ги. Цеолитная вода присуща, например, натролиту Na2Al2Si3O10•2Н2О. Отделение ее происходит в широком интервале температур, даже без нагревания, и не вызыва­ет разрушения кристаллической решетки минералов. В си­лу особенностей структуры цеолитов удаленная из них вода при изменении термодинамической обстановки легко восстанавливается.

Полезно сравнить основные слои земной коры (осадоч­ный, гранитный и базальтовый) с фазовой зональностью подземной гидросферы (рис. 6).

Вот как меняется состояние воды в подземной гидросфере

Вот как меняется состояние воды в подземной гидросфере

В осадочном слое Земли, то есть в среднем до глубины 5 километров, Н2О всюду, кроме территории распростране­ния многолетнемерзлых пород, встречается в жидкой фа­зе. Примерно с глубины 12—16 километров на континен­тах и глубже 3 километров под океанами, а в областях современного вулканизма уже на глубине 1,5—2 километ­ра (то есть в гранитном и базальтовом слоях) вода нахо­дится в надкритическом состоянии: здесь Н2О не может перейти в жидкость, как бы ни изменялось давление. А давление в глубоких частях земной коры достигает не­скольких десятков тысяч атмосфер! Прибегнем к образ­ному сравнению: надкритическую часть подземной гидро­сферы, на которую приходится почти 50% ее массы, мож­но уподобить гигантскому котлу, где Н2О находится в со­стоянии сжатой пружины и стремится вырваться через вулканы или гейзеры.

Водоносные сосуды Земли. Одному из классиков геоло­гии принадлежит выражение: «Вода — кровь Земли». В таком случае пустоты горных пород, содержащие воду, можно называть сосудами. Подземные воды — наиболее подвижный компонент подземной гидросферы — заключе­ны в разнообразных водоносных сосудах, которые сообща­ются между собой и тесно связаны друг с другом. Пред­ставляя подземные водоносные системы — емкости подзем­ных вод, они имеют разные наименования: «гидрогеоло­гическая структура», «водонапорная система» и так далее. Мне представляется весьма удачным термин «резервуар подземных вод» как собирательное понятие для геологиче­ского тела, содержащего подземные воды, хотя это сино­ним — «подземная водоносная система» — в этом значении представляется более емким.

Подземные водоносные системы — будем называть их так — имеют различные размеры, строение и форму. Это не только коллекторы. Когда резервуар обладает сложным строением, в нем коллекторы сочетаются с водоупорами. В зависимости от положения в пространстве он может быть и накопителем, и проводником подземных вод. Ина­че говоря, такое понятие отражает формы жизни подзем­ных вод.

Элементарное геологическое пространство, в котором находится подземная вода, представляет собой либо пору, либо трещину того или иного размера. Именно из водосодержащих пор или трещин состоят подземные водонос­ные системы. В зависимости от этого формируются порово-пластовые или трещинные и трещинно-жильные кол­лекторы подземных вод.

Самое мелкое подразделение резервуаров — это коллек­тор с более или менее однородным распределением под­земных вод. В осадочных породах сочетание обводненных пор, иногда и трещин образует водоносный горизонт — пласт, насыщенный водой и залегающий между водоупо-рами или над водоупором. Водоносным горизонтом назы­вают и верхнюю выветрелую часть кристаллических по­род, содержащую воду в трещинах.

Более сложные резервуары — водоносный комплекс и гидрогеологическая формация. Особым типом коллекторов подземных вод служат протяженные каналы, сообщающие­ся каверны и полости — они представляют водоносную жилу. Заполненные водой карстовые пустоты или «от­крытые» разломы — таковы примеры водоносных жил.

По характеру залегания и напорным свойствам водо­носные горизонты и другие резервуары аналогичного по­рядка принято разделять на грунтовые (безнапорные) и артезианские (напорные).

Читателю, вероятно, приходилось видеть естественные выходы подземных вод. Как они разнообразны! Уже по их форме можно заключить, с каким из перечисленных резер­вуаров они связаны. Скажем, вытянутая вдоль склона группа источников с медленно струящейся водой — это пластовый безнапорный водоносный горизонт. Наоборот, бурно выбивающаяся из трещины вода говорит о водонос­ной жиле, в которой вода находится под напором. Порой напор настолько велик, что возникает фонтан.

В платформенных и складчатых разломах различают фундамент, сложенный смятыми в складки кристалличе­скими породами, и перекрывающий его чехол, представ­ленный слоистыми осадочными породами. В зависимости от коллекторских свойств горных пород и характера ре­зервуара принято различать: артезианские бассейны — по­гружения, выполненные слоистыми осадочными породами чехла и содержащие преимущественно пластовые воды; гидрогеологические массивы — выступы кристаллических пород фундамента, где господствуют трещинные или тре­щинно-жильные воды.

Артезианский бассейн и гидрогеологический массив отличаются по форме геологического тела, распределению и особенностям движения подземных вод. Различны и со­держащиеся в них скопления подземных вод, что позволяет их называть соответственно «бассейн пластовых вод» и «массив трещинных вод». Два последних названия более предпочтительны, чем термины «артезианский бассейн» и «гидрогеологический массив», поскольку резервуары под­земных вод в этом случае сравниваются по сопоста­вимым и противопоставляющимся друг другу признакам. Тогда, кстати, гораздо проще решается вопрос о проведе­нии границы бассейна с массивом: она отвечает смене коллекторских свойств.

Бассейн и массив значительных размеров и сложного строения, в отличие от простого бассейна и простого мас­сива, могут рассматриваться как сложный бассейн и слож­ный массив.

В следующую градацию входят резервуары, отвечаю­щие более значительным геологическим телам. Система бассейнов отвечает плите — опущенной части платформы, которая вмещает несколько сложных бассейнов пластовых вод, разделенных поднятиями или выступами кристалли­ческого фундамента. К системе массивов относятся щи­ты — приподнятые цоколи древних платформ. Что же ка­сается системы массивов и бассейнов подземных вод, то она представляет объединяемую единой ветвью складча­тости совокупность резервуаров трещинных и пластовых вод, при этом последние в ней обычно имеют подчиненное значение.

Наконец, самыми крупными резервуарами будут гидро­геологический кратоген, отвечающий платформе, и гидро­геологический ороген, который охватывает пояс геосин­клинальных (складчатых) сооружений. Названия «крато­ген» как синоним устойчивости (по-гречески «кратос» — сила, крепость) и «ороген»,— отражающее складчатость и горообразование («орос»—гора), говорят о закономер­ности распространения и формирования подземных вод в крупнейших геологических телах. Коренные различия в истории подземных вод — вот что очень хорошо отличает гидрогеологический кратоген от гидрогеологического орогена.

Картирование и изучение подземных водоносных си­стем является одной из главных задач гидрогеологических исследований. Одновременно рассмотренная номенклатура водоносных сосудов представляет основу гидрогеологиче­ского районирования. В зависимости от размера, строения и формы подземная водоносная система соответствует оп­ределенному гидрогеологическому региону, каждый из которых отличается единством природных гидрогеологиче­ских условий (табл. 4). Регион — обобщенное название по­рядковых единиц районирования безотносительно ранга. Под гидрогеологическим регионом понимают часть поверх­ности и недр Земли, выделяющуюся единством особенно­стей формирования, распространения и использования подземных вод. Это — проекция подземной водоносной си­стемы на земной поверхности.