Подземная гидросфера

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 Н₂

О 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

+ Z, где 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.

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 мидлионолетия.