Подземная гидросфера

Другая разновидность — кристаллизационная вода — свойственна минералам, находящимся в условиях низких температур и давлений. Более 50 % кристаллизованной воды содержат сода Na₂CO₃×10Н₂О (64 %) или мирабилит Na₂SO₄×10Н

₂О (55 %). Отделение ее вызывает разрушение кристаллической решетки минералов и образование безводных соединений, что в большинстве случаев достигается нагреванием до температуры не более 300~400 °C. Очень много воды образуется при переходе гипса CaSO× 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 Na₂Al₂Si₃

O₁₀×2Н₂О. 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).

Рис. 6. Вот как меняется состояние Н₂О в подземной гидросфере.

1 — лед, 2 — жидкая вода, 3 — вода в надкритическом состоянии, 4 —  мантия, где водородные связи разорваны и вода как таковая не существует.

Пунктиром показаны границы осадочного и гранитного (тонкая линия)  и гранитного и базальтового (жирные линии) слоев.

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 Н₂

О 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 его 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 коллек-г тор 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 водоупорами 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.