Подземная гидросфера

Изотопный состав воды и растворенных веществ — действенный инструмент для диагностики генетического облика подземных вод. С его помощью гидрогеологи получили возможность решать задачи, которые не доступны другим методам. И не только гидрогеологические, но и задачи общегеологического плана.

Академик А. В. Сидоренко и кандидат геолого-минералогических наук Ю. А. Борщевский, исходя из концепции о ведущей роли экзогенных процессов в эволюции вещества земной коры, считают, что наземная гидросфера и литосфера находились уже 1000 миллионов лет назад в изотопно-кислородном равновесии. Именно вода оказывает решающее влияние на изотопный состав кислорода и других химических элементов осадочно-метаморфических пород. Земная кора, согласно их построениям, представляет открытую систему в отношении метеорных и морских вод, которые, проникая на глубины в несколько километров, активно участвуют как в гидротермальном рудообразовании, так и во многих других эндогенных процессах — метаморфизме, гранитизации и т. д. Другими словами, в земной коре происходит не только обмен «легких» изотопов кислорода поверхностных вод с «тяжелыми» изотопами больших глубин, но и непрекращающийся обмен вещества, в особенности водообмен, который скорее всего распространяется вплоть до мантии. Во всяком случае, он активно себя проявляет в зоне метаморфизма.

…Недавно я увидел у своего хорошего друга на книжной полке «Легенды и мифы Древней Греции». Взял книгу почитать внуку. Вот как там описывается появление Земли и Неба.

Вначале существовал лишь вечный, безграничный, темный Хаос. С него все началось, в том числе произошла и богиня Земли — Гея. Широко раскинулась она, могучая, дающая жизнь всему, что находится на Земле. Гея породила голубое Небо — бога Урана, который воцарился в мире.

Уран — дед Зевса — был у древних греков олицетворением начала, наделяющего Землю теплом и влагой, посредством которых пробуждаются творческие силы Земли.

Так все возвращается на «круги своя». Во второй половине XX века на новой фактологической основе подтвердилась казавшаяся наивной легенда древних греков относительно роли незаслуженно забытого бога Урана. Ему, то есть проникшим сверху экзогенным водам, принадлежит ведущая роль в геологических процессах, а ресурсы подземных вод, как мы видели, даже в царстве Плутона в значительной мере сформированы за счет вод метеорного происхождения.

И если уж мыслить мифическими категориями, то мы должны вспомнить богиню ключевой воды и источников. Была, оказывается, у древних римлян и такая. Звали ее Венилия, она была женой Нептуна.

Зональность подземной гидросферы. Одна из основных закономерностей, характерных для Земли, — зональность. Она проявляется, например, в ее сферическом строении. Гидросфера — одна из таких оболочек. Четкая зональность наблюдается в подземной гидросфере и характерна для подземных вод.

Синтез знаний о строении земной коры и мантии позволяет дать общую схему изменения фазового (лед — вода — пар) состояния Н₂О по мере углубления в земные недра. В соответствии с представлениями гидрогеологов из Геологического института АН СССР (Ф. А. Макаренко, В. И. Кононов и другие) подземная гидросфера состоит из следующих слоев, представляющих собой гидрофизические зоны:

слой «твердой» воды — ограничивается гидроизотермой фазового перехода «лед — вода» и имеет мощность до километра или несколько больше;

слой «жидких структурированных» вод — заключен между изотермами фазовых переходов «лед — вода» и «вода— пар»_? охватывает 80 % земной коры. Температура достигает 450°, а давление 25 кбар. Мощность изменяется от 30 (области докембрийской складчатости) до 8 километров (островные дуги). В областях современного вулканизма нижняя граница этого слоя может располагаться на меньших глубинах; и

слой уплотненного флюида — располагается между изотермами 450 и 700°. Здесь водородные связи непрочны и молекулы воды становятся свободными. Благодаря высоким давлениям (до 50 кбар), флюид находится в уплотненном состоянии. Мощность 3–80 километров, а максимальная глубина достигает 160 километров, но под островными дугами не превышает 11 километров.

Рассмотренная зональность верна для свободных вод. Формы существования физически и химически связанных вод также определяются термодинамическими параметрами. С глубиной количество связанных вод уменьшается, и уже в слое уплотненного флюида они полностью переходят в свободное состояние, за исключением некоторой части кристаллизационных и конституционных вод, удерживаемых до температуры 700– 1000 °C.

Подземные воды принадлежат слою жидких «структурированных» вод, который по особенностям воздействия на него физико-географических, геологоструктурных и термодинамических условий весьма разнороден.