Подземная гидросфера

По существу, из этих трех составных частей складываются закономерности формирования состава подземных вод. С их помощью, таким образом, учитываются причины, следствия и влияние среды. Особенно хочется подчеркнуть причинную обусловленность и взаимосвязь рассмотренных ингредиентов, которые, несмотря на известный формализм, представляют основу для комплексного сравнительно-исторического метода познания закономерностей появления растворенных в воде веществ. Вот этот-то дифференцированный подход как раз и утвердили перечисленные ученые.

Правда, столь оптимистично к факторам, процессам и обстановкам относятся не все гидрогеологи. И не без оснований. Ведь даже провести строгую грань между ними не всегда возможно. Однако при умелом использовании они могут стать «лучом», который позволяет в «темном царстве» подземной гидросферы увидеть многие непознанные закономерности.

Причины формирования состава подземных вод первым обстоятельно исследовал в 60-х годах новочеркасский профессор Е. В. Посохов. Как всякая систематизация, его систематизация причин — факторов имела не только достоинства, но и недостатки. Вот, в частности, один из существенных: среди факторов оказались некоторые процессы. Тем не менее Ефим Васильевич сумел сделать принципиально новое: показать роль природных и искусственных факторов в формировании состава подземных вод.

Значение каждого из факторов (табл. 8) далеко не равноценно. Различают прямые факторы, непосредственно воздействующие на состав воды, и косвенные, определяющие условия, в которых происходит взаимодействие вещества земной коры с водой.

Описание каждого фактора заняло бы слишком много места и утомило бы читателя. Вероятно, доходчивее будет их сравнительная характеристика.

Для формирования состава неглубоких подземных вод первостепенное значение имеют физико-географические, биологические и антропогенные факторы. Влияют, конечно, и другие, но в основном они играют подчиненную роль.

В верхних горизонтах наиболее велико, пожалуй, воздействие климата. Не надо быть естествоиспытателем, чтобы видеть, как разбавляют грунтовые воды интенсивно выпадающие дожди или концентрирует в условиях сухого климата испарение. Одновременно с изменением степени минерализации меняется и состав. Испарение воды гидрокарбонатного состава превращает ее в сульфатные и даже хлоридные рассолы.

Из геологических факторов в верхних горизонтах первостепенное значение имеет вещественный состав пород, особенно когда подземные воды взаимодействуют с легкорастворимыми минералами и породами — каменной солью, гипсом, известняком, доломитом.

Очень интересна роль биологических факторов, прежде всего микроорганизмов. Их влияние на состав подземных вод самое разнообразное: разложение органических веществ и перевод в растворенное состояние углекислоты, восстановление или, наоборот, окисление серы, обогащение органическими кислотами и т. д. Воздействие бактерий на состав подземных вод отмечается как в верхних, так и в глубоких горизонтах.

Многим известны минеральные воды Мацесты. Своими удивительными целебными свойствами они обязаны высокой концентрации сероводорода. Воздействие его на больных поистине изумительное: миллионам сероводородные воды вернули здоровье. Как появился в этих водах сероводород? Загадку долго не удавалось отгадать. Когда же обратили внимание на приуроченность сероводородных вод к разрушенному нефтегазовому месторождению, решение оказалось на удивление простым. Месторождение «съели» бактерии, преобразовав углеводороды в сероводород. Поэтому его и много в воде. К такому выводу после изучения подземных вод Сочи-Мацестинского района пришли гидрогеологи А. М. Овчинников и Ф. А. Макаренко.

Интенсивность концентрирования или рассеяния растворенного вещества подземных вод резко меняется при смене геохимической обстановки, в частности, таких ее параметров, как щелочно-кислотный (pH) или окислительно-восстановительный (Eh) потенциалы, температура и давление. Это приводит к выделению вещества из раствора или, наоборот, переходу его в раствор.

Выделение вещества подземных вод происходит на так называемых геохимических барьерах, под которыми известный советский геохимик А. И. Перельман подразумевает участки резкой смены интенсивности водной миграции химических элементов. Геохимические барьеры образуют ни что иное, как месторождения полезных ископаемых. Вот некоторые из них:

окислительный барьер — смена восстановительных условий окислительными — характеризуется выпадением из подземных вод железа, марганца, серы и других элементов переменной валентности;

восстановительный барьер — противоположный предыдущему — приводит, например, к образованию сульфидных месторождений, а также залежей самородной меди;

кислый барьер появляется, когда щелочная реакция подземных вод переходит в кислую; тогда осаждаются кремний, молибден, ванадий;

щелочной барьер, наоборот, возникает при смене кислой среды на щелочную и вызывает вторичное минералообразование в карстовых полостях;