Подземная гидросфера

Воду земных недр люди использовали уже на заре цивилизации. И тогда же они стали задумываться о ее происхождении.

Преданья старины глубокой. Уже в XXIII веке до нашей эры шумеры — первые обитатели Двуречья — знали, где и как искать подземные воды. На Ближнем Востоке, в Средней Азии, Индии и Китае несколько тысячелетий назад их стали применять для водоснабжения и орошения. Тогда же научились использовать для лечения минеральные воды. В Вавилоне четыре тысячелетия тому назад была создана книга «О сотворении мира»; в ней задолго до Библии описан не только Всемирный потоп, но и борьба божества, которое охраняло воду, вытекающую из недр Земли, с чудовищем преисподней.

Первые догадки относительно природы подземной гидросферы принадлежат античным мыслителям. Подземная вода образуется из морской, учили Фалес и Платон. Среди наивных, подчас фантастических представлений встречаются взгляды, основанные на фактах и глубоких обобщениях. Вероятно, их имел в виду А. Гумбольдт, когда сказал: «Знанию всегда предшествует предположение». Аристотель (IV век до нашей эры) считал, что подземная влага образуется из охлаждающегося в пещерах воздуха, а состав подземных вод отражает состав пород. «Каковы породы, таковы и воды» — этот тезис, высказанный Аристотелем и развитый Плинием Старшим, долгое время считался основополагающим.

Идеи, близкие современным, высказал Витрувий (I век до нашей эры) в своем сочинении «Десять книг об архитектуре». Появление источников и воды в колодцах он объяснял просачиванием внутрь земли дождевых и талых вод: «Лощины меж гор, — писал он, — особенно легко вбирают дождевые воды, и благодаря чаще лесов снега там под прикрытием теней деревьев и гор подолгу сохраняются и затем, по мере таяния просачиваясь по земляным пластам, доходят до самого низа подошвы гор, откуда… бьют ключом источники». Этого ученого можно считать родоначальником инфильтрационной теории образования подземных вод.

В средневековье взгляды древних эллинов и римлян получили развитие в трудах натурфилософов Ближнего Востока и Средней Азии. Из них хочется прежде всего назвать уроженца Хоревма Бируни, который на шесть-семь столетий раньше европейцев объяснил появление гидростатического напора подземных вод. Вот как он это изложил в известном труде «Памятники, оставшиеся от грядущих поколений» (1001 год): «Когда вода поступает из хранилищ, лежащих выше уровня Земли, то она поднимается и бьет вверх под напором». Как это происходит, можно увидеть на рис. 1.

Рис. 1. Примерно так объяснял появление напорных (восходящих) источников Бируни.

Совсем недавно стал известен труд персидского ученого Каради (умер в 1016 году) «Поиски скрытых под землей вод». В нем дано, пожалуй, первое систематизированное изложение учения о подземных водах, сделавшее бы по кругу затронутых вопросов честь современному учебнику. Автор разбирает круговорот воды в природе, выделяет напорные и безнапорные воды, называет растения-индикаторы неглубоко залегающей влаги, оценивает качество подземных вод и, наконец, дает рекомендации по их поискам. Важно и другое: Каради ссылается на многих своих предшественников, занимавшихся аналогичными исследованиями. Иначе говоря, у естествоиспытателей Ближнего Востока тогда уже были определенные успехи в изучении подземных вод.

В Китае буровой станок для сооружения колодцев появился несколько тысячелетий назад. Напорные воды, изливающиеся из скважин, в XII веке впервые получены на севере Франции в провинции Артуа. От латинского ее названия (Артезия) напорные подземные воды и стали называться артезианскими. В это же время на Руси с помощью «верчения» (то есть бурения) сооружаются рассолодобывающие скважины.

Идеи Витрувия и Бируни не скоро получили признание. Сказывалась инерция средневекового застоя, продолжавшаяся до XVI века, когда Георг Агрикола и Бернар Палисси по результатам натурных наблюдений стали пропагандировать мысль, что вода под землей скапливается в результате просачивания из атмосферы. Но с ними многие не соглашались, в том числе выдающиеся умы того времени — Кеплер и Декарт, продолжавшие считать первоисточником подземной гидросферы морскую воду.

Лишь в 1674 году инфильтрационная теория получила подтверждение количественными измерениями. Это сделал француз П. Перро. Боясь критики, он анонимно издал труд «Происхождение источников». Эта книга считается первой работой в области научной гидрологии, трехсотлетие которой ЮНЕСКО отмечало в 1974 году. По содержанию же она не столько гидрологическая, сколько гидрогеологическая. Несколько позднее знаменитый физик Э. Мариотт определил количество атмосферных осадков, идущих на питание подземных вод. Перро и Мариотт и заложили научные основы исследования водного баланса, которые позволили отказаться от бытовавших взглядов на проникновение морской воды под землю и противопоставить догадкам данные измерений.