Подземная гидросфера - Евгений Викторович Пиннекер

Колоссальная водная масса Мирового океана слабо реагирует на воздействие окружающей среды. Он длительное время остается инертным, отражая в своем составе геологические условия предыдущих эпох. Правда, во второй половине XX века на его составе начинает заметно сказываться загрязнение.

Механизм транспортировки воды из мантии в верхние горизонты и на поверхность Земли еще окончательно не известен. Многое здесь проясняет система взглядов, получившая название «новой глобальной тектоники» и очень быстро завоевавшая популярность. Остановимся на ее гидрогеологической интерпретации.

Вследствие растягивающих усилий на дне океанов и поверхности Земли образуются рифты — глубокие ослабленные зоны, которые уходят «корнями» в мантию. Наиболее протяженные рифтовые зоны отмечаются в срединно-океанических хребтах (рис. 7). По ним поднимается вверх вещество мантии. Поскольку в результате раздвижения дна океана литосферные плиты погружаются под континент, в местах погружения (их называют зонами Беньофа — Заварицкого) происходит обезвоживание серпентинитов с высвобождением громадного количества воды. Эта вода частично поступает через вулканы на поверхность или в океан. При обезвоживании на больших глубинах она выжимается вверх сквозь континентальную кору, участвуя в формировании гранитного слоя и образовании минеральных ассоциаций. Наконец, какая-то ее часть возвращается обратно в мантию.

Рис. 7. Принципиальная схема появления воды из мантии с  позиций новой глобальной тектоники.

1 — поток ювенильных флюидов, обеспечивающий серпентинизацию основания океанической коры; 2 — движение ювенильных флюидов при дегазации вещества мантии в срединно-океанических рифтовых зонах; 3 — поток Н2О из зон Беньофа — Заварицкого, появляющийся при расплавлении и дегидратации океанической коры; 4– конвекционные токи вещества астеносферы; 5 — направление движения океанических плит.

Океаническая кора (I) погружается под континентальную (II) вследствие растягивающих усилий в рифтовой зоне срединно-океанического хребта (VII). Благодаря этим усилиям вдоль границы астеносферы (IV) происходит движение литосферных плит (III) с образованием зон Беньофа — Заварицкого (V) и их «отражения» в виде глубоководных желобов (VI). Очаги магмообразования (IX, X и XI) и вулканы (VIII) появляются соответственно в зонах рифта и Беньофа — Заварицкого.

Так рисуется появление воды с позиций новой глобальной тектоники. Эта концепция полностью не раскрывает картины движения воды, но во многом подтверждает ранее высказывавшиеся предположения о существовании активных дрен мантии. Более того, по таким флюидопроводникам (например, через континентальные рифты) могут проникать на значительные глубины вадозные воды.

Интересную попытку объяснить характер обезвоживания земной коры сделал С. М. Григорьев в своей гипотезе о дренажной оболочке (рис. 8). Степан Макарович отводит воде роль главной движущей силы в эволюции земной коры.

Рис. 8. Схема движения воды в земной коре по представлениям С. М. Григорьева.

1 — нисходящее движение воды и водных растворов сквозь континентальную кору в дренажную оболочку; 2 — горизонтальное перемещение воды в дренажной оболочке; 3 — восходящее движение паров и водных растворов сквозь океаническую кору из дренажной оболочки; 4 — движение нисходящих водных растворов и восходящих паров в дренажной оболочке.

Дренажная оболочка, по представлениям Григорьева, располагается между изотермами 374 и 450 °C в основании континентальной коры, отвечая базальтовому слою. Выше нее наблюдаются нисходящие токи воды и водных растворов, которые, достигнув дренажной оболочки, вытесняют кверху пар. Разгрузка из дренажной оболочки происходит на дне океана в области его сочленения с континентом. Действительно, в таких местах образуются вулканы и месторождения полезных ископаемых, появление которых автор гипотезы связывает с деятельностью дренажной оболочки.

В свое время гипотеза Григорьева вызвала сенсацию. Она привлекает доступностью, простотой, но во многом противоречит фактам, поэтому сомнения в возможности функционирования дренажной оболочки весьма основательны.

Глубина погружения поверхностных вод через ослабленные зоны достигает 5–8 километров, при этом движущей силой американский гидрогеохимик Д. Уайт считает не столько гидростатический напор, сколько различие в плотности: «тяжелые» холодные воды стремятся вниз и вытесняют вверх «легкие» горячие воды. Подобный механизм хорошо объясняет образование термальных источников, выносящих на поверхность тепло земных глубин.

Двоякую роль играет и внедряющаяся в земную кору магма. По мере подъема она выделяет воду, но при определенных условиях также связывает ее или, действуя как поршень, «засасывает» в трещины — каналы из вмещающих пород.

О формах движения воды. Вся наличная информация о появлении и транспортировке воды из мантии — она была приведена в самом сжатом виде — указывает на существование в земной коре разветвленных систем глубинного стока и дренажа. Вода находится там в постоянном движении. В геологической истории Земли она непрерывно генерировалась на разных уровнях (в мантии и земной коре) и в различных потоках (региональных и локальных). Вследствие высокой растворяющей способности ей выпала роль универсального переносчика химических элементов как при выносе их из мантии, так и при перераспределении внутри земной коры. Насколько велика растворяющая способность воды в условиях больших глубин и давлений, свидетельствует такой факт: на границе с мантией она в 3 раза выше, чем у земной поверхности. Кроме того, вода выполняет и функцию переносчика тепла.

Приведенные в эпиграфе к этой главе слова Галилея сказаны четыре столетия назад применительно к движению воды в потоке. Но они хорошо отражают современное состояние изученности водообмена в земных глубинах: пути перемещения здесь воды мы не можем определить с такой точностью, как протяженные орбиты небесных тел. А ведь подземные воды находятся от нас на расстоянии всего нескольких метров или первых