Подземная гидросфера - Евгений Викторович Пиннекер

помощью радиогенных изотопов время пребывания подземных вод в верхних горизонтах: по тритию — до 50 лет, радиоуглероду — до 25 тысяч лет, и т. д. В глубоких горизонтах возраст вод измеряется миллионами лет. Тогда для его определения используют гелиево-аргоновое отношение растворенных газов, оно отражает интенсивность водообмена.

…Передо мной оттиск статьи А. М. Овчинникова, который я получил незадолго до его смерти. В жизни Александр Михайлович был очень общительным человеком, самую сложную научную идею всегда облекал в остроумную форму. На оттиске его рукой начертано: «Возраст подземных вод определить легче, чем возраст женщины». И автор не преувеличивал: тритиевый метод датирует возраст подземных вод с точностью до 1–2 лет.

Тритиевый метод успешно был применен при прогнозировании водопритоков в Северо-Муйский тоннель — самое большое сооружение на БАМе. Этот тоннель интересен во многих отношениях, главным образом по сложности геолого-гидрогеологической обстановки. Вода к горным выработкам поступает из многочисленных разломов сверху и снизу: в первом случае она очень холодная, в последнем — ее температура превышает 40 °C. Водопри-токи огромные, порой носят катастрофический характер.

С помощью определения трития установлено, что холодные воды наиболее мощных зон разломов, по которым приподнята центральная часть Северо-Муйского хребта, питаются преимущественно в весенне-летнее время — они имеют возраст меньше одного года. Реки и озера в формировании водопритоков к горизонтальным выработкам пока не участвуют. Что же касается терм, то они отличаются от поверхностных и холодных подземных вод более низкой концентрацией трития — их возраст исчисляется десятилетиями. Эта информация позволила дополнить традиционные методы прогноза водопритоков к горным выработкам.

Продолжительность водообмена в глубоких горизонтах определяется только ориентировочно. Тут важно другое. Если возраст вод и пород совпадает, то мы имеем дело с ископаемыми водами. Чем возраст вод меньше, тем сильнее разбавление просочившимися водами. В артезианских бассейнах, подвергшихся тектоническим перестройкам, ископаемые воды чаще всего вытеснены полностью.

При изучении подземных вод глубоких горизонтов используются главным образом стабильные изотопы, слагающие молекулу воды: данные по изотопному составу водорода и кислорода оказывают неоценимую помощь в диагностике генетического облика подземных вод. Представительную информацию об источнике растворенных веществ содержат изотопы гелия, углерода, серы, стронция, кремния, радиоактивных элементов.

Изотопы водород-2 (дейтерий) и кислород-18 несут в себе информацию о происхождении молекулы воды и отражают ее геологическую историю. Их содержание в исследуемом образце подземных вод позволяет сравнительно быстро найти исходную генетическую разновидность. Правда, надо обязательно учитывать возможное фракционирование и изотопный обмен в подземной гидросфере.

На рис. 12 показан изотопный состав первоисточников подземных вод в виде трех эталонов: за исходный состав инфильтрогенных вод приняты метеорные воды, содержание дейтерия и кислорода-18 в которых на земной поверхности изменяется от тропиков к полюсам по закону прямой линии; эталоном ископаемых вод служит стандарт среднеокеанической воды; гипотетический образец ювенильной воды получен американскими геохимиками по результатам изучения проявлений вещества глубинных зон Земли.

Рис. 12. Диаграмма изотопного состава водорода и кислорода  подземных вод различного генетического облика.

1 — стандарт среднеокеанической воды (SMOW); 2 — гипотетический  образец ювенильных вод; з — линия наземных вод; контуры: 4 — седиментогенных вод в сравнительно молодых артезианских бассейнах, 5 —  концентрированных рассолов Сибирской платформы, 6 — термальных вод Прибайкалья; линии: 7 — углекислых вод Западной Чехии, 8 — парогидротерм Камчатки и Курил.

Нанесем теперь на диаграмму результаты определения дейтерия и кислорода-18 в изучаемых образцах подземных вод (см. рис. 12). Ископаемые воды сохранились в сравнительно молодых бассейнах. Упомянутые выше концентрированные рассолы Сибирской платформы располагаются между эталонами ископаемых и инфильтрогенных вод, представляя, таким образом, смесь этих первоисточников. Смесью являются также фумаролы и конденсаты вулканических извержений на Камчатке и Курилах. А вот в формировании ресурсов термальных вод Прибайкалья ювенильная составляющая, кажется, не принимала участия.

Когда мне пришлось посетить Чехословакию, то, конечно же, я побывал на знаменитом курорте Карловы Вары и отобрал из здешних термальных источников пробы воды на изотопный анализ. Ведь именно «Карлсбадскому шцруделю», как тогда называли главный источник Карловых Вар, Э. Зюсс приписывал ювенильное происхождение. С нетерпением ждал я изотопных определений. Мнение великого геолога не подтвердилось. Термы Карловых Вар, как это можно видеть из рис. 12 и табл. 6, оказались поверхностного происхождения — по концентрации дейтерия и кислорода-18 они не отличаются от наземных вод района и ничего общего не имеют с гипотетическим стандартом ювенильных вод. На метеорную их природу указывает также наличие в углекислых водах трития, достигающее 10–15 тритиевых единиц.

Однако ювенильное происхождение в термальных водах могут иметь некоторые компоненты их состава — углекислота, сульфат, гелий, фтор, стронций и т. д. И не только на Камчатке или в Карловых Варах. В термах Прибайкалья, как свидетельствуют изотопные определения, гелий появился главным образом из мантии.

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,