глобального (подземная гидросфера) до точечного (породного, ми­нерального, молекулярного, атомарного) уровней. Для каждого уровня исследований необходимо обеспечить оптимальное соотно­шение применяемых техники и технологии для получения достовер­ных и надежных результатов при обеспечении экономической эф­фективности выполняемых работ. Осмысление и анализ получаемой информации является необходимым условием проведения исследо­ваний на всех его стадиях. Девиз геолога звучит так: «Умом и мо­лотком!» Как видно из сказанного, ум стоит на первом месте. Твор­ческое начало должно главенствовать в деятельности геологов. Гео­лог принадлежит к числу тех немногих профессий, которые счита­ются романтическими. Такая их особенность стимулирует эмоциональную заряженность, использование каких-то дополни­тельных резервов в восприятии человеком окружающего мира. У геологов есть седьмое чувство, которого нет у специалистов других профессий: «щемящее чувство дороги» (из гимна Московского го­сударственного геолого-разведочного университета). Это дорога к познанию природы, земных недр и подземных вод.

3. Краткие сведения из истории развития гидрогеологии

Человечество начало знакомиться и использовать подзем­ные воды для различных практических целей с незапамятных времен. Осознание того, как эти воды образуются и как их надо использовать, пришло гораздо позже. Наука может считаться со­стоявшейся и самостоятельной при соблюдении трех основных условий: 1) создание собственной понятийно-смысловой базы; 2) разработка методов, техники и технологии изучения предмета ис­следования науки; 3) подготовка специалистов соответствующего профиля. Все указанные условия созрели в полной мере к 30-м гг. XX в. К этому времени появилась структура гидрогеологической науки, основные ее направления, в разных странах вышли моногра­фии, посвященные подземным водам, завершился определенный круг в гидрогеологических исследованиях (съемка, опытно-фильтра­ционные работы, режимные наблюдения, лабораторные исследова­

18

Наиболее важные открытия	Дата (приоритет)	Автор
Зарождение конденсационной теории про­исхождения подземных вод, формулиров­ка постулата «Каковы породы - таковы и воды»	IV в. до и. э.	Аристотель
Зарождение иифильтрационной теории про­исхождения подземных вод и учения о кру­говороте воды в природе	I в. до н. э.	М. Витрувий
Открытие роли гидростатического напора в появлении родников	1001 г.	А. Бируни
Первое изложение сведений о поисках под­земных вод	1016 г.	М. Каради
Первые сведения о роли воды в рудообразо- вании. Объяснение происхождения подзем­ных рудничных вод за счет инфильтрации и конденсации	1545-1549 гг.	Г. Агрикола
Первый научный труд об основах кругово­рота воды в природе. Официальная дата начала научной гидрогеологии	1674 г.	П. Перро
Разработка основ истории природных вод	1680-1690 гг.	Р. Бойль

19

Наиболее важные открытия	Дата (приоритет)	Автор
Первый расчет водного баланса и научное обоснование инфильтрационного происхож­дения подземных вод	1686 г.	Э. Мориотт
Создание гидродинамики и вывод уравне­ния стационарного движения идеальной жидкости	1738 г.	Д. Бернулли
Становление учения о роли подземных вод в рудообразовании	1742-1747 гг.	М.В. Ломоносов
Разработка учения о воде как геологиче­ском факторе развития Земли (о роли воды в процессах породообразования, метамор­физма и др.)	1752 г.	М.В. Ломоносов
Учение о подземных водах как природных растворах	1744-1754 гг.	М.В. Ломоносов
Установление причин образования много­летней мерзлоты. Обоснование генетиче­ской связи жидкой и твердой фаз воды. Проявление зонального и поясного распро­странения мерзлой зоны в земной коре	1757 г.	М.В. Ломоносов
Установление влияния ландшафтно-клима­тических условий на формирование грунто­вых вод	1770-1780 гг.	В.Ф. Зуев
Доказательство сложного состава воды из химических элементов	1783-1785 гг.	А. Лавуазье
Введение в науку термина гидрогеология. Разработка учения нептунистов	1802 г.	Ж.Б. Ламарк
Составление первой сводки о минеральных водах России. Первая классификация мине­ральных вод	1803 г.	В.М. Севергин
Первое химическое исследование органиче­ского вещества подземных вод	1825 г.	Дж. Берцелиус
Первое исследование по теории фильтрации	1848 г.	Ж. Дюпюи
Открытие основного закона фильтрации	1856 г.	А. Дарси

20

Наиболее важные открытия	Дата (приоритет)	Автор
Зарождение учения о роли подземных вод в термическом режиме земной коры	1862 г.	А.Ф. Мнддендорф
Открытие периодической системы элемен­тов — одного из основных законов естество­знания, являющегося базой современной гидрогеохимии	1869 г.	Д.И. Менделеев
Постановка проблемы изучения подземных вод в историческом плане (начала палеогид­рогеологии)	1887 г.	А. Добре
Первая всесторонняя оценка роли воды в геологических процессах	1888 г.	И.В. Мушкетов
Становление теории фильтрации	1889 г.	Н.Е. Жуковский
Первое систематизированное изложение сведений о подземных водах геокриосферы (становление гидрогеокриологии)	1890-1916 гг.	А.В. Львов
Создание основ региональной гидрогеоло­гии и направления по гидрогеологическому районированию	1900 г.	С.Н. Никитин
Разработка гипотезы ювенильных вод	1902 г.	Э. Зюсс
Аналитическое описание неустановившего- ся и установившегося движения подземных вод со свободной поверхностью	1904 г.	Ж Буссинеск
Первые кларки состава океана и рек	1908 г.	Ф.У. Кларк
Выявление количественного соотношения инфильтрации и конденсации в питании подземных вод	1908-1913 гг.	А.Ф. Лебедев
Разработка теории широтной зональности грунтовых вод	1914 г.	П.В. Отоцкий
Постановка проблем изучения состава поро- вых вод осадочных горных пород и их роли в геологических процессах	1929 г.	В.И. Вернадский
Разработка основ современной гидрогео­химии	1929 г.	В.И. Вернадский

21

Из табл.1 видно, что наиболее важные события развитая по­нятийно-смысловой базы гидрогеологии в XVIII-XIX вв. происхо­дили преимущественно во Франции, Германии и Англии. Россий­ские ученые стали выходить на ведущие позиции в разработке гид­рогеологических проблем в связи с исследованиями, проведенными М.В. Ломоносовым, В.Ф. Зуевым, Д.И. Менделеевым, И.В. Мушке- товым. Наиболее весомый вклад в начале XX в. в оформление гидрогеологии как науки внесли С.Н. Никитин, К. Кейльгак и О. Мейнцер.

С.Н. Никитин по праву считается основоположником отече­ственной гидрогеологии. Им были сформулированы основные поня­тия о происхождении, закономерностях распространения, питания, движения подземных вод, условиях их разгрузки, определены со­ставляющие круговорота воды на нашей планете, выявлены гидро- геодинамическая и гидрогеохимическая зональность гидрогеологи­ческих структур.

Важное значение для понятийно-смысловой базы гидрогео­логии имела работа К. Кейльгака: «Подземные воды и источники суши». Эта книга выдержала три издания (1912, 1917 и 1935). Она была переведена на русский язык и длительное время служила глав­ным источником знаний по гидрогеологии.

О своих многолетних работах в Северной Америке О. Мейнцер написал несколько книг. Среди них выделим «Гидро­геологические понятия, определения и термины» (1923). Таким об­разом, к началу 30-х гг. теоретическая основа гидрогеологии была подготовлена. К принципиальным достижениям в этом направлении следует отнести труды В.И. Вернадского, который определил роль биосферы в эволюции Земли и сформулировал теоретическое и при­кладное значение гидрогеохимии.

Использование подземных вод для практических целей нача­лось с незапамятных времен. Вначале удовлетворение потребностей человека в подземных водах разного качества (пресных, минераль­ных, термальных) происходило в местах их естественного выхода на поверхность Земли - в источниках. Затем для вскрытия подземных вод пришлось проходить колодцы, шурфы, канавы, подземные гале­реи, а затем и скважины. С расширением круга практического при­

22

менения подземных вод появлялись новые способы вскрытия водо­носных горизонтов, их изучения, опробования и отбора подземных вод. К началу XX в. в практику гидрогеологических исследований прочно вошли картирование подземных вод, наблюдение за их ре­жимом и лабораторный химический анализ воды. Таким образом, к 30-м гг. XX в. сложилась система гидрогеологических исследова­ний, включавшая полевые работы (картографирование), горные и буровые работы (проходка колодцев и скважин), опытно­фильтрационные работы (откачки, нагнетание, наливы), стационар­ные наблюдения за режимом подземных вод, лабораторные иссле­дования состава и свойств воды.

В нашей стране, как и за рубежом, началу организации вы­пуска специалистов-гидрогеологов предшествовали кропотливая работа по сбору гидрогеологической информации и чтение отдель­ных разделов по подземным водам в курсах по физической геоло­гии, общей геологии и др. Таким образом, преподавал основы гид­рогеологии проф. И.В. Мушкетов в Санкт-Петербургском горном институте в конце XIX в. В начале XX в. гидрогеологию начали чи­тать как самостоятельную дисциплину: сначала С.Н. Никитин, по­том А.Д. Ступневич, П.И. Бутов, П.Н. Червинский, А.Н. Семихатов,

О.К. Ланге. В 20-х гг. XX в. в разных вузах начали готовить геоло­гов с гидрогеологической специализацией. Они обучались по инди­видуальным планам с защитой дипломных проектов по гидрогеоло­гической тематике. В 1928 г. началась подготовка инженеров- гидрогеологов в Московской горной академии, в 1929 г. - в Ленин­градском горном институте, в 1930 г. - в Томском политехническом институте.

Следует отметить еще три важных события, которые поло­жительно повлияли на развитие гидрогеологических исследований в нашей стране. Первое из них произошло в 1773 г. и связано с обра­зованием Санкт-Петербургского горного училища. Его питомцы Должны были уметь изучать водные объекты и определять их прак­тическую ценность. Другое событие произошло в 1882 г., когда был учрежден Геологический комитет. Одной из его задач была органи­зация систематических исследований подземных вод в различных регионах России. Третьим событием стал Первый Всесоюзный гид­

23

рогеологический съезд, который прошел в 1931 г. в Ленинграде. Он подвел итоги гидрогеологических исследований последних лет, об­судил состояние гидрогеологической науки по наиболее важным ее направлениям (разведка и эксплуатация подземных вод, изучение минеральных вод, региональная гидрогеология и др.) и наметил пер­спективы ее дальнейшего развития. В работе съезда принимал уча­стие президент АН СССР акад. А.П. Карпинский, акад. И.М. Губкин, профессора Н.Ф. Погребов, П.И. Бутов, Н.Н. Славянов, Г.Н. Камен­ский, Б.К. Терлецкий и другие выдающиеся гидрогеологи. Именно на этом съезде А.П. Карпинский назвал воду ценнейшим полезным ископаемым.

С начала 30-х гг. XX в. гидрогеология превратилась в ком­плексную науку о подземной гидросфере. В ней выделился ряд са­мостоятельных разделов: гидрогеохимия (В.И. Вернадский, 1929), гидрогеодинамика (Г.Н. Каменский, 1934-1940), учение о видах воды в горных породах (А.В. Лебедев, 1936), учение о подземных водах мерзлой зоны литосферы (М.И. Сумгин, Н.И. Толстихин, 1939-1941), гидрогеологическое районирование территории СССР и обзорное картографирование (М.М. Васильевский, Н.Ф. Погребов, 1936-1941), учение о провинциях минеральных вод (Н.И. Толстихин, 1937). В результате в предвоенные годы уже на начальном этапе своего развития гидрогеология превратилась в науку о процессах и закономерностях. Такому превращению способствовал также труд

В.И. Вернадского «История природных вод» (1933-1936). Он пока­зал, что жизнь без воды невозможна. Во введении было уже сказано, что вода участвует практически во всех геологических процессах, характеризуется большим разнообразием состава, состояния и ис­ключительной подвижностью. Поэтому, взаимодействуя с порода­ми, изменяется сама и изменяет водовмещающую среду.

В 1939 г. в системе Министерства геологии СССР был органи­зован Всесоюзный научно-исследовательский институт гидрогеологии и инженерной геологии (ВСЕГИНГЕО). Чуть позже, в 1943 г. в системе Академии наук СССР под руководством акад. Ф.П. Саваренского была создана научно-исследовательская лаборатория по изучению про­блем гидрогеологии и инженерной геологии. Таким образом, в на­шей стране возникло два научных центра, отраслевой и академиче­

24

ский. Главной задачей отраслевого института являлось изучение, картирование и рациональная организация эксплуатации подземных вод как отдельных регионов, так и всей страны в целом. Академиче­ская лаборатория занималась, прежде всего, изучением процессов формирования подземных вод и возникающих при этом методиче­ских и прикладных вопросов. Эти два учреждения вместе с геологи­ческой службой и вузовской наукой страны достигли в послевоен­ные годы заметных результатов. Разрабатываются различные теории происхождения подземных вод и рассолов: подземное испарение (В.А. Сулин, 1948, М.Е. Альтовский, 1950), осмотические процессы (П.Н. Палей, 1948), седиментационная гипотеза (И.К. Зайцев, 1955, М.Г. Валяжко, 1962), гравитационная дифференциация ионно­солевого состава инфильтрационных вод (К.В. Филатов, 1956), гипо­теза трансляционного перемещения ионов, определяющая разную скорость их погружения (В.Я. Самойлов, Д.С. Соколов, 1957), эндоген­ная гипотеза (В.Ф. Дерпгольц, 1962). Возникли новые разделы гидро­геологии: нефтяная гидрогеология (В.А. Сулин, 1948), изотопная гид­рогеология (В.И. Ферронский, 1975, В.Е. Ветштейн, 1972), гидрогео­химические поиски рудных месторождений (АЛ. Бродский, 1964), гидрогеология рудных месторождений (Н.И. Плотников, 1957), гидрогеология соляных месторождений (А.И. Цзенс-Литовский, Г.В. Короткевич, А.Е. Хотьков, 1950-1970), радиогидрогеология (А.М. Овчинников, 1947, Н.С. Токарев, А.В. Щербаков, 1961).

В 60-80-х гг. развитие гидрогеологии пошло бурными темпа­ми. Это время называют золотым веком гидрогеологии. Среди глав­ных достижений этого периода можно отметить обобщение материа­лов по гидрогеологии СССР (Г.Н. Каменский, М.М. Толстихина,

Н.И. Толстихин, 1959), изучение проблем охраны окружающей сре­ды (А.В. Сидоренко, 1961), обобщение по минеральным водам (А.М. Овчинников, 1963), исследование строения и типизация гид­рогеологических структур (И.К. Зайцев, Н.И. Толстихин, 1964), фундаментальные работы по подземному стоку рек (Б.И. Куделин, 1964), гидрогеодинамике в глубинных зонах артезианских бассейнов (Ю.В. Мухин, 1965), палеогидрогеологии (А.А. Карцев, С.Б. Вагин, Е.А. Басков, 1969), геохимии ландшафта (А.И. Перельман, 1975), изотопии гелия (И.Н. Толстихин, 1975).

25

Об этом времени можно сказать, что в гидрогеологии про­изошла информационная революция. В какой-то мере она была обу­словлена техническими достижениями, новыми методами анализа воды, вещества, газа, микроорганизмов. Вместе с тем коренные из­менения в технологии и оснащении гидрогеологических исследова­ний начались в 1960 г., когда P.M. Гаррелс выпустил свою книгу «Минеральные равновесия». Ее появление было равносильно взрыву в науке - технической революции. Термодинамические расчеты ми­неральных равновесий, определение форм миграции веществ дали начало моделированию гидрогеохимических процессов. Внедрение компьютерных технологий позволило перейти к созданию моделей гидрогеодинамических процессов, появилась возможность прогно­зировать изменения естественного и искусственного режима под­земных вод, начать компьютерное картографирование и вести на новом уровне сбор, обработку и хранение гидрогеологической ин­формации. Моделирование и количественная оценка гидрогеологи­ческих процессов стали необходимым условием проведения гидро­геологических исследований.

Таким образом, на рубеже 60-80-х гг. XX в. в гидрогеологи­ческой науке возникла новая ситуация. Эта наука стала многопро­фильной и многоплановой. В ней появилось много новых направле­ний и ответвлений. Широко стали применяться компьютерные тех­нологии для решения различных гидрогеологических задач. Среди других важных событий стоит отметить создание 50-томной моно­графии «Гидрогеология СССР». В ней подводились итоги много­летнего гидрогеологического изучения территории нашей страны. В эти годы во ВСЕГЕИ и ВСЕГИНГЕО был издан ряд гидрогеоло­гических карт страны разнообразного содержания. Более 70 % тер­ритории страны было заснято гидрогеологической съемкой мас­штаба 1 : 200 ООО. Большой размах приобрели работы по разведке и оценке эксплуатационных ресурсов подземных вод. Для этой цели ежегодно бурится до 1,5 млн гидрогеологических скважин. Только в 1971-1975 гг. была проведена разведка и утверждены эксплуата­ционные запасы подземных вод для водоснабжения 650 городов и крупных поселков страны, в том числе Воронежа, Иркутска, Тби­лиси, Еревана и др.

26

В конце 80-х - начале 90-х гг. прошлого века четко обозна­чились два новых направления развития гидрогеологии: прогности­ческое и экологическое. Первое направление возникло благодаря внедрению в структуру гидрогеологических исследований новых высоких технологий программирования и моделирования, в связи с усилением нагрузки на подземную гидросферу, что потребовало развертывания эколого-гидрогеологических исследований. Так, на­пример, картографирование подземных вод стало эколого- гидрогеологическим. Заметно увеличилось количество и расшири­лась тематика публикаций по этой проблеме. Особенно важное зна­чение имели работы Н.И. Плотникова, А.А. Карцева, И.И. Рогинца (1992), В.А. Мироненко и В.Г. Румынина (1997), коллектива авторов ВСЕГИНГЕО под редакцией Г.С. Вартаняна (2001) и др.

Примерно с середины XX в. начались работы по изучению гидрогеологии дна Мирового океана. Были установлены проявле­ния термальных вод в рифтовых зонах и связанные с ними облас­ти скопления рудных залежей и железомарганцевых конкреций, пробурены сотни скважин, вскрывших океаническую кору с по­мощью специально оборудованных судов (например, «Гломар Челленджер»), Таким образом, в гидрогеологии появилось еще два новых раздела: морская гидрогеология и океаническая гидро­геология.

Следует также отметить еще одну важную область деятель­ности гидрогеологов: различного рода конференции, совещания, се­минары. Они приобрели систематический характер и позволяют об­мениваться мнениями, подводить итоги исследований и намечать перспективы на будущее. Среди таких мероприятий отметим Тол- стихинские чтения, проводящиеся в Санкт-Петербургском государ­ственном горном институте с 1992 г. Такого рода мероприятия сис­тематически проводятся в Московском государственном универси­тете, Московском государственном геолого-разведочном универси­тете, Томском государственном политехническом университете, Институте земной коры РАН в г. Иркутске, в Санкт-Петербургском государственном университете.

Несколько слов в заключение об учебной литературе, издавае­мой по основам гидрогеологии. Наиболее полное издание было под­

27

готовлено академиком Ф.П. Саваренским в 1935 г. Его основные по­ложения стали своего рода компасом для последующих изданий учеб­ников по общей гидрогеологии (O.K. Ланге, 1950, А.М. Овчинников, 1955, П.П. Климентов и В.Я. Богданов, 1987). Наиболее удачным, на взгляд автора, был учебник А.М. Овчинникова. В нем высокая научность содержания сочеталась с простотой и доходчивостью изложения.

В учебниках, которые вышли в последние годы: под редак­цией В.М. Шестакова, М.С. Орлова (Московский государственный университет, 1982), В.А. Кирюхина, А.И. Короткова и А.Н. Павлова (Ленинградский горный институт, 1988), С.Л. Шварцева (Томский политехнический институт, 1995), В.В. Тихомирова (Санкт- Петербургский государственный университет, 2003), изложение ма­териалов ведется на новом уровне с учетом современных достиже­ний гидрогеологии. Вместе с тем все эти работы не похожи друг на друга. Каждая из них по-своему излагает проблемные вопросы гид­рогеологии. Наш учебник также имеет свою специфику, в чем мож­но убедиться, прочитав его.

Задание для самоконтроля

1. Назовите объект гидрогеологии.

2. Что следует понимать под предметом гидрогеологии?

3. Каково практическое значение подземных вод?

4. Как называются фундаментальные разделы гидрогеологии?

5. Назовите несколько специальных разделов гидрогеологии.

6. Какие блоки наук ближе всего стоят к гидрогеологии и почему?

7. Каков вклад М.В. Ломоносова в зарождение гидрогео­логии?

8. Кто является основоположником отечественной гидро­геологии?

9. Какие критерии следует учитывать при установлении фак­та рождения науки?

10. Когда произошло рождение гидрогеологической науки?

28

11. Где и когда состоялся Первый Всесоюзный гидрогеоло­гический съезд?

12. Почему 60-80-е гг. XX в. считаются золотым веком гид­рогеологии?

13. Назовите фамилию американского ученого, чей труд в I960 г. считается началом технической революции в гидрогеологии.

14. Какие два новых направления возникли на рубеже 90-х гг. XX в.?

15. С какими фундаментальными работами в области гидро­геологии, вышедшими на рубеже XX-XXI вв. вы знакомы?