книги из ГПНТБ / Карцев, А. А. Невидимый океан

воряющая способность воды. Для разных веществ она различна и зависит еще от свойств этих веществ, их вли­ яния друг на друга и количества в воде.

Помимо растворения, при котором молекулярная структура воды не нарушается, большое значение имеет процесс диссоциации, т. е. разложения воды на Н+ и ОНили Н+ и О-. При этом атомы водорода и кислоро­ да могут химически связываться с другими элементами, переводя их в растворенное состояние (гидратация). В природе нет абсолютно нерастворимых веществ. Все они в различной степени подвергаются воздействию воды, отличаясь лишь количеством переходящего в раствор вещества. Даже такие, казалось бы, твердые горные по­ роды, как гранит, базальт, диабаз, и те постепенно раз­ рушаются водой, обогащая ее различными элементами. Поэтому в естественных условиях вода всюду представ­ ляет собой сложный раствор, отличаясь этим от хими­ чески чистой воды.

Даже дождевые воды являются химическими раство­ рами. Дождевая вода захватывает из воздуха пыль и газы и тем самым обогащается различными солями. В воздухе над морями и океанами содержится большое ко­ личество различных солей, которые затем переносятся на континенты и вместе с дождем выпадают на сушу. Так, Р. И. Грабовский подсчитал, что с поверхности Ми­ рового океана ежегодно в атмосферу выносится около 2,5-ІО9 т различных солей. Дождевая вода, обогащенная солями, попадает в почву и, проникая вглубь, просачи­ вается в горные породы. Вода из рек тоже частично по­ падает в породы и тоже стремится в глубь Подземного океана, неся с собой растворенные соли и коллоиды. В Подземном океане состав вод зависит от состава пород, по которым они циркулируют. Еще в древности римский ученый Витрувий выдвинул тезис: «Какова порода, та-

19

кова и вода». Так, если вода движется в известняках СаСОз и доломитах CaMg[CO3]2, в водах появляются ионы Са2+ и Mg2+. Залегающая на глубине каменная соль обогащает подземные воды ионами Na+ и С1-. Вследствие большой растворимости хлористого натрия йодземные воды содержат эти элементы в больших ко­ личествах. Если пласты состоят полностью или частично из гипса CaSO4, то вода, попадая в такие породы по трещинам или циркулируя на границе с этими отложе­

ниями, обогащается ионами SO4~ и Са2+. Кроме указан­ ных элементов в подземных водах в значительно мень­ ших концентрациях обнаруживаются ионы железа Fe2+ и Fe3+, калия К+, брома Вгуиода I-, стронция Sr+, ли­ тия Li+ и Многих других. К настоящему времени в при­ родных водах выявлено больше половины всех известных химических элементов и, вероятно, с повышением чув­ ствительности приборов будут обнаружены новые. Но

именно вышеуказанные шесть главных ионов (Cl-, SO4 ,

НСО7, Са2+, Mg2+, Na+) определяют химический облик воды и ее свойства.

Конечно, в природе процесс формирования и измене­ ния солевого, состава вод сложен и зависит от ряда гео­ логических факторов, в первую очередь от температу­ ры и давления. По мере продвижения воды в глубь зем­ ли с ростом температуры и давления меняется характер физико-химических процессов. Содержание одних ионов уменьшается, других — возрастает. На больших глуби­ нах происходит уплотнение пород и высвобождение из них вод, которые имеют свои специфические особеннос­ ти. В конечном итоге количество солей, растворенных в Невидимом океане, возрастает. По содержанию ионов, солей и коллоидов подземные воды делятся на: пресные воды, количество солей в которых не превышает 1 г/л;

20

минерализованные или соленые с содержанием мине­ ральных веществ от 1 до 50 г/л; рассолы, минерализация которых превышает 50 г/л.

Обычно воды почвенного слоя и залегающие сравни­ тельно неглубоко от земной поверхности имеют незна­ чительную минерализацию и относятся к пресным или соленым. В более глубоких горизонтах минерализация вод возрастает, достигая 100 г/л и более. Встречаются рассолы, минерализация которых достигает 700 г/л. По существу это уже не вода, а мокрая соль, так как в ней воды меньше, чем солей.

Физические и вкусовые качества природной воды за­ висят от минерализации и состава солей. Известно, что существуют мягкие и жесткие воды. Первые отличаются хорошими вкусовыми качествами, вторые вызывают не­ приятное ощущение. Жесткость воды зависит от соедине­ ния ионов кальция и магния. Если ионы кальция и маг­ ния связаны с сульфатами и хлором, то удалить их из воды можно лишь с помощью различных химических препаратов. Сумма таких солей составляет постоянную жесткость. К устранимой жесткости относятся соли кальция и магния, связанные с гидрокарбонат-ионом

НСОу. При кипячении соль Са(НСОз)г из раствора переходит в осадок, образуя накипь в виде соли СаСО3. Накипь, как известно, нежелательное явление в промыш­ ленных агрегатах, котлах. При накипи на стенках кот­ лов требуются дополнительные расходы горючего. Кро­ ме того, для периодической чистки нужно останавливать производство, в результате чего возрастает стоимость затрат на единицу выпускаемой продукции.

Помимо солей, все воды Невидимого океана насыще­ ны газами. Состав растворенных газов различен. В под­ земных водах распространены кислород Ог, сероводо-

21

В видимом океане, Атлантическом или Тихом, сплош­ ная масса воды свободно покоится между континентами, словно в чаше, лишь с поверхности волнуясь при урага­ нах и штормах. В Невидимом океане все сложнее. Вода находится в породе, которая, как страж, контролирует

ееповедение.

Всвежевырытом колодце хорошо видно, как посте­ пенно появляется вода, поднимаясь все выше и выше

к поверхности земли. Затем приток воды прекращается,

иона устанавливается на каком-то определенном уров­ не. Если мы начнем вычерпывать воду, то можем осу­ шить колодец. Но стоит прекратить отбор воды и через некоторое время она займет прежнее положение. С чем это связано?

Дело в том, что вода, проникая в почву, может дви­ гаться в глубь земли только до первого слоя глин,кото­ рый встречается на ее пути. Затем движение прекра­ щается. Скапливающиеся воды образуют слой так назы­ ваемых грунтовых вод (рис. 4). Уровень воды в колодце и соответствует поверхности залегания грунтовых вод, именуемой еще зеркалом грунтовых вод. Зеркало грун­ товых вод может совпадать с поверхностью земли. В этом случае почва заболачивается, образуются болота, иногда достигающие огромных размеров. Например, в Западно-Сибирской низменности непроходимые топи (знаменитое Васюганье и другие) тянутся на десятки, а иногда и сотни километров.

Иное дело в пустынях. Здесь грунтовые воды нахо­ дятся на большой глубине и, чтобы добраться до воды, приходится рыть глубокие колодцы и даже бурить скважины.

Таким образом, зеркало грунтовых вод может нахо­ диться на разных глубинах, а значит, и мощность слоя грунтовых вод может быть различной — от единиц

24

Рис. 4. Схема условий залегания грунтовых вод

1 — зеркало грунтовых вод; 2 — слой водонос­ ного песка; 3 — слой глины

до десятков метров. Все зависит от состава пород,

рельефа и климата.

Ниже первой, начиная с поверхности, толщи глин вновь располагается насыщенный водой слой породы, такой, например, как пласт песчаника. Вода находится в порах, образующихся в пространстве между зерна­ ми-песчинками. Это можно представить себе, если, скажем, взять шары и сложить их в пирамиду. Тогда будут хорошо видны пустоты, подобные тем, которые являются вместилищами подземных вод. Все песчинки покрыты слоем воды, которая очень прочно удержи­ вается на их поверхности и поэтому называется связан-

25

ной водой. Основная масса воды свободно перемещается по лабиринту каналов порового пространства. Пласты, насыщенные водой, называются водоносными в отличне от водоупорных слоев глин, запечатывающих их.

Почему глины плохо пропускают воду?

Глина состоит из различных минералов, структура которых напоминает пластинки слюды или чешуйки рыб. Они плотно прилегают друг к другу и образуют сплош­ ной покров, почти лишенный путей для проникновения вод из водонасыщенного пласта. Но глины не сухие по­ роды, они содержат много воды, «запечатанной» между пластинками глинистых минералов, и играют важную роль в жизни вод Невидимого океана. Водоносные пла­ сты, зажатые в толщах глин, характеризуются тем, что воды в них напорные в отличие от безнапорных грунто­ вых. Напор воды создается вследствие того, что пласт изогнут и, как в сообщающихся сосудах, столбы жидко­ сти стремятся уравновесить друг друга. Если провести линию, соединяющую места выхода пласта на поверх­ ность, то она покажет, на какой уровень поднимется вода, когда мы вскроем пласт. Если поверхность земли окажется ниже этого уровня, вода будет переливаться из буровой скважины, иногда с образованием мощного фонтана. Это видно на рис. 5.

Впервые в Европе напорную подземную воду получи­ ли во Франции в провинции Артуа (в латинской транск­ рипции Артезиа), отсюда водоносные слои с напорными водами стали называть артезианскими.

Большое количество перемежающихся (наподобие слоеного пирога) водоносных горизонтов и водоупоров

26

Рис. 5. Схема создания напора в водоносных горизонтах

образуют артезианские бассейны, или бассейны подзем­

ных вод.

Если на склоне артезианского бассейна пласт выхо­ дит на поверхность, дождевая вода или вода потоков, стекающих с гор или возвышенностей, проникает в поры и по закону всемирного тяготения стремится в глубь пласта. Эта часть артезианского бассейна называется областью питания, или создания напора. Под действием напора воды происходит ее движение в пласте. Но раз вода поступает в пласт, она вытесняет уже находящуюся там воду. Водоносный горизонт может быть прорезан речной долиной и тогда вода появляется на поверхности земли в виде родников. Выход воды (разгрузка пласта) может происходить по трещинам, образующимся в зем-

27