книги из ГПНТБ / Кудельский, А. Новеллы о воде

1. КРОВЬ ЗЕМЛИ

Первые поселения людей археологи находят, как правило, на берегах больших и малых рек, озер — там, где прозрачная вода дарила жизнь и человеку, и лесу, и рыбе в зеленоватых глу­ бинах. Воду пили, по воде плыли в соседнее селение и в далекое будущее.

Иногда вода уходила. Бешеная река нахо­ дила себе новое русло, а в покинутом медленно пересыхали и прятались в песок мелкие озер­ ца. Люди копали колодцы и под землей «дого­ няли» воду. Вода была холодная и прозрач­ ная...

Прошло время, и человек научился нахо­ дить воду вдали от берегов рек и озер. Он встречал ее в песках пустыни и в щебеночных осыпях на склонах гор. Воду пресную и соле­ ную, теплую и холодную. Она насыщала, слов­ но губку, глины и пески, галечники и ракушняки, шумела в трещинах горных пород при со­ оружении Симплонского тоннеля в Альпах, прорывалась в забои шахт' и глубоких рудни­ ков Южной Америки и Африки, Европы и Азии. В ревущие фонтаны воды и пара превращают­ ся иногда скважины глубиной в тысячу, две, три, четыре и пять тысяч метров.

Земля пронизана водой. Подсчитано, что в земной коре содержится воды свыше 16% от веса осадочных и 5,3% от веса кристалличе­ ских (граниты, базальты) пород. Известно так­ же, что в породах мантии заключены потенци­ альные ресурсы воды в 200 миллиардов куби­ ческих километров. Значит ли это, что воду, ту воду, к которой мы привыкли на поверхно-

с'ти Земли, можно встретить и на глубине 2900 киломе­ тров? Нет, конечно, нет.

По геофизическим данным, на границе земной коры и верхней мантии, на средней глубине около 35 километ­ ров (у поверхности Мохоровичича), температура пород достигает 400—1200 градусов по Цельсию, а давление 10—12 тысяч атмосфер.. В этих условиях вода может существовать только в особом состоянии, при котором стирается различие между жидкостью и газом. Подоб­ ное агрегатное состояние учеными называется флюид­ ной фазой, или флюидом, однако в какой физикохимической форме существует вода в составе флюида, в настоящее время неизвестно. Еще меньше мы знаем о фазовом состоянии воды глубже поверхности Мохо. Повидимому, в породах мантии вода как привычное нам химическое соединение отсутствует, имеется лишь необ­ ходимый набор термодинамических условий и химических элементов для зарождения флюида, а затем и воды на границе мантии и литосферы.

По мнению ученых, молекулы воды в составе флюида настолько тесно сближены, что сам он превращается в очень активный растворитель, который разрушает поро?, ды и выщелачивает из них самые разнообразные эле­ менты и соединения. Предельно 'насыщенный флюид, по­ ступая вверх, туда, где температура и давление снижа­ ются, постепенно перестраивается и приобретает облик всем известных рассолов, например рассолов Кара-Бо­ газ-Гола или Сиваша.

Согласно гипотезе доктора технических наук С. М. Григорьева, на глубине залегания поверхности Мо­ хоровичича существуют температуры порядка 400—450 градусов, в пределах которых лежит критическая темпе­ ратура насыщенных водных растворов. Здесь глубинные рассолы, а также рассолы, проникшие в недра Земли по трещинам сверху, освобождаются от растворенных ве­ ществ, главным образом соединений кальция, магния и железа, а вода в виде перегретого пара поднимается выше, где лежит другая критическая температура — на этот раз чистой воды (374°С). На глубинах существо­ вания этой температуры; говорит С. М. Григорьев, вода «становится жидкой и снова забирает и растворяет ми­ неральные вещества и вновь опускается с ними. Другими словами, я предположил, что в земной коре существует

вечная циркуляция воды, которая берет вещество вверху и переносит его вниз».

Однако не только вниз переносится вещество. Движу­ щиеся вверх паровые растворы переносят с собой, по мнению С. М. Григорьева, кремнекислоту. Выше уровня с температурой 374 градуса пар обращается в воду, а кремнезем выпадает в осадок. Вода же снова движется вниз...

Так на протяжении миллионов лет в интервале темпе­ ратур 374—450 градусов и на глубине от 20 до 37 кило­ метров вода, словно гигантская расческа, прочесывает недра, сортирует вещество на границе между мантией и земной корой. И строит материки...

?

Нет, мы не оговорились. В своей книге «Роль воды в образовании земной коры», выпущенной в 1971 году издательством «Недра», С. М. Григорьев, развивая идею зонной плавки академика А. П. Виноградова, рассмат­ ривает интервал глубин 20—37 километров как своеоб­ разную «дренажную» оболочку, где осуществляется пе­ реработка вещества мантии и приращение земной коры. Вот вкратце ход его рассуждений.

Каждый год реки сносят с поверхности континентов

«дренажной» оболочки, где подвергаются переработке и разделению. В результате легкие вещества присоединя­ ются к породам материковой коры, а более тяжелые пе­ рехватываются растворами «дренажной» оболочки. Так ростом коры компенсируются потери в «весе» материков, так вода выступает в роли конструктора и строителя зем­ ных сфер.

Вода — вещество совершенно особое. С древнейших времен человеческая мысль постоянно помещает воду в центр представлений о мироздании. В средние века, ког­ да была открыта система кровообращения, многие есте­ ствоиспытатели приписывали подземной воде функции обращения крови в живом организме. Вспоминаешь это, когда знакомишься с гипотезой С. М. Григорьева. Дей-; ствительно, похоже.

— А что говорят критики?

Критики прежде всего подчеркивают стройность и красоту гипотезы, а уж потом сетуют, что, к сожалению, никому еще не известны физико-химические свойства надкритических глубинных флюидов и их воздействие на породы, что неизвестно, до какой глубины существуют трещины в горных породах, по которым опускается вода вниз, через толщу континентов; не вызывает у критиков энтузиазма и приведенный автором подсчет количества опускающейся сверху вниз воды (от 100 до 200 милли­ ардов тонн), неясно им, каким образом по схеме автора происходило зарождение первичных континентов и чем оно было обусловлено и т. д. и т. п. Итог этой доброй научной критике можно подвести словами профессора Ф. А. Макаренко:

«Несмотря на спорность ряда предпосылок и даже основной идеи автора о существовании в земной коре особой «дренажной оболочки», ответственной за наибо­ лее важные явления и процессы в коре, многие разби­ раемые в этой книге положения и выкладки автора бла­ годаря хорошей аргументированности привлекают боль­ шое внимание и заставляют задумываться даже над те­ ми вопросами, которые казались уже достаточно решен­ ными, ясными и «очевидными».

Мы с вами уже знаем, что ежегодное количество во­ ды, образующейся в результате переработки вещества мантии, достигает в среднем одного кубического кило­ метра. Обогащаясь солями горных пород литосферы, ювенильные воды поступают в Мировой океан или же •смешиваются с подземными водами. Геохимики предпо­ лагают, что в составе глубинных ювенильных вод к зем­ ной поверхности перемещаются многие металлы, такие, как железо, цинк, свинец, ртуть, золото, серебро, медь и многие другие.

В 1963 году в американском журнале «Science» была опубликована статья с сенсационным заглавием «Воз­

В статье сообщалось, что буровой скважиной, пробурен­ ной вблизи поселка Ниланд в долине Империал в Южной Калифорнии, был обнаружен крепкий рассол с солено­ стью 332 грамма в одном литре и с температурой около 270 градусов по Цельсию. В рассоле содержалось очень много калия, лития, марганца, серебра, бора, бария, ме­ ди, свинца, цинка, стронция, никеля и других элементов. Авторы статьи Д. Уайт, Е. Андерсон и Д. Груббс при­ шли к выводу, что ниландский рассол — это особый, не­ известный ранее тип магматических глубинных рассо­ лов, которые в благоприятных условиях могут поро­ ждать рудные полиметаллические месторождения.

Сообщение заинтересовало геологов, гидрогеологов и геохимиков, так как проблема рудоносных флюидов яв­ ляется проблемой номер один учения о происхождении рудных месторождений.

А вот сенсация, к сожалению, не состоялась. Совет­

рассолов в соленосных бассейнах СССР, США и Новой Зеландии доказал, что ниландский рассол — это не ру­ доносный магматический флюид. Рассолы подобного со­ става известны и в других частях земного шара и пред­ ставляют собой, по мнению С. И. Смирнова, продукт сложнейших геолого-тектонических, геохимических и кли­ матических процессов, протекающих в верхних слоях литосферы и на земной поверхности. Проблема гипоте­ тического рудоносного флюида остается нераскрытой.

12 тысяч лет назад человек научился применять медь. От примитивных приспособлений и украшений, первого подобия топора, ножа, иглы, зеркала и гребня пришел он к прочным бронзовым изделиям и к умению искать и находить, добывать и обрабатывать металлы.

Примерно за 2500 лет до нашей зры производилась

ботка оловянных руд в районах Калбинского и Нарымского хребтов. К концу бронзового и началу железного века относятся остатки горных выработок їв Карамазаре .(Северный Таджикистан). В IX — XI веках нашей эры здесь снова разворачивается мощный горный промысел по добыче серебросвинцовых руд. Десятками тысяч куби­ ческих метров исчисляется объем горной массы, добытой в это время в серебряных рудниках Кан-и-Мансур, КанДжел и других.

Мы не знаем, чем руководствовались в течение трех-четырех тысячелетий древние горняки при поисках и разработке рудных тел. Однако можно не сомневаться, что многое из арсенала современного геолога эмпириче­ ски было известно и его прапраколлегам. Удивляет точ­ ность, с которой древние горные выработки вскрывали наиболее богатые рудные тела, пересекали и сопро­ вождали их. За этой точностью чувствуются добытые практическим путем глубокие познания закономерностей распространения руд и даже какие-то определенные пред­ ставления об их происхождении.

Историки геологической науки считают, что первое обобщение многовекового опыта горняков, передававше­ гося до этого устно из поколения в поколение и из рай­ она в район, изложено в трудах чешского ученого Г. Агриколы (1494—1555). Рудные жилы, по его мнению,

представляют собой «каналы», заполненные веществом, отложившимся из подземных вод. Воды эти, считал Агрикола, возникают из поверхностных, проникают на глубину й там нагреваются за счет сгорания угля.

Минуло свыше 400 лет. Но если мы с вами перели­ стаем страницы, посвященные геологии гидротермаль­ ных рудных месторождений, то обнаружим и те же «ка­ налы», и ту же воду. Вот только вместо угля для нагре­ вания воды современная геология «приспособила» магму. Магма «дышит», и влага ее дыхания доносит к зем­ ной поверхности множество химических элементов и сое­ динений. Сорок один компонент определил японский гео­ химик Курода в воде горячего источника Хаконе и среди них литий, медь, цинк, марганец, много железа, алюми­

ценных полезных ископаемых. Рудные месторождения, созданные водными растворами, дают человечеству медь и олово, золото и мышьяк, молибден и слюду, железо и

вольфрам, висмут и ртуть, драгоценные и цветные камни.

Но не только в полости горных пород приносит бо­ гатства земных глубин вода. Часть из них поступает в Мировой океан.

Можете ли вы представить себе государство с терри­ торией, равной Франции, расположенное на грандиоз­ ной плите из железной руды? Толщина этой плиты в сред­

Запасы железных руд здесь исчисляются десятками мил­ лиардов тонн и почти в три раза превышают все извест­ ные в настоящее время на земном шаре.

Почти два миллиарда лет назад образовались желез­ ные руды Курской магнитной аномалии. В воды Океана, насыщенные углекислым газом, периодически поступали железо и кремнезем. Переходя в коллоидное состояние и осаждаясь на дне, давали '.начало железистым кварци­ там — железному основанию России.

3. МОСТОВАЯ НА ГЛУБИНЕ ШЕСТИ ТЫСЯЧ МЕТРОВ

Уже не одну сотню лет Нидерланды отвоевывают у моря кусок за куском его дно. В последние годы голланд­ ские инженеры-гидростроители пришли к выводу, что успех в этой войне будет тем весомей, чем больше дорог построят они... на дне моря. Было создано судно-асфаль­ тоукладчик, и не так давно оно приступило .к работе. Строительство ведется довольно быстро: за девять не­ дель судно создало на дне моря асфальтовое покрытие площадью около 7 гектаров и толщиной 30 сантиметров, способное выдержать нагрузку... Нет, не автомобилей, автомобили еще .не приспособлены для движения по мор­ скому дну. Асфальт, как установили ученые, — это луч­ шее основание для дамб, теснящих Северное море.

Еще недавно человеческие руки выращивали урожай, добывали уголь и нефть, варили чугун и сталь, писали картины и фотографировали прекрасное на земле, земле своих предков. То был край лесов и озер, то был край не­ обозримых степей, то были горные долины, окруженные снежными великанами. И всегда земля предков граничи­ ла с Океаном, где человек был только гостем. Так дли­ лось веками, но времена меняются, и мы все дольше

гостим у сурового Нептуна, все пристальнее всматрива­ емся в окружающие нас картины и протягиваем руки, чтобы их коснуться, взять и (так уж устроен человек!) изменить.

Несколько лет назад па одном из научно-исследова­ тельских судов Академии наук СССР было' сфотографи­ ровано дно Тихого океана. На фотографии, поднятой с глубины свыше шести тысяч метров, биологи с востор­ гом обнаружили какое-то живое существо, передвигаю­ щееся по ...булыжной мостовой. Фотография эта попала в солидные научные статьи и монографии, к ней обра­ щались на многочисленных пресс-конференциях и засе­ даниях ученых советов. Биологи определили родослов­ ную «существа с булыжной мостовой», а геологи сооб­ щили, что «мостовая», камень к камешку, составлена из железо-марганцевых конкреций. Составлена Океаном.

В составе железо-марганцевых конкреций со дна Ти­ хого океана определены (в процентах): марганец — 32,4, железо—18,5, медь—0,8, никель—1,14, кобальт—0,47. Конкреции на глубинах более четырех тысяч метров устилают дно Тихого, Атлантического и Индийского океанов, есть они в Балтийском, Белом, Карском и мно­ гих других морях. По ориентировочным подсчетам, толь­ ко в Атлантическом и Индийском океанах запасы их до­ стигают 157 миллиардов тонн!

Мы не всегда задумываемся над числами со многи­ ми нулями. В век космических исследований мы привы­ каем к измерению расстояний с помощью «светового го­ да», геологи, и астрофизики в своих работах оперируют массами в миллиарды тонн. Это стало привычным, это не удивляет. Но вот интересное число — 5 миллиардов тонн. Примерно столько железа затратило человечество за всю свою историю, чтобы построить фундамент совре­ менной цивилизации. Из этих 5 миллиардов тонн были выкованы первые мечи и отлита знаменитая колонна из нержавеющего, удивительно чистого железа в Индии; железо из этих немногих миллиардов тонн в ажурных конструкциях Эйфелевой башни и в космических кораб­ лях «Союз», в автомобилях и телевизорах, в конструк­ циях жилых домов и гигантских 'Гидроэлектростанций...

Да, дорога длиной в пять тысяч лет, дорога из бронзово­ го века в век космический стоила человечеству 5 милли­ ардов тонн железа.