Вопрос №6. Геологический круговорот воды в земной коре.

Геологический круговорот воды в земной коре в отличие от климатического обусловлен непрерывным движением отдельных ее участков в вертикальном И горизонтальном направлениях в связи с общей тектонической жизнью Земли. Начало этого круговорота связано с бассейнами осадконакопления на стадии формирования геосинклинального прогиба. В начальный этап структурного разви­тия происходит накопление огромных толщ осадочных порол, пре­имущественно морского происхождения. В них захоооняется боль­шое количество седиментационных вод.

Свежесформированный осадок в бассейнах седиментапии пред­ставляет собой в подавляющем большинстве случаев "рыхлое или текучее тело, резко обводненное, богатое микроорганизмами и со­стоящее из весьма разнородного химико-минералогического матери­ала, частью твердого, частью жидкого и газообразного" [19]. Важ­нейшей чертой этого осадка является наличие большого количества воды, достигающего в ряде случаев 100% и более.

По мере того, как происходит погружение зоны осадконакопле­ния в результате давления перекрывающих слоев и уплотнения илов, ведущего к превращению их в породы, содержание воды в плах начинает уменьшаться. Уплотнению подвергаются и образую­щиеся из илов глины вплоть до превращения их в сланцы. При этом идет снижение пористости и выжимание воды. Последнее особенно характерно для глинистых осадков.

Уже на первых сотнях метров пористость глинистых осадков интенсивно уменьшается, и он и теряют значительное количество свободной воды. При дальнейшем погружении скорость уплотнения глин и водоотдача из них уменьшаются. Так, по данным Н.Б. Вассоевича, пористость глин на глубине 400-500 м составляет 35-40%. на глубине 2000 м — уже примерно 20%, а на глубине 3000 м - меньше 10%.

Пористость песчаных и карбонатных пород с глубиной уменьша­ется значительно медленнее, чем глинистык, хотя детали этой зависимости в каждом бассейне различны и зависят от температурных условий, механических напряжений, масштабов раз­рушения и преобразования пород водой, их возраста, литологического состава и т.д.

Отжимаемая из иловых осадков вода сначала возвращается в водоем, где происходит осадконакопление. В дальнейшем она отжи­мается в коллекторские пласты, преимущественно песчаные, залега­ющие между уплотняемыми слоями глин. В песчаных пластах с самого начала их образования тоже находится седиментационная вода, но она постепенно уступает место водам, выдавливаемым из глин, так как геостатическое давление, господствующее в уплотня­ющихся слоях глин, в 2 раза и более превышает гидростатическое давление, господствующее в практически несжимаемых песчаниках. Геостатическое давление в глинах, передаваясь на заключенные в них воды, создает в них давление, превышающее давление в кол­лекторах. В дальнейшем движение вод в водоносных горизонтах происходит в соответствии с гидравлическим уклоном, направлен­ным от мест наибольшего прогибания и выжимания к местам от­носительно меньшего тектонического движения (рис. 3.9).

Основная часть свободных вод отжимается уже на первых сотнях метров погружения осадка, но на этом отжатие вод не прекраща­ется, поскольку в дальнейшем в этот процесс включаются связан­ные воды вплоть до адсорбированных и кристаллизационных.

Важно, что выделение межпластовой воды сопровождается глубокими структурными изменениями мине­рального состава глин. При этом их объем уменьшается, что соот­ветствует формирующейся геодинамической обстановке, связанной с увеличением давления. Особенно интенсивно эти процессы протека­ют на глубинах 2-3 км, но продолжаются и глубже.

Первый этап геологического круговорота воды, связанный с захоронением осадков на большие глубины, может быть назван седиментационным. Его формирование происходит в услови­ях отжатия воды из захороняющихся горных пород, т.е. в условиях элизионного режима. В платформенных условиях это приводит к формированию большого количества седиментационных вод, кото­рые после регрессии моря оказываются на суше и вовлекаются по­степенно в Климатический круговорот воды.

В геосинклинальных условиях геологический круговорот воды седиментационным этапом не заканчивается, так как продолжающе­еся прогибание территории приводит к дальнейшему погружению осадочных пород и связанных с ними подземных вод, освобожда­емых уже в процессе метаморфизма.

После уплотнения и полной литификации осадков оставшиеся в них поровые воды составляют еще 2-5% от их объема. Эти воды В виде свободных выделяются при попадании осадочных толщ в зону прогрессивного метаморфизма, который, сопровождаясь пере­кристаллизацией пород, приводит к выделению в свободную фазу не только поровых, но и всех их кристаллизационных и конститу­ционных разностей, входящих в состав глинистых минералов. При этом происходит не просто освобождение воды или дегидратация горных пород, но и их дегйдроксилйрование, т.е. выделение гид- роксильной группы ОН", а также Ионов водорода и кислорода, которые, соединяясь, синтезируют молекулу воды. В этих условиях поэтому формируются вновь синтезированные, или возрожденные, воды. Синтез воды делает зону метаморфизма качественно новым этапом геологического круговорота, который предлагается называть метаморфогенным.

Количество воды, выделяющееся на метаморфогенном этапе, может достигать 15-25% весовых, так как на этом этапе из кри­сталлической решетки минералов выделяются конституционная и кристаллизационная вода. К этому необходимо добавить поровую воду, всегда присутствующую в том или ином количестве. Выде ление воды при метаморфизме происходит медленно по мере пере кристаллизации минералов, но этот процесс характерен практически для всех его этапов. Тем самым захороненная первоначально в осадочных отложениях вода в процессе метаморфизма постепенно полностью освобождается и занимает трещины и межгранулярные пространства горных пород, а также образует восходящие потоки к поверхности земли.

Геологический круговорот воды, в отличие от климатического, совершается в различных термодинамических оболочках земной коры, поэтому академик В. И. Вернадский отождествлял его с первичными круговыми процессами земной коры. С развиваемых позиций пол­ный геологический круговорот воды складывается из трех этапов: седиментационного, метаморфогенного и магматического, каждый из которых в определенном смысле носит самостоятельный характер. В то же время все они являются частью более общего круговорота, играющего важнейшую роль в земной коре (рис. 3.11).

Геологический круговорот воды, хотя и совершается в пределах земной коры, не изолирован от других источников воды - экзоген­ных (вадозных) и эндогенных (ювенильных). Так, по представле­ниям многих исследователей, в земную кору поступают воды из мантии, количество которых в настоящее время точно не известно.