big-archive.ru

Большой информационный архив

                       

О проникновении воды в земную кору

Вопрос о роли глубинных вод в процессах образования и развития земной коры часто выпадает из поля зрения, так как распространены мнения о том, что в земной коре нет ни водяных паров, ни воды, ни ее рассолов и, что, кроме того, нет трещин и тем более систем трещин, по которым вода могла бы перемещаться на заметные расстояния.

При этом исходят из мнения, что вещество земной коры, находясь под высоким всесторонним давлением, не имеет никаких трещин, разломов и пустот, которые, якобы, «захлопываются» всесторонним сжатием. Эта точка зрения не подтверждается практикой и наблюдениями. Так, например, все изверженные породы носят наглядные следы трещиноватости, которая заполнена цементирующим веществом из циркулировавших по трещинам растворов. Цементирующее вещество в различных по времени образования трещинах различно, что свидетельствует о многократности появления трещин. В. И. Вернадский также придерживался этого мнения. Он писал: «В пределах земной коры роль воды исключительная... до глубины 20 км она не опускается ниже 8 % по весу, и едва ли можно видеть признаки уменьшения ее количества... примерно до 60 км от уровня океана». «В земной коре, в толще, почти на протяжении 25 км мощностью идут передвижения водных масс — интенсивно и непрерывно — в бесчисленных круговоротах... Масса воды, по крайней мере 3,8∙1020 г, находится в вечном непрерывном... разнообразном движении».

Особое значение В. И. Вернадский придавал роли рассолов, ин высказал о них, о их глубинном происхождении следующую мысль: «Приходится допустить существование горячих паров воды, поднимающихся снизу и сгущающихся в жидкие массы, немедленно превращаясь в растворы, в более близких к земной поверхности участках планеты». «Вероятно, рассолы — этот наименее нам известный класс природных вод — есть по существу самое характерное явление единого водного равновесия нашей планеты».

Высказывается мнение о том, что вода не может проникать на глубины, превышающие 12 км, где якобы, господствует температура выше температуры критического состояния воды, т. е. выше 374° С. Эти соображения нельзя признать обоснованными, потому что, во-первых, градиент температуры в земной коре не остается постоянным и равным 3° С на 100 м, а падает с глубиной, снижаясь до одного градуса и менее, и, во-вторых, вода на больших глубинах находится в виде растворов различных веществ и различной концентрации. В связи с этим растет критическая температура кипения. Наконец, достижение критической температуры кипения воды не уменьшает, а, наоборот, увеличивает возможность ее проникновения в недра земной коры и перемещения надкритических растворов на все большие расстояния.

Э. Б. Чекалюк, внимательно рассмотрев термодинамические условия, господствующие в земной коре и верхней мантии, пришел к выводу, что глубинные воды могут сохранять там свойства жидкой фазы. К сожалению, он не рассмотрел вопросов образования растворов минеральных веществ и их фазовых переходов.

Ф. А. Макаренко поставил проблему «подземного стока» и разработал основные черты и закономерности его глобального механизма в качестве составного звена общего круговорота воды на Земле. Он ввел понятие о «главном» базисе дренирования, которым, по его мнению, является отметка дна океана. Развивая это направление, 3. А. Макеев, специально останавливаясь на возможности постоянного поступления материковых вод в морские и океанические впадины и рассматривая вопрос о возможной глубине проникновения материковых вод, отмечает, что глубина «главного», или «большого», базиса стока неизвестна, однако он предполагает, что она достигает 3 км, хотя тут же приводит данные о наличии трещин в земной коре, идущих до глубины 10—15 км.

Убедительными являются обоснования Ф. А. Макаренко существования в земной коре сплошной подземной гидросферы термальных вод, переходящих с некоторых глубин в перегретые воды, а еще ниже — в водяные надкритические пары. Рассматривая возможное участие глубинных, подкоровых вод в их круговороте, он делает попытку определить долю ежегодного пополнения гидросферы за счет выделения воды из недр.

По его определению, количество таких первичных, подкоровых вод достигает 0,7—1,0 км3 в год, при общей массе всех подземных вод, участвующих в годовых циклах водообмена, до 30—35 тыс. км3, относящихся в основном к верхним зонам активного подземного стока. В этих работах были выяснены и освещены по-новому многие вопросы геологической и геохимической роли вод подземного и в том числе глубинного стока (например, скорости денудации коры суши и скорости заполнения океана осадками). Составленные карты-схемы подземного стока не только отразили географическую и пространственную зональность, но и позволили делать прогнозы о характере глубинных вод.

Возможность проникновения поверхностных вод на большие глубины убедительно подтверждается и постоянной возобновляемостью ресурсов артезианских и трещинных источников. К. Кейльгак в качестве доказательства связи артезианских вод с поверхностными приводит многочисленные факты выноса мелкой рыбы, пресноводных крабов, моллюсков, рачков, растений и других представителей фауны и флоры, которые могут попадать в артезианские скважины с земной поверхности. Убедительным доказательством непосредственной связи глубинных вод с поверхностными водами Земли является зависимость производительности артезианских скважин от изменений уровня грунтовых вод и метеорологических факторов. Дебит минеральных и других вод артезианских скважин изменяется в зависимости от количества годовых осадков, от изменений уровня воды в реках, от приливов и отливов воды в океане. Все это заставило отказаться от представлений, по которым долгое время считалось, что артезианские скважины, якобы, выносят воду ювенильную, еще не бывшую на поверхности Земли.

Одной из причин интенсивного выброса подземных вод на дневную поверхность является давление паров и газов, существующее в водоносных горизонтах, поэтому высказывается мнение, что давление газов и паров устраняет всякую возможность нисходящего движения водных растворов в земной коре. Это не соответствует действительности, ибо жидкие растворы, находящиеся в равновесии с водяными парами и газами, при одном и том же давлении всегда имеют значительно большую плотность, чем пары и газы. Поэтому газопаровая надкритическая смесь, образующаяся после перехода растворов в это состояние, не может прекратить нисходящее движение растворов; они, как более плотные, будут опускаться, вытесняя вверх менее плотные пары и газы.

Величина гидростатического давления жидкости в открытых трещинах равна весу столба жидкости, имеющей различную плотность по высоте. Вначале, у земной поверхности, плотность ее равна единице. Ниже, по мере нагрева, ее плотность уменьшается, однако одновременно она возрастает как вследствие роста давления, так и по мере насыщения ее растворимыми компонентами. Уже получило силу эмпирического закона правило о возрастании концентрации солей с глубиной. Глубинные растворы имеют высокую концентрацию растворимых компонентов и являются по существу рассолами с плотностью до 1,2 г/см2 и более. Поэтому, несмотря на уменьшение плотности воды с повышением ее температуры, плотность растворов растет по мере увеличения глубины.

Значительно сложнее картина с изменением плотности растворов на глубинах, где трещины расположены в слоях с вышекритическими температурами. Плотность воды в критических условиях составляет всего 0,306 г/см3. При возможных на глубине 30—35 км гидростатических давлениях около 3—3,5 тыс. атм плотность надкритической фазы воды, по данным Дж. Кеннеди, не достигает 1 г/см3. Хотя на больших глубинах земной коры в надкритическом состоянии находится не чистая вода, а ее паровые растворы (о характере которых и плотности их надкритической фазы сведений еще меньше), плотность надкритической фазы, вероятно, ниже единицы, тогда как вышележащие слои жидких растворов имеют плотность больше единицы. Это превращает весь столб жидкости и надкритической фазы в неустойчивую систему, в которой возможны вертикальные перемещения, когда более тяжелые растворы погружаются в менее плотную надкритическую фазу, вытесняя вверх последнюю. Условия, существующие в слоях, где господствуют критические температуры воды, не могут быть постоянными. Они изменяются как при образовании новых тектонических трещин и разломов, так и при увеличении или уменьшении объема пор в результате растворения и цементации пород.

Давление, которое испытывают растворы в малопроницаемых слоях пород, изменяется и вследствие наличия различных газов и паров, таких, как СО2, H2S, NH3, GO, H2, CH4 и др., поступающих из нижележащих слоев или выделяющихся в проницаемых слоях в результате растворения пород и взаимодействия водных растворов и минералов. Присутствие, появление или исчезновение газов, изменяют давление, под которым находятся надкритическая фаза воды и растворы, что может вызывать фазовые переходы в жидкое или газовое состояние. По-видимому, можно считать, что изменение температуры слоев земной коры с глубиной идет равномерно, тогда как давление в подвижной системе жидкости и пара, заполняющей поры, трещины и разломы, подвержено частым и различным по величине и знаку изменениям и только в среднем растет с глубиной. Изложенное позволяет считать, что земная кора на всю ее мощность проникнута водными растворами, парами и газами, которые в соответствии с температурой существуют либо в виде жидкостей, либо в надкритическом состоянии.

 

Предыдущая глава ::: К содержанию ::: Следующая глава

 

                       

  Рейтинг@Mail.ru    

Внимание! При копировании материалов ссылка на авторов книги обязательна.