Что таится в недрах
Значительная часть воды на нашей планете скрыта под ее поверхностью. С давних времен эту воду называли подземной. Так ее называют и теперь, хотя правильнее было бы характеризовать ее как внутриземную или подпочвенную. Лишь относительно малая доля
такой воды выходит на поверхность в виде тихих ключей, горных ручейков или бурных пароводяных фонтанов - гейзеров. Основные же массы ее тысячелетиями накапливаются в невидимых кладовых, стиснутые между водоупорными слоями, пока не откроется где-либо свободный выход или не выпустит их на простор дерзкое вмешательство человека.
Верхняя граница подземных вод проходит на различных глубинах - от нескольких метров до нескольких десятков и сотен метров. Ниже этой границы почти все поры и трещины в горных породах заполнены водой, за исключением отдельных участков нефтяных и газовых месторождений, где поры и трещины заняты нефтью и газом.
По расчетам в верхней пятикилометровой толще земной коры на континентах содержится 84,4*106 км3 воды. Из них 60*106 км3 составляет свободная (гравитационная) вода, способная передвигаться под влиянием силы тяжести.
Во всей земной коре содержится около 1,5*109 км3 воды, что соизмеримо с объемом Мирового океана.
Подземные воды - это единственный вид полезных ископаемых, запасы которых могут возобновляться в процессе эксплуатации, поскольку они являются сложной динамической системой, взаимодействующей с окружающей средой. Поэтому запасы подземных вод подразделяются на статические (так называемые вековые воды) и динамические (возобновляемые). Эксплуатационные запасы подземных вод определяются расходом, который может быть постоянно получен за единицу времени.
Мировые динамические запасы подземных вод составляют 12000 км3, в том числе для СНГ - 880 км3. Это подземные воды так называемой зоны активного водообмена, которые дренируются реками и создают устойчивую часть речного стока.
Ниже уровня дренажа рек предполагается наличие не менее 9/10 общего запаса вековых подземных вод, имеющих очень слабую активность водообмена.
О ресурсах пресных подземных вод можно судить по величине подземного стока в реки.
Для стран СНГ этот сток превышает 30000 м3/с, что составляет почти четверть общего речного стока.
На территории нашей страны пресные под земные воды наиболее распространены в России, а также в Казахстане, где были обнаружены их огромные линзы, по объему равные нескольким Аральским морям. Обширные подземные линзы пресной воды найдены и в странах Средней Азии.
Украина имеет немалые ресурсы пресных подземных вод. Четвертая часть всей воды, поступающей в водопроводы страны, забирается из подземных источников, а в ряде областей - Львовской, Херсонской, Черновицкой и др., - для питьевых целей используются в основном только подземные воды.
За счет подземных вод полностью осуществляется водоснабжение почти 2/3 городов Украины. Во многих городах, например в Киеве, для водоснабжения используют одновременно и подземные, и поверхностные воды.
Извечный холодильник
Помимо подземных вод, под обширными пространствами верхних пластов суши распространены еще и подземные льды. Их общая масса оценивается величиной в 500000 км3. Территории, содержащие подземный лед (зоны многолетней мерзлоты), занимают 47% площади России. В толще вечномерзлых грунтов лед заполняет трещины и поры горных пород, выступая в роли своеобразного цемента. В отдельных местах лед образует сплошные залежи в виде пластов и линз, ледяных жил, штоков. Мощность ледяного слоя может достигать 50 м.
В зонах вечной мерзлоты встречаются своеобразные подземные воды - криопеги. Так называются концентрированные подземные рассолы, сохраняющие жидкое состояние при отрицательных температурах. Обычно температура замерзания их не ниже -10 oС, но отдельные зоны жидких рассолов обнаруживали и при -36 oС.
Залегая на глубине 200...300 м и имея возможность двигаться в пластах горных пород, криопеги создают природный холодильник, простирающийся в глубь Земли более чем на километр и охватывающий 2/3 Сибирской платформы, острова и побережья Северного Ледовитого океана, включая его шельф. Наличие криопегов весьма осложняет водоснабжение этих районов, затрудняет добычу нефти и газа: при пониженных температурах в глубоких пластах нефть становится очень вязкой, а газ (метан) образует с водой льдоподобные кристаллогидраты. Ученые предсказывают существование мощной криопеговой зоны и под Антарктическим ледяным щитом. Возможно, исследователи в скором времени найдут эффективные пути использования криогенных свойств подземных рассолов, и тогда промышленность получит дешевый природный хладагент в практически неограниченных количествах.
Полезные примеси
Благодаря тому, что воде, находящейся под повышенным давлением, присуща высокая растворяющая способность, подземные воды богаты разнообразными комплексами ионных, молекулярных и коллоидных примесей, зачастую насыщены газами.
Самая пресная подземная вода встречается обычно в высокогорных источниках. Иногда содержание солей в ней ниже 0,1 г/л. Подземные рассолы, залегающие под равнинными территориями, отличаются противоположными свойствами: в них содержатся одинаковые по массе количества солей и воды. В Туркмении, например, обнаружены рассолы с минерализацией 547 г/л.
Химический состав подземных вод определяют по сочетанию преобладающих ионов: гидрокарбонатно-кальциевые, хлоридно-натриевые и т.п. Степень минерализации подземных вод обычно находится в определенной зависимости от их химического состава.
Так, пресные воды - преимущественно гидрокарбонатные. В рассолах средней концентрации (100...150 г/л) чаще всего преобладает хлорид натрия. В более крепких рассолах наряду с ионами хлора содержится также много кальция и магния. С ионным составом подземных вод связано и содержание в них некоторых газов, особенно углекислого. От него зависит карбонатное равновесие (соотношение катионов водорода, кальция и анионов гидрокарбоната и карбоната). Подземные воды повышенной углекислотности агрессивны по отношению к строительным сооружениям, особенно к тем, которые имеют в своем составе бетон.
Фактически подземные воды содержат все элементы периодической системы Д.И. Менделеева, вплоть до редкоземельных. Поэтому они могут являться источником ценного химического сырья. Известно, что еще в XI веке поваренную соль на Руси добывали выпариванием подземных рассолов. Сейчас из подземных вод получают практически весь иод и большую часть брома.
В США и Италии из подземных рассолов, кроме иода и брома, получают борную кислоту, вольфрам, литий, германий. В Чехословакии из минеральных источников Карповых Вар ежегодно добывают 1300 т глауберовой соли и 800 т соды.
В подземных водах содержатся также органические вещества, выделяющиеся в результате биохимических процессов, которые протекают в верхних слоях почвы, или при контакте с залежами горючих ископаемых.
Недавно установлено, что в подземных водах широко распространены в виде газообразных примесей низшие углеводороды. Особенно много их в пластовых водах нефтегазовых бассейнов. По расчетам ученых только в СНГ в пластовых водах содержится 4000 триллионов кубометров этого ценнейшего сырья. Это в сотни раз больше известных промышленных запасов нефти и газа во всем мире.
Подземные воды начинают рассматривать как весьма перспективный источник добычи природного газа. В Японии, например, уже сейчас 30% природного газа получают именно таким путем. Учитывая, что в пластовых водах содержится много других ценных химических компонентов, переработку подземных вод можно осуществлять в виде комплексного многоотраслевого производства, безотходного и высокорентабельного.
Как правило, в подземных водах очень слабо представлены микроорганизмы, а содержание болезнетворных бактерий практически исключено. Недаром с давних времен высоко ценилась кристально чистая родниковая вода. Только такую воду подавали по водопроводам в Древний Рим - город с миллионным населением; даже самой чистой речной водой римляне пренебрегали. В то время как пересыхали поля, воду из источников бесконтрольно забирали для города. В эпоху расцвета Рима на каждого жителя приходилось до 1000 л воды в сутки. Никогда и нигде чистейшую питьевую воду не тратили так расточительно, используя ее в банях, купальнях, в бесчисленных. (Water.ru: Так в подлиннике).
Подземные воды используются в первую очередь для питьевых целей, потому что, как правило, они не требуют специальной очистки, а в ряде случаев и обеззараживания.
Однако стерильность подземных вод таит, как теперь предполагают, и немалую потенциальную опасность. В случае загрязнения артезианская, родниковая или колодезная вода, не имея собственных "сил сопротивления", надолго остается опасной для здоровья человека.
Как ни парадоксально, открытые водоемы оказываются в лучшем положении: в них обнаружены вибрионы Штольпа - жгутиковые микроорганизмы. Установлено, что пищей им служат всевозможные микробы, присутствующие в воде, в том числе холерные вибрионы и тифозные палочки. Именно наличием вибрионов Штольпа объясняют могучую способность природных вод к самоочищению. Этих вибрионов, как правило, нет в подземных водах. Поэтому даже незначительное загрязнение таких вод может привести к тяжелым последствиям для людей и домашних животных.
Значительная часть подземных вод непригодна для питьевого и хозяйственного водоснабжения вследствие их высокого солесодержания, однако и они находят различное применение.
Минерализованные подземные воды с глубокой древности используют в лечебных целях. Их целебное действие во многом определяется повышенным содержанием биологически активных компонентов. В лечебной практике обычно применяют подземные воды с температурой не выше 40 oС.