> Техника, страница 62 > Минеральные источники

Минеральные источники

Минеральные источники, выходящие на земную поверхность при естественных условиях или поднятые искусственно потоки подземной воды, содержащей в растворе различные соли и газы, иногда нагретой до высокой темп-ры. В последнем случае М. и. называются термами. Слабо минерализованные термы носят название индифе рентных М. и. (а к р. а т от е р м ы). Происхождение воды М. и. независимо от химич. состава и количества газов, ими выносимых, раньше относили за счет атмосферных осадков. Считалось, что поверхностные (метеорные) воды, просачиваясь внутрь земной коры, попадают в области более высокой темп-ры, нагреваются и, двигаясь в нагретом состоянии по слоям различных горных пород, выщелачивают заключенные в них соли и из пресных превращаются в минеральные. Считалось даже возможным вычислить глубину проникания атмосферной воды, исходя из той средней величины так называемой геотермической ступени (геотермический градиент), принимаемой в 32— 35 м, на к-рую надо углубиться в земные слои, чтобы темп-pa поднялась на 1°. Такая схема происхождения М. и., исходившая для всех их из одинаковой причины, давала возможность классифицировать М. и. только по каким-нибудь внешним призна кам, устраняя необходимость генетического-подразделения. Но постепенно выяснилось, что многие М. и. обладают особенностями, которые не м. б. объяснены этой простой схемой. К числу таких особенностей относятся:: солевой состав многих М. и., часто совсем не соответствующий составу местных горных пород; не объяснимое никакими реакциями в земной коре огромное количество газов, особенно С0₂, которое выносят с собою многие М. и.; география, распределение М. и. преимущественно в областях с нарушенным залеганием осадочных пород и главным образом в районах, где отчетливо выступают новейшие дислокационные явления, сопровождаемые излияниями на поверхность или в верхние части земной коры молодых горных пород огненно-жидкого (магматического) происхождения.

Для объяснения происхождения М. и. австрийский геолог Э. Зюсс в 1902 г. предложил следующую гипотезу: многие воды, в особенности термальные, не имеют с атмосферными осадками ничего общего, а наоборот, связаны с теми большими глубинами земной коры, где залегает магма. Постепенно остывая и кристаллизуясь, магма непрерывно выделяет газы и пары и те легко летучие соли, которые при высокой температуре еще не перешли в твердое состояние. Вся эта газообразная смесь, обладая малым уд. весом, стремится вверх, к земной поверхности, и на своем сложном пути по трещинам отдельностей в породах и глубоким структурным линиям разломов проходит области с различной физико-химич. обстановкой, в которой все время меняются и давление и температура. Медленное, но неуклонное охлаждение последовательно переводит одни составные части солей в жидкое-состояние, другие в твердое, и таким путем возникает горячий водный раствор различных солей и газов, все составные части которого произошли из медленно остывающей магмы. Газовая смесь, сопровождающая этот раствор, стремясь к известному химическому равновесию, отвечающему данному давлению и ί°, меняет свой состав. Однако магма, находясь на глубине и обладая весьма большой вязкостью, не будет отдавать растворенные в ней газы или будет отдавать их с большим трудом. Только при переходе в жидкое состояние отделение из магмы летучих составных частей будет совершаться с большой легкостью. Это становится возможным при понижении давления, под. которым магма находится, и случается только тогда, когда до тех больших глубин, на которых она залегает, достигнут в результате тектонических процессов глубокие расколы и разломы. В таких случаях магма, может или подняться до поверхности и дать-начало образованию вулкана или занять какое-нибудь положение в толще коры и, медленно остывая и превращаясь в твердую· горную породу, веками и тысячелетиями отделять свои легко летучие составные части. Продукты, выделяемые термальными М. и. (газы, соли, самую воду), Зюсс назвал ювенильными, то есть девственными; составные части их при выходе на. дневную поверхность впервые попадают в условия земной атмосферы. Если большинство ученых в настоящее время вполне согласно с гипотезой Зюсса относительно происхождения в М. и. многих газообразных веществ и нек-рых солей металлов, в особенности тяжелых и гцелочнух, то далеко нет единодушия в вопросе о происхождении •той воды, которая, растворяя все эти соли и газы, является основным субстратом каждого М. и. Тут мнения расходятся. Так, Готье, основываясь на своих опытах, предполагает, что магма содержит пары воды или элементы, необходимые для ее образования при подходящих условиях. В доказательство он приводит факт, что каждая горная порода магматического происхождения при нагревании в вакууме до 600—800° выделяет вместе с некоторыми газами и воду. Наоборот, Брюн (Brim), изучивший много действующих вулканов, отрицает при-•сутствие ювенильной воды среди продуктов вулканических извержений и делает вывод о безводности самой магмы. Американцы Дей (Day) и Шеперд (Shepherd) открыли <1913 г.) в газообразных продуктах вулкана Килауеа (о. Гавайи) присутствие воды, к-рую они считают ювенилвной. К этим же выводам приходит и Джаггор, директор вулканологии. обсерватории на о. Гавайе. Двойственность решения вопроса о происхождении воды минеральных источников мы найдем и у американских геологов, большинство которых высказывается в пользу метеорного происхождения главной массы воды в М. и., хотя и не отрицает окончательно некоторой роли воды ювенильной. Экспериментальная петрография и экспериментальная минералогия окончательно пришли к выводу, что образование многих минералов происходит в магме в присутствии воды, которая затем входит в состав нек-рых типичных магматических минералов, в особенности возникающих в последние периоды жизни магмы как огнежидкого расплава. С геологии. точки зрения идея Зюсса в том виде, как он ее изложил, не выдерживает критики. Идущий снизу ток газов и солей, растворенных в ювенильной воде, обязательно встретит в той или иной близости к поверхности водоносный горизонт, возникший за счет проникновения в земные слои атмосферных осадков, и смешается с ними. Даже там, где нет определенных водоносных горизонтов, как в кристаллич. породах, всегда есть метеорная вода, проникающая в эти породы по сети рассекающих их трещин. Следовательно даже близ действующих вулканов не может быть выходов минеральных терм с чисто ювенильными составными частями— везде будут источники смешанные. Итак, можно полагать, что ювенильные М. и., по терминологии Зюсса, в их наиболее чистом виде — большая редкость, а может быть и вовсе не существуют на земной поверхности (за исключением газов, выделяющихся из сольфатар и непосредственно из лавы). Подавляющее же большинство М. и., отличающихся обильным выделением газов, постоянством химического состава и дебита (количество воды в единицу времени) и оригинальным составом солей, относится к числу смешанных: газы в них ювени льные, а вода и соли имеют двоякое происхождение. Иногда при хорошей геологической и гидро-геологической изученности района такого смешанного источника можно даже вычислить, какое количество тех и других элементов, ювенильных и вадозных (воды атмосферного происхождения), принимает участие в составе источника. По расчетам проф. А. Н. Огильви, относящимся к кисловодскому нарзану, в нем на 1 л глубинной воды приходится больше 1 л поверхностной воды. Можно даже показать, что и сама глубинная вода («доломитный нарзан», «источник имени А. Н. Огильви»), богатая сульфатами,—тоже смешанная и образуется из бессульфатных вод глубинного происхождения и сульфатных вод надъюрско-го горизонта.

На обширной территории СССР воды с содержанием ювенильных составных частей в большом количестве известны на е, в Забайкалья и на Камчатке. Представители их имеются в хребтах системы Тянь-Шаня и Ср. Азии и отчасти на Урале, но в последнем районе они обнаруживают скорее уже преобладание поверхностных элементов над ювенильными.

Разнообразие М. и. конечно не исчерпывается ювенильными и смешанными. Существует еще и третий тип М. и., происхождение и жизнь которых целиком связаны с атмосферными осадками и циркуляцией подземных вод поверхностного происхождения. Это, по терминологии Зюсса,—в а д о з-ные М. и, Вода этих М. и., будучи атмосферного происхождения, во время странствования от места своего проникновения по земным слоям до места нового выхода на поверхность приобретает и свой солевой состав и свою темп-ру. Ясно, что состав солей того или другого источника целиком зависит от характера тех солей, которые вода выщелачивает из проходимых ей горных пород, а (° будет обусловлена той глубиной, до которой вода на своем пути опустилась в толщу земной коры. Такие воды, двигаясь по поверхности первого встреченного ими водонепроницаемого слоя, или вместе с ним выходят на поверхность где-нибудь в долине в виде нисходящего источника или же под давлением · своего напора поднимаются по трещинам в виде восходящего ключа; они м. б. получены также искусственным путем в виде артезианской струи. Такие воды свойственны областям с любой геологической структурой и обычны на пространстве Ев-роп. части СССР, где они характеризуются преобладанием то поваренной соли (Старая Русса, Славянск), то гипса (Хилово, вблизи Пскова), то солей железа (Липецк),— таких составных частей, присутствие которых, как и часто встречающегося среди таких вод сероводорода, легко объясняется или геологическим составом окружающей местности или простыми реакциями окисления распространенных в осадочных толщах минералов (пирит). Такие вадозные источники отличаются зависимостью своего режима от сезонных колебаний темп-ры осадков: в засушливое время они имеют малый дебит и высокую минерализацию, а в дождливые периоды их дебит велик, а минерализация мала.

Каждый источник постольку нуждается в охране, поскольку питающие его атмосферные поды в областях своего питания могут подвергнуться загрязнению или заражению населением, животными или устройством промышленных предприятий с вредными отбросами, способными проникать в почву и подмешиваться к воде. На пути своего •следования или в области питания эти воды могут быть умышленно или неумышленно перехвачены, отведены в сторону полностью или частью, и таким образом источник может лишиться всей или части своей воды. Все такого рода возможности устраняются учреждением путем законодательных актов или обязательных постановлений т. н. о кругов охраны, охватывающих всю ту часть поверхности земли, в пределах которой воды должны находиться под защитой -закона.

На месте выхода М. и. должен быть каптирован, то есть заключен в такое искусственное сооружение (каптаж) самого различного типа (колодец, буровая скважина, галлерея, барраж и прочие), к-рое обеспечило •бы его от возможности подмеси посторонних вод и вместе с тем сохраняло бы в наибольшей мере все те его свойства, которые сочтены полезными в лечебных целях.

В целях надзора за сохранением М. и. его основных свойств следует периодически измерять его темп-ру и дебит; необходимо от времени до времени подвергать проверке и степень его минерализации, то есть то количество солей, которое получается при выпаривании единицы объёма воды, а также и устойчивость самого характера минералн-зации. для чего достаточно определять анализом содержание одной-двух наиболее важных составных частей.

Обычно, в особенности в медицинских книгах, М. и. классифицируют в несколько т рупп по их важнейшим составным частям: различают воды соленые, гипсовые, железистые, глауберовые и т. д. Однако в приемах такой классификации далеко нет единства, я так как правильность самого метода изображения типа минерализации в виде ряда определенных солей в наши дни подвергнута сомнению, то здесь примеры таких группировок не приводятся. См. Вода.

Лит.: О г Э., Геология, пер. с Франц., г. 1, 3 изд., Москва, 1924; Герасимов А., О г и л ь в и А., Фогт К. и др., Минеральные воды, «Ест. произв. силы России», т. 4—Полезные ископаемые, 2 изд., Г!.

1922, вып. 40, стр. 1—15; его ж е, Минеральные воды и их связь с геологической структурой, «Труды V Курортного съезда», М., 1926, стр. 253—261; Сто п-. .н е в и ч А. Д., Минеральные воды, II., 1920; Огиль-в и А. Н., Краткий обзор геологических исследований около источника Нарзан в Кисловодске, «Изв. Геол. комитета», СПБ, 1909, т. 28, 3, стр. 597—630; его ж е, К вопросу о генезисе Ессентукских источников. «Труды Геол. ком.», СПБ, 1914, вып. 98; его же, Каптаж Нарзана и его история, там же, 1911, вып. 58; его ж е, К вопросу о происхождении минеральных источников района ских минеральных вод, «Труды Бальнеологии, ин-та на ских минер, водах», Пятигорск, 1925, т. 2; НарстенсЭ. Э., О нарзанах района Кисловодск—Эльбрус, «Зап. Бальнеологии. общества в Пятигорске», 1908—09, т. 10, 4,

стр. 215—261; Бертенсон Л. Б., Лечебные во-.ды, гоязи и морские купанья в России и заграницей,

СПБ," 1901; его ж е, Радиоактивность в лечебных водах и грязях, СПБ, 1914; Мушкетов И. В., •Физич. геология, 3 изд., т. 2, стр. 213—221, М.—Л., 1926 (переработка и дополнения Д. И. Мушкетова); Мушкетов Д. И., Краткий курс общей геологии,

стр.184—186,М.—Л., 1929; Elie de Beaumont,

Notes sur les Emanations voleaniques et mEtallifEres, «Bull, de la SoeietE GEologique de France», Paris, 1847, sErie 2, v. 4, p. 1249—2334; S u e s s E., Uber lieisse Quellfin, Lpz., 1902; Delkeskam.p R., Juvenile u. vadose Kohlensaure, «Zeitschrift f. prakti-sche Geologie», Halle, 1906, B. 14, p. 33—47; Gau-Ш er A., Les eaux minErales et leur rapport avec le volcanisme, «Annales des mines», sErie 10, P., 1906, t. 9, livre 3, p. 316—370; В ru n A., Recherches sur Pexhalaison volcanique, Geneve—P., 1911; Day A. L. et Shepherd E. S., L’eau et les gaz magmati-ques, «CR», 1913, t. 157, 20, p. 958—961; Day A. L. et Shepherd E. S., Conclusions d tirer de 1’ana-lyse des gaz du cratEre du Kilauea, ibid., t. 157, 21, p. 1027—1030, Paris, 1913; Day A. L. et Shepherd E. S., Water and Volcanic Activity. «Bulletin of the Geological Society of America», New York, 1913, v. 24, 4, p. 573—606; J a g g a r T. A., Volcanologic Investigation at ICilauea, «American Journal of Science, New Haven, Connecticut, 1917, 4 series, V. 44, 261, p. 161—220; S os man R. B., General Summary of the Symposium on Hot Spring, «Journal of Geology», Chicago, 1924, v. 32, 6, p. 468— 471 А. Герасимов.