Подземная гидросфера

ПОДЗЕМНЫЕ ВОДЫ — КОМПЛЕКСНОЕ ПОЛЕЗНОЕ ИСКОПАЕМОЕ

Месторождения подземных вод. Изучение подземной гидросферы ведется не только ради познания ее тайн или для выяснения роли воды в геологических процессах. Главная цель — хозяйственное использование заключенных в ней ресурсов, в первую очередь подземных вод, роль которых особенно возросла за последние годы в связи с увеличивающейся потребностью в пресной воде, развитием санаторно-курортной сети, извлечением из минеральных вод подземного тепла и целой гаммы необходимых для промышленности химических элементов. На службу человека начинают привлекаться также подземные льды, пароводяная смесь и другие компоненты подземной гидросферы, масштабы освоения которых, однако, еще скромные.

Вряд ли будет преувеличением заявить, что в наше время без использования воды земных недр не обходится ни одна отрасль промышленности и сельского хозяйства, практически ни один населенный пункт, пожалуй, никто и ничто на Земле. Особенно большое значение они имеют в экстремальных климатических условиях — пустынях и зоне мерзлоты, где служат главным источником водоснабжения. Недаром говорят, что «в пустыне вода дороже алмаза» (заметим: там это, как правило, вода подземная). С золотом сравнивают ее жители Севера. Более того, подземные воды принято считать главным, наиболее драгоценным и важнейшим полезным ископаемым. Так о них говорил на I Всесоюзном гидрогеологическом съезде «патриарх» русской геологии академик А. П. Карпинский.

Как и у других полезных ископаемых, скопление подземных вод, пригодное для использования, называют месторождением. Различают таковые пресных и минеральных вод. Однако в отличие от обычных месторождений они специфичны и представляют динамичную систему с меняющимися границами и изменяющимся качеством, а само полезное ископаемое под влиянием природных или искусственных факторов — этим оно отличается от остальных видов минерального сырья — является возобновляемым.

При количественной оценке подземных вод используют такие понятия, как геологические запасы, к которым относится стационарный объем воды в подземном резервуаре, и естественные ресурсы, то есть поступающая в резервуар часть воды, которая непрерывно возобновляется в процессе общего круговорота влаги на Земле. В первом случае размерностью будут объемные единицы, во втором — расход в единицу времени. Количественную оценку месторождений подземных вод дают эксплуатационные ресурсы (часто их по аналогии с другими полезными ископаемыми называют «запасы», хотя они, имея размерность расхода, характеризуют не запасы, а именно ресурсы). Под ними понимается количество подземных вод, получаемое рациональными в технико-экономическом отношении водозаборными сооружениями при заданном режиме эксплуатации и качестве воды в течение всего расчетного срока потребления. Кроме того, могут быть искусственные запасы (объем накопления или восполнения) и ресурсы (расход такого потока).

Эксплуатационные ресурсы (запасы) включают не только естественные, но и искусственные ресурсы — привлекаемые поверхностные и другие воды для восполнения резервуара. Поэтому величина эксплуатационных ресурсов (запасов), будучи, как правило, меньше количества естественных ресурсов, в случае привлечения искусственных ресурсов значительно их превосходит. Впрочем, встречаются месторождения, в первую очередь подземных вод глубоких горизонтов, эксплуатация которых производится главным образом путем сработки геологических запасов: тогда эксплуатационные ресурсы (запасы) намного больше естественных ресурсов.

Существуют различные группировки месторождений подземных вод — в зависимости от водно-коллекторских свойств пород, напора или состава подземных вод, влияния физико-географических факторов и условий эксплуатации. Наиболее простой является типизация, основывающаяся на водно-коллекторских свойствах пород и позволяющая выделить следующие типы месторождений пресных и минеральных вод: пластового, трещинно-жильного и смешанного пластово-трещинного типа. На учете напорных свойств подземных вод с последующей детализацией по условиям накопления естественных ресурсов и эксплуатационным возможностям основана классификация месторождений пресных подземных вод ведущего советского гидрогеолога профессора Н. И. Плотникова (табл. 10), который называет выделенные типы промышленными, иначе говоря, пригодными для промышленной эксплуатации.

Искать месторождения подземных вод не всегда просто. Порой они бывают скрыты на большой глубине или приурочены к зонам тектонических нарушений, которые не проявляют себя на поверхности. Не везде подземные воды можно получить в нужном количестве и удовлетворительного качества. Поэтому еще в глубокой древности высоко ценилось искусство их поисков.

Методы обнаружения месторождений подземных вод разнообразны, но все они основаны на знании закономерностей распространения этого полезного ископаемого в недрах Земли. Чтобы выявить места скопления подземных вод там, где отсутствуют источники, используют литологические, геологоструктурные, орографические, гидролого-гидрогеологические и другие критерии поисков. О глубине залегания подземных вод можно судить по влаголюбивым растениям-фреатофитам. Для обнаружения и оконтуривания месторождений широко используются геофизические поиски, в частности электроразведка, которая сравнительно легко по различному сопротивлению водонасыщенных и безводных пород выявляет скопления подземных вод. В последние годы используются дистанционные методы (космические и другие). Только после такой тщательной подготовки выводят подземные воды колодцами или скважинами.

Короче, поиски месторождений подземных вод — целая наука, которая требует глубоких и разносторонних знаний. Ни интуиция, ни, тем более, озарение или «волшебство», исключая разве что талант, в этом деле не помогут. Между тем как раз для поисков подземных вод более двух тысячелетий применяется «волшебная» палочка[4].

Так называют обычную лозу или ивовый прут в виде рогатки. Человек берет «волшебную» палочку обеими руками и идет… В том месте, где есть неглубоко подземная вода, прут отклоняется от горизонтального положения и даже начинает вращаться. Лозоходцы (рис. 18) всегда были окружены ореолом таинственности. Во всяком случае, о них ходили легенды. Способ знали древние греки и римляне. Его описал Агрикола. Лозоходцы иногда находили воду, а иногда нет.

Рис. 18. Поиски подземных вод биофизическим методом: слева — с применением лозы («волшебной» палочки), справа — при помощи металлической рамки.

Как-то во время поездки в ГДР для чтения лекций в хорошо известной своими геологическими традициями Фрейбергской горной академии я попросил в тамошней библиотеке подобрать литературу о «волшебной» палочке. Популярных изданий тут не было. Только научных книг и только на английском и немецком языках принесли несколько десятков. Поразило и другое: авторы их — геологи, физики, медики.

Авторитеты учения о подземных водах во все времена к использованию «волшебной» палочки относились отрицательно. Проводившиеся проверки, устраиваемые научными учреждениями или компетентными лицами, давали неопределенные результаты. Сходные выводы получены физиками и медиками.

«Выходит, все это мистификация?» — спросит читатель. Не совсем, хотя шарлатанства тут хватало. На самом же деле все обстоит так. Находящиеся на небольшой глубине подземные воды образуют, как это выясняется, биофизические аномалии, которые могут действительно ощущаться людьми с чувствительной нервной системой. Вряд ли случайно, что в последние годы у нас и за рубежом такой поисковый метод (под названием «биофизический» или «биолокационный») пытаются возродить на научной основе. На эту тему состоялись международные и всесоюзные симпозиумы, заслушанные доклады были опубликованы. В научных журналах появились статьи на эту тему.

Современные приверженцы биофизического метода отличаются от пресловутых лозоходцев. Прежде всего отсутствием таинственности и… экипировкой: вместо ивового прута они используют чаще всего металлическую рамку трапецеидальной формы (см. рис. 18). У них, как правило, высшее образование, у некоторых — ученые степени и звания, чаще всего это специалисты по геофизическим методам поисков. Главное — они пытаются понять и объяснить существо метода. Назову их признанного лидера в нашей стране — кандидата геолого-минералогических наук Н. Н. Сочеванова, который наиболее энергично и последовательно «внедряет» биофизический метод поисков. Правда, он и его сторонники делают это несколько односторонне, так как пропагандируют большей частью достижения и не касаются промахов и недостатков.

В Восточной Сибири хорошо известен старший специалист геофизической экспедиции производственного геологического объединения «Бурятгеология» В. К. Мерзликин. При помощи металлической рамки он установил несколько проявлений подземных вод трещинно-жильного типа. Затем на них было проведено подтверждение электроразведкой, после чего участки разбурили. Прогнозы очень хорошо подтвердились. На счету Владимира Константиновича удачная расшифровка структуры рудного поля, трассировка обводненных разломов, обнаружение места утечки из скрытого водовода. Хорошо подтверждаются его предсказания не только глубины водоносных зон, но также ширины и направления потока подземных вод. И все это — с помощью вертящейся рамки.

Приведенный пример не единичен. Вероятно, он и ему подобные позволяют поверить в существование биофизического эффекта. Что же касается его природы и возможностей, то на эти вопросы хочется ответить словами академика АН БССР Г. В. Богомолова: «Пока не ясны причины этого эффекта, но то, что явление может использоваться в поисковых целях — неоспоримый факт, и его надо изучать».

Однако если биофизический метод и получит признание, это еще не решит проблему поисков месторождений подземных вод: он позволяет обнаруживать воду лишь на небольшой глубине. А ведь во многих местах подземные воды приходится выводить с глубины в несколько сот метров. В Сахаре и на Западно-Сибирской низменности глубина распространения пресных подземных вод достигает 800–1000 м. Еще глубже находятся минеральные воды, используемые для извлечения подземного тепла и промышленных компонентов. На территории Якутии пресные подземные воды добываются из-под 300-метровой толщи многолетнемерзлых пород, сквозь которую не всегда «видят» даже геофизические методы.

Подземные воды, представляя собой комплексное полезное ископаемое, по целевому назначению делятся на пресные воды, используемые для хозяйственно-питьевого водоснабжения или орошения земель (это технические, питьевые, оросительные и другие воды), и минеральные воды, которые, в свою очередь, подразделяются на лечебные, термоэнергетические и промышленные.

На подземную гидросферу приходится весьма значительная часть водных ресурсов Земли. Подземные воды, как мы уже отмечали, составляют примерно 1/3 возобновляемых ресурсов пресных вод. Гораздо выше доля минеральных вод: она превышает, по самым скромным подсчетам, 60–75 % гидроминеральных ресурсов, пригодных к освоению.

Использование пресных подземных вод. Значение пресных подземных вод для водоснабжения и орошения наиболее велико в странах, где слабо развита речная сеть или реки сильно загрязнены. Саудовская Аравия полностью, а Тунис, Бельгия и Дания почти полностью обеспечивают свои потребности в воде из подземных резервуаров. В ФРГ еще в 60-х годах питьевое водоснабжение на 82 % и промышленное на 57 % осуществлялось на базе подземных вод.

У нас в стране в первые послевоенные годы доля подземных вод в общем балансе водопотребления была невелика (5 %). Положение в корне изменилось в середине 70-х годов. Более чем в 60 % городов водоснабжение уже целиком ориентировалось на подземные воды. Заметна их роль как источника водоснабжения и орошения в сельском хозяйстве — на эти цели расходуется около 60 % всего водоотбора из подземных резервуаров. По СССР в целом подземные воды сейчас составляют около 20 % используемых водных ресурсов. Эта цифра увеличивается в засушливых районах: для Азербайджана она достигает 60 %, Узбекистана — 50 %, Туркмении и Армении — 40 %.

Официальная цифра добываемых у нас в стране подземных вод (в 1980 г. — 950 кубических метров в секунду, то есть 30 кубических километров в год) сильно занижена, так как отражает только замеряемое их количество. С учетом децентрализованного водоснабжения, потерь при орошении и так далее можно дать более реальную цифру — около 1600–1900 кубических метров в секунду (50–60 кубических километров в год), которая как раз и составляет 20 % суммарного водопотребления.

Очень велика роль подземных вод в водообеспечении жителей пустынь и районов развития многолетнемерзлых пород.

…На память приходит рассказ известного писателя о гидрогеологе, который нашел под знойными песками Сахары громадный бассейн пресных вод. Новелла потрясает — человек, открывший источник жизни, погибает от жажды на краю пустыни!

Как показали недавние исследования, ресурсы пресных вод в недрах Сахары колоссальны. Их вполне хватит, чтобы удовлетворить потребности в воде располагающихся здесь 13 государств. Свирепствовавшая несколько лет засуха ускорила освоение подземных вод. Однако экономически отсталые страны Африки еще не в состоянии рационально использовать их.

В пределах распространения «вечной» мерзлоты на протяжении зимы, которая тут длится 6–8 месяцев, перемерзают практически все, за исключением крупных, водотоки и водоемы. Поэтому подземные воды являются единственным источником круглогодичного водоснабжения. На БАМе, например, они обеспечивают 95 % нужд водопотребителей. Очень благоприятные условия для формирования месторождений пресных подземных вод выявлены в таликах — сквозных талых «окнах» среди мерзлой толщи. Из таких месторождений можно получать более одного кубического метра воды в секунду, то есть снабжать крупных водопотребителей (например, горно-обогатительные комбинаты).

Места выхода на поверхность подземных вод — источники, родники, ключи — почитаются всеми народами. В разные времена струящуюся из них чистую и живительную влагу воспевали поэты. Вспомним хотя бы слова тонкого ценителя природы А. Фета:

Действительно, выходы подземных вод — это не только природные феномены. К ним постоянно тянутся люди, поскольку названия их далеко не случайны: это подлинные истоки жизни, ее родники и ключи. На них сооружались причудливые строения в знак благодарности и поклонения. Насколько далеко заходило поклонение, можно видеть из старой восточной шутки: «Мужчина может только дважды встать на колени: чтобы сорвать цветок и напиться из родника».

Есть источники, которые обеспечивают людей питьевой водой с незапамятных времен. Кто бывал в Крыму, наверное, посещал крепость города Чуфут-Кале. Напротив ее ворот журчит родничок — его водой пользовались еще жители древнегреческих поселений, а потом и другие пароды, населявшие Крым. Столь же «вечные» выходы подземных вод известны в Греции и Италии, Средней Азии, Северной Африке, Палестине, Китае, Вьетнаме. «Когда пьешь воду, помни об источнике» — такая пословица существует у многих народов.

Очень популярны и колодцы. Как-то я прочитал статью молдавского писателя П. Боцу. Оказывается, по давней традиции каждому колодцу в Молдавии дается имя мастера, его соорудившего. И мастер старается искуснее другого оборудовать колодец. Поэтому мастера эти живут в народной памяти, легенды о них передают из уст в уста. Еще больше роль колодцев в пустыне: вокруг них возникают оазисы, от одного до другого ведется отсчет пути, водоотбор каждого тщательно контролируется.

Как источник водоснабжения подземные воды имеют ряд преимуществ перед поверхностными: они лучше защищены от загрязнения, их ресурсы не испытывают существенных сезонных или многолетних колебаний, обычно они могут быть получены рядом с водопотребителем. В наше время, когда поверхностные воды все сильнее загрязняются, эти и другие причины предопределили все возрастающее использование подземных вод.

Весьма эффективен гидролого-гидрогеологический метод картирования естественных ресурсов подземных вод, предложенный профессором Московского университета Б. И. Куделиным. Основным расчетным параметром является модуль подземного стока — количество подземных вод, которое может быть получено с квадратного километра территории. Определить модуль подземного стока сравнительно просто. Достаточно выделить на гидрографах рек подземную составляющую, то есть вычислить подземное питание, которое в первом приближении и характеризует расход подземного потока. Умножив модуль подземного стока на площадь изучаемой территории, получают естественные ресурсы подземных вод. На картах модуля подземного стока участки с высокими значениями этого параметра отвечают крупным скоплениям подземных вод.

Несмотря на некоторую упрощенность метод Куделина быстро приобрел популярность, позволил подсчитать ресурсы пресных подземных вод СССР и поставить их на службу народному хозяйству.

Труднее определить прогнозные эксплуатационные ресурсы (запасы) подземных вод, поскольку для этого необходимо учитывать технико-экономические условия будущего водозабора. Эксплуатационные ресурсы на территории СССР значительно меньше естественных, особенно там, где слаба изученность (табл. 11). Если же они формируются за счет геологических запасов и искусственных ресурсов (Туркмения, Белоруссия, Азербайджан), то соотношение становится обратным. Близкие цифры получаются при хорошей изученности и отсутствии привлекаемых ресурсов или запасов (Молдавия, Узбекистан). В целом по стране освоено примерно 8–10 % прогнозных эксплуатационных ресурсов подземных вод.

Для питьевого водоснабжения пригодна не всякая подземная вода. К качеству ее предъявляют жесткие требования, закрепленные в ГОСТе 2874-82 «Вода питьевая». Прежде всего по бактериологическим показателям вода должна быть безупречна: в литре может содержаться не более трех кишечных палочек. Строго регламентируется содержание токсических веществ, для некоторых из них установлены следующие предельные нормы (миллиграмм на литр): бериллий — 0,0002, молибден — 0,25, нитраты — 45,0, мышьяк — 0,05, свинец — 0,3, селен — 0,001, стронций — 7,0, фтор — от 0,7 до 1,5, и т. д. Особое внимание обращается на органолептические свойства — запах, вкус, цвет, мутность. Вода считается хорошей, если минерализация не превышает 1 грамма на литр. Предельно допустимая жесткость также ограничена. Некоторые из растворенных веществ (сульфаты или хлориды) придают ей специфический вкус, другие (медь) — мутность, третьи (железо) — цвет и так далее. Поэтому наличие этих веществ также ограничивается и должно быть не более (миллиграмм на литр): хлориды — 350, сульфаты — 500, железо — 0,3, марганец — 0,1, медь — 1,0, цинк — 5,0, алюминий — 0,5.

Качество подземной воды обычно гораздо выше, чем поверхностной. В ней собран как раз тот «букет» микрокомпонентов, который необходим организму человека. Наоборот, в воде рек или озер отдельные компоненты отсутствуют или содержатся сверх допустимых концентраций, что требует дополнительных расходов на обработку воды для доведения ее до кондиций ГОСТа.

Требования, предъявляемые к оросительным водам, не столь жесткие. Тут допускается даже применение слабосоленых и сточных вод. В ряде стран (Египет, Индия) из-под земли добывается от 25 до 60 % вод, направляемых на орошение. Широко используются для этих целей подземные воды и у нас в Средней Азии.

О значении мелиорации свидетельствуют такие цифры: орошаемые земли, составляя около 20 % обрабатываемых массивов, дают 2/3 мирового производства зерна, фруктов и других сельскохозяйственных культур. У нас орошается 7 % всех земель. Продовольственной программой СССР на период до 1990 года намечается значительно увеличить орошаемые площади.

Одна из важнейших проблем современной мелиорации — качество оросительных вод. Пока орошение ориентировалось на пресные речные воды, ее не возникало. Но когда во всех странах перешли к использованию в широких масштабах солоноватых и соленых подземных вод, почвы стали засоляться — площадь засоленных земель в 70-х годах достигла 20 % всех орошаемых земель мира. Специалисты по мелиорации пришли к выводу, что полив можно успешно осуществлять даже солеными водами с минерализацией до 10–12 граммов на литр, но в таком случае требуется применение более совершенных методов орошения (вертикальный дренаж, «капельное» орошение и так далее). Проблема качества оросительных вод включает также их состав, режим орошения, климатические и почвенные условия орошаемых территорий.

Использование минеральных вод. Минеральные воды, в отличие от пресных, обладают какими-либо особыми физическими свойствами (например, высокой температурой), а чаще повышенной концентрацией минеральных веществ, растворенных газов или органических соединений. Термин «минеральные воды» достаточно неопределенен. Так обычно называют только те воды, которые имеют лечебные свойства, иначе говоря, считают «минеральные воды» эквивалентом «лечебных вод». Такое сужение понятия неоправданно. В силу присущих минеральным водам особенностей, перечисленных в их определении, правильнее употреблять это понятие в более широком смысле, поскольку минеральные воды используются не только в лечебных целях, но также для получения тепловой энергии и извлечения промышленных компонентов.

Лечебные воды. Когда человек лечится на курортах, он пьет минеральную воду или принимает ванны. Названия здравниц — Виши, Карловы Вары, Баден, Мацеста, Боржоми или Белокуриха — ассоциируются с избавлением от болезней и недугов. В СССР функционирует даже целый курортный район — Кавказские минеральные воды (сокращенно КМВ), в который входят города-курорты Пятигорск, Кисловодск, Ессентуки и Железноводск.

Названия многих минеральных вод отражают их лечебные свойства: «нарзан» — напиток богатырей, «аршан» — святая, или целебная, вода и т. д. Как правило, овеяно легендами и появление на них здравниц. Вот как легенда рассказывает о возникновении старейшего в Европе (действует с XIV века) курорта Карловы Вары (аналогичные истории известны и на других здравницах).

…Карл IV — император Священной Римской империи и король Чехии — охотился с дружиной. Вдруг на поляне показался великолепный олень. Просвистела стрела, и олень прыгнул на скалу, пытаясь спастись. За ним бросились собаки. Олень ударом рогов убил одну из них и исчез за скалой. Карл поскакал за ним и увидел горячий ключ: в него прыгнул раненый олень, выскочил оттуда здоровый и скрылся в кустах. Придворный медик Баер признал воду целебной, и Карл решил построить здесь курорт. Его назвали Карловы Вары, что означает «Термы Карла».

При лечении заболеваний желудочно-кишечного тракта употребляют углекислые воды таких, например, типов, как «ессентуки», «нарзан» или «боржоми», и разновидности соленых вод. Сероводородные (гидросульфидные) воды мацестинского и иных типов помогают при болезнях сердечно-сосудистой системы, нарушениях опорно-двигательного аппарата и нервных расстройствах. Эти же заболевания, а также болезни органов кровообращения и последствия ранений и травм хорошо лечат термальные воды. Наличие в воде радона, железа, брома и других микроэлементов увеличивает лечебный эффект, позволяя избавляться от сопутствующих болезней.

Для интересующихся в таблице 12 даны показатели, по которым подземные воды относятся к лечебным, и приводятся их названия. К сожалению, сюда не вошли типы лечебных вод — их слишком много.

Пригодные для лечения воды встречаются во всех без исключения районах земного шара. Очень богат ими Кавказ, а за рубежом — Центральная Европа. По ресурсам и разнообразию типов минеральных лечебных вод им не уступает, как показали исследования, выполненные под руководством профессоров В. Г. Ткачук и Н. И. Толстихина, южная часть Восточной Сибири.

Там выявлены, кажется, все типы лечебных вод, известные на территории СССР. Углекислые холодные воды распространены в районах недавней вулканической деятельности и используются на курортах Дарасун, Кука, Молоковка. Много в Байкальской рифтовой зоне, представляющей область современного горообразования и сейсмической активности, термальных вод, газирующих азотом и метаном. Если Байкал именуют «жемчужиной» Сибири, то многочисленные горячие источники — это драгоценная оправа, в которую она вставлена. Некоторые из них используются на здравницах Горячинск, Ильинка, Гарга. Интересна гидротермальная область Восточного Саяна — здесь обнаружены не только холодные углекислые воды и азотные термы, но также углекислые термы (Аршан, Шумак, Чойган). На Сибирской платформе повсеместно встречаются хлоридные натриевые рассолы и сульфатные кальциевые воды, обязанные своим появлением выщелачиванию каменной соли и гипса (курорты Ангара, Усолье, Усть-Кут). Встречаются и весьма дефицитные разновидности лечебных вод — аналоги мацестинского и трускавецкого типов.

Такое разнообразие гидроминеральных ресурсов давно привлекало к этому региону исследователей минеральных вод. Томский профессор-бальнеолог М. Г. Курлов на примере сибирских (в особенности юга Восточной Сибири) минеральных вод предложил наглядное изображение химического состава воды в виде «псевдодроби»: «формула Курлова» сейчас применяется во всем мире и заслуженно носит имя автора. Старейшина советских гидрогеологов Н. И. Толстихин одним из первых установил закономерности распространения минеральных лечебных вод юга Восточной Сибири, выделив здесь гидроминеральные провинции и области; выявленные закономерности впоследствии он распространил на всю территорию Советского Союза. Многое для познания гидроминеральных ресурсов этого региона сделала профессор В. Г. Ткачук: монографическое издание «Минеральные воды юга Восточной Сибири» было осуществлено только благодаря ей. Валентина Георгиевна создала гидрогеологическую школу в Восточной Сибири, представители которой изучали минеральные воды на севере Восточной Сибири, в Туве, Прибайкалье, на БАМе.

Сейчас имеются описания минеральных лечебных вод различных районов мира. Впервые такую сводку выпустили в 1968 году к XXIII сессии Международного геологического конгресса. Под редакцией доктора геолого-минералогических наук В. В. Иванова составлены карта минеральных вод территории СССР и подробный кадастр, характеризующий каждое проявление лечебной воды в нашей стране. На минеральных водах у нас функционируют 273 курорта и 170 других здравниц.

Одновременно с использованием минеральных вод курортами и здравницами производится их розлив в бутылки, при этом различают питьевые лечебные (8–12 граммов на литр), лечебно-столовые (2–4 грамма на литр) и столовые (1–2 грамма на литр) воды. Наиболее широко розлив практикуется в Центральной Европе: во Франции, Швейцарии, Италии и ФРГ иа одного жителя расходуется более 10 литров минеральной воды в год. У нас в 1980 году выпущено 2400 миллионов бутылок. К 1985 году эту цифру намечается довести до 5200 миллионов, что позволит увеличить ежегодное потребление минеральной воды каждым жителем с 4,5 литров в 1980 году до 7,5 литров в 1985 году.

Термоэнергетические воды, или гидрогеотермальные ресурсы, включают собственно термальные воды (температура более 35 °C), пароводяную смесь (парогидротермы) и «сухой» пар. Это один из видов нетрадиционной и возобновляемой энергии, при этом возобновление может происходить как естественным, так и искусственным[5] путем.

Такие ресурсы имеют широкое, хотя и локализованное, распространение. Они встречаются в местах, где тепловому потоку свойственны повышенные значения, — в рифтовых зонах, областях современного вулканизма и новейшего горообразования, а также в активизированных складчатых сооружениях и молодых платформах.

Целесообразность освоения гидрогеотермальных ресурсов зависит прежде всего от хозяйственного назначения и экономического эффекта, получаемого по сравнению с другими видами энергии. Термоэнергетическое их назначение самое разнообразное: электроэнергетика, коммунально-бытовые и промышленные нужды, сельское хозяйство.

В СССР, где прогнозные эксплуатационные ресурсы термоэнергетических вод колоссальны, уже начала работать первая геотермальная электростанция (ГеоТЭС) на базе Паужетского месторождения парогидротерм. Ее начальная мощность 5 мегаватт, в перспективе же — до 25 мегаватт. Намечается строительство мощной (200 мегаватт) ГеоТЭС для обеспечения электроэнергией Петропавловска-Камчатского, а также нескольких мелких — мощностью 10–75 мегаватт. Перспективны в этом отношении, помимо Камчатки, Кавказ, Западная Сибирь, Карпаты.

С незапамятных времен горячие воды используются для отопления и хозяйственных нужд. Да и сейчас на эти цели приходится «львиная» доля подземного тепла. Из учтенного количества добываемых в СССР термоэнергетических вод, которое составляло в 1980 году 42 миллиона кубических метров, 23 % расходуется на коммунально-бытовые цели и 19 %—в промышленности, главным образом на Северном Кавказе и в Закавказье. Отопление помещений и горячее водоснабжение в Махачкале, Кизляре, Избербаше, Грозном, Тбилиси, Зугдиди основано на термоэнергетических водах.

Вот характерный пример. Недавно в Кизляре (Дагестан) отказались от строительства новых котельных. Закрываются и старые: почти весь город уже отапливается подземным теплом, с его помощью выращивают овощи и цветы. Термальные воды постепенно заменяют уголь и нефть.

Что же касается Тбилиси, то горячие воды здесь давно применяются в бытовых целях. Вспомним хотя бы знаменитые «серные» бани, побывав в которых, А. С. Пушкин написал: «Отроду не встречал я…ничего роскошнее тифлисских бань». Да и самим названием своим город обязан горячим водам, так как «Тбилиси» переводится на русский язык как «теплое место». Сейчас новый жилой район города Субуртало целиком обогревается подземным теплом.

Весьма заманчивым представляется бытовое и хозяйственное использование подземного тепла в суровых северных районах Советского Союза. Это сулит не только экономические выгоды, но и, что гораздо важнее, улучшение социальных и культурно-бытовых условий населения. А термальными водами районы развития многолетнемерзлых пород, в частности, осваиваемая полоса Байкало-Амурской железнодорожной магистрали, богаты. Есть термальные воды и за Полярным кругом: на Северном Урале, в Якутии, на Чукотке. Профессионально описал такой источник сибирский геолог, ученый и поэт П. Драверт:

Трудно сказать: какой выход термальных вод имел в виду Драверт. Скорее всего «Талый ключ» в истоках Колымы, Сейчас здесь благоустроенный санаторий с большим плавательным бассейном.

По количеству подземного тепла, приходящегося на душу населения и используемого преимущественно для коммунально-бытовых нужд, первое место в мире занимает Исландия. В оранжереях здесь выращивают даже виноград и бананы. Централизованные системы отопления и горячего водоснабжения (их более 30), включающие протяженные (до 21 километра) трубопроводы и распределительные резервуары, обеспечивают теплофикацию 87 % жилого фонда столицы страны Рейкьявика. Широко применяется термальная вода в промышленности, для плавательных бассейнов. Вообще же в Исландии термальной водой пользуются 135 тысяч человек, что составляет 61 % населения. Эту цифру в перспективе намечается увеличить до 80–85 %. Вода с температурой от 48–56 до 87–114 °C выводится скважинами с глубины не более 1000–1200 метров. Исландия в значительной мере избавилась от ввоза нефти и угля.

Достаточно разнообразен спектр использования горячих вод в сельском хозяйстве: отопление парников, обогрев почвы, ранний полив (ускоряющий рост растений), устройство рыборазводных прудов. В СССР таким образом обогревается около 50 гектаров теплиц. А вообще-то подземное тепло стараются использовать комплексно. Например, Мостовский геотермальный комплекс в Краснодарском крае отбираемую из недр горячую воду расходует на тепличном комбинате, обогревает ею поселок и еще использует на другие производственные цели (приготовление кормов, рыборазводные пруды, тепловое орошение полей).

И все же главное назначение подземного тепла — электроэнергетика. В связи с энергетическим кризисом, охватившим многие страны, большая роль начинает отводиться гидрогеотермальным ресурсам. В 1980 году мировая мощность ГеоТЭС составляла немногим более 2000 мегаватт, то есть не достигала даже 1 % от всей вырабатываемой в мире электроэнергии. Однако уже в 1985 году она должна увеличиться в 3 раза, а в обозримом будущем даже в 6–10 раз, причем в основном за счет стран Азии и Америки.

Так как человечество только начинает осваивать гидро-геотермальную энергию, роль ее в мировом энергетическом балансе пока ничтожна. Однако она возрастает быстрее, чем доля традиционных видов энергии: скажем, 15 тысяч мегаватт, которые в США собираются получать на ГеоТЭС через 10 лет, уже составляют 2 % общего производства электроэнергии. А на Филиппинах к 1985 году намечено довести мощность геотермальных электростанций до 18 % от общей выработки энергии.

В Японии разработан правительственный проект «Северное сияние», цель которого — обеспечить за счет гидро-геотермальных ресурсов 1/3 потребности страны в электроэнергии.

Промышленными водами, или «жидкой рудой», обычно принято называть природные воды с концентрацией отдельных компонентов, обеспечивающей экономически выгодную добычу и переработку.

Соленые воды и рассолы, выводимые источниками, очень давно используются для получения поваренной соли. Об этом упоминал еще древнегреческий историк Геродот. На Руси в XIII веке для снабжения солеварен рассолом практиковалось «верчение» скважин и обсадка их деревянными трубами. Добыча поваренной соли из подземных рассолов в больших масштабах производилась также в Сибири, Германии, Китае, на Ближнем Востоке. С XIX века в Италии из парогидротерм добывается борная кислота, а в начале XX века из рассолов и морской воды — бром и иод. Положение изменилось во второй половине нашего столетия, когда резко увеличилось количество извлекаемых компонентов.

Сейчас в мире из промышленных вод получают весь иод, 70% брома, значительную часть лития, борной кислоты и глауберовой соли, а также других элементов. Для добычи поваренной соли, кроме рапы озер, теперь применяются главным образом искусственные рассолы, получаемые в результате выщелачивания пластов каменной соли. Кондиционными считаются такие воды, содержание элементов в которых превышает (в миллиграммах на литр): брома — 200, иода — 10, бора — 100, лития — 10, рубидия — 3, цезия — 0,5, германия — 0,05, калия — 1000, стронция — 300. Иногда извлекают магний, вольфрам, уран, радий. Рентабельность эксплуатации промышленных вод зависит и от других условий, среди которых следует назвать производительность скважин и утилизацию отработанных вод.

Промышленные воды не зря называют «жидкой рудой». Показанный на рис. 10 рассол имеет, наряду с хлоридом кальция, уникальную концентрацию брома, магния, стронция, калия, бора, редких щелочей. Можно сослаться и на металлоносный термальный рассол полуострова Челекен: изливающие его скважины ежегодно выносят десятки тонн цинка, меди и других металлов.

Насколько важны для использования «жидкие руды», можно судить по иодным водам и бромным рассолам, обнаруженным в Сибири. Иодные воды Западно-Сибирской равнины могут обеспечить сырьем завод с производительностью, несколько превышающей современное производство иода в СССР. В Восточной Сибири реальна возможность организации добычи брома, превышающей его потребность в нашей стране.

Промышленные воды — новый вид нетрадиционного и комплексного минерального сырья, промышленное их значение в полной мере пока оценить трудно. Оно быстро возрастает, что подтверждается обширной информацией о проводимых в развитых странах технологических исследованиях способов комплексного извлечения из промышленных вод различных элементов (США, Япония, Англия, ФРГ, Италия, Франция). Со временем переработка «жидких руд», вероятно, примет массовый характер. «Рассолы, — сказал несколько лет назад академик А. В. Сидоренко, — станут такими же источниками полезных ископаемых, как и твердые минеральные концентрации».

В подземных водах обнаружены почти все химические элементы. Во всяком случае, те, которые пытались определить. Многие редкие и рассеянные элементы не всегда образуют природные скопления, поэтому само присутствие их в природном растворе может представлять практический интерес.

А не находятся ли в подземных водах неизвестные химические элементы, клеточки которых в периодической системе Д. И. Менделеева пока пусты? Такой вопрос поставил первооткрыватель шести последних (с номерами от 102 по 107) из числа известных трансурановых элементов академик Г. Н. Флеров. Возможность их обнаружения весьма вероятна в вулканических, рифтовых и активизированных областях, где поступающие из мантии летучие соединения сверхтяжелых элементов сравнительно легко могут обогащать подземные воды,

Начались поиски. Были отобраны пробы воды из гидротерм Камчатки, Забайкалья, Кавказа. Меня Георгий Николаевич попросил доставить сухие остатки рассолов Сибирской платформы. Увы, ничего похожего на искомые химические элементы и продукты их деления…

Однако предположение Флерова, кажется, подтвердилось в рифтовых зонах и областях альпийской активизации, где в двух пунктах из термальных вод получены сухие остатки, которые в отдельных случаях отличались слабыми импульсами, сходными с таковыми при делении ядер трансурановых элементов. На помощь физикам пришли гидрогеологи Института земной коры СО АН СССР и оконтурили зоны глубинных разломов. Перспективные на «сверхэлементы» участки совпали с гелиевыми аномалиями. Пока не ясна природа самих импульсов. Что это — уже известные или новые (скажем, аналог свинца с номером 114) трансурановые элементы? Полученная информация обнадеживает, однако она еще недостаточна для определенных выводов. Совместные работы физиков и гидрогеологов продолжаются.