RSS
 

Статьи в разделе ‘Вода’

Вода как полезное ископаемое

Ведя рассказ о подземных водах, нельзя обойти молчанием и так называемые промышленные воды, то есть такие, в растворе которых содержатся элементы и их соединения (поваренная соль, бром, бор, литий, калий и другие) в концентрациях, представляющих промышленный интерес для их извлечения.

Так, например, промышленными бромными водами являются воды с содержанием брома 250 мг/л, промышленными йодными – с содержанием йода 18 мг/л. В России огромные запасы подземных вод с промышленными содержаниями брома и йода выявлены в Западной и Восточной Сибири, в Поволжье, в Ставропольском крае и других местах.

В Магаданской области с этой точки зрения представляет интерес район г. Анадыря, где гидрогеологом М. Н. Мельниковым установлены воды с содержанием брома до 730 мг/л. В центральной части Магаданской области имеются источники подземных вод с минерализацией до 77 г/л, в составе солей которых присутствуют литий и индий. Такие воды, без сомнений, требуют более тщательного изучения с точки зрения их промышленного освоения.

 

Термальные подземные воды

Говоря об использовании источников горячих минеральных вод, нужно иметь в виду, что эти воды применимы и для теплофикации. То, что минеральные воды часто имеют высокую температуру,- довольно широко распространенное явление. Это объясняется тем, что процессы формирования химического состава подземных вод подчас не отделимы от процессов увеличения температуры. Источниками тепла (так же, как и растворимых солей) являются или сами водоносные горные породы, или очаги расплавленных пород (магма).

Существование горячих (термальных) вод на Камчатке, в Исландии, Новой Зеландии и во многих других вулканических областях объясняется наличием здесь на небольшой глубине неостывшей магмы. Не исключена связь с магмой и некоторых термальных источников Северо-Востока СССР, например, вероятны термальные воды в верховьях Малого Анюя в районе потухшего Анюйского вулкана.

Наиболее важный источник тепла – сами земные недра. Известно, что при углублении в земную кору в среднем на каждые 33 метра температура пород увеличивается на 1°С. Соответственно и подземные воды будут нагреваться. На глубине примерно 3 километров подземные воды имеют температуру около 100°С. Увеличение температуры подземных вод с глубиной закономерно и прослеживается во всех точках земли – в Сахаре, во Франции, в Западной Сибири, в Анадырской тундре и т. д.

Нефтяники, пробурив скважины до глубины 5-7 километров, вскрывают не только залежи нефти и газа. Они прокладывают дороги к подземным морям горячей воды, которую можно использовать для отопления городов, поселков, промышленных и сельскохозяйственных предприятий. В Советском Союзе горячие воды уже применяются для теплофикации Ташкента, Грозного, Тбилиси, Баку. За рубежом горячие воды наиболее активно используют для отопления в Исландии. Вблизи столицы Рейкьявик пробурено около 100 скважин, суммарный дебит воды (с температурой 87°С) которых около 400 литров в секунду. Они отапливают 3 600 зданий. Известно, что Исландия полностью обеспечивает себя овощами за счет развитого тепличного хозяйства, основанного на горячих подземных водах. В теплицах выращиваются также цветы и фрукты.

Воду с температурой 100°С и выше выгодно использовать для электрификации. Подсчитано, что электрическая энергия геотермических станций мощностью от 300 до 20 000 киловатт в 1,5-3 раза дешевле, чем гидростанции, и в 4,5-9 раз дешевле, чем тепловых. Источник воды с температурой 100°С и дебитом 50 л/сек может обеспечить работу геотермической электростанции мощностью 600 киловатт, а источник пара с температурой 150°С при таком же дебите – станции мощностью 18 000 киловатт. На Камчатке уже действует первая в стране геотермическая электростанция.

В Магаданской области имеются запасы термальных вод. Только одних поверхностных выходов горячих вод (с температурой 20- 90°С и минерализацией 0.5-3.5 г/л) известно более 20. К сожалению, используется из них только один Тальский горячий источник, частично – Чаплинский и Таватумский. Это очень малая доля того, что дает нам природа. Ведь только источники Северо-Эвенского района – Таватумский, Наяханский, Березовый, Широкий и Химм,- по подсчетам А. И. Калабина, дают природного тепла свыше 170 миллионов килокалорий в сутки, что равноценно 45 тоннам каменного угля.

Громадные запасы природного тепла сосредоточены в источниках восточной оконечности Чукотского полуострова. Например, Нешканский источник дает 5 литров воды в секунду с температурой 61°С. Большой практический интерес представляют Чаплинские источники. В естественных выходах и при захвате воды с глубин 25-30 метров эти источники (с температурой 90°С и выше) могут обеспечить тепловой энергией крупное тепличное хозяйство и стать основой развития местной плодово-овощной базы.

Наша область богата и термальными водами, залегающими в проницаемых осадочных отложениях возможных нефтегазоносных бассейнов. Известно несколько таких бассейнов – Анадырский, Хатырский, Пенжинский. Раучуанский и другие. Здесь, на глубине около 2 километров, могут быть встречены горячие и перегретые воды, которые будут выгодны для теплофикации таких населенных пунктов, как Анадырь, Майно-Пыльгино, Хатырка, Певек и другие. Скважины для получения горячей воды из отложений, слагающих возможные нефтегазоносные бассейны, можно бурить вблизи потребителей.

Интересный путь использования термальных вод указал член-корреспондент АН СССР П. Ф. Швецов. Он рекомендовал организовать поиски теплых вод в районе потухшего Анюйского вулкана и применять эти воды для оттайки дражных полигонов. Экономическая эффективность предложенного метода очевидна.

 

Минерализация подземных вод и их лечебные свойства

В своем движении по порам и трещинам в породах вода соприкасается с самыми разнообразными минеральными соединениями. Растворяя эти соединения, вода обогащается солями, становится минеральной. Увеличение солей в воде происходит также при подтоке морских вод и при отжатии воды из глин в результате их уплотнения под действием тяжести вышележащих слоев. Минерализация подземных вод может увеличиваться за счет растворения химических веществ, поступающих из магмы.

Пути формирования химического состава подземных вод названными процессами не ограничиваются, они очень разнообразны и сложны и до сих пор еще не выяснены окончательно. В зависимости от интенсивности физико-химических процессов и их длительности формируются подземные воды с минерализацией до 650 граммов солей на один литр воды.

Соли, растворимые в воде, вместе с воднорастворимыми органическими соединениями придают воде лечебные свойства.
По общему количеству растворенных солей подземные лечебные воды различаются так:
воды малой (2-5 г/л) минерализации; используются как столовые питьевые воды;
воды средней минерализации (5-15 г/л), их пьют как лечебные;
воды высокой (15-35 г/л) минерализации; «купальные» с раздражающими кожу свойствами;
воды рассольные, с минерализацией 35-100 г/л, в бальнеологическом отношении – «купальные».

В недрах Магаданской области выявлены подземные воды самой различной минерализации. Среди населения наиболее известны источники горячих вод. Большей частью эти воды мало минерализованы и их бальнеологическая активность обусловлена отдельными растворенными компонентами.

Например, терапевтические свойства тальской воды зависят главным образом от наличия в воде соединений кремнезема, содержание которых достигает 150 мг/л. Специфические лечебные свойства придают этой воде также растворенные тяжелые и редкие металлы – литий, стронций, железо, германий, галлий, теллур и т. д.

Известны в Магаданской области и Мотыклейские минеральные источники. Мотыклейская вода представляет большую бальнеологическую ценность благодаря растворенному в ной хлористому кальцию.

Несколько горячих источников дают воду с высокой минерализацией. На Охотском побережье имеется только один такой источник – Таватумский – с минерализацией 15,2 г/л. На Чукотском полуострове три источника с минерализацией от 15 до 35 г/л (Кивакский, Чаплинский, Нешканский).

Менее известны широкому кругу населения проявления холодных минеральных вод. Уникальный источник подземной воды, в составе которого обнаружены серебро и следы золота, а также большое количество кремнезема, выявлен на побережье Берингова моря, в 70 километрах восточнее поселка Майно-Пыльгино. Здесь же найдены подземные источники с сероводородом до 40 мг/л, в то время как по международным нормам к сероводородным относятся воды, содержащие более 10 мг/л сероводорода.

При бурении скважин в районе г. Анадырь были вскрыты подмерзлотные горизонты с рассольными водами. Происхождение таких вод имеет большой научный интерес. Как правило, они залегают на глубинах более 1000 метров и там, где среди слоев пород есть пласты каменной соля. А здесь рассолы находятся на глубине до 150 метров в несоленосных породах. Мало того, во многих пунктах морского побережья Чукотки установлены рассолы в магматических образованиях и тоже на глубинах 100-150 метров. Сейчас установлено, что формирование таких вод произошло в результате вымерзания морской воды, просочившейся в породы в древние (около 50 тысяч лет назад) времена, когда прибрежные районы погружались ниже уровня моря.

Известно, что чем более минерализована вода, тем ниже температура ее замерзания. При выделении льда соли остаются в жидком растворе. Этот раствор начнет замерзать, если понизить температуру. Поэтому каждой отрицательной температуре соответствует определенное содержание солей в воде. Например, если постепенно понизить температуру морской воды до -6°С, то остаточная жидкость будет содержать примерно 100 граммов солей в литре. Сейчас же такие воды имеют температуру, близкую к 0″С, то есть со времени их образования климат стал значительно теплее.

Но при вымерзании воды происходило не только увеличение их минерализации, по и менялся их химический состав, и они приобрели лечебные свойства за счет накопления биологически активных компонентов – хлористого кальция, йода, брома и т. д.

Общие запасы лечебных вод в Магаданской области велики. Только известные горячие источники дают в секунду около 200 литров целебной воды. При полном их использовании эту цифру ложно увеличить во много раз. Уже в настоящее время возможна эксплуатация источников, расположенных неподалеку от населенных пунктов, таких, как Северо-Эвенские, Мотыклейские, Кукунские, Чаплинские.

 

Загрязнение подземных вод

При выборе места заложения колодца или галереи принимается во внимание и санитарное состояние окружающих участков. Нужно всегда помнить, что подземные воды могут загрязняться. Наименее защищены от поверхностного загрязнения надмерзлотные воды. Причина – неглубокое залегание подземных вод, высокая водопроницаемость пород, непосредственная связь водоносного горизонта с поверхностными водами.

Источником загрязнения могут быть мусорные свалки на территории или вблизи населенных пунктов, сточные воды промышленных предприятий, золотоизвлекающих установок.
Вблизи морских побережий воды могут стать непригодными для питья из-за подтока морских вод.

Найти скопления подземных вод, установить возможные причины загрязнения, определить состав и производительность водоносного горизонта, дать рекомендации по методу кэширования подземных вод – задача гидрогеологов.
Много сил и знаний вложили в благородное и малозаметное дело – поиски и разведку подземных вод в условиях вечной мерзлоты – гидрогеологи Северо-Востока, первыми среди которых были Н. В. Губкин, П. А. Сонин, А. Г. Гущни, С. А. Нестеров, П. Г. Суриков. Методы каптажа подземных вод для наших, северных, условий и пути увеличения их запасов успешно разрабатывались магаданскими учеными – В. Г. Гольдтманом, А. И. Калабиным и некоторыми другими.

В кратком изложении невозможно полностью охватить все природные и искусственные процессы, нормальное течение которых немыслимо без участия подземных вод. Именно поэтому известный геолог, бывший президент АН СССР академик Л. Н. Карпинский подчеркивал, что «вода – самое ценное полезное ископаемое». Наша область богата этим полезным ископаемым. У нас есть подземные воды самых различных типов. Но, как и каждое полезное ископаемое, вода требует к себе бережного отношения и полного комплексного изучения. Ведь до сих пор часто можно видеть, как пресная вода, поиски которой потребовали огромных усилий, расходуется без всякой экономии, а иногда просто льется из незакрытых кранов и неисправных водопроводов. Очень большой вред приносит сброс загрязненных вод промывочными установками.

Выше мы говорили, что поверхностные воды, проникая в земные недра, пополняют запасы подземных вод. Но в результате оседания ила из воды, сбрасываемой приисками, поры в породах на дне ручьев и речек забиваются и тем самым ухудшаются условия питания подземных вод. Их становится меньше. Уже есть факты, говорящие о том, что часть поселков в бассейне реки Колымы стала получать гораздо меньше подземных вод, чем это было 10-15 лет назад. Поэтому настало время принимать решительные меры по охране подземных вод. Успех этого благородного дела зависят во многом от нас самих.

 

Подземные воды на Крайнем Севере

Из всех видов природных вод для хозяйственных нужд наибольшую ценность представляют подземные воды. Они в меньшей степени подвергаются загрязнению, имеют постоянную температуру, стабильный химический состав. Было время, когда считалось, что в наших местах – в краю вечной мерзлоты – нет подземных вод. Существовало мнение, что сплошной покров вечномерзлых пород надежно изолирует земные недра, поверхностные воды не проникают в глубь Земли, поэтому породы ниже мерзлой толщи или сухие, или содержат мало воды. В связи с этим водоснабжение первых промышленных предприятий и жилых поселков на Крайнем Северо-Востоке осуществлялось исключительно за счет поверхностных вод. Но в условиях длительной зимы большая часть речек и озер перемерзает до дна, и предприятия оказывались без воды. Единственно возможным выходом из этого положения казалось тогда лишь строительство больших водоемов.

Однако в последние 30-40 лет трудами многих геологов было доказано существование подземных вод и под толщей мерзлых пород. Стали говорить о надмерзлотных и подмерзлотных водах, причем эти воды тесно взаимосвязаны через разрывы в мерзлоте, так называемые сквозные талики. Как показали специальные расчеты, выполненные гидрогеологами СВТГУ, общие запасы пресных вод земных вод почти в 50 раз превышают современное водопотребление.

В то же время хозяйственное использование этих вод затруднено тем, что запасы их распространены по территории Магаданской области очень неравномерно. Дело в том, что водоносными могут быть талые породы, содержащие пустоты (трещины и поры). Такими породами, или, как их еще называют, коллекторами, являются рыхлые пески, галечники, слабоуплотненные песчаники. Возраст их, как правило, не превышает 10-20 миллионов лет. Водообильны также и застывшие продукты вулканических извержений возрастом до 10 миллионов лет, содержащие пористые лавы и рыхлые туфы.

Но большую часть площади нашей области занимают монолитные уплотненные породы, вода в которых содержится только в трещинах выветривания или в зонах разломов. Если еще учесть, что трещины выветривания чаще всего проморожены, то станет ясным, насколько трудно найти на глубине 100-200 и более метров скопления пресных вод в нужных количествах. Для этого приходится применять комплексы различных методов, включая не только бурение скважин, но и электроразведочные методы и детальное изучение геологического строения района и т. д.

Но не везде можно использовать подмерзлотные воды. В отдельных местах эти воды или залегают на очень большой глубине и поиски их связаны с большими затратами, или имеют малые запасы, или высоко минерализованы. В таких случаях для водоснабжения используют надмерзлотные источники, насыщающие трещиноватые и рыхлые породы, оттаивающие в летний период. Глубина оттаивания часто не превышает 1-2 метров, поэтому на большей части нашей территории надмерзлотные водоносные горизонты зимой перемерзают. Вода в жидком состоянии сохраняется только в талых породах, мощность которых 3-4 и более метра. Такие водоносные талики могут быть встречены в долинах рек и ручьев, под днищами озер, в конусах выноса и т. д.

Для наилучшего захвата надмерзлотных вод применяют шахтные и буровые колодцы, водосборные галереи, системы колодцев и галерей. Выбор типа водозахватывающих сооружений (каптажа) зависит от формы и размеров водоносного талика, глубины сезонного промерзания, водопроницаемости пород, запасов надмерзлотных вод и требуемого количества воды.

 

Ценность воды

Наверное, каждый слышал беззаботную песенку о том, что «три четверти планеты – моря и океаны, а остальное – острова». В песне, правда, не говорится, что и суша также пронизывается водой. Различными путями попав в толщу земной коры, вода, подчиняясь физическим законам, по порам и трещинам в породах медленно течет от областей с большими напорами туда, где это давление поменьше.

В этом вечном движении, совершающемся в толще земной коры до глубины, как полагал академик В. И. Вернадский, около 20 километров, участвует 3,5 X 1020 см3 воды. Это значит, что если собрать всю подземную воду, то мы получим озеро длиною 1 000 километров, шириною 350 километров и глубиною в 1 километр.

Велико значение воды в жизни всей планеты в целом и в жизни человека в особенности! Где вода, там и жизнь. История дает нам множество примеров гибели целых городов и даже цивилизаций после исчезновения источников животворной воды. «Жизнь,- говорит Р. Дюбуа,- есть одухотворенная вода!» И в самом дело вода нам нужна не только для питья и различных хозяйственных нужд, но и для изготовления самой разнообразной продукции.

Потребление воды с развитием науки и техники все больше возрастает. Если сейчас в нашей стране средняя норма водопотребления достигает 200 литров в сутки на человека, то через несколько лет эта цифра возрастет в несколько раз. В еще большем количестве будет нужна вода нам, жителям Севера, потому что нельзя построить прекрасные, теплые, зеленые города и поселки, не увеличив расход воды.