М. С. Львовича, который к подземным водам относит свободную и физически связанную воду в верхней толще земной коры мощностью 5 километров. Тогда подземные воды (табл. 1) составят 4 % общего объема гидросферы.
На самом деле воды в земных недрах гораздо больше. В последнее время при бурении Кольской и других сверхглубоких скважин установлено, что даже так называемая «жидкая» вода обнаруживается на глубине, намного превышающей 5 километров. Если же учесть воду в других состояниях и фазах, которая, как мы уже отмечали, прослеживается до слоя Мохоровичича (раздел между земной корой и мантией), то она должна возрасти более чем на порядок по сравнению с приведенными расчетами.
Количественная оценка водных ресурсов подземной гидросферы — проблема, имеющая несколько подходов и несколько решений. В зависимости от характера принимаемых в расчет исходных данных (объем земной коры и содержание в породах воды) ответы получаются самые разные. Одним из первых полную оценку массы подземной гидросферы попытался дать в начале XX века И. Д. Лукашевич: он принял ее равной объему океанической воды, то есть 1370 миллионов кубических километров, или 1420×109 миллионов тонн. Примерно в три раза меньшую величину по содержанию водорода для 16-километровой толщи литосферы получил- в 20-х годах академик В. И. Вернадский.
В дальнейшем приемы определения количества внутри-земной воды совершенствовались, но сопоставимых цифр так и не получено. До сих пор существуют минимальные и максимальные оценки. Уточнение массы подземной гидросферы остается важнейшей задачей наук о Земле на будущее. С. А. Брусиловский, ориентируясь на минимальные параметры, получил массу подземной гидросферы, равную 600×109 миллионов тонн, что составляет немногим более 40 % от количества воды на поверхности Земли. А вот расчет недавно скончавшегося ленинградского гидрогеолога В. Ф. Дерпгольца. Приняв среднее содержание воды в породах континентальной (средняя мощность около 35 километров) и океанической (4,7 километра) коры за 12,5 %, он получил массу подземной гидросферы, равную 1070×109 миллионов тонн. Наконец, согласно максимальным оценкам, приведенные массы подземной гидросферы занижены по крайней мере в 3–5 раз.
Рис 4. Изменение содержания воды в породах земной коры и верхней мантии.
Каким же результатам верить? Скорее всего, масса внутриземных вод сопоставима с массой поверхностных вод, поскольку около 3500×109 миллионов тонн воды должно было выделиться при дегазации мантии за всю историю Земли. Эта цифра получена в результате определения массы «обезвоженных» пород верхней мантии (рис. 4). Если учесть, что около 1000×109 миллионов тонн воды распалось на кислород и водород или улетучилось в космическое пространство, то эта выкладка косвенно подтверждает расчет В. Ф. Дерпгольца (табл. 2), который представляется самым оптимальным.
В 1963 году Владимир Федорович Дерпгольц на предварительной защите кандидатской диссертации в Геологическом институте АН СССР обосновал оценку количества вод на Земле. Ему задавали много вопросов. Подвижный и сухощавый, этот седой человек бойко отвечал и оперировал собственноручно вычерченными цветными диаграммами, защищая идею ювенильного происхождения глубинной гидросферы Земли. С этой идеей почти никто из присутствовавших не был согласен, но сам докладчик, его эрудиция и манера защищать трудно доказуемое вызывали уважение. Председательствовал руководитель гидрогеолого-геотермического отдела Геологического института АН СССР Ф. А. Макаренко, который когда-то тоже занимался оценкой объема воды в недрах Земли. Новые цифры его убедили, и он в заключение своего выступления сказал: «Сделанная мной 15 лет назад оценка устарела, а Владимир Федорович, как мне представляется, учел современные данные и правильно подсчитал массу подземной гидросферы».
Я в то время как-то не интересовался количеством внутриземных вод. Меня больше занимал генезис «гидрохлоробферы», как называл Дерпгольц глубинную гидросферу Земли. Подкупала доходчивость изложения наиболее сложных вопросов формирования подземных вод. Когда кончилось обсуждение, мы разговорились. Владимир Федорович — человек сложной судьбы, работавший в 30-х годах изыскателем на БАМе, а потом в енисейском секторе Арктики. Он наблюдал и описал многие природные феномены, в том числе и такие, приближаться к которым небезопасно — скажем, взрыв наледи или зыбучий, засасывающий человека снег. Это был пенсионер, много работавший и одержимый идеей ювенильного происхождения «гидрохлоросферы». «Я не служу, а пишу», — говорил он. Вскоре вышел в свет автореферат его диссертации с весьма примечательным эпиграфом: «Никому не дано монополии на истину», а некоторое время спустя увлекательные «популярно-научные», как он их назвал, книги.
Итак, теперь мы знаем, сколько воды в земной коре. Ее почти столько же, сколько и на поверхности Земли. Подземная гидросфера — громадная емкость, соизмеримая по массе воды с Мировым океаном.
Единство и круговорот природных вод. Цифры статической массы гидросферы дают одностороннее представление о водных ресурсах Земли. Гидросфера — единая динамичная система, в которой все разновидности воды взаимодействуют друг с другом и находятся в постоянном круговороте.
Водные массы Земли взаимосвязаны, они пронизывают атмосферу, литосферу, биосферу. Эту мысль впервые высказал великий естествоиспытатель и тонкий знаток всего, что связано с водой, академик В. И. Вернадский. «Любое проявление природной воды, — указывал он, — глетчерный лед, безмерный океан, река, почвенный раствор, гейзер, минеральный источник — составляют единое целое, прямо или косвенно, но глубоко связанное между собой».
Идею единства природных вод, так четко сформулированную В. И. Вернадским, подтверждает существование круговорота воды на Земле и балансовое равновесие между обеими частями гидросферы — наземной и подземной.
Почти аналогичные мысли встречаются у лидера советской гидрогеологии 30-х и 40-х годов академика Ф. П. Саваренского. «Гидрогеология, — писал он в одной из последних своих работ, изданной в 1947 году, уже после его смерти, — не может рассматривать подземную гидросферу отдельно для верхней зоны ее и отдельно для нижней… Мало того, подземную гидросферу нельзя рассматривать отдельно от наземной, так как подземные воды верхних зон земной коры непосредственно связаны с поверхностными водами».
Федор Петрович одним из первых обратил внимание на то, что гидрогеологам необходимо изучать не только подземные воды, но и подземную гидросферу в целом, которая, по выражению его ученика А. М. Овчинникова, представляет «литосферу, пропитанную водой».
Чтобы понять процесс формирования подземных вод, Ф. П. Саваренский рекомендовал изучать процессы взаимодействия водных растворов с горными породами и газами в каждой термодинамической зоне подземной гидросферы. Таких зон, по его представлениям, три: магматическая, в которой Н2О растворена в магме и, вероятно, диссоциирована; пневматолитовая, где находится пароводяная смесь; и, наконец, зона жидкой воды. Изучение формирования воды земных недр Ф. П. Саваренский считал основной задачей созданного им теоретического центра
