Значительную роль в глобальном круговороте воды играет подземная составляющая. Здесь можно выделить подземный сток атмосферных осадков и преобразования воды во время таких геологических процессов, как седиментация, перекристаллизация пород и т.д. Следует также упомянуть об образовании воды из мантийных газов. Таким образом, подземные воды, характеризуясь особыми условиями миграции и разнообразными условиями формирования химического состава, являются составной частью единой гидросферы Земли.
В связи с глобальным загрязнением поверхностных вод централизованное водоснабжение все в большей степени ориентируется на подземные воды. Так, в России более 60 % городов использует для водоснабжения подземные резервуары. В других странах доля подземного водоснабжения еще выше. Однако в условиях растущей техногенной нагрузки на окружающую среду подземные воды также подвергаются загрязнению и истощению. В связи с этим при решении проблем охраны и рационального использования окружающей среды подземные воды, которые являются одной из наиболее используемых, уязвимых и динамичных составляющих геологической среды, занимают особое место.
В зависимости от условий, в которых залегают подземные воды, они могут быть в твердом, жидком и газообразном состоянии. Они являются частью гидросферы планеты (2 % от объема) и участвуют в общем круговороте воды в природе. Запасы подземных вод еще до конца не разведаны. Сейчас в официальных данных фигурирует цифра в 60 млн км3, но гидрогеологи уверены в том, что в недрах Земли находятся колоссальные неразведанные месторождения подземных вод и общее количество воды в них может исчисляться сотнями миллионами кубометров. Подземные воды в земной коре распределены в двух этажах. Нижний этаж, сложенный плотными магматическими и метаморфическими породами, содержит ограниченное количество воды. Основная масса воды находится в верхнем слое осадочных пород. По характеру обмена с поверхностными водами, в нем выделяют три зоны: зону свободного водного обмена (верхнюю), зону замедленного водного обмена (среднюю) и зону замедленного водного обмена (нижнюю). Воды верхней зоны обычно пресные и служат для питьевого, хозяйственного и технического водоснабжения. В средней зоне располагаются минеральные воды различного состава. В нижней зоне находятся высокоминерализованные рассолы. Из них добывают бром, йод и другие вещества. Подземные воды формируются главным образом в результате просачивания атмосферных осадков (инфильтрационные воды), а также путем конденсации водяного пара, проникающего с воздухом в трещиноватые и пористые горные породы.
1. Классификация подземных вод по их происхождению
В зависимости от происхождения подземных вод выделяются разные теории:
Инфильтрационная теория. Суть этой теории заключается в том, что подземная вода формируется путём проникновения (инфильтрации) вглубь земли дождевых и талых вод. Просочившаяся вода доходит до водоупорного слоя и накапливается, насыщая пористые и пористо-трещиноватые породы. Таким образом, образуются водоносные слои или горизонты подземных вод. Наглядно этот способ происхождения подземных вод можно пронаблюдать при помощи колодцев, уровень воды в которых в дождливую погоду становится ощутимо выше и меняется по химическому составу. Стоит отметить, что количество просачивающейся воды зависит от количества осадков, рельефа местности и наличия растительного покрова. Происхождение подземных вод способом инфильтрации является одним из основных источников пополнения запасов подземных вод.
Конденсационная теория. Происхождение подземных вод по конденсационной теории объясняет наличие подземных вод в районах Земли, где атмосферных осадков выпадает очень мало. Люди давным-давно заметили, что в пустынях повсеместно на определенной глубине встречается слой влажного грунта или скопления подземной воды. Конденсационная теория происхождения подземных вод была создана русским исследователем агрономом А.Ф. Лебедевым, который выполнил блестящие эксперименты, связанные с вопросом о влажности пород и перемещения влаги в различных состояниях. Водяной пар может перемещаться в пространстве от места к месту вследствие различной упругости (от мест с большей упругостью к местам с меньшей упругостью). Попадая в области низких температур, свойственных почве и горным породам, водяной пар начинает конденсироваться и переходить в жидкое состояние. Так может накопиться некоторое количество воды в породах, что имеет большое значение для засушливых и пустынных районов.
Седиментогенная теория. Происхождение данного вида подземных вод связано с накоплением осадочных пород на дне морей и океанов, захоронивших морскую воду, которой были пропитаны илистые донные отложения. Со временем эти воды под влиянием высоких температур и давления претерпевают значительные изменения. Благоприятные условия для формирования седиментогенных подземных вод создаются на большой глубине при захоронении их мощными водонепроницаемыми или слабопроницаемыми слоями.
Ювенильная теория. Многие источники подземных вод в областях современной или недавней вулканической деятельности молодых гор обладают повышенной температурой и содержат в растворенном состоянии необычные для поверхностных условий соединения и газовые компоненты.
Для объяснения происхождения таких вод австрийским геологом Э. Зюссом в 1902 году была выдвинута так называемая ювенильная теория. По его представлениям, они могли образоваться из газообразных продуктов, выделяющихся в изобилии из магмы при ее остывании. Попадая в области с более низкими температурами, водяные пары 30 начинают конденсироваться и переходить в капельножидкое состояние, образуя особый генетический тип подземных вод. Однако пары воды, выделившиеся из магмы на глубине, так же, как и другие газообразные компоненты, проникая вверх по разломам в земной коре, могут встречаться и смешиваться с обычными подземными водами инфильтрационного происхождения.
2. Водоносные слои земли
В толще земли имеется несколько водоносных слоев (рис. 1). Вода скапливается в земле благодаря наличию водоупорных пластов.
Данные пласты образованы, в большей степени, глиной. Глина практически не пропускает воду, защищая тем самым водоносные горизонты от загрязнения. Реже в водоупорном пласте можно встретить камни. Интересен тот факт, что между глиняными пластами практически всегда находятся слои, образованные песком. Известно, что песок удерживает влагу (воду), в результате чего вода скапливается и тем самым образует водоносные недра земли. Необходимо знать, что водоносные слои могут быть защищены водоупорными пластами с обеих сторон или только с одной.
Рис. 1. Водоносные слои земли
3. Классификация подземных вод по условиям залегания
По условиям залегания и гидравлическим признакам подземные воды верхней зоны земной коры подразделяются на: безнапорные и напорные, или артезианские. Безнапорные воды подразделяются на три типа: верховодка, грунтовые воды и межпластовые воды.
Верховодка образуется на линзе водоупорных пород, распространена локально, залегает неглубоко, существует временно, малообильна. Образование верховодки обусловлено процессами инфильтрации атмосферных осадков, поверхностных вод и конденсацией водяных паров. Все эти процессы в различных климатических зонах происходят с разной интенсивностью и иногда создают довольно мощные скопления доброкачественной воды. Обычно же верховодка образуется в виде временного сравнительно маломощного водоносного горизонта, исчезающего в засушливые периоды и вновь образующегося в периоды интенсивного увлажнения.
Грунтовые воды – воды первого от поверхности постоянного водоносного горизонта, находятся на первом водоупорном слое. Поверхность грунтовых вод называется зеркалом грунтовых вод. Это безнапорные воды, которые имеют свободную поверхность с давлением на ней, равным атмосферному, и передвигаются под действием силы тяжести в направлении уклона их зеркала. Питание грунтовых вод осуществляется преимущественно за счет инфильтрации атмосферных осадков и конденсации влаги в зоне аэрации, область питания совпадает с областью распространения. Разгрузка вод происходит у основания склонов или в поверхностные водоемы и водотоки, с которыми грунтовые воды имеют гидравлическую связь. Вследствие непосредственного воздействия поверхностных факторов уровень, дебит, температура и другие параметры грунтовых вод подвержены сильным колебаниям во времени. Неглубокое залегание и интенсивный подземный сток вызывают формирование преимущественно пресных грунтовых вод, но при недостаточном увлажнении территории они становятся минерализованными и солеными.
Межпластовые воды – это воды, заключенные между двумя водоупорными пластами, из которых нижний называется водоупорным ложем, а верхний - водоупорной кровлей. Они залегают глубже и поэтому чище, чем грунтовые. Области распространения и питания их не совпадают, в связи, с чем режим вод меньше зависит от метеоусловий и у них более постоянный уровень. Атмосферное питание эти воды получают лишь в местах выхода водоносного пласта на поверхность. Как и грунтовые воды, межпластовые могут иметь разный химический состав и степень минерализации, которая увеличивается с глубиной. Они могут быть безнапорными и напорными.
Обычно безнапорные межпластовые воды развиты в условиях расчленённого рельефа и залегают выше местной гидрографической сети (например, на территории Канско-Ачинского буроугольного, Черемховского и некоторых других бассейнов). Они не заполняют полость водоносного слоя и выходят в виде источников в береговых склонах оврагов рек.
Напорные межпластовые (или артезианские) воды залегают в вогнутых тектонических структурах, насыщают весь водоносный слой и обладают гидростатическим напором. Вскрытые скважинами, они могут изливаться на поверхность или даже фонтанировать.
Грунтовый поток – безнапорный водоносный горизонт, движение воды в котором происходит под влиянием силы тяжести в направлении уклона поверхности (зеркала) грунтовых вод. Площадь распространения потока грунтовых вод называется бассейном стока этих вод.
Грунтовый бассейн – понижение в водоупорном ложе, выполненное водопроницаемыми породами, насыщенными водой, имеющей горизонтальную поверхность.
При переполнении водой этих понижений образуется сочетания грунтового потока с бассейнами. Не следует, однако, представлять границу между грунтовым бассейном и грунтовым потоком как плоскость раздела неподвижных и подвижных грунтовых вод. Движение грунтового потока захватывает область грунтового бассейна с постоянным уменьшением скорости по глубине.
Грунтовые воды находятся в непрерывном движении, перемещаясь под влиянием силы тяжести от участков с более высоким положением уровня грунтовых вод к участкам с менее высоким его положением. Скорости движения подземных вод при часто наблюдающихся уклонах их поверхности составляют 0,001–0,007 (м/сут.): в крупнозернистых песках 1,5–2,0; в мелкозернистых песках и супесях 0,5–1,0.
Грунтовые водоносные горизонты могут пересекаться отрицательными формами рельефа: оврагами, речными долинами, балками, озерными котловинами. При таком пересечении происходит разгрузка, – выход грунтовых вод на поверхность в виде нисходящих источников. При движении грунтового потока к месту разгрузки уровень его постепенно понижается, образуется криволинейная поверхность, называемая депрессионной.
Движение грунтовых вод определяется не положением уровня водоупора, а положением депрессионной кривой, направленной всегда в сторону дренирования водоносного горизонта. Нередки случаи, когда движение грунтового потока направлено в сторону, противоположную понижению водоупорного ложа. Таким образом, водонепроницаемые слои являются необходимым условием для образования водоносного горизонта, но не определяют направления движения в нем.
Форма поверхности и глубина залегания грунтовых вод. Поверхность грунтовых вод большей частью неровная, волнистая. Нередко она повторяет в сглаженном виде рельеф земной поверхности, но на отдельных участках по разным причинам (дренирование грунтового потока речной долиной, резкое увеличение мощности водоносного пласта, изменение фильтрационных свойств водовмещающих пород и др.) такое соотношение поверхности земли и поверхности грунтовых вод может нарушаться.
Форма поверхности и глубина залегания грунтовых вод. Поверхность грунтовых вод большей частью неровная, волнистая. Нередко она повторяет в сглаженном виде рельеф земной поверхности, но на отдельных участках по разным причинам (дренирование грунтового потока речной долиной, резкое увеличение мощности водоносного пласта, изменение фильтрационных свойств водовмещающих пород и др.) такое соотношение поверхности земли и поверхности грунтовых вод может нарушаться.
Основные типы грунтовых вод и их характеристика. По условиям залегания выделяются следующие типы поровых грунтовых вод: речных долин; ледниковых отложений; степей, полупустынь и пустынь; горных областей, межгорных впадин и предгорных наклонных равнин; песчаных морских побережий.
Грунтовые воды речных долин. Грунтовые воды, залегающие в аллювиальных отложениях речных долин, имеют большое гидрогеологическое значение, так как участвуют в формировании речного стока, а также широко используются для водоснабжения населенных пунктов.
Речные долины обычно сложены песчано-глинистыми аллювиальными осадками, которые образуются в результате повторных отложений рыхлых продуктов разрушения первичных пород речными потоками. При условии нормального цикла развития реки отдельные участки ее течения имеют различный режим стока, вследствие чего и по-разному происходит отложение осадков. При этом в равнинных условиях строение аллювиальных долин существенно отличается от строения долин в горных районах.
Равнинные речные долины характеризуются, как правило, двухслойным строением аллювиальных отложений. В нижней части, составляющей большую часть разреза, залегает аллювий русловой фации, мощность которого обычно не превышает 20 м. Он представлен песками с гравием и галькой и содержит в большинстве случаев в подошвенной части толщи прослой, обогащенный гравийно-галечниковым материалом, – базальный горизонт. Часто по долинам рек наблюдаются сильно углубленные участки коренного ложа, представляющие собой древние русла, часто заполненные более грубообломочным материалом, – крупнозернистыми песками, гравием и даже галькой. Древние сильно углубленные долины рек имеют глубину до 250 м ниже современного базиса эрозии.
Характерной особенностью, определяющей гидрогеологические условия речных долин, являются их полосовые очертания в плане. Границами этих полос служат линии присоединения аллювиальных отложений к коренным породам в бортах долин. Ширина полос распространения аллювиальных отложений весьма различна. Долины могут быть и очень широкими (до 2 км и более), и очень узкими, когда ширина их измеряется сотнями и даже десятками метров.
Аллювиальные отложения, слагающие древние и современные долины рек, содержат обычно обильные грунтовые воды. В русловой части долины и в тальвегах сухих долин грунтовые воды образуют характерные потоки под руслом. На террасовых образованиях и на склонах долин грунтовые воды не так обильны.
Особенно мощные грунтовые потоки под руслом приурочены к древним долинам крупных рек. Расходы таких подземных потоков часто достигают десятков тысяч кубических метров воды в сутки.
В долинах крупных рек с мощной толщей аллювиальных отложений часто образуются два аллювиальных потока: верхний безнапорный и нижний напорный. Нижний поток под руслом имеет некоторый гидростатический напор вследствие того, что литологический характер современных отложений, перекрывающих древнеаллювиальную толщу, создает значительно менее водопроницаемую кровлю. Нередко этот поток вовлекает в свою сферу и подземные воды, залегающие в разрушенной трещиноватой части коренных отложений. В этом случае создается еще более мощный и водообильный единый поток под руслом.
Грунтовые воды в аллювиальных отложениях залегают на различных глубинах. В поймах рек уровень грунтовых вод обычно располагается близко от поверхности земли, местами даже выходят на поверхность пойменных террас, образуя родники (рис. 2), небольшие озера и болота, а в пределах надпойменных террас, их глубина залегания увеличивается приблизительно до 20 м.
Характер и объем питания грунтовых вод аллювиальных отложений различны не только в разных климатических зонах, но и изменяются от сезона к сезону.
Рис. 2. Родник, питающийся грунтовыми водами
В областях избыточного и переменного увлажнения источниками их питания могут быть атмосферные осадки (твердые и жидкие), подземные воды водоносных горизонтов водораздельных пространств, артезианские, а также воды рек во время их разливов.
Грунтовые воды степей, полупустынь и пустынь. Степные и пустынные районы расположены за пределами распространения ледниковых отложений. Они расположены в; южной части Украины, Прикаспийской низменности, в горах Кавказа, в южной части Казахстана и в Средней Азии, а также где находятся пустыни Кара–Кум и Кызылкум. Степи и особенно полупустыни и пустыни характеризуются малым количеством атмосферных осадков (в среднем около 150–250 мм в год) при высокой испаряемости (до 2500 мм в год и более). Речная сеть развита очень слабо. Реки, протекающие по пустыням, относятся к «транзитным» поскольку они не получают питания по пути движения. Реки Амударья, Сырдарья и др. после выхода из гор расходуют свои воды на питание грунтовых вод и испарение.
Значительные площади указанных областей заняты сухими песками лёссовидными и глинистыми породами, слабо воспринимающими атмосферные осадки. Выпадающие на поверхность степей, полупустынь и пустынь в теплое время года атмосферные осадки расходуются в основном на испарении и в незначительном количестве на инфильтрацию; в отдельных районах может иметь место конденсация водяных паров из воздуха. Таким образом, условия для накопления грунтовых вод в степях и, особенно в полупустынях и пустынях весьма неблагоприятны.
Грунтовые воды сухих степей и полупустынь. Прикаспийская низменность и другие районы залегают на различных глубинах от поверхности земли. Они в большей части имеют высокую минерализацию и непригодны для водоснабжения. Здесь пресные воды распространены на небольших пониженных участках, где атмосферные воды просачиваются на глубину в больших количествах, чем на возвышенных пространствах и на разделяющих склонах.
Грунтовые воды пустынь большей частью сильно минерализованы. Этому способствуют климатические условия и равнинный характер рельефа, вследствие которого замедляется движение грунтовых вод. Однако на поверхности минерализованных грунтовых вод во многих районах «плавают» линзы пресных вод, занимающие нередко значительную площадь. Пресные воды образуются преимущественно за счет атмосферных осадков и конденсации водяных паров. Обладая меньшей плотностью, пресные воды находятся на поверхности соленых, и благодаря малой скорости диффузии не смешиваются с ними.
Грунтовые воды горных областей, и предгорных наклонных равнин. В горных областях грунтовые воды распространены в породах коры выветривания, а также встречены в трещинах и более крупных тектонических нарушениях пород.
Горным хребтам свойственны интенсивная расчлененность рельефа и вертикальная зональность климата: увеличение осадков и понижения температуры воздуха с повышением местности над уровнем моря. Питаемые атмосферными осадками грунтовые воды выклиниваются на склонах речных долин и ущелий, образую источники. Благодаря интенсивной циркуляции воды пресные. Исключение представляют источники, выходящие из соленосных отложений. Часть грунтовых вод перетекает в отложения предгорных шлейфов, питая артезианские водоносные горизонты. Горные хребты с окаймляющими их предгорными шлейфами являются областями питания подземных вод равнинных территорий.
Грунтовые воды в. межгорных впадинах заключены в мощных отложениях конусов выноса и предгорных равнин и в аллювии террас и дельт. Главные реки, прорезающие впадины дренируют их, являясь приемником подземных вод, поэтому расходы рек возрастают по течению.
В конусах выноса по мере движения от их вершин к периферии валунно-галечниковые отложения, сменяются песчано-гравелистыми, а затем суглинисто-глинистыми. Последние, являясь как бы подземной плотиной, создают подпор грунтовых вод. Воды, залегающие в галечниках или песках под суглинисто-глинистыми, отложениями, приобретают напорные свойства. Образуются единые водоносные комплексы грунтовых и напорных вод.
Грунтовые воды морских побережий и дюн. Грунтовые воды морских побережий разнообразны по глубине залегания и химическому составу. Это зависит, прежде всего, от климатических условий, рельефа и геологического строения побережья, солености морской воды, близости речных долин и других факторов.
В условиях климата в дюнах, обычно сложенных мелкозернистыми однородными песками, на поверхности соленых грунтовых вод формируются пресные линзы. Образование таких линз объясняется условиями гидродинамического равновесия, обусловленного различной плотностью пресной и соленой воды. Механизм образования сводится к тому, что атмосферные осадки, выпадающие на поверхность песчаных образований, и сконденсированные водяные пары воздуха просачиваются вглубь и достигают поверхности морской соленой воды. Накапливающаяся пресная вода давит на поверхность соленой морской воды и прогибает ее поверхность. Уровень пресной воды в подобных случаях всегда лежит выше уровня окружающего моря и чем дальше от береговой полосы, тем выше уровень стояния пресной воды и тем больше слой пресной воды, под которым залегает соленая морская вода. В результате длительного процесса накопления инфильтрационных и конденсационных вод создается мощная линза пресных вод, как бы плавающих на соленых морских водах.
Артезианские подземные воды. Это напорные подземные воды, залегающие в водоносных горизонтах (комплексах), между водоупорными или относительно водоупорными пластами (рис. 3).
Самая характерная черта артезианских вод, – это наличие напора, проявляющегося в поднятии подземных вод над кровлей водоносного горизонта. Различают два уровня артезианских вод: уровень появления воды в выработке (появившийся уровень) и установившийся (напорный или пьезометрический) уровень, который может быть выше и ниже поверхности земли.
Напор в артезианских водоносных горизонтах создается гидростатическим давлением (весом воды), геостатической нагрузкой, тектоническими напряжениями, криогенными явлениями, а также изменением пористости пород в результате образования новых минералов.
Ряд напорных водоносных горизонтов, имеющих этажное расположение и разделенных относительно водоупорными слоями различной мощности, образуют артезианские бассейны подземных вод. Артезианским бассейном называется геологическая структура синклинального типа, содержащая в себе один, два или несколько водоносных горизонтов и комплексов
Условия питания и разгрузки артезианских водоносных горизонтов. Различают внешнюю и внутреннюю области инфильтрационного питания водоносных горизонтов.
Внешняя область питания находится вне пределов артезианского бассейна, часто на соседней горно-складчатой территории. С внешней области питания поверхностные и подземные воды поступают на территорию артезианского артезианского бассейна, часто на соседней горно-складчатой территории. С внешней области питания поверхностные и подземные воды поступают на территорию артезианского бассейна. Наиболее благоприятные условия для перетекания подземного стока из соседних структур в артезианский бассейн создаются на участках развития хорошо проницаемых водовмещающих пород.
Рис. 3. Схема артезианской скважины
В питании подземных вод близлежащего крыла артезианского бассейна участвует подземный сток, образующийся в пределах узкой полосы горно-складчатого обрамления (шириной примерно до 30 км), а не в пределах всего водосбора горно-складчатой области.
Внутренняя область питания расположена в пределах территории артезианского бассейна, где атмосферные осадки питают речную сеть, грунтовые воды и через них вливаются в артезианские воды. Помимо климатических факторов важную роль в питании подземных вод играет состав четвертичного покрова, рельеф поверхности и другие факторы стока.
Внутренняя область питания расположена в пределах территории артезианского бассейна, где атмосферные осадки питают речную сеть, грунтовые воды и через них вливаются в артезианские воды. Помимо климатических факторов в регионе, важную роль в питании подземных вод играет состав покрова и рельефа поверхности и другие факторы стока.
Грунтовые воды ледниковых отложений. Ледниковые отложения широко распространены в России, Западной Европе и Северной Америке. Они представлены собственно ледниковыми образованиями – мореными суглинками и глинами.
Мореные суглинки и глины практически относятся к водоупорным породам, но обычно они включают в себя большое количество линз и прослоев песка и супесей, которые нередко оказываются водоносными. Отдельные разновозрастные толщи мореных суглинков и глин часто разделены водно-ледниковыми отложениями, развитыми на довольно значительных площадях. Иногда такие отложения подстилают мореные суглинки и глины. В соответствии с этим выделяются водоносные горизонты над моренные, меж моренные и подморенные. Характеризуясь общими условиями формирования (питания, стока), в гидравлическом отношении они различны: первые имеют свободную, не напорную поверхность, вторые и третьи, – напорные.
Обильность водных линз и прослоев песков, залегающих среди мореных суглинков и глин, а также меж моренных и подморенных водно-ледниковых отложений сильно изменяется в связи с тем, что эти отложения имеют весьма непостоянный литологический состав и часто выклиниваются, замещаясь не водоносными суглинками и глинами. Этим объясняется разная глубина залегания грунтовых вод в скважинах и колодцах, расположенных на расстоянии 30–40 м друг от друга в областях развития мореных отложений.
Благоприятные климатические и геоморфологические условия, достаточное количество атмосферных осадков при сравнительно невысоком испарении и хорошие свойства ледниковых отложений, как коллекторов, – являются причиной того, что в области их развития наблюдаются наиболее мощные бассейны. Грунтовые воды ледниковых отложений обычно пресные. Они широко используются для водоснабжения населенных пунктов и нередко крупных городов, и промышленных предприятий.
4. Открытие подледного озера «Восток» в Антарктиде
Кроме обнаруженных пресноводных водяных бассейнов ледниковых отложений, в конце 60-х гг. прошлого века появилась информация о возможном существовании озера под ледяным 4-х километровым покровом Антарктиды. Впервые эту гипотезу в 1961 году высказал Игорь Алексеевич Золотников (рис. 4), – автор теории теплового режима крупных ледников. На основе расчётов он показал, что температура льда в районе антарктической станции «Восток» может достигать температуры плавления (-2°С) при давлении более 300 атмосфер. Следовательно, талая вода в этом месте в отдельных углублениях может скапливаться в виде озёр.
Рис. 4. Игорь Алексеевич Золотников (1926-2010), автор гипотезы о существовании подледниковых озёр в Антарктиде
Еще в 1959 и 1964 годах сейсмические исследования, проведенные молодым Андреем Кашицей в Центральной Антарктиде, принесли неожиданные результаты. В районе станции «Восток» сигнал выдавал два пика отражения вместо одного, – у отметок 3730 и 4130 м. Из этого можно было сделать вывод, что до глубины 3730 м простирается толща ледника, а на глубине 4130 м начинаются коренные горные породы Антарктиды.
Но что находится между этими двумя отметками? Тогда эти 400 метров неизвестности решили считать менее плотными осадочными породами, нижнюю и верхнюю границы которых и зафиксировало «эхо» сейсмических волн. Теперь уже известно, что сейсмические волны «наткнулись» не на осадочные отложения, а на водную толщу, превышающую 400 м.
В 1970-х годах Британский полярный институт имени Р. Скотта выполнил большую программу с зондированием радиоволнами ледников Центральной Антарктиды при авиаполётах над Антарктидой. На лентах радиозондирования маршруты в некоторых местах пересекали участки, где отражения подо льдом принимали своеобразный характер. Можно было предположить, что именно в этих точках полётные линии пересекали крупные скопления подледниковых вод, которые тогда, в 1970-х годах, и получили название подлёдных озер.
Озеро было открыто в 1994 году по сопоставлению данных сейсмического зонирования в районе станции «Восток», авиационного радиолокационного профилирования, которое выполнялось совместно с американскими, английскими и советскими специалистами, а также проводилось измерение высоты поверхности ледника с помощью европейского исследовательского спутника IRS-1.
Первое сообщение об этом было сделано в 1994 году на открытой научной конференции Научного комитета Антарктических исследований. А.П. Капица выступил с сенсационным докладом, в котором поведал о существовании на глубине 3800 метров большого подлёдного озера. В научном мире этот доклад произвел эффект разорвавшейся бомбы. А в 1995 году появилась и первая публикация. Непосредственно проектом по исследованию озера Российская Антарктическая экспедиция стала заниматься, начиная с сезона 1995-1996 годов и ведёт работы по настоящее время. Озеро было названо «Восток», – в честь полярной станции, расположенной над ним на ледяном куполе.
5. Размеры и характеристики озера «Восток»
В Антарктиде нет ни лесов, ни рек, отсутствуют какие-либо географические зоны, кроме одной, – ледяной. Весь материк покрыт ледниковым щитом, в котором «заморожено» 24 млн. воды. Наибольшая часть запасов пресной воды находится именно на этом континенте, непосредственно в ледниках.
Обнаружение озера «Восток» стало одним из крупнейших географических открытий второй половины XX века Последующие годы исследований и сейсмологических измерений показали, что озеро «Восток» имеет огромные размеры. Длина озера около 250 км, ширина около 50 км, глубина до 750 м, площадь почти 20 000 км2. Озеро «Восток» является крупнейшим подлёдным озером в Антарктиде (рис. 5).
Рис. 5. Характеристики озера «Восток»
Это незамерзающее озеро толщей льда полностью отрезано от прямых контактов с солнцем, ветрами и жизнью на поверхности, причём, по некоторым подсчётам, озеро находится в изоляции около 14 миллионов лет. Как показывают результаты термического сканирования поверхности, температура воды в озере весьма высокая – примерно от 10 до 18 °С, что явно свидетельствует еще и о подземном источнике тепла. Кроме того, над поверхностью воды находится высокий, в сотни метров куполообразный свод, заполненный воздухом.
Озеро «Восток» уникально прежде всего тем, что находилось в изоляции от земной поверхности на протяжении нескольких миллионов лет. Естественным изолятором озера служил и служит четырёхкилометровый ледяной панцирь над ним. Как полагают учёные, в водах озера могут обитать живые древние организмы, так как в нём имеются все необходимые для жизни факторы. В ближайшие годы нас людей на Планете Земля, несомненно, ждут новые открытия по этому уникальному подледному озеру!
