Подземные воды образуют разнообразные водоносные системы.
Простейшая из них — пористый или трещиноватый
пласт, заполненный водой и залегающий на водоупорном слое
или между водоупорными слоями. Такие пласты нередко образуют
взаимосвязанные сложные системы разных масштабов по
площади и глубине залегания.
В толще земной коры по ее вертикальному разрезу выделяют
несколько зон по и н т е н с и в н о с т и о б м е н а с другими
составляющими гидросферы, в основном с поверхностными
водами. До глубины 0,1—0,5 км находится зона интенсивного
(или активного) водообмена подземных вод, в первую
очередь верховодка и грунтовые воды (рис. 7.18). Воды этой
зоны тесно связаны с наземными водоемами — реками, озерами,
болотами, океаном. Для них характерна наибольшая скорость
движения, достигающая нескольких сантиметров в секунду.
В среднем период полного обмена с поверхностными водами
оценивается годами и столетиями.
Ниже, до глубин 1,5—2 км, находится зона затрудненного
(замедленного) водообмена. Скорость движения воды здесь
из-за уменьшения пористости и трещиноватости значительно
меньше, а средние темпы возобновления запасов воды состав-
1 Надкритические условия для воды возникают при давлении
21,8 МПа (218 атм) и температуре 374 °С для пресной воды, 425 °С и выше
для насыщенных растворов.
7.2. Геосферные оболочки Земли 2 4 3
Рис. 7.18. Схема залегания подземных вод: А — верховодка; Б — грунтовые
воды, образующие зону активного водообмена; В — безнапорные
межпластовые воды; Г — напорные подземные воды; 1 — проницаемые
породы; 2 — непроницаемые породы — водоупоры; 3 — буровые скважины
и уровни воды в них, одна из них — артезианская — фонтанирует;
4 — уровни воды: а — свободный (у грунтовых вод); б — напорный (пьезометрический)
ляют десятки и сотни тысяч лет. Связь с поверхностными водами
затруднена.
Глубже 2 км лежит зона пассивного водообмена, где средние
темпы возобновления ресурсов подземных вод могут исчисляться
миллионами лет и где нередко оказываются захороненными
воды древних морских бассейнов.
Примерно в том же порядке подземные воды располагаются
и по степени содержания растворенных солей — м и н е р а л
и з а ц и и . В активной зоне водообмена обычны пресные воды
с минерализацией до 0,1% (1 г/л) и преобладанием гидрокарбонатного
иона (НСОд). В зоне затрудненного водообмена
чаще встречаются солоноватые и соленые воды с минерализацией
1—3,5%, в таких водах часто преобладает сульфат-ион
SO|~. В самых глубоких слоях в зоне пассивного водообмена
обычны воды с минерализацией более 3,5% и преимущественно
хлоридным составом, близким к морской воде. Кроме того,
с глубиной появляется все больше термальных вод.
Огромные водоносные системы и бассейны найдены даже в
самых засушливых и пустынных районах мира. Так, в вели-
244 Глава 7. БИОСФЕРА
чайшей пустыне Африки — Сахаре выявлено 10 крупных бассейнов
подземных вод.
Подземные воды, как и все другие составляющие гидросферы,
имеют свою растворенную «атмосферу». С повышением
давления растворимость газов растет. В подземных водах
на глубинах 1—4 км обнаружены воды с содержанием газов до
500 см3/л, а в некоторых районах Западной Сибири даже
1000—1500см3/л. При этом в океане в среднем содержится
только 20 см3/л газов. Общая масса газов, растворенных в подземных
водах, видимо, превышает массу газов, растворенных
в Мировом океане, и приближается к массе наземной атмосферы.
7.2.3.4. Льды и снега
Вода, образующая снежно-ледовые объекты, по количеству
является одной из основных составляющих гидросферы.
Она находится на поверхности Земли в твердом состоянии
в виде постоянных или временных накоплений.
Основная масса льда заключена в ледниках и составляет
примерно 2,6 • 107 млрд т воды; в Антарктическом ледниковом
покрове сосредоточено 2,4 • 107 млрд т воды и порядка
0,2 • 107 млрд т — в Гренландском; остальная, незначительная
часть воды — в горных и арктических ледниках, а также
в других снежноледовых образованиях. Ошибка при оценке массы
воды в ледниках приближается к 10% .
Ледниковый лед в твердом состоянии обладает вязко-пластическими
свойствами, благодаря которым он течет со скоростью
от 6 мм до 30 м в сутки. Из-за малой скорости темпы
возобновления водозапасов в ледниках сравнимы с темпами
возобновления воды в подземных водах глубоких горизонтов
и определяются в первую очередь линейными размерами ледника.
Температура в ледниках с глубиной растет и у дна часто
достигает точки плавления при данном давлении, что, например,
характерно для большей части донного льда Антарктики.
Горные ледники в летнее время часто имеют температуру всей
своей толщи, близкую к температуре плавления. На всех ледниках
и ледовых покровах в летний сезон идет таяние льда.
Ледниковые льды имеют и свою «атмосферу», которая содержится
в пузырьках с атмосферными газами, захваченными
и захороненными на момент образования данного слоя льда.
При этом часть газов может быть переведена в твердые формы
путем соединения молекул газа с несколькими молекулами во-
7.2. Геосферные оболочки Земли 245
ды. В таком гигантском леднике, как Антарктический, где
толщина льда местами превышает 4 км, на глубине 1 км пузырьки
воздуха исчезают, как бы растворяясь во льду. При извлечении
такого льда на поверхность пузырьки восстанавливаются.
Чем с большей глубины извлечены образцы ледникового
льда, тем более древние образцы атмосферы можно исследовать.
В толще Антарктического ледникового покрова можно
обнаружить воздух, захваченный при льдообразовании несколько
сотен тысяч лет назад. В целом масса газов в ледниковых
льдах незначительна.
Следующая по массе часть твердой гидросферы представлена
морскими льдами. В момент наибольшей ледовитости в
Северном полушарии количество льда оценивается в (3,2—
-4,4) • 104 млрд т, а в Южном — 3 • 104 млрд т1 .
Значительная масса льда (2 • 104 млрд т) сосредоточена
в зонах многолетних мерзлых пород, занимающих на суше
35 млн км2 . Эту часть воды в твердой форме можно рассматривать
как часть подземных вод.
Важное значение имеет сезонный снежный покров, который
при небольшой массе — 1,7 • 104 млрд т на всех поверхностях
(морской лед, ледники, суша) в течение года значительно
влияет на тепловой режим планеты и сток рек. На суше сезонный
снежный покров в среднем занимает свыше 40 млн км2
при массе 0,8 • 104 млрд т.
7.2.3.5. Малые составляющие гидросферы
По сравнению с уже рассмотренными ледовыми образованиями,
подземными водами и особенно Мировым океаном остальные
компоненты гидросферы, независимо от их важности
для человека либо конкретного биоценоза, по массе ничтожно
малы, даже вместе взятые. Поэтому их объединяют в особую
группу — малые составляющие гидросферы. В нее входят: озера,
реки, болота, почвенные воды и атмосферная влага. Содер-
1 Площадь постоянного морского ледяного покрова составляет
14 млн км2 (9 — в Северном и 5 — в Южном полушарии). В моменты наибольшей
ледовитости в Северном полушарии площадь, занятая морским
льдом, может достигать 18 млн км2 , а в Южном — 20 млн км2 . В среднем
ежегодно морским льдом оказываются одновременно покрыты 26 млн км2
поверхности Мирового океана с сезонными колебаниями ± 3 млн км2
(т. е. более 7% его площади), а средняя масса этого льда равна
3,5- 104 млрд т.
246 Глава 7. БИОСФЕРА
жащаяся в живых организмах Земли вода должна бы быть отнесена
к этой группе, однако особая преобразующая роль живого
обуславливает отдельное рассмотрение биологической воды.
Озера. Первое место среди малых составляющих гидросферы
занимают озера. Их суммарная масса оценивается
в 2,8 • 105 млрд т, а по другим источникам (1,76—7,5)-105
млрдт1 . Это составляет ничтожную массу всей гидросферы,
причем только 1,5 • 105 млрд т приходится на проточные пресные
озера, а 1,25 • 105 млрд т — на соленые.
Среди озер есть и такие, которые справедливо названы морями.
Это крупнейшие озера мира: Каспийское площадью 371,
Верхнее в Северной Америке — 82,1 и Виктория в Африке —
69,0 тыс. км2 . В Европе самые крупные озера: Ладожское —
17,7 и Онежское — 9,7 тыс. км2 . Самые глубокие озера: Байкал
— 1620 и Танганьика в Африке — 1435 м.
С учетом динамики вод озера представляют собой маленькие
модели океана на суше. Чем крупнее озеро и больше его
глубина, тем ближе оно по своим качественным динамическим
характеристикам к океану, и в этом отношении Каспийское
море — действительно море. Как и в океане, вода в озерах летом
часто разделена на слой перемешивания у поверхности,
слой температурного скачка и более холодную глубинную воду,
т.