"Маяк" земной коры

Уникальные свойства воды выдвинули ее в ряды самых быстрых и "словоохотливых осведомителей" о состоянии земной коры. Все значительные события подземного мира: землетрясения, извержения вулканов, тектонические движения, сооружение гигантских водохранилищ, карьеров и шахт - все это не остается незамеченным подземной гидросферой. Так или иначе она реагирует на эти перемены и специалисты пытаются использовать намеки подземных вод, чтобы узнать о происходящем на глубине.

Землетрясение в Лиссабоне 1755 г. считается крупнейшей сейсмической катастрофой Европы в историческое время. Она произошла 1 ноября, и в тот же день один из знаменитых минеральных источников на территории нынешней Чехословакии стал мутным, а затем и вовсе иссяк. Через короткий срок он опять заработал, но поступление воды из него резко возросло. Так откликнулись на землетрясение подземные источники курортного района, находящегося от Лиссабона на расстоянии более 2 тыс. км.

Землетрясение на Аляске в 1964 г. поколебало уровни подземных вод на всех континентах. Гидрогеологи в Бельгии зафиксировали в специальных скважинах подъемы и спуски воды на 35 см. В Канаде амплитуды достигали 1 м. В США на удалении 4800 км гидрогеологические скважины оказались замутненными и в них также наблюдались скачки вниз-вверх.

Не так уж давно произошло землетрясение средней силы в районе Пятигорска и Ессентуков. В ряде минеральных источников уменьшился приток, который восстановился до прежнего дебита через неделю-полторы.

Чуткая подземная гидросфера начинает давать сигналы заранее, иногда задолго до начала серьезных возмущений в подземной среде. Скажем, землетрясение только планируется глубинами, а воды уже приходят в волнение. О землетрясении в Ташкенте они сигнализировали в скважинах почти за 5 месяцев до того, как оно произошло в 1977 г. Через два года сейсмологи Узбекистана предсказали землетрясение в Заалайском хребте. О нем их предупредила гидрогеологическая скважина, дебит которой вдруг стал сокращаться, а накануне катастрофы излив вообще прекратился.

Систематическим изучением гидрогеодинамических извещений о готовящихся переменах в земных глубинах занимался геофизик Ф. Монахов, работавший на Сахалине. Он вел многолетние наблюдения за скважинами островов Кунашир, Итуруп и близ города Южно-Сахалинска.

Выводы геофизика: за несколько дней до землетрясения начинаются колебания уровней воды; чем дальше скважины от эпицентра, тем меньше эти колебания, то же отмечается при удалении глубинного очага от поверхности; при серии подземных толчков понижение уровней становится длительным и т. д.

Список предупреждений о предстоящих толчках можно было бы продолжить: они оказались безошибочными при землетрясениях на северо-востоке КНР в 1975 г., в Иране - в 1977 г., через два года в Ашхабаде, неоднократно в Японии и других сейсмоактивных районах мира. В большинстве случаев - тысячи раз - вода становилась надежным предвестником подземных бурь.

Подземные воды реагируют на перестройки в недрах изменениями не только механического характера. Отклоняются от обычных норм состав и температура, возможно, также происходят и другие преобразования первоначальных свойств, более тонкие и потому менее заметные, которые еще предстоит обнаружить.

Учитывая чрезвычайную отзывчивость подземной гидросферы на события в земной коре, уже известный нам гидрогеолог Г. Вартанян и доктор геолого-минералогических наук Г. Куликов пришли к выводу, что из глубин поступает гораздо больше информации, чем ее используют сегодня, возможно, сигналы поступают непрерывно (не только перед потрясением недр), надо лишь суметь их зафиксировать и расшифровать.

Под руководством ученых была разработана автоматизированная информационная система, которая получила название "Муар". Она предусматривала обработку показаний режимных гидрогеологических скважин Советского Союза. Эти скважины образуют сеть наблюдений, которая охватывает практически всю территорию страны. Их около 25-30 тыс! И регулярно, день за днем, сотрудники гидрогеологических экспедиций подходят к каждой из этих скважин и производят замеры уровней подземных вод, температуры, химического состава и т. д. Данные об уровнях в скважинах Карпато-Крымского, Западно-Сибирского, Среднеазиатского, Сахалинско-Курильского регионов было решено обработать по программе "Муар" на электронно-вычислительных машинах. По времени исследования охватывали показания скважин примерно за полгода.

Результаты обработки привели ученых на порог открытия. Они обнаружили, что подземная гидросфера живет напряженной жизнью. В течение нескольких суток сна переходит из спокойного состояния в возбужденное, уровни воды в скважинах начинают "прыгать". И это беспокойство охватывает громадные территории - целые регионы! Через 3-4 суток подземная гидросфера на одном участке земной коры успокаивается и в волнение приходят подземные воды, расположенные по соседству на территории площадью в многие тысячи квадратных километров. Через такой же короткий срок возбуждение перебрасывается на другой регион, а затем возвращается и снова возмущающий импульс будет уловлен в режимных скважинах.

Напряженный ритм существования гидросферы - отражение процессов, происходящих в недрах. В тех регионах, где земная кора испытывает сжатие, горные породы сокращаются в объеме, разумеется, на ничтожные миллиметровые величины, и это приводит к сокращению жизненного пространства подземных вод - в скважинах фиксируется подъем уровней. Через несколько суток сжатие сменяется растяжением (опять, конечно, незначительным) и гидрогеологи определяют в скважинах обратное движение зеркала воды.

Смена растяжения сжатием и наоборот носит столь быстрый и повсеместный характер, что в пору сравнить со своеобразной лихорадкой земной коры, при которой состояние покоя является короткой передышкой. Подземные воды оказываются глобальным и довольно точным прибором, фиксирующим пульсацию земной коры.

Авторы исследования утверждают существование гидрогеодеформационного поля (ГГД поля) всей Земли - глобальной системы подземных вод, которая непрерывно сообщает о положении дел в толще верхних оболочек земного шара.

Это поле, как показывают данные обработки на ЭВМ, носит мерцательный - муаровый характер, оно охватывает всю сушу. "Муаровая ткань" переливается в прямом и переносном смысле как система подземных вод сменой напряжений в земной коре. Элементарными ячейками ГГД поля являются короткоживущие структуры деформации, то возникающие, то вырождающиеся в массивах горных пород и охватывающие значительные пространства. Подземные воды живо реагируют на возникновение и исчезновение этих мимолетных структур, столь же непродолжительных на фоне геологического времени, как непродолжителен век мотылька по сравнению с веком человека.

Короткоживущие структуры имеют изометричную форму. В небольшие промежутки времени они могут увеличиваться в размерах, удлиняться, сливаться и выстраиваться в линейно вытянутые сооружения. Тогда все гидрогеодеформационное поле данного региона приобретает ориентированный вид: удлиненные зоны растяжения перемежаются с вытянутыми зонами сжатия или пересекаются ими. В таких ситуациях скорости разрастания и вырождения структур могут достигать 400 тыс. км/сут. Иными словами, напряжение в земной коре распространяется с очень большой скоростью. И если это уподобить движению волны, то можно сказать, что оно буквально мчится по пластам горных пород.

Напряженное состояние недр распространяется, как правило, очень глубоко, охватывая всю толщу земной коры и даже подкоровые зоны. Поэтому изучение даже неглубоких водоносных горизонтов может сообщить исследователям о состоянии областей, значительно удаленных от земной поверхности.

ГГД поле - это маяк недр, который своими моментальными сигналами освещает обстановку на глубине, сообщает о "погоде" земной коры, это маяк для геологов, геофизиков, гидрогеологов, позволяющий им мысленно заглянуть в подземные области и увидеть там больше, чем это удавалось раньше.

Выводы гидрогеологов усиливают процесс "дестабилизации" земной коры в воззрениях современной геологии - признают за ней вечное движение, постоянные колебания не только на протяжении миллионов, а непрерывно, каждые несколько суток. Геологам, издавна уверенным в незыблемости земной тверди, приходится пересматривать свои позиции и привыкать к беспокойной Земле.

Сжатие-растяжение массивов горных пород поможет объяснить целый ряд явлений, которые до сих пор не находили удовлетворительного толкования. На этот процесс теперь можно возложить ответственность за многочисленные "горные удары" в подземных выработках и сооружениях, пучение стенок и подошвы в них, неожиданные вывалы горных пород и т. п.

В качестве предвестников землетрясений сейсмологи пытаются использовать изменения электрических параметров блоков земной коры. В частности, уже проводились эксперименты по измерению удельного электрического сопротивления - оно менялось в преддверии катастрофы. Причиной может служить пульсация пластов и, как ее следствие,- изменение состояния подземных вод, являющихся проводниками электричества. Тот же механизм может оказаться виновным в появлении и других предвестников: в деформации и наклоне грунтов, локальных изменениях магнитного поля, колебаниях концентрации радиоактивных элементов, содержащихся в подземных водах...

Непрерывное дрожание земной коры вообще должно изменить подход к ее изучению. Так, геофизические исследования какого-либо района, проведенные в разное время, могут привести к различным показателям и, значит, к разным практическим выводам. То же самое верно и в отношении дистанционных наблюдений, в том числе и космических: необходимо учитывать, что они "надзирают" за вечно меняющейся оболочкой Земли.

Гидрогеологи в настоящее время проводят измерения различных параметров подземной гидросферы с точностью до третьего знака. Но имеет ли смысл добиваться такой точности, поскольку подземная ситуация непрерывно меняется?

Мировая энергетика возлагает определенные надежды на использование внутреннего тепла Земли. Есть проекты: создать на глубине большие полости и туда закачивать поверхностные воды, получая обратно нагретые. Такие котлы смогут эффективно работать только в том случае, если их технологический цикл будет учитывать перемены в недрах - уменьшение объема трещин и пор в горных породах и тем самым изменение их пропускной способности, состояния подземных вод.

Вот сколько проблем поднимает открытие гидрогеодеформационного поля, которое коренным образом меняет вековые положения геологии.