Родник для всей Земли

Среди многих научных загадок самого крупного и глубокого на Земле континентального водоема, среди круга вопросов сохранения уникального озера Байкал, располагающего пятой частью мировых запасов пресных поверхностных вод, самых прозрачных и чистых,- среди всех проблем доктор геолого-минералогических наук А. Грачев выбрал для изучения, казалось, не особенно значительную. Но исследование именно этой проблемы, возможно, поможет решить большинство задач, поставленных существованием Байкала в течение тысячелетий, и послужит основой для составления оптимистического прогноза относительно его будущей жизни.

Давно известно, что около 13 % воды в Байкал доставляют атмосферные осадки, остальное - реки. Около 170 больших и малых притоков впадает в Байкал и только одна, река Ангара, вытекает из него. Химический состав воды, приносимый реками и речушками, обычный для данного региона. В каждом ее кубическом сантиметре содержится определенное количество минеральных веществ: хлора, кальция, магния, натрия и т. д.

В самом озере минерализация воды значительно меньше. В нем всегда, во всяком случае, с тех пор как начались измерения, вода оказывалась более пресной, чем в притоках. Эти притоки собирают влагу в бассейне площадью в десятки тысяч квадратных километров, она, разумеется, растворяет большое количество минеральных веществ, несет их с собой, а в Байкале очистка происходит в грандиозных масштабах на протяжении длительного времени и непрерывно с одинаковой эффективностью. В каждом литре озерной воды содержится на 21 мг солей меньше, чем в речной.

Было проведено опробование воды Байкала по трем створам. Затем А. Грачев и кандидат геолого-минералогических наук М. Мартынова проанализировали пробы на содержание главных компонентов: ионов хлора, сульфатов, кальция, магния, натрия. Анализ показал определенную закономерность: с глубиной минерализация воды в озере уменьшается.

Особенно показателен в этом отношении ион хлора, обладающий высокой миграционной способностью; к тому же его концентрация не зависит от жизнедеятельности организмов, адсорбционных и других процессов, могущих повлиять на содержание этого элемента. Во всех без исключения случаях содержание хлор-иона закономерно уменьшается от поверхности к придонным горизонтам. И чем глубже взята проба, тем меньше в ней растворено минеральных веществ.

Для озера, выходит, не писан закон Архимеда, согласно которому более минерализованная вода, как более тяжелая, должна была бы опускаться на глубину, а менее минерализованная - подниматься ближе к поверхности? Представим домашнюю ванну, в которую чистая вода поступает снизу, а использованная вытесняется наверх, и станет очевидной парадоксальность ситуации, выявленной гидрохимическим опробованием в гигантской природной ванне - Байкале.

Объяснить эту ситуацию можно было лишь одним способом - признать существование на дне "славного моря" мощного источника сверхпресных вод. Только его непрерывное действие на протяжении тысячелетий могло разбавить речной сток и привести к инверсионному распределению в озерной воде минеральных солей, когда их содержание там повышается снизу вверх - против нормального повышения в обратном направлении.

Что же могло служить таким источником, какие процессы могли породить в озерных недрах долговечный фонтан чистейшей в мире воды? Геологи обратились к биологам: не укажут ли они способ очистки вод живыми организмами, которому под силу поддерживать чистоту вод Байкала, невзирая на речной сток и загрязнение вследствие человеческой деятельности? Обратились к физикам, но и те не нашли в природе механизма, способного на подобные "подвиги"... Ответ исследователи получили в родственных областях знаний...

История науки неоднократно свидетельствует, что нет ничего практичнее хорошей теории. А. Грачев и М. Мартынова, основываясь на тектонике литосферных плит, предположили: на дно Байкала поступают воды из верхней мантии. Источник сверхпресной воды скрыт на глубине порядка 70-80 км. Верхняя мантия - сфера земного шара, подстилающая земную кору и имеющая мощность в сотни километров, обладает гигантскими запасами воды и в состоянии геологически долго подпитывать Байкал.

Вспомним одно из главных положений тектоники литосферных плит: на дне Мирового океана существуют рифтовые зоны - громадные расщелины, через которые наверх поступает глубинный материал.

Рифтовые зоны существуют и на континентах, но в зачаточном состоянии. Это участки материковой коры, испытывающие растяжение. Внутренние силы Земли стремятся разъединить их на части и растащить в противоположные стороны. Финал этого процесса - раскрытие материковой коры, образование рифтовой расщелины, колыбели будущего моря или океана. По образовавшейся щели наверх вместе с глубинным материалом поступает и вода, которая постепенно заполняет разрастающийся рифт.

Байкал находится в рифтовой зоне. Здесь земная кора растянута, трещины, полости, поры, все пустоты на этом участке расширены, доступны для проникновения различных флюидов, поступающих под напором снизу, из мантии. Поэтому мантийная вода достигает дна байкальской впадины и век за веком поддерживает в ней некоторый уровень.

Подтверждением мантийной родословной байкальской воды стали результаты изотопного анализа благородного газа гелия. В пробах воды, взятых с наибольших глубин, оказалось завышено содержание одного из изотопов гелия. Между тем установлено, что как раз этот изотоп - посланец мантии, безошибочная метка глубин. Его присутствие в повышенных дозах в любой природной субстанции неопровержимо свидетельствует, что перед нами вещество из подкоровых недр.

В Байкальской рифтовой зоне скважинами вскрыты термальные источники, также обнаруживающие признаки мантийного происхождения: преувеличено против обычного содержание определенных изотопов гелия и стронция, мала общая минерализация и понижено содержание хлора.

Мощность зоны пресных вод в артезианских бассейнах, входящих в пределы Байкальского рифта, достигает 4 тыс. м. За пределами рифта в таких же бассейнах она не более 400 м. И это еще одно свидетельство в пользу обширного водотока из мантии в земную кору, настолько обширного, что поступающая снизу пресная вода как бы подпруживает минерализованные воды, проникающие с поверхности Земли и из верхних горизонтов.

Аналогичная картина наблюдается и в Исландии, также входящей в зону рифта. Здесь широко развиты гейзеры - горячие источники, привлекающие туристов со всего мира. Анализ воды и газов горячих источников показывает, что их поставляет на поверхность верхняя мантия. Обнаружен мантийный гелий. Изотопный состав серы близок к тому, что установлен для метеоритов, т. е. для пород, сходных с породами ранней Земли и сейчас скрытых на больших глубинах. Одного из изотопов углерода в сотни раз меньше, чем в атмосфере, значит, этот химический элемент в испарениях гейзеров не поверхностный, а глубинный. Преобладание водорода в газах, очень высокий тепловой потенциал... Многие факты подтверждают мантийное происхождение термальных источников Исландии.

Почти для всех океанов установлено, что соленость воды несколько уменьшается с глубиной, то же замечено относительно концентраций хлора и лития. И это еще одно подтверждение поступления пресной воды из глубин, в том числе и через океанические рифты.

Но откуда в мантии сверхпресная вода и в столь больших количествах?

Традиционные взгляды предусматривают, что первоначальная гидросфера Земли по составу и концентрации солей мало чем отличалась от современной. Океаническая кора появилась на Земле вследствие выплавления из мантийного вещества, а затем в ней растворились различные вещества - продукты вулканических извержений, поставившие в атмосферу, большое количество так называемых "кислых дымов" - анионов хлора, фтора, йода, а также продукты разрушения горных пород. Все они сформировали химический состав вод первых морей и океанов, и он мало изменился с тех пор.

Изучая состав древнейших на Земле пород, А. Грачев и М. Мартынова пришли к выводу, что вулканизм с "кислыми дымами" в пору ранней Земли не характерен. Земная кора была тогда весьма тонкой, толщиной не более нескольких километров. Главенствующий процесс в ней - образование рифтов и поступление через рифтовые долины мантийного вещества и воды. Это позже, когда из глубин на поверхность было доставлено большое количество материала и из него образовалась "толстая" материковая кора, она стала достаточно жесткой, смогла дробиться на отдельные плиты. Вот тогда континентальные и океанические плиты пришли в движение, начали расходиться и сталкиваться и в результате их сближения глубинная энергия выплескивалась на поверхность в виде вулканических извержений, землетрясений, тектонических подвижек и т. п. Но в первые геологические периоды жизни Земли большое количество "кислых дымов" не могло образоваться.

Дальнейшие работы в этом направлении, в частности сравнение пород, образовавшихся в процессе современного и древнего рифтогенеза, окончательно убедили авторов исследования в мысли о первоначально пресной океанической воде. Современный химический состав она обрела постепенно, взаимодействуя с горными породами на протяжении миллионов лет.

...Если поступление пресных вод в пределах современных рифтов подтвердится, то это во многом изменит отношение мировой промышленности и сельского хозяйства к проблеме использования поверхностных и подземных источников. Запасы мантии очень велики, на ближайшее будущее их можно считать неисчерпаемыми.

Возможно, преобразятся многие засушливые регионы. Например, в недрах пустынь Средней Азии, Восточной Африки и других регионах мира могут быть скрыты большие запасы живительной влаги - ведь там некогда находились зоны древних рифтов. Теперь они погребены вышележащими отложениями, но слабоминерализованные воды могли на глубине сохраниться.

В Западной Сибири и Днепровско-Донецкой впадине в настоящее время установлен инверсионный характер распределения химических элементов в подземных водах. В этих районах располагаются бывшие рифты, там уже обнаружены горизонты пресных вод значительной мощности - до 5 тыс. м.

И наконец, обратимся опять к Байкалу. Перспективы сохранения уникального озера значительно расширятся..., если гипотеза советских ученых подтвердится.