Мы уже писали о цикле бесплатных ознакомительных лекций «Многоликая геология», которые адресованы главным образом школьникам и носят познавательный и профориентационный характер. Преподаватели геологического факультета приоткрывают слушателям тайны Земли, однако оказывается, что загадок и сложных увлекательных задач хватит еще не на одно поколение исследователей. О сюрпризах подземных вод рассказал в своей лекции заведующий кафедрой гидрогеологии СПбГУ, доцент Павел Коносавский.

Работа гидрогеологов очень важна при организации добычи полезных ископаемых

Павел Коносавский рассказал о разных видах подземных вод и об их особенностях. Например, свободную (гравитационную) воду легче всего использовать, физически связанная вода обычно образует большие запасы, например, в глинистых почвах, однако извлечь ее оттуда значительно сложнее. Химически связанная вода входит в структуру минеральных образований, а вот газообразную зачастую недооценивают: «Ее действительно вряд ли перспективно использовать в промышленных масштабах, — отметил Павел Константинович. — Однако локально это вполне возможно». Для России большое значение имеют подземные воды в твердом состоянии, то есть в виде льда, поскольку 70% территории нашей страны относятся к зоне вечной мерзлоты.

Из-под земли достанут

Как же ученые занимаются изучением подземных вод? Методы довольно затратные и трудоемкие, рассказал Павел Коносавский. Приходится бурить скважины, делать отборы керна, изучать его, проводить опытные откачки воды. В результате становится ясен состав воды (а чем глубже, тем она солонее — вода хороший растворитель, и, проходя через породы, она становится сильно минерализованной; в результате вода в глубозалегающих слоях горных пород течет уже как довольно вязкая жидкость, похожая на рафинированное подсолнечное масло), определяются характеристики водоносного горизонта. По нескольким опорным скважинам уже можно составить карты и дать предварительную оценку запасов подземных вод.

Павел Коносавский привел в качестве примера работы наших гидрогеологов в Анголе, где нужно было оценить перспективы использования подземных вод для обеспечения водой столицы страны Луанды. Вблизи города протекают две реки, но они значительно загрязнены. Поэтому использование подземных вод было бы предпочтительнее, и гидрогеологи провели разведку. К сожалению, оказалось, что запасы подземных вод вблизи Луанды бедны: их хватило бы от силы на 10% потребностей мегаполиса.

Помимо источника водоснабжения, подземные воды используются для гидротермальных электростанций — правда, их на свете не очень много. В данном случае горячие воды, поднимающиеся с больших глубин, используются как источник энергии. Однако подземные воды могут и наносить существенный вред — в основном тогда, когда человек не учитывает их особенностей, например, при строительстве или при добыче полезных ископаемых.

Попробуй подсчитай

Работа гидрогеологов связана не только с традиционно представляемыми сложностями: экспедициями, тяжелой и грязной работой, — но и со сложными расчетами. Они требуются и, например, для оценки запасов подземных вод, и для прогнозных расчетов при строительстве и добыче полезных ископаемых, и для определения и прогнозирования развития загрязнений в подземных водах. «Понимаете, вода — это жидкое полезное ископаемое, она находится в постоянном движении, — поясняет Павел Коносавский. — Нужна довольно сложная математика, включая численное моделирование. Например, когда речь идет о самых распространенных загрязнениях — нефтяных — нужно рассчитать движение сразу двух фаз». Как говорит Павел Константинович, сейчас потребность в гидрогеологах чрезвычайно высока, в них нуждаются многие производства, но обязательное условие — знание методов компьютерного моделирования и владение расчетными методами математики. Еще один пример из практической работы гидрогеологов СПбГУ связан с ЛАЭС в Сосновом Бору. Они выполняли сложные расчеты касательно возможности подтопления зданий энергоблоков, что принципиально недопустимо.

Довелось нашим ученым поучаствовать в пионерском проекте, связанном с борьбой с парниковым эффектом. Одной из причин парникового эффекта считается увеличение объема углекислого газа в атмосфере, и учеными был предложен способ борьбы с ним: закачивать углекислый газ в глубокие водоносные горизонты и создавать подземные хранилища газа на глубине порядка 700 метров. Впервые такие работы были проведены в 2010 году. И наши гидрогеологи принимали участие в них (всю воду из подземного горизонта газ вытеснить не может, и это надо учитывать).

Провал на месте рудника в городе Березняки

Подземка подкинула проблем

При строительстве подземные воды могут подтоплять здания и создавать массу других проблем. То же происходит и при добыче полезных ископаемых. Чтобы избежать этого, нужно отводить подземные воды либо осушать горные породы. Правда, это может существенно повысить себестоимость полезных ископаемых. Зато, если возможные последствия не учитываются, могут возникнуть неизмеримо более серьезные проблемы. «Может происходить суффозия — вынос мелких частиц породы фильтрующейся через неё водой. В результате устойчивость пород снижается и могут образоваться провалы», — поясняет Павел Коносавский.

Огромный провал произошел при затоплении шахты по подземной добыче соли в городе Березняки Пермского края. На руднике вода прорвалась в отработанное пространство из вышезалегающих водоносных горизонтов, начался процесс растворения остаточных «целиков» (удерживающих свод выработанного пространства), и подземная выработка «схлопнулась» — образовался провал. На фотографии — лишь начальная его стадия, через несколько месяцев провал достиг здания на заднем плане. Глубина провала — порядка 100 метров. Рудник потерян. Людей вывезли, а техника осталась внутри.

Серьезной экологической проблемой является загрязнение подземных вод. Сброс разнообразных вредных отходов в основном происходит в воды поверхностные, а оттуда — в подземные воды, где загрязнение начинает распространяться с большой скоростью. Павел Коносавский привел яркий пример работ, в которых участвовали гидрогеологи СПбГУ. Производственное объединение «Маяк» в Челябинской области — один из крупнейших российских центров по переработке радиоактивных материалов — в течение десятков лет сбрасывало отходы в озеро Карачай. Там содержится огромный объем радиоактивных материалов, который намного превышает уровень загрязнения, возникший после Чернобыльской катастрофы. Гидрогеологи изучали уровень загрязнения подземных вод в районе озера Карачай и делали прогнозы — как будет распространяться радиоактивное загрязнение в дальнейшем. По составленным ими картам очевидно: загрязнение, постепенно опускаясь к подошве водоносного горизонта, растекается на большой территории, намного превышающей площадь поверхности озера Карачай, и главное — остановить это загрязнение чрезвычайно сложно. «Лучше такого не допускать», — резюмирует Павел Константинович.

В День Земли полезно вспомнить о том, чего лучше не допускать. Хочется в заключение привести слова Сергея Петровича Капицы, сказанные им в 1992 году на торжественном открытии первого Дня Земли в Москве: «День Земли — это день ответственности перед нашей планетой, ответственности перед людьми, которые ее населяют, перед самой природой, частью которой мы являемся».

Елизавета Благодатова