Вода під водою ... Таку назву вибрано не тільки для того, щоб заінтригувати необізнаного читача. Предмет нашої розмови - субмарини (або в більш широкому сенсі субаквальні, т. Е. "Підводні") води, поширені під морями, океанами і великими озерами. До необхідності вивчення субмарини підземних вод і підземного водообміну суходолу і моря прийшли майже одночасно і незалежно один від одного гідрологи й гідрогеологічними.
В останні роки в багатьох районах земної кулі відзначається дефіцит водних ресурсів. У приморських районах недолік в прісній воді хорошої якості в ряді випадків можна значно зменшити або навіть повністю покрити за рахунок використання підземних вод, "марно" стікають в море. У деяких країнах вже є позитивний досвід використання вод великих субмарини джерел, що розвантажуються в море недалеко від берега, а також досвід експлуатації свердловин, пробурених на шельфі і розкрила прісні підземні води для постачання приморських населених пунктів.
Ми привели лише найбільш відомі і, отже, найбільш вивчені приклади виходу субмарини вод, з тим щоб читач отримав уявлення про масштаби цього поки слабоізученной явища.
Термін "субмарини джерела" використовується для опису джерел, розвантаження яких відбувається нижче рівня моря в шельфовій зоні. Виявити їх можна по характерному скипанню води на поверхні моря. Роль їх буває настільки велика, що вони можуть зменшувати солоність морської води. Як відзначав Р.А. Кохоут [1], "субмарини джерела, цей дивний феномен природи, є до сих пір мало вивченим процесом берегової гідрології в усьому світі".
Незважаючи на те, що про існування "підводних" джерел було відомо давно, їх детальне вивчення почалося тільки в XX ст.
Де і як формуються субмарини джерела?
У деяких районах з порівняно невисоко піднятими областями харчування на підводних схилах функціонує велика кількість субмарин джерел, в тому числі високодебітних [5]. До них относітсяп-ів Флорида, гіпсометричні позначки якого не перевищують 100 м. Активна субмарини розвантаження тут забезпечується повсюдним розвитком закарстованних вапняків, великою кількістю опадів (1200-1400 мм / рік) і рівнинним рельєфом з великими заболоченими ділянками, практично виключає поверхневий стік.
За даними американських фахівців, практично на всьому східному узбережжі США відбувається підземний стік в Атлантичний океан і Мексиканську затоку. Тільки в одному місці о.Лонг-Айленд (штат Нью-Йорк) підземний стік в океан оцінюється в 25 млн м 3 / рік (трохи менше 1 м 3 / с). У цій частині шельфу на відстані 37 км від берега (навпроти гирла р. Делавер) свердловиною розкриті підземні води, що володіють значним напором.
У 1966 р за допомогою батискафа на плато Блейк в 200 км від берега на глибині 510 м (на південь від Савани) була виявлена 50-метрова депресія на дні моря, заповнена водою з температурою на 2.5 ° С нижче температури навколишнього морської води. Ця аномалія пов'язана з розвантаженням підземних вод.
Велике розвиток субмарини джерела отримали на підводних схилах острівних систем з яскраво вираженим гірським рельєфом (Гавайські, Філіппінські, Великі Антильські о-ви, Великий Зондський і Малий Зондскійархіпелагі).
Багато підводними виходами підземних вод Середземне море, де субмарини джерела пов'язані з тріщинами і карстовими каналами в гірських породах. В Егейському морі поблизу південно-восточногопобережья Греції виявлено джерело прісної води з великою витратою, а біля берегів Адріатичного моря їх налічується близько 700.
Виходи субмарини джерел нерідко настільки значні, що утворюють цілі прісноводні потоки. Такий потік серед солоних вод виявлено в гирлі р. Рони. Подібна прісноводна "річка" тече і в Генуезькому затоці.
Найбільш детальні дослідження субмарини джерел виконані біля південного узбережжя Франції, між містами Марсель і Кассис. Ще в 1964 р Бюро геологічних і гірських досліджень і Водне суспільство Марселя створили спеціальнуюнаучно-дослідницьку організацію для вивчення найбільш великих джерел Порт-Міу і Бестуан і з'ясування можливості їх експлуатації. Ці субмарини джерела приурочені до закарстованной известнякам крейдяного віку, які утворюють монокліналь, нахилену в бік моря. Аквалангісти, які досліджували карстові галереї Порт-Міу, досягли глибини 45 м і по каналам проникли в глиб материка на відстань більше 1 км. Тут були встановлені вимірювальні пункти, обладнані датчиками швидкості течії, манометрами, резістівіметрамі, відібрані проби води та грунту, проведені досліди з барвником (флуорісценом), що дозволили визначити напрямок і швидкість руху фільтраційного потоку, виконані геофізичні експерименти. У карстових порожнинах відбувається розшарування водної маси: на нижчих відмітках залягає солона морська вода, зверху - прісна підземна, що володіє меншою питомою вагою. Швидкість просування солоної морської води в глиб галереї обернено пропорційна величині напорів розвантажуються прісних підземних вод. Величина цього напору, в свою чергу, визначає витрата потоку прісних субмарини вод, який рухається в бік моря по поверхні більш щільних морських вод. На рівновагу між прісної і солоної водою впливають напірний градієнт прісного потоку і коливання рівня моря, співвідношення щільності прісної і солоної води і різницю їх температур, що сприяють процесам дифузії.
Отримані результати досліджень використовувалися при проектуванні і будівництві бетонної дамби на шляху проникнення морської води в глиб материка через головну карстову галерею. Гребля, побудована в найглибшій частині карстової галереї (приблизно в 500 м від її виходу в море), дозволила здійснювати постійні вимірювання швидкості потоку розвантажуються підземних вод, стежити за втратами напору уздовж карстової галереї, запобігати впровадження морських вод і виявляти оптимальні умови експлуатації прісних підземних вод для водопостачання населення.
У колишньому Радянському Союзі субмарини джерела добре відомі на Кавказькому шельфі Чорного моря. У сел. Гантіаді на тлі синьої морської води контрастно виділяється світла пляма, а численні швидко лопаються бульбашки створюють оманливе враження киплячої води. Так проявляється субмарини джерело прісної води з дебітом близько 0,3 м 3 / с. Більший ділянку "киплячій" морської води добре видно з берега при спокійному морі в районі Гагри, його дебіт - 8 м 3 / с.
Подібні "горби скипання" розташовані на відстані 100-150 м від берега. Це прояви на поверхні моря прісних карстових джерел з місцевою назвою "Репруа", розташованих на глибинах 5-10 м.
Джерела, викликані розвантаженням тріщини-жильних вод, приурочені зазвичай до систем великих тектонічних порушень в ізвержённих і метаморфічних породах. Вони виходять як на суші, так і в прибережній частині моря. У Криму, на північно-західному схилі гори Аюдаг, виявлені три джерела, розташовані на глибині 6 і 8 м.
"Свіжа прісна вода на бахрейнських самбука завжди в достатку. Підводні ключі, що б'ють в районі промислової, дозволяють поповнювати її запаси в будь-який час. Подекуди навіть зустрічаються "освоєння" джерела з виведеними на поверхню затоки гумовими шлангами з поплавками: підпливай безкоштовно заповнюй порожні баки! Не випадково виникло і сама назва архіпелагу Бахрейн, що в перекладі означає "два моря" - солоне море навколо і море прісної води, ключами б'є з дна ".
Численні субмарини джерела пов'язані з підземними каньйонами, нерідко представляють собою підводне продовження гирла річок. Від гирла р. Ганг в Бенгальську затоку простягнувся підводний каньйон довжиною понад 1600 км, шириною близько 700 км і глибиною понад 70 м, в якому знайдені виходи субмарини підземних вод.
Відомі випадки, коли субмарини води служили не тільки джерелами водопостачання, а й джерелами забруднення. Так, значно зменшилася колонія коралів біля берегів Австралії. Провівши ряд досліджень, австралійські вчені прийшли до висновку, що цей феномен був викликаний в першу чергу тим, що з прісними водами надходили забруднюючі речовини, які згубно впливають на життєдіяльність коралових рифів.
Експлуатація субмарини джерел
Використання підземних вод субмарини джерел для водопостачання відомо з глибокої давнини. Багато століть тому люди за допомогою різних пристосувань, зокрема довгих бамбукових трубок, отримували прісну питну воду з великих субмарини джерел, а також заправляли нею кораблі.
Зараз кількісна оцінка субмарини підземного стоку дозволяє доповнити ресурси водопостачання. Приклад практичного використання субмарин вод - споруда греблі в море поблизу південно-восточногопобережья Греції. В результаті було створено прісноводне озеро всередині моря. Сумарний дебіт субмарини джерел тут перевищує 1 млн м 3 / сут. Води цього "озера" використовують для зрошення земель прибережних територій.
Нерідко висловлюються судження про високі можливості використання субмарин підземних води про їх невичерпних ресурсах. Однак використовувати такі води безпосередньо в море дуже непросто. Перш за все це визначається складністю каптірованія виходів субмарин джерел на дні і економічною доцільністю споруди такого каптажу.
Італійські фахівці запропонували для відбору вод субмарини джерел використовувати спеціальний дзвін, який встановлюється на дні моря, накриваючи джерело. Дзвін обладнаний запобіжними клапанами, контролюючими витрата води і при необхідності її складу.
Великі перспективи в області використання субмарин підземних вод морськими водозаборами відкриваються в зв'язку зі значним розвитком технічних засобів буріння і випробування свердловин на шельфі, материковому схилі і дні морів і океанів. Свердловини, пробурені на шельфі Австралії, поблизу Атлантичного узбережжя США, на континентальному схилі Мексиканської затоки і ін. Розкрили прісні слабо субмарини води, що володіють значним напором. Свердловиною, пробуреної з корабля в Атлантичному океані біля берегів Флориди, в 43 км на схід від Джексонвілл, на глибині 250 м нижче рівня моря розкрита вода з мінералізацією 0,7 г / л. При цьому її натиск досягає 9 м над рівнем моря.
Вже існують компанії, які займаються розробкою обладнання, необхідного для використання прісних вод субмарини джерел. Так, компанія "Nymphea Water" успішно розробляє устаткування для каптірованія субмарини джерел. Її представники стверджують, що дані технології можуть застосовуватися для каптірованія близько чверті існуючих субмарини джерел без шкоди для навколишнього середовища.
Однак висновки про можливості практичного використання субмарин вод можна робити тільки після проведення спеціальних робіт по оцінці експлуатаційних запасів вод, включаючи техніко-економіческоеобоснованіе доцільності їх використання.
На закінчення відзначимо, що на даній стадії розвитку науки з урахуванням конкретних запитів практики можна сформулювати п'ять напрямків досліджень субмарини вод, в окремих аспектах досить тісно пов'язаних між собою:
- вивчення ролі підземного стоку в загальному водному балансі Землі і глобальному кругообігу води;
- оцінка впливу підземних вод на формування водного і сольового балансів морів і великих озер;
- вивчення взаємодії морських і підземних вод в прибережних районах;
- вивчення областей розвантаження прісних підземних вод в прибережних зонах морів з метою їх використання для водопостачання;
- вивчення впливу підземних вод на формування родовищ корисних копалин на дні морів і океанів і ролі субмарини підземного стоку в геологічних процесах.
Робота виконана за підтримки Російського фонду фундаментальних досліджень. Проект 04-05-65466.
література
1. Kohout F.A. Submarine springs, a neglected phenomenon of coastal hydrology: Central Treaty Organization's Symposium on Hydrology and Water Resources Devel. Feb. 5-12, 1966. P.391-413.
3. Pliny. Natural History / Trans. H. Rackham. Harvard, 1967. V.I. P. 353.
5. Коротков А.І. Павлов А.Н. Юровський Ю.Г. Гідрогеологія шельфових областей. Л. 1980.
6. Submarine groundwater discharge. Management implications, measurements and effects. Prepared for International Hydrological Program (IHP) Intergovernmental Oceanographic Commission (IOC) by Scientific Committee on Oceanic Research (SCOR) Land-Ocean Interactions in the Coastal Zone (LOICZ). IHP-VI. Series on groundwater no. 5 IOC manuals and guides № 44.
Ігор Семенович Зекцер. д. г.-м. н. проф. зав. лаб. регіональних гідрогеологічних проблем Ін-ту водних проблем РАН.
Ольга Алиевна Карімова. к. г.-м. н. наук. співр. тій же лабораторії.