Вода з великої безодні – правда чи міф?

Біблія є однією із найдавніших книг людської цивілізації. Вона містить цілий ряд цінних відомостей про духовні, етнічні, юридичні та інші особливості стародавніх народів. Вона також є повчальною і пророчою книгою, містить історичні відомості про події, які відбувались до і після нашої ери. Народження, життя і смерть Ісуса Христа, які найбільш детально описані саме в цій книзі, і стало тією епохальною межею, що розділило історію людської цивілізації на дві епохи – до народження Ісуса і після Нього. Це знайшло відображення у датуванні часу. Тому описані в Біблії події в жодному разі не можна недооцінювати.

Ця книга також містить відомості про природні процеси, зокрема про іншу глобальну подію – природний катаклізм, що повністю змінив поверхню всієї планети – всесвітній потоп. Так, у книзі Буття 7:11-12 написано: «Року шостої сотні літ життя Ноєвого, місяця другого, сімнадцятого дня місяця, цього дня відкрилися всі джерела великої безодні, і розчинилися небесні розтвори. І був дощ на землі сорок день і сорок ночей.» Тому біблійний потоп переважно асоціюється із дощем, що лив на землю сорок діб. Але в цитаті є наступні слова: «… і відкрилися всі джерела великої безодні…» І далі вірш 7:24: «І прибувала вода на землі сто і п’ятдесят день.» Тобто, під час потопу ще довше, ніж з неба, вода надходила із землі. Як відомо, верхня частина планети – земна кора, літосфера є твердою оболонкою Землі. На перший погляд виглядає неймовірним, що тверда планета може містити таку кількість рідини, що повністю покриє її поверхню. Тож чи узгоджуються вказані дані історичної книги з сучасними геологічними та гідрогеологічними знаннями?

Загальні дані

Вода міститься в атмосфері, біосфері та гідросфері. Гідросферу утворюють води, що перебувають у рідкому стані і накопичуються в океанах, морях, озерах, річках, болотах, а також у кристалічному стані – це льодовики та сніг.

Найбільшу масу води у гідросфері містить Світовий океан (океани і моря) – за різними оцінками 1330-1370 млн. км³. На другому місці за об’ємом підземні води – 461,4-1300 млн. км³, потім йдуть крига і сніг – 24 млн. км³, потім озера – 176,4 тис. км³, атмосферні води – 12,9 тис. км³, болота – 10,3 тис. км³, річкові води – 2,1 тис. км³ і води в живих організмах – 0,05-1,1 тис. км³. Таким чином, всього на планеті (океанах, поверхні суші і в земній корі) наявно біля 1,8 млрд. км³ води, а за деякими даними до 2,5 млрд. км³. Це складає біля 1% маси Землі.

Про потужність гідросфери можна судити за такими даними: найбільша глибина Світового океану 11 022 м; підземні води у рідкій фазі зустрічаються імовірно до глибини 10-12 км, глибше і вище вода існує у пароподібному і хімічно зв’язаному стані; потужність крижаного покриву досягає 4 км (в Антарктиді).

Вода у земній корі і верхній мантії

На сьогодні виділяють такі види підземних вод: вільну, пароподібну, у твердому стані, фізично і хімічно зв’язану.

Вільні води. Серед вільних вод, які утворюють рідку фазу порід, розрізняють гравітаційну, капілярну та іммобілізовану.

Гравітаційна вода перебуває у капельно-рідкому стані в крупних, надкапілярних порах проникливих порід, вона рухається по порам і тріщинам у гірських породах під дією сили тяжіння і здатна передавати гідростатичний тиск. Найчастіше саме ця вода використовується для харчового і промислового споживання.

Капілярна вода заповнює капілярні пустоти і тонкі тріщини у гірських породах і під дією сил поверхневого натягу на межі води і повітря піднімається вище рівня підземних вод, утворюючи, таким чином, зони капілярного насичення. Її формування відбувається не під дією гравітаційних сил, а сил поверхневого натягу. Як правило, що менший розмір частинок порід, то більша висота капілярного підняття. Втім, при суцільному заповненні капілярних пор ця вода може передавати гідростатичний тиск. За рядом властивостей вона істотно відрізняється від вільної гравітаційної води. Наприклад, в найбільш дрібних порах тонкодисперсних порід (глини, суглинки) замерзає тільки при температурі нижче -12ºС. В залежності від розташування і зв’язку капілярної води з гравітаційною водою зони насичення виділяють наступні 3 їх види: підвішені, стикові та капілярної облямівки.

Підвішені капілярні води – це ті, що утримуються в капілярних порах і тріщинах силами поверхневого натягу при просочуванні води через поверхню землі. Вони не досягають верхньої границі ґрунтових вод зони повного насичення. Стикові капілярні води утворюються в кутах пор і на стиках частинок порід під впливом капілярних (меніскових) сил. Води капілярної облямівки утворюються при наявності ґрунтових вод в зоні насичення шляхом капілярного підняття силами поверхневого натягу в зону аерації. При цьому верхня поверхня капілярних вод зазнає коливань у відповідності зі зміною рівня ґрунтових вод.

Іммобілізована (вакуольна або сорбційно-замкнена) вода утворюється у замкнених порах (вакуолях) порід у вигляді капельно-рідкої фази. При механічному порушенні чи руйнуванні каркасу гірських порід ця вода перетворюється у гравітаційну. За умовами формування подібні ізольовані пустоти можуть бути різними: окремі пори осадових дисперсних гірських порід, відособлені в результаті цементації порового простору, окремі мікропустоти в кристалах і мінералах, закриті (ізольовані) безпосередньо в процесі мінералоутворення, ізольовані мікропустоти, що формуються при застиганні і зменшенні об’єму магматичних порід. Склад іммобілізованої води може бути істотно різним, представленим газо-водяними сумішами, різними комплексами і концентрацією розчинених у воді речовин.

Пароподібна вода разом із повітрям заповнює всі не зайняті водою пори і тріщини у гірських породах. Вода у формі пара є однією із складових частин газоподібної фази гірських порід. Водяний пар, що міститься у повітрі, перебуває у стані, близькому до насичення, за виключенням верхніх шарів, що зазнають періодичного висихання. При певних умовах пароподібна волога може конденсуватись і переходити у вологий стан, обумовлюючи збільшення вологості ґрунтів. Кількість пароподібної води у гірських породах звичайно не перевищує декількох тисячних долей відсотка від маси породи. Рух молекул водяного пару в зоні повного насичення здійснюється від ділянок з більшою до ділянок з меншою пружністю водяного пару, яка залежить від вологості і температури повітря. При 100%-й відносній вологості повітря, яка характерна для зони неповного насичення, рух водяного пару здійснюється у відповідності зі зміною температури, тобто у напрямі пониження температури гірських порід.

Вода у твердому стані міститься в породах у вигляді розсіяних кристалів криги або крижаних жил і прошарків, які цементують мінеральні частинки порід перетворюючи їх у мерзлий стан. Поширена в зоні багаторічної мерзлоти і поза нею в приповерхневих шарах сезонного промерзання.

Фізично зв’язана вода називається також молекулярною водою. Вона ділиться на міцнозв’язану і пухкозв’язану. Істотно, що зв’язані води присутні як у водопроникних породах, так і в водоупорах (глини, щільні вапняки). Навіть у таких, в яких вільна вода відсутня. Фізично зв’язані води знаходяться під великим тиском молекулярних і електростатичних сил або утримуються в порах і тріщинах порід силами поверхневого натягу і відрізняються рядом властивостей від капельно-рідкої води.

Міцнозв’язана (гігроскопічна або адсорбційна) вода утворюється на поверхні мінеральних частинок, яким властива поверхнева електростатична енергія, нерухомим шаром у декілька діаметрів молекул або долей мікрометра. Вміст міцнозв’язаної води в осадових породах збільшується зі зменшенням їх зернистості. В пісках її вміст складає до 1%, у лесах до 8%, у глинах до 18%. Її наявність у породі непомітна для ока.

Біля дрібнодисперсних частинок породи, крім гідратної оболонки з міцнозв’язаної води утворюється друга гідратна оболонка, вода якої називається пухкозв’язаною. Пухкозв’язана (плівкова) вода утримується на частинках порід силами молекулярного зчеплення, при чому найбільш міцно зв’язується шар води, що прилягає до частинки. Наявність плівкової води помітна для ока, оскільки породи набувають при цьому більш темного забарвлення. Вона може рухатись як рідина від більш товстих плівок до більш тонких, не підлягає дії сили тяжіння і не передає гідростатичного тиску, є малорухомою. Максимальний вміст плівкової води або максимальна молекулярна вологоємність складає для пісків 1-7%, для супісків 9-13%, для суглинків 15-23% і для глин 25-45%. При збільшенні товщини плівки до моменту, коли не забезпечується утримання її верхніх шарів, плівкова вода може переходити у вільну поповнюючи гравітаційну.

Хімічно зв’язана вода – це та, яка приймає участь у кристалічній будові мінералів у вигляді молекул Н₂О або в будові більш складних мінеральних з’єднань у вигляді ОН^–, Н⁺ і Н₃О⁺. Вона буває цеолітною, кристалізаційною та конституційною.

Цеолітна вода входить до складу мінералів у вигляді молекул. Може бути видалена незначним нагріванням без їх руйнування. Прикладами мінералів з такою водою є опал SiO₂*nH₂O, анальцим Na₂Al₂Si₄O₁₂*H₂O, нонтроліт Na₂Al₂Si₃O₁₀*2H₂O та ін. Видалення (дегідратація) молекул цеолітної води відбувається без руйнування алюмосилікатного каркасу мінералу, часто навіть без нагрівання до високих температур. Її вміст може відновлюватись у структурі мінералу при зміні термодинамічних умов.

Кристалізаційна вода входить до кристалічної гратки мінералів у вигляді молекул Н₂О. Мінерали, які містять таку воду, називаються кристалогідратами: діоптаз Cu₆[Si₆O₁₈]*6H₂O, гіпс CaSO₄*2H₂O, мірабіліт Na₂SO₄*10H₂O, бішофіт MgCl₂*6H₂O та ін. Вміст такої води у деяких мінералах досягає 50% і більше. Видалення кристалізаційної води переважно відбувається при нагріванні до 300-400ºС і призводить до руйнування кристалічної гратки мінералів і формування безводних модифікацій цих з’єднань.

Конституційна вода міститься в мінералах у вигляді гідроксиду (ОН^–). Вода виділяється лише при природному чи штучному нагріванні гідроксидвмісних мінералів (топаз Al₂(OH,F)₂[SiO₄], флогопіт KMg₃(OH,F)₂[AlSi₃O₁₀] та ін.) до температури 400-1300ºС, що супроводжується зміною конституції мінералів, наприклад, за схемою: брусит-Mg(OH)₂→MgO+H₂O. Це спричиняє часткову або повну руйнацію первісної структури мінералів.

Вода у кристалічних породах

Джерелами знань про глибинну будову земної кори і верхньої мантії є геофізичні дані, магматичні породи, що вивергаються з глибин, уламки (ксеноліти) інших гірських порід, які магма часто виносить у приповерхневу частину і які не встигають переплавитись, а також експериментальні дані. Наприклад, експерименти О. Татла і одного із основоположників сучасної петрології Н. Боуена (1956) з плавленням граніта показали, що граніт переходить у розплавлений стан в умовах тиску водяного пару 4000 кг/см² і температурі 640ºС. Щоб відбулося повне розплавлення граніта необхідно більше 9% води. Для часткового плавлення достатньо меншої її кількості. При 2% води приблизно 20% граніта переходить у розплав при тих самих температурі і тиску. Експерименти показали можливість розчинення значної кількості води у гранітному розплаві. Наприклад, при тиску 9000 атм і температурі 1200º вміст води у розплаві досягає 14,6%. Експериментально виявлено різні тенденції поведінки води при магматичні діяльності. Наприклад, в силікатних розплавах з ростом тиску збільшується розчинність води, а температури кристалізації мінералів з підвищенням тиску водяного пару зменшуються. Експериментальне вивчення поведінки ряду систем у присутності Н₂О в умовах різного тиску парів води допомагає пояснювати ряд явищ в області магматизму.

Завдяки хімічним аналізам вода встановлюється у магматичних і метаморфічних гірських породах, вона присутня в летких ендогенного походження, фумаролах (газових струменях) і виривається у вигляді гейзерів (водяних струменів).

Кількість води у глибинних магматичних породах звичайно коливається в межах 0,5-2,0% (вагових), хоча іноді може досягати 6 і навіть 9%. Середній вміст води у різновидах граніта складає 0,48-0,80% (вагових), діоритах – 0,97-1,73%, габроїдах – 1,37-1,83%, перидотитах – 3,54-7,29%, пікриті – 5,10%, кімберліті – 7,85%. В інтрузивних породах спостерігається тенденція до збільшення вмісту води в тих різновидах, які мають більш глибинне походження. В той же час ефузивні (укорінюються на поверхні) породи, загалом, містять більше води ніж інтрузивні (укорінюються на глибині).

Вважається, що найбільш глибинне походження мають такі породи як пікрити, лужні ультрабазити і кімберліти – їх магматичні розплави зароджуються у верхній мантії на глибинах 80-180 км. Дуже часто і в значній кількості ці породи містять ксеноліти (уламки) інших порід, які значною мірою або повністю складені серпентином (Mg,Fe,Ni)₃(Si,Al)₂O₅(OH)₄, мінералом, що містить воду у вигляді гідроксиду. Серпентин вважається вторинним мінералом, він утворюється по олівіну і ромбічному піроксену. Певна річ, перехід цих «сухих» мінералів у гідроксидвмісний серпентин вимагає присутності води. Це одне із підтверджень наявності води у верхній мантії.

Вважається, що джерелами підземних вод: дегазація мантії, синтез води в атмосфері з подальшою інфільтрацією в землю після випадання опадів, потрапляння з космосу разом з метеоритами і седиментаційні води. Тобто утворення молекул води всередині дуже глибинних частин Землі розглядається вченими як цілком реальне її джерело.

За різними даними середній вміст води у магматичних гірських породах складає 1,15-1,4% (вагових). Якщо прийняти середній вміст 1,25%, при значенні середньої густини земної кори 2,77 г/см³ і води 1 г/см³, то в одному см³ земної кори міститься 3,46% (об’ємних) води. Площа земної поверхні складає 510 млн. км². Якщо прийняти середню потужність земної кори за 30 км, то її об’єм складе 15 300 млн. км³, а об’єм води, що в ній міститься, без врахування гравітаційних, поверхневих і атмосферних вод, – за різними даними 529,4-1300,0 млн. км³. Тобто води у земній корі достатньо, щоб покрити її поверхню шаром потужністю приблизно 1,1-2,5 км. Площа гір, висота яких перевищує 1 км, займає невеликий відсоток земної поверхні. Якщо припустити, що до потопу не було гір вище 1000 км, то цієї води цілком достатньо, щоб покрити всю землю. Але ще набагато більше води міститься у верхній мантії, потужність якої в десятки разів перевищує потужність земної кори.

Висновки

Вода є не тільки важливим компонентом атмо- і біосфери, але й земної кори і верхньої мантії. Вона заповнює тріщини, різного роду пори та пустоти серед осадових, магматичних і метаморфічних гірських порід, утворює міцно зв’язані плівки, є важливою складовою мікропустот і кристалічних граток мінералів. Бере активну участь у перетвореннях мінералів і гірських порід, а також магматичній діяльності. Її кількості тільки у земній корі достатньо для того, щоб покрити 1,1-2,5 км шаром всю поверхню планети. Але ще набагато більша її кількість міститься у верхній мантії, потужність якої в десятки разів перевищує середню потужність земної кори. Наведені дані лишній раз підтверджують правдивість Біблії – книги, яка, як жодна інша книга, сприяла розвитку людської цивілізації. Зокрема, правдивість у тій її частині, яка описує всесвітній потоп.

Андрій Баран, кандидат геологічних наук

Література

Всеволожский В.А. Основы гидрогеологии: Учебник / В.А. Всеволожский. – М.: Изд-во МГУ, 1991. – 351 с.
Гаттенбергер Ю.П. Гидрогеология и гидродинамика подземных вод / Ю.П. Гаттенбергер. – М.: Недра, 1971. – 184 с.
Даминова А.М. Петрография магматических горных пород / А.М. Даминова. – М.: Недра, 1967. – 232 с.
Заварицкий А.Н. Изверженные горные породы / А.Н. Заварицкий. – М.: Изд-во АН СССР, 1956. – 479 с.
Кононов В.М. Основы геологии, гидрогеологии и инженерной геологии / В.М. Кононов, А.М. Крысенко, В.М. Швец. – М.: Высшая школа, 1978. – 187 с.
Павлишин В. Мінералогія: Вступ до мінералогії. Кристалохімія, морфологія і анатомія мінералів. Мікромінералогія і наномінералогія: Підручник / В. Павлишин, С. Довгий. – К.: КНТ, 2008. – 536 с.
Седенко М.В. Основы гидрогеологии и инженерной геологии / М.В.Седенко. – М.: Недра, 1979. – 200 с.
Соловьев С.П. Химизм магматических горных пород и некоторые вопросы петрохимии / С.П. Соловьев. – Л.: Наука, 1970. – 312 с.
Хитаров Н.И., Кадик А.А., Лебедев Е.Е. Основные закономерности отделения воды от магматических расплавов гранитоидного состава. – Геохимия, №11, 1967.