Субмаринные воды
Субмаринные воды, распространенные под морями, океанами и крупными озерами (в последнем случае эти воды правильнее называть более широким термином «субаквальные воды», т.е. в точном переводе «подводные воды»). Итак, воды подземной гидросферы по условиям их распространения и залегания разделяются на подземные воды суши, которые сверху имеют ненасыщенную зону и тесно связаны с атмосферой, и субаквальные подземные воды, развитые под дном морей и крупных озер и гидравлически связанные с водами этих водоемов. Термин «субмаринные источники» используется для описания источников, разгрузка которых происходит ниже уровня моря в шельфовой зоне. Обнаружить их можно по характерному вскипанию воды на поверхности моря. Роль их бывает настолько велика, что они могут уменьшать солёность морской воды. Как отмечал Р.А. Кохоут, «субмаринные источники, этот чудный феномен природы, является до сих пор мало изученным процессом береговой гидрологии во всём мире».
Наиболее распространенный вид субаквальных вод - это субмаринные воды, условия формирования, распространения и движения которых во многом определяются их взаимосвязью с морскими водами. Генетически субмаринные воды подразделяются на инфильтрационные, формирующиеся на суше за счет атмосферных осадков и поверхностного стока, седиментационные образующиеся непосредственно в пределах акватории а процессе накопления осадков и их последующих преобразований, и ювенильные воды, образующиеся за счет дегазации верхней мантии. К необходимости изучения су6маринных подземных вод и подземного водообмена суши и моря пришли почти одновременно и независимо друг от друга гидрологи и гидрогеологи.
Источники, вызванные разгрузкой трещинно-жильных вод, приурочены обычно к системам крупных тектонических нарушений в изверженных и метаморфических породах. Они проявляются как на суше, так и в прибрежной части моря. Так, в Крыму на северо-западном склоне горы Аюдаг выявлены три источника, расположенные на глубине 6 и 8 м. Вблизи северо-западного побережья острова Сицилия установлены субмаринные источники, приуроченные к толще доломитов и доломитизированных известняков. Все источники расположены на глубине до 10 м.
Субмаринные источники привлекали внимание людей с давних времён. Более 2000 лет назад финикийцы построили коллекторную систему от субмаринного источника, который обеспечивал пресной водой г. Амрит. Древнеримский философ и поэт Лукреций в I; в. до н.э. в работе «О природе вещей» описывал «вскипание» воды на поверхности моря, а Плиний отмечал существование значительного числа субмаринных источников у берегов Турции, Сирии и южного побережья Испании (залив Кадис).
Несмотря на то, что о существовании «подводных» источников было известно давно, их детальное изучение началось только в XX в.
Где и как формируются субмаринные источники?
В некоторых районах со сравнительно невысоко поднятыми областями питания на подводных склонах функционирует большое число субмаринных источников. К ним относится п-ов Флорида, гипсометрические отметки которого не превышают 100 м. Активная субмаринная разгрузка здесь обеспечивается повсеместным развитием закарстованных известняков, большим количеством осадков (1200-1400 мм/год) и равнинным рельефом с обширными заболоченными участками, практически исключающим поверхностный сток.
Аналогичные условия разгрузки наблюдаются на п-ове Юкатан, представляющем собой низменную равнину, и только на юго-востоке небольшой участок занимают горы Майя. Площадь распространения известняков составляет около 100 тыс. км2 при общей площади полуострова 180 тыс. км2 и длине береговой линии 1000 км. На прибрежных песчаных островах пресная вода залегает в виде линз на солёной морской воде.
По данным американских специалистов, практически на всём восточном побережье США происходит подземный сток в Атлантический океан и Мексиканский залив. Только в одном месте о. Лонг-Айленд (штат Нью-Йорк) подземный сток в океан оценивается в 25 млн м3/год (немного меньше 1 м3/с). В этой части шельфа на расстоянии 37 км от берега (напротив устья р. Делавер) скважиной вскрыты подземные воды, обладающие значительным напором.
В 1966 г. с помощью батискафа на плато Блейк в 200 км от берега на глубине 510 м (южнее Саванны) была обнаружена 50-метровая депрессия на дне моря, заполненная водой с температурой на 2.5°С ниже температуры окружающей морской воды. Эта аномалия связана с разгрузкой подземных вод.
Большое развитие субмаринные источники получили на подводных склонах островных систем с ярко выраженным горным рельефом (Гавайские, Филиппинские, Большие Антильские о-ва, Большой Зондский и Малый Зондский архипелаги).
Аэрофотоснимок южного берега о. Ямайки. Светлые участки овальной формы - субмаринные выходы подземных вод.
Один из наиболее крупных в мире подобных источников расположен у берегов о. Ямайка на расстоянии 1600 м от берега. Он «пробивается» к поверхности моря с глубины 256 м и представляет собой целую пресноводную реку с расходом 43 м3/с.
Богато подводными выходами подземных вод Средиземное море, где субмаринные источники связаны с трещинами и карстовыми каналами в горных породах. В Эгейском море вблизи юго-восточного побережья Греции обнаружен источник пресной воды с большим расходом, а у берегов Адриатического моря их насчитывается около 700.
В Средиземном море известны источники на значительных глубинах: у г. Канны - на глубине 165 м, в Сан-Ремо - 190 м, в заливе Святого Мартина - 700 м. Вблизи северо-западного побережья о. Сицилия установлены источники, связанные с толщей доломитов и доломитизированных известняков.
Выходы субмаринных источников нередко столь значительны, что образуют целые пресноводные потоки. Такой поток среди солёных вод обнаружен в устье р. Роны. Подобная пресноводная «река» течёт и в Генуэзском заливе.
Наиболее детальные исследования субмаринных источников выполнены у южного побережья Франции, между городами Марсель и Кассис. Ещё в 1964 г. Бюро геологических и горных исследований и Водное общество Марселя создали специальную научно-исследовательскую организацию для изучения наиболее крупных источников Порт-Миу и Бестуан и выяснения возможности их эксплуатации. Эти субмаринные источники приурочены к закарстованным известнякам мелового возраста, которые образуют моноклиналь, наклоненную в сторону моря. Аквалангисты, исследовавшие карстовые галереи Порт-Миу, достигли глубины 45 м и по каналам проникли в глубь материка на расстояние более 1 км. Здесь были установлены измерительные пункты, оборудованные датчиками скорости течения, манометрами, резистивиметрами, отобраны пробы воды и грунта, проведены опыты с красящим веществом (флуорисценом), позволившие определить направление и скорость движения фильтрационного потока, выполнены геофизические эксперименты. В карстовых полостях происходит расслоение водной массы: на более низких отметках залегает солёная морская вода, сверху - пресная подземная, обладающая меньшим удельным весом. Скорость продвижения солёной морской воды в глубь галереи обратно пропорциональна величине напоров разгружающихся пресных подземных вод. Величина этого напора, в свою очередь, определяет расход потока пресных субмаринных вод, который движется в сторону моря по поверхности более плотных морских вод. На равновесие между пресной и солёной водой влияют напорный градиент пресного потока и колебание уровня моря, соотношение плотностей пресной и солёной воды и разность их температур, способствующие процессам диффузии.
Полученные результаты исследований использовались при проектировании и строительстве бетонной плотины на пути проникновения морской воды в глубь материка через главную карстовую галерею. Плотина, построенная в самой глубокой части карстовой галереи (примерно в 500 м от её выхода в море), позволила осуществлять постоянные измерения скорости потока разгружающихся подземных вод, следить за потерями напора вдоль карстовой галереи, предотвращать внедрение морских вод и выявлять оптимальные условия эксплуатации пресных подземных вод для водоснабжения населения.
В бывшем Советском Союзе субмаринные источники хорошо известны на Кавказском шельфе Чёрного моря. У пос. Гантиади на фоне синей морской воды контрастно выделяется светлое пятно, а многочисленные быстро лопающиеся пузырьки создают обманчивое впечатление кипящей воды. Так проявляется субмаринный источник пресной воды с дебитом около 0,3 м3/с. Более крупный участок «кипящей» морской воды хорошо виден с берега при спокойном море в районе Гагры, его дебит - 8 м3/с.
Подобные «бугры вскипания» расположены на расстоянии 100-150 м от берега. Это проявления на поверхности моря пресных карстовых источников с местным названием «репруа», расположенных на глубинах 5-10 м.
Источники, вызванные разгрузкой трещинно-жильных вод, приурочены обычно к системам крупных тектонических нарушений в извержённых и метаморфических породах. Они выходят как на суше, так и в прибрежной части моря. В Крыму, на северо-западном склоне горы Аюдаг, обнаружены три источника, расположенные на глубине 6 и 8 м.
А.И. Коротков с соавторами описывают гидрогеологические условия разгрузки подземных вод на островах Бахрейна в Персидском заливе. В прибрежной зоне островов выходит большое количество субмаринных источников с солоноватой водой (общая минерализация около 4 г/л), область питания которых находится на материке в районе Саудовской Аравии. По мнению исследователей, подземные воды проделывают путь более 100 км под морским дном, сохраняя достаточный напор для разгрузки в виде источников.
Несколько лет назад в одной из российских газет были опубликованы путевые заметки о государстве Бахрейн, где, в частности, говорилось и о субмаринных источниках:
«Свежая пресная вода на бахрейнских самбуках всегда в изобилии. Подводные ключи, бьющие в районе промыслов, позволяют пополнять её запасы в любое время. Кое-где даже встречаются «освоенные» источники с выведенными на поверхность залива резиновыми шлангами с поплавками: подплывай и бесплатно заполняй порожние баки! Не случайно возникло и само название архипелага Бахрейн, что в переводе означает «два моря» - солёное море вокруг и море пресной воды, ключами бьющее со дна».
Многочисленные субмаринные источники связаны с подземными каньонами, нередко представляющими собой подводное продолжение устья рек. От устья р. Ганг в Бенгальский залив протянулся подводный каньон длиной более 1600 км, шириной около 700 км и глубиной более 70 м, в котором найдены выходы субмаринных подземных вод.
Известны случаи, когда субмаринные воды служили не только источниками водоснабжения, но и источниками загрязнения. Так, значительно уменьшилась колония кораллов у берегов Австралии. Проведя ряд исследований, австралийские учёные пришли к выводу, что этот феномен был вызван в первую очередь тем, что с пресными водами поступали загрязняющие вещества, пагубно влияющие на жизнедеятельность коралловых рифов.