Необходимо сразу же уточнить, что гидросфера, или водная оболочка Земли, разделяет литосферу и атмосферу. Когда мы говорим о развитии земной коры, то формально гидросфера не входит в ее состав и не должна нами рассматриваться. Вместе с тем, формирование земной коры просто немыслимо или даже невозможно без воздействия поверхностных и подземных вод. Именно существование гидросферы является одним из основных показателей уникальности нашей планеты; она сформировала «Каменную летопись Земли», или наслоение разных по возрасту и составу осадочных слоев и толщ, которые к тому же часто содержат органические остатки – следы прошлой жизни. Подземные воды не только обусловливают «окаменение», или литификацию осадочных горных пород, но и термальные разновидности их рождают наиболее красивые кристаллы или какие-то полезные ископаемые. Тема образования и эволюция гидросферы очень велика, поэтому остановимся лишь на нескольких частных ее вопросах.
Изучение водной оболочки входит в компетенцию большого научного направления, получившего название гидрологии. Ее составными частями являются океанология и океанография, гляциология, или учение о ледниках, лимнология, называемая также озероведением, болотоведение и гидрогеология. А вот последняя, изучающая подземные воды, является разделом именно геологии. Ее историко-геологическое направление называют палеогидрогеологией. Уточним: всю современную гидросферу можно разделять на две существенно отличающиеся части. Ту, что мы можем наблюдать на поверхности (океаны, моря, реки, озера, водохранилища и др.), и так называемую подземную гидросферу. О последней мы хотя и знаем намного меньше, но она не менее интересна и важна. Если поверхностные воды покрывают лишь три четверти земной поверхности, то подземные воды образуют сплошной слой, развитый как на материках, так и под океанами.
А можем ли мы говорить что-то о деятельности и жизни гидросферы в прошлом? В отличие от земной коры она не образует «каменной летописи». Частично это так. Но когда мы говорим об оледенениях прошлого – то это тоже работа прошлых поверхностных вод. И мы уже рассматривали ее. В некоторых осадочных толщах сохранились остатки морских вод былых геологических эпох; они даже получили название седиментогенных. Детальное изучение подземных вод на Харьковщине, известных как «Роганская» или «840» показывают, что они сформировались еще во время последнего оледенения, или более 10 тыс. лет назад. А это тоже история.
Какие основные вопросы решает гидрология и палеогидрогеология? Это, прежде всего, время и условия образования гидросферы, эволюция ее состава, роль в формировании биосферы и земной коры. Ранее мы уже говорили, что осадконакопление, или процесс образование осадочных пород и осадочной оболочки земной коры, практически невозможен без участия гидросферы. Частными ее вопросами можно считать формирование некоторых полезных ископаемых, рожденных подземными водами, разные формы круговорота воды в природе.
Время появление воды на поверхности Земли является одним из наиболее сложных вопросов, пока не в полную меру выясненным. Предполагается или считается доказанным, что в период от 3,8 до 3,3-3,2 млрд. лет на ней периодически возникали обширные, но мелководные бассейны горячих вод, рожденных магматическими процессами; эти воды получили название ювенильных. Интервал времени от первого появления поверхностных вод до существования постоянных водных бассейнов выделяют иногда в самостоятельную стадию развития Земли, называемую катархейской. Одним из наиболее обоснованных показателей такого явления может считаться начало формирования толщ осадочных пород. К возрастному уровню 3,5 млрд. лет относят появление жизни на нашей планете, которая также невозможна без гидросферы.
Изучение истории Земли показывает, что объем ее гидросферы непрерывно возрастает. Отсюда естественный вопрос – откуда вода к нам поступает? Один из ее источников вроде как будто бы не вызывает сомнений – магматические процессы. В частности, Е.К. Мархинин приводит расчеты, что существующие ее объемы может обусловить вулканизм. Имеет ли место космическое ее поступление – решить трудно. Она предполагается в составе комет, но являются ли они пришельцами космоса или отторженцами нашей гидросферы – решить трудно. Иногда мы говорим о роли биосферы в рождении и преумножении гидросферы, то предполагаем биохимический способ образования воды из компонентов литосферы и атмосферы.
Своеобразной проблемой, к изучению которой геология и гидрогеология подключились лишь недавно, являются представления о разном составе растворенных солей в океанах, разных типах океанической воды в разные этапы геологической истории. Об этом могут рассказать накопившиеся в те или иные периоды соленосные отложения, а также подземные воды, сохранившиеся в глубоких захороненных водоносных горизонтах (седиментогенные воды). Интересно, что в докембрийских осадочных толщах соленосные отложения неизвестны. Вероятно, это не следует трактовать как отсутствие солей в гидросфере того времени. Они, по всей видимости, были растворены или размыты позднее.
Доказано, что наиболее радикальные изменения состава океанической воды произошли в конце раннего протерозоя, и это было связано с преобразованием состава земной атмосферы из восстановительной в окислительную. Для фанерозойской истории солевого состава вод мирового океана наибольшее значение имела смена хлоркальциевого химического ее типа на сульфатный; это произошло уже в пермо-триасе, на рубеже палеозоя и мезо-кайнозоя. Главную причину изменений такого химизма видят в деятельности самого океана, на дне которого в последнее время выявлено большое количество глубинных поступлений вод, являющихся результатом своеобразных гидротермальных процессов. А также связывают с характером выветривания на суше в зависимости от климатических условий тех или иных интервалов прошлого времени.
В расшифровке проблемы оледенений в истории Земли геология всегда принимала активное участие. Информация об этом уже рассматривалась нами ранее. Изучение истории развития материков и океанов прошлого, о наступаниях морей на континенты и их отступаниях тоже говорилось достаточно. Это вопросы палеогидрологии, которые берется решать также историческая геология и палеогеография.
Подземные воды являются причиной таких широко распространенных процессов как формирование оползней, пещер, подтопление и других хорошо известных явлений. Они же обусловливают так называемое химическое выветривание, следствием чего является образования таких важных полезных ископаемых как каолины и бокситы (руды алюминия). И хотя современную геологию больше интересуют запасы данного сырья, чем время его образования, это важный процесс прошлого в истории земной коры. Наконец, деятельность горячих подземных вод, называемых гидротермальным процессом, рождает большое разнообразие красивых минералов, которые мы можем видеть в музеях. Кстати, многие из них также являются важными полезными ископаемыми.
Что можно сказать в заключении об условиях образования и развития гидросферы? В последнее время этот вопрос начинает интересовать астрономов, пытающихся отыскать следы воды на других планетах и космических телах, например кометах. Безусловно, он будет интересен и полезен для исторической геологии, гидрологии, палеонтологии и палеоэкологии. Именно водная оболочка Земли обусловила главную черту ее уникальности. В воде зародилась жизнь. Но биосфера не была пассивным элементом гидросферы, использовавшим ее, а своей деятельностью активно содействовала сохранению и наращиванию водного объема. В целом, это достаточно большой круг вопросов, к решению которых историческая геология только приступает.