Источники

Источники, родники, ключи, представляют выходы водяных струй из земных недр на дневную поверхность. Источники, соответственно различны происхождению питающей их воды, делятся на ювенильные и вадозные.

Ювенильные источники выносят воду, выделяющуюся на глубинах из огненно-жидкой магмы. Последняя содержит весьма значительное количество водяных паров. При уменьшении давления и при застывании магмы, пары выделяются из нее, поступают в трещины среди горных пород, конденсируются здесь в воду, которая, пройдя тот или иной путь, выходит на дневную поверхность в виде источника. Ювенильные источники характерны для угасающих вулканических областей, в которых магма, поднявшаяся близко к поверхности, медленно остывает. Они характеризуются высокой и притом постоянной температурой, независимостью их дебита от времен года и от выпадающих осадков и почти постоянным присутствием в них больших количеств СО₂. Типом ювенильных источников может служить карлсбадский шпрудель. Углекислые источники Кавказа в большинстве являются ювенильными. Особый вид ювенильных источников образуют гейзеры (см.). На своем пути к дневной поверхности ювенильная вода обыкновенно смешивается с вадозными водами, в силу чего происходят смешанные источники Распространение ювенильных источников в сравнении с вадозными незначительно.

Вадозные источники питаются водой, проникшей в земные недра с поверхности. Атмосферные осадки, выпадающие на поверхность суши в виде дождя, снега, росы и т. д., отчасти просачиваются через горные породы в земные недра. Вода поверхностных водных бассейнов — озер, рек, морей — также при благоприятных условиях проникает в земные недра. Этими водами и питаются источники. К ним присоединяется еще вода конденсационная, которая образуется в поверхностном слое горных пород из паров, содержащихся в воздухе, проникающем этот поверхностный слой. Но в общей массе подземных вод вода конденсационная играет совершенно подчиненную роль. Воды, проникшие под земную поверхность, во-первых, пропитывают горные породы, выполняя их поры, во-вторых, собираются в разнообразных подземных пустотах — в трещинах, пещерах и т. п. Поглощательная способность горных пород, в зависимости от их пористости, весьма различна. Пористость плотных пород незначительна. Так, объем пор в процентах к объему всей массы составляет для массивных кристаллических пород и для кристаллических сланцев обыкновенно меньше 1%. Для мелкозернистого гранита он колеблется от 0,05 до 0,45, для диорита равен 0,25, для глинистого сланца 0,54—0,70. Столь же низок этот % для мрамора (0,11—0,22) и плотного известняка (0,67—2,55). Для песчаников и рыхлых известняков он значительно выше — от 6 до 30 и более. Но особенно он высок для рыхлых песчаных и песчано-глинистых масс — от 24 до 56. Таким образом, рыхлые пористые и плотные трещиноватые горные породы представляют резервуары, могущие вместить огромные водные массы. Проходя через пористые и трещиноватые породы, вода задерживается породами плотными. Породы первого рода называются водопроницаемыми, а породы второго рода водоупорными. К водоупорным породам, кроме пород плотных, принадлежат также глинистые, пористость и влагоемкость которых очень значительны, а водопроницаемость, напротив, весьма мала. Таким образом, водоупорные породы служат ложем для подземных водных скоплений.

В зависимости от наклона этого ложа, подземные воды развивают то или иное движение и при благоприятных условиях выходят на дневную поверхность в виде источника.

Источники  классифицируются на основании: 1) геологических условий их происхождения, 2) температуры и 3) химического состава их вод. В геологическом отношении все вадозные источники разбиваются на две группы — на глетчерные и на источники подземных вод. Первые происходят от таяния глетчеров. Образующаяся на поверхности глетчеров талая вода по трещинам стекает вниз и на дне глетчеров собирается в более или менее значительные потоки, которые при конце глетчера вытекают из его основания на дневную поверхность, нередко образуя при этом во льду сводообразный канал, т. н. глетчерные ворота. В других случаях ручьи талой воды теряются в водопроницаемой массе основной и конечной морен и выходят на дневную поверхность в некотором отдалении от конца ледников. Глетчерные источники обладают низкой температурой, несут много мути, их дебит весьма изменчив не только по временам года, но и в течение суток, находясь в прямой зависимости от тепла солнечных лучей.

Источники  подземных вод делятся на нисходящие и восходящие. Вода первых от пункта поступления в земные недра до места обратного выхода на дневную поверхность в виде источника совершает свой путь под влиянием силы тяжести сверху вниз так, как текут и воды поверхностные. Вода, питающая нисходящие источники, обыкновенно проникает на небольшую глубину и потому имеет температуру, очень близкую к средней годовой температуре соответствующей местности. Область питания нисходящих источников обычно невелика и располагается в непосредственной близости с их выходами. Зависит она от деталей геологического строения — от способа расположения водоупорных слоев. Нисходящие источники, в зависимости от гидрогеологических условий, делятся различными исследователями на значительное количество групп. Но по существу все эти группы являются разновидностями двух основных: ключи пластовые и ключи подземных пустот. Первые питаются водой, задерживающейся на водоупорных слоях и двигающейся по уклону их поверхности. Там, где такие слои прорезываются долинами, вода получает выход на дневную поверхность, образуя источники. Последние, в зависимости от разнообразных условий, или просачиваются незначительными струйками по обнаженному водоупорному слою или же вырываются в различных пунктах мощной струей. Источники  второй группы свой подземный путь проходят по пустотам среди горных пород и этими же пустотами выводятся на дневную поверхность. В восходящих источниках путь воды иной, в общем, значительно длиннейший. Питающая их вода, проникнув в земные недра, вначале по трещинам и водопроницаемым массам стекает вниз, достигая значительных глубин, а затем изменяет направление и восходящим потоком устремляется кверху, выходя на дневную поверхность. Проходя по глубоким слоям, вода воспринимает их повышенную температуру. Посему температура восходящих источников обыкновенно бывает выше, и иногда очень значительно, средней годовой температуры соответствующей местности. Область питания восходящих источников часто является обширной и удаленной от места их выхода. Восхождение водяной струи обусловливается или гидростатическим давлением, или напором газов. В первом случае физическая сторона явления сводится к движению жидкости в системе сообщающихся сосудов, в которой одно из открытых колен находится на низшем уровне, чем другие. Из отверстия этого колена жидкость должна выливаться в виде восходящей струи. В теле земли роль такого сосуда играют или водопроницаемые слои, или системы полых трещин. Водопроницаемый слой, заключенный среди слоев водоупорных, воспринимает в себя с поверхности воду, которая, не будучи в состоянии выйти из этого слоя, мало-помалу скопляется в нем до полного наполнения. Если этот слой имеет изогнутое положение, образуя синклиналь, крылья которой располагаются на разном уровне, то под влиянием гидростатического давления вода будет выходить из пониженного колена восходящей струей. Такого рода пластовые восходящие источники называются артезианскими. Система трещин в водоупорных породах также при благоприятных условиях наполняется водой, которая в пониженном колене системы выходит на дневную поверхность в виде восходящих источников — это будут жильные восходящие источники. Нередко указанные два способа образования восходящих источников комбинируются и дают начало источникам смешанного типа.

Газами, напор которых является причиной движения восходящих водяных струй, служат водяные пары, углекислота и углеводороды. Водяные пары, играющие роль указанного двигателя, имеют или ювенильное, или вадозное происхождение. В первом случае они выделяются в магматических очагах при дегазировании остывающей магмы, по трещинам устремляются к земной поверхности и, встречая подземные воды, нагревают их и своим давлением обусловливают образование восходящих струй. Во втором случае пар образуется из воды, проникшей на глубину, в область высокой температуры, с поверхности. Углекислота выделяется в земных недрах во многих пунктах, особенно в таких областях, которые в недалеком геологическом прошлом служили очагами вулканической деятельности. При своем стремлении к земной поверхности углекислота также часто встречает подземные воды, поглощается ими и, при известных условиях, производит давление, вызывающее восходящие токи. Массовое выделение газообразных углеводородов происходит среди залежей нефти. Выделяющиеся газы обусловливают часто громадное давление, в силу чего в нефтяных областях восходящие источники весьма обычны. В них вместе с водой выносится и нефть. Эти источники нередко сопровождаются целым рядом своеобразных явлений, которые придают им совершенно особенную окраску и выделяют их из всех других источники Им присвоено и особое название, — грязевые вулканы (см.).

По температуре источники делятся на холодные и теплые, или термы. Температура первых равна средней годовой температуре области их развития или несколько ниже; температура вторых выше средней годовой. Если это превышение значительно, то источники называются горячими, или абсолютными термами. В наших широтах горячими считаются источники при 24°С  и выше. Источники  нисходящие, за редкими исключениями, являются холодными; источники восходящие почти всегда термы и часто термы абсолютные; ювенильные источники обыкновенно являются горячими.

Воды химически чистой в природе не существует. Все природные воды содержат в себе то или иное количество посторонних растворенных веществ. Качество и количество веществ, растворенных в воде источников, находятся в прямой зависимости от состава минеральных масс, через которые проходят подземные воды, и от различных условий циркуляции последних — от температуры, давления и т. д. Моментами, способствующими усиленной минерализации, служат встреча подземными водами легко растворимых минеральных масс (каменной соли, карналлита, гипса и т. п.), высокая температура и высокое давление, имеющее особо важное значение для растворимости газов. Вполне понятно поэтому, что, при прочих равных условиях, восходящие источники и термы являются более минерализованными, чем нисходящие и холодные. Абсолютные термы всегда сильно минерализованы. Источники, в которых содержание растворенных веществ (твердых или газообразных) сильно повышено (приблизительно от 1 gr. на 1 kg. воды), называются минеральными источниками. Они весьма разнообразны. Главнейшие группы, которые различают среди них, следующие: 1) Углекислые источники, характеризующиеся содержанием больших количеств свободной СО₂ и присутствием карбонатов и бикарбонатов щелочей, щелочных земель и некоторых металлов. У нас углекислые источники обильны на Кавказе. 2) Соляные источники, богатые NaCl. У нас они наиболее распространены на севере (в Вологодской губернии), на востоке (в Пермской губернии), на юге (в Харьковской) и на западе (в Польше). 3) Серные источники содержат свободный Н₂S. Из твердых веществ для них характерны сульфиды щелочей и щелочных земель, а также CaSО₄. 4) Кремнекислые источники, в воде которых растворены силикаты или SiО₂, — это источники исключительно горячие. 5) Нефтяные источники, вместе с водой которых выносится нефть. Они служат показателями присутствия подземных скоплений нефти. 6) Радиоактивные источники, характеризующиеся радиоактивностью своих вод.

Источники  представляют образование весьма изменчивое. Их дебит меняется в зависимости от колебаний в количестве осадков, выпадающих в области их питания, а также и от изменений в условиях циркуляции подземных потоков.   Содержание растворенных веществ в воде источника также подвержено переменам, хотя и в меньшей степени.

Литература: Keilhack, «Lehrbuch der Grundwasser und Quellenkunde», 1912; Н. Hofer von Heimhalt, «Grundwasser und Quellen. Eine Hydrogeologie des Untergrundes», 1912.

А. Нечаев.