Краткая история развития идей в гидрогеологии

Зарождение гидрогеологических идей. Еще в древние времена люди интересовались подземными водами, игравшими заметную роль в водоснабжении и мелиорации. Издавна были известны лечебные свойства минеральных вод. Известно, что водозаборные колодцы и галереи, водоподъемные устройства, каптажи источников, водоводы создавали 3 – 5 тыс. лет тому назад в Китае, Индии, на ближнем востоке и в Средней Азии. Где искать подземные воды знали еще шумеры – первые обитатели Двуречья, Урарту и древнего Ирана. Водоподъемные устройства использовали древние египтяне.

Первые сведения о систематизации знаний о подземной гидросфере имеются у древних философов-мыслителей. В VI веке до н.э. Фалес Милетский что основой всего сущего является вода, на которой плавает суша. Он считал, что морская вода вгоняется ветром в недра Земли, а оттуда под давлением горных пород поступает на поверхность и выходит на нее в виде источников. Близкие представления имел и Платон. Аристотель считал, что морская вода попадает в реки после испарения и конденсации ее на поверхности, а подземная вода образуется в пещерах и пустотах в горных породах из охлаждающегося воздуха. Близкие мнения имели и мыслители Древнего Рима (Лукреций, Кар, Сенека). В I веке до н.э. близкие к научным взгляды высказывал М. Витрувий Поллио о просачивании вглубь Земли дождевой влаги и растаявшего снега. В сочинении «Об архитектуре» он одним из первых правильно объяснил круговорот воды в природе и появление водных источников за счет инфильтрации атмосферных осадков. Поэтому, родоначальником инфильтрационной теории можно считать Витрувий Поллио.

В I веке до н.э. появился первый труд «Поиски скрытых под землей вод» персидского естествоиспытателя М. Каради, в котором были систематизированы знания о подземных водах. В этой работе упоминаются вопросы:

- круговорота воды;

- напорные и безнапорные воды, а также – верховодка;

- использование фреатофитов для поиска подземных вод;

- дано описание некоторых полевых опытных работ;

- рассмотрено качество подземных вод с точки зрения их пригодности для питьевого потребления.

Впервые в Китае начали применять бурение для получения подземных вод. Был изобретен ударно-канатный станок для бурения колодцев. Бурение в Европе начали применять с XII века. В 1126 году на севере Франции в провинции Артуа начато бурение водяных скважин. От латинского названия этой провинции произошло название напорных подземных вод – артезианские воды. С 1137 года известна техника «верчения» для добычи рассолодобывающих скважин с обсадкой стволов деревянными трубами.

Во второй половине 17 века была развита инфильтрационная теория и отмечена связь подземных и поверхностных вод. В частности было установлено, что приток воды в шахтах увеличивается в дождливые периоды годы по отношению к сухим сезонам. В 19 веке было выявлено, что в круговороте воды и формировании подземных вод участвует кроме атмосферных осадков также и морские воды.

Становление гидрогеологии.

Возникновение гидрогеологии как науки относится к XIX веку. Промышленное развитие стран Западной Европы, Америки, России привело к увеличению использования подземных вод. В частности стали изучать подземные воды месторождений полезных ископаемых. Расширились исследования по фильтрации подземных вод. В связи с организацией водоснабжения г. Дижона (Франция) инженер А. Дарси на основе проведенных экспериментов описал в 1856 г. фильтрацию воды в пористой среде, а французский ученый Ж. Дюпюи вывел формулу для определения водопритока к скважине. Вместо «волшебной палочки» для обнаружения подземных вод начали применять научные методы.

Применительно к гейзерам и термальным источникам австрийский геолог Э. Зюсс предложил в 1902 г. гипотезу ювенильных вод, которые образуются на глубине из водорода и кислорода (2Н₂ +О₂ = 2Н₂О).

В XX веке возникла гипотеза ископаемых вод морского происхождения. Идея о сохранении захороненных древних вод в осадочных бассейнах развивалась австрийским геологом Г. Гефером (1902), русским академиком Н.И. Андрусовым (1908) и американским гидрологом А.Ч. Лейни (1908). Морское происхождения приписывали подземным водам с высокой минерализацей, а также – содержанием хлоридов кальция. Несоответствие солености и состава их с современной океанической водой привело к развитию гипотезы ископаемых вод.

Русский ученый С.Н. Никитин (1900) разработал методику регионального изучения подземных вод и гидрогеологического районирования. Он же дал свое определение гидрогеологии как науки о подземной ветви круговорота воды в природе. В.В. Докучаев изучая зональность почв и роль леса в водном балансе положил начало теории зональности и режима грунтовых вод. Исследованиями А.Ф. Лебедева выявлена роль конденсации в питании подземных вод, изучен механизм перемещения влаги в почвогрунтах. Он выделил виды воды в горных породах.

В 30-х годах ХХ века зародилось учение о динамике подземных вод. Теория нестационарного движения подземных вод развивалась в работах Л.С. Лейбензона, П.Я. Полубариновой-Кочиной, Г.Н. Каменского. Закономерности движения подземных вод в глубоких горизонтах изучал А.И. Силин-Бекчурин. Из зарубежных наиболее известны работы М. Маскета, Ч. Тейса, М.К. Хабберта. Последний использовал термин «силовой потенциал» при изучении перемещения несмешивающихся жидкостей, в частности – воды и нефти (нефтяная гидрогеология). Известной является работа академика В.И. Вернадского «История природных вод», или как ее еще называли «Энциклопедия воды» где обобщены итоги изучения воды на Земле ее геологической роли и геохимической деятельности.