Типы подземных вод

В Московском институте курортологии и физиотерапии под руководством доктора геолого-минералогических наук В. В. Иванова, первооткрывателя московской минеральной и многих уникальных по содержанию углекислых мышьяковистых вод на Южном Сахалине, сделана подробная карта минеральных вод нашей страны. Для ее создания гирдогеологам потребовалось пройти много километров по глухой сибирской тайге, по опасным болотам Васюганья, с трудом продираться сквозь кедровый стланик на Камчатке и путешествовать по крутым горным тропам и бездорожью «крыши мира» — Памира. Они делали анализы вод родников и ключей, бурили скважины и исследовали химический состав бьющих из них фонтанов, находя все новые подземные богатства.

У нас и за рубежом предпринималось много попыток систематизировать все встречающиеся в природе минеральные воды. Это непростая задача, так как среди более чем 6 тыс. открытых целеб­ных источников есть воды самого различного, чаще всего сложного, комбинированного состава.

Врачи пытались составить свою классификацию, основываясь на лечебных качествах различных минеральных вод, но их попытка потерпела неудачу.

Составленная в результате кропотливого труда В. В. Ивановым и Г. А. Невраевым более удачная, чем ранее сделанные, таблица, классифицирующая лечебные минеральные воды Советского Союза и некоторые воды других стран, дает возможность разобраться во всем многообразии их качеств и происхождения, а также сравнивать вновь открытые источники с ранее известными. Она основана на Основные критерии оценки минеральных лечебных вод (по В.В. Иванову и Г.А. Невраеву, 1964)критериях оценки минеральных лечебных вод (табл. 12).

В этой классификации отдельные признаки (степень минерализации, ионный и газовый состав, температура, наличие микроэлементов и органических веществ, кислая или щелочная реакция, радиоактивность и т. д.) рассматриваются не отдельно, а в комплексе. Это очень важно для оценки минеральных вод с точки зрения их лечебного действия. Например, раньше некоторые се­роводородные источники (Талгинские, Псекупские, Усть-Качкинские) считали такими же, как Мацестинские, которые, являясь сероводородными, имеют кислую реакцию. Но оказалось, что они или щелочные, или содержат больше минеральных частиц, или имеют иной ионный состав, в связи с чем их лечебные свойства уже другие и считать их аналогами Мацестинских нельзя.

На основе таблицы критериев оценки минеральных вод в зависимости от состава, свойств и лечебного значения авторы делят природные минеральные воды на семь основных групп (А, Б, В, Г, Д, Е и Ж).

В группу А входят воды, лечебное действие которых зависит от количества содержащихся минеральных веществ и ионного состава. Таковы источники Миргорода, Старой Руссы, Краинки и т. д.

По количеству растворенных в них веществ они деляется на имеющие слабую минерализацию и обладающие диуретическим (мочегонным) действием, имеющие среднюю минерализацию, ис­пользуемые, как и первые, для питьевого лечения, и «купальные» воды — с сильной минерализацией. Иногда и они, например Синегорские на Сахалине, применяются для питья (как слабительные). Однако следует иметь в виду, что хлоридные и сульфатные воды с минерализацией выше 14—15 г на литр могут оказывать раздражающее действие на слизистую оболочку желудка и вызывать обострение заболевания.

Рассольные воды (с минерализацией выше 150 г/л, а иногда доходящей до 650 г) даже для приема ванны необходимо разбавлять пресной водой.

Большое значение имеет и состав присутствующих в воде ионов. Хотя в них могут содержаться почти все известные элементы, основная их масса в источниках состоит обычно из анионов сульфата, гидрокарбоната, хлора и катионов натрия, магния, кальция. Иногда в кислых, так называемых Продолжение таб.12 Основные критерии оценки минеральных водкупоросных, водах присутствуют железо и алюминий, а в щелочных — карбонаты.

От содержания основных анионов и катионов зависит действие минеральной воды на организм человека. Часто встречаются источники со сложным ионным составом вод. Их оценивают по преобладающему аниону (гидрокарбонатные, хлоридные, сульфатные) и катиону (кальциевые, магниевые, натриевые). Воды Муравьевского источника с минерализацией до 20 г/л употребляются для ванн, а других, где минерализация меньше 10 г/л,— для питьевого лечения.

В группу Б входят углекислые воды. Раньше к ним относили только маломинерализованные воды со свободной углекислотой не менее 1 г/л. По современной классификации, принятой Н. М. Ворониным, их группа значительно расширилась.

Углекислые воды употребляются как для питья, так и для ванн. При их оценке имеет значение количество растворенной в воде углекислоты. Известно, что растворимость углекислого газа в воде резко уменьшается с повышением ее температуры (при нуле градусов она равна 3,35 г/л, при 20° —1,69, при 40° — 0,97 г/л).

Обычно углекислые ванны принимаются при температуре воды 33—37°. Следовательно, чтобы раствор был насыщенным или, еще лучше, перенасыщенным и газировал, в нем должно содержаться не меньше 1,4 г углекислоты на литр. В горячих источниках этого типа (на курортах Джермук, Исти-Су в Азербайджане, как и в Карловых Варах в Чехословакии) углекислота в виде пузырьков выделяется уже при концентрации 0,6—0,7 г/л.

При внутреннем приеме углекислых вод их концентрация может быть ниже насыщения.

В подземных кладовых углекислый газ растворяется в воде и дает слабую угольную кислоту, обладающую свойством образовывать множество солей, известных нам как мел, известняк, мрамор (углекислый кальций). Они нерастворимы в воде, но обладают одним интересным свойством– при избытке в воде угольной кислоты они меняют свой химический состав, превращаясь в двууглекислый кальций, который хорошо растворим в воде. При повышенных температурах на глубинах от сотен метров до нескольких километров от поверхности земли и при большом избытке углекислого газа свойством образовывать двууглекислые соли обладают многие металлы. Вот почему углекислые воды содержат обычно большое количество солей, кислот и заряженных частиц, таких, как анионы хлора, сульфата, гидрокарбоната, катионы натрия, кальция, магния, реже — железа.

В этих водах встречаются также в диссоциированном виде цинк, никель, медь, алюминий, мышьяк, бром, йод — словом, чуть ли не все представители Периодической системы элементов Д. И. Менделеева. Так что при оценке углекислых вод, особенно питьевых, важно знать их общую минерализацию.

При малом насыщении углекислым газом горячих источников или при содержании в их водах определенных количеств таких биологически активных веществ, как сероводород, мышьяк, радиоактивные элементы, их воды относят к другим типам минеральных вод.

К группе В относятся сульфидные воды. Они используются в основном в виде ванн. Но в Пятигорске, Саратове (Соколово-горский источник) они применяются и как питьевые. Сульфидные воды очень ценятся, так как оказывают лечебное действие при многих заболеваниях. Физиологическое действие этих вод зависит от содержания сероводорода и гидросульфидного иона, подвижное равновесие между которыми бывает неодинаковым при щелочной, нейтральной и кислой реакции воды: при сдвиге в щелочную сторону возрастает концентрация гидросульфидных ионов (так бывает, например, при выделении из минеральной воды углекислоты), при нейтральной реакции концентрация обоих примерно равна, а если прибавить в воду кислоту, то возрастает концентрация молекулярного сероводорода. С ним-то и связано лечебное действие, возникающее с проникновением его в организм через кожу и дыхательные пути.

Растворимость сероводорода в воде больше чем в два раза превышает растворимость углекислого газа. Поэтому обычно сульфидные воды не насыщены и не газируют. Почему же в серово­дородных источниках Мацесты выделяются пузырьки газа?

Дело в том, что кроме сероводорода в них содержатся малорастворимый в воде азот, метан и углекислота, производящие это газирующее действие.

В природе встречаются сульфидные воды разной концентрации. Те, в которых содержится больше 250 мг/л сероводорода и гидросульфидного иона, требуют осторожного подхода. Иногда их приходится применять в разведенном виде.

Некоторые микроэлементы, содержащиеся в минеральной воде даже в небольших количествах, жизненно важны для человека: они часто обусловливают основные лечебные свойства воды. Таковы марганец, медь, молибден, входящие в состав ферментов, железо, являющееся частью гемоглобина, кобальт, присутствующий в витамине B12, бром, положительно влияющий на нервную систему, йод, имеющий значение в работе щитовидной железы. Некоторые же микроэлементы, как, например, мышьяк, ядовиты. Однако содержание мышьяка в воде в небольших количествах придает ей лечебные свойства.

В таблице Иванова и Невраева микроэлементы входят в две группы (Г и Д).

Группу Г составляют железистые, мышьяковистые (мышьяковые) воды, а также те, у которых повышено содержание марганца, меди, алюминия, цинка, молибдена, кобальта и т. д.

Медики установили, что прием внутрь вод, содержащих железо, действует лучше, чем лечение лекарственными препаратами, в которые входит этот элемент.

К этой группе относятся источники: Марциальные воды (Карельская АССР), Синегорские на острове Сахалин и Полюстровские (Ленинградская область).

В группу Д входят бромные, йодные воды и с высоким содержанием органических веществ. Йодные воды, например, Хадыженских источников употребляются в виде питья. Лечебное применение их в виде ванн будет полностью доказано, если подтвердится, что йод может проникать через неповрежденную кожу внутрь организма.

Бромные воды Усть-Качки, Вологодских и подобных им источников встречаются в природе в концентрациях, имеющих лечебное значение, чаще, чем йодные. Но бром обычно присутствует в хлоридных водах, причем избыточное введение хлоридов в организм препятствует накоплению в нем брома и проявлению его лечебных свойств. Это обстоятельство необходимо учитывать. Йод и бром часто встречаются в одних и тех же источниках, например, в таких как Майкопские и Хадыженские на Северном Кавказе.

До последнего времени на воды, содержащие повышенные количества органических веществ, которые тоже относятся к группе Д, мало обращали внимания. Их просто считали загрязненными. Но академик В. И. Вернадский в 1933 г. писал о них: «Несмотря на их малое количество, их бальнеологическое значение может быть огромно. Оно должно быть огромно и в геохимическом эффекте».

Работы Г. А. Невраева и других курортологов показали, что органические вещества присутствуют во всех минеральных водах, даже в тех, которые получены из глубоких скважин и не являются результатом их загрязнения. Их лечебное действие на организм в настоящее время установлено вплоть до бактерицидного и влияния на процессы роста.

Особенно много органических веществ содержится в водах, связанных с торфяными залежами (Хилово, Кемери и т. д.). Они присутствуют в них в виде гуминов, темноокрашенных веществ, получившихся при разложении растительных и животных остатков и фенолов (производных бензола).

В источниках нефтеносных районов (Майкоп, Хадыженск, Сергиевские минеральные воды) содержится много битумов — «горных смол» и фенолов, а также нафтановых («нафта» — нефть) кислот. Уникальным в отношении содержания целебных органических веществ является источник «Нафтуся» в Трускавце.

Очень важны и Березовские под Харьковом, и Ундоровские воды близ Ульяновска.

Влияние органических веществ, входящих в такие минеральные воды, на организм продолжает исследоваться, так как оно до конца не выяснено.

В группу Е выделены радиоактивные минеральные воды (о них будет рассказано отдельно).

В группу Ж, последнюю в таблице, входят кремнистые теплые и горячие воды разного происхождения, минерализации и газового состава. Они широко распространены в районах современного и недавнего (в геологическом смысле) вулканизма и связаны с изверженными породами. К ним относятся многочисленные источники Камчатки (Кульдурские, Начинские, Паужетские и др.).

Важное значение имеют горячие кремнистые углекислые источники с невысокой минерализацией и разнообразного ионного состава, такие, как Джермукские и Исти-Су. Они рассматривались выше в группе Б, но их можно относить и к кремнистым водам.

Кремнистые минеральные воды оказывают несомненно большое лечебное действие, но достаточно ясного представления, на чем оно основано, нет. Курортолог В. А. Александров в 1936 г. на основании работ французских ученых высказал предположение, что исцеляющее действие при кожных, травматических и некоторых желудочно-кишечных заболеваниях производит присут­ствующая в них кремниевая кислота, главным образом тогда, когда она находится в недиссоциированной коллоидальной форме.

Каждая из семи крупных групп минеральных вод в таблице Иванова и Невраева подразделяется еще по газовому составу на подгруппы: 1) азотные, в которых газ имеет в основном атмосферное происхождение; 2) метановые, содержащие газ в основном биохимического происхождения, и 3) углекислые, содержащие углекислоту, присутствие которой связано с глубинными процессами, происходящими в магме (сюда относятся вулканические газы и те, что образуются при изменении состава горных пород под влиянием больших температур и давлений). Необходимо заметить, что не во всех группах выдерживается подразделение на все три указанные подгруппы, так как в природе не встречается в группах А и Д углекислых, в группах Г и Д — метановых вод, а группа Б представлена одними углекислыми водами.

В таблице каждый тип минеральной воды занимает одну клетку, и если в нее попали два источника, то это означает, что их состав и свойства аналогичны (например, Кемери — Немиров, Ессентуки — Арзни, Боржоми у нас на Кавказе и Виши во Франции).

Особыми значками в этой таблице отмечены степень минерализации, кислая, нейтральная или щелочная реакция воды, ее температура и ионный состав.

Температура — одно из очень важных качеств минеральной воды: с ней связаны способ использования и лечебное действие.

В природе встречаются минеральные воды самых разных температур: от отрицательных — в районах вечной мерзлоты до положительных (200—300°) —в областях активного вулканизма. Наи­большее применение имеют источники с температурой 35—42°, т. е. такой, в пределах которой меняется температура человеческого тела. Они самые удобные для применения, так как не требуют специальных, иногда сложных устройств для подогрева или охлаждения воды. Кроме того, лечебные свойства минеральной воды при подогреве или охлаждении отчасти теряются, в связи с тем что часть газов улетучивается, а у растворенных веществ может претерпевать изменение химический состав или радиоактивность.

Источники с горячей водой кроме лечебного использования применяются для обогрева бань, жилищ, теплиц и производственных помещений. Очень горячие воды — с температурой выше 100—250° (а с глубин в 7—10 км поступают воды, нагретые и до 350°) — используются и для выработки дешевой электроэнергии. Для теплофикации Петропавловска-Камчатского служат источники долины реки Паратунки, где в 1968 г. вступила в строй первая в мире геотермальная электростанция мощностью 750 киловатт с очень дешевой электроэнергией. Такая электростанция не нуждается в топливе и не загрязняет воздух никакими отходами.