Еще в начале XIX века известный естествоиспытатель Ж. Б. Ламарк для обозначения явлений разрушения и отложения посредством воды на поверхности Земли предложил термин «гидрогеология» (рис. 2). В новом понимании, как учение об источниках и подземных водах, его стали употреблять на рубеже 70-х и 80-х годов прошлого века — точнее время появления гидрогеологии, вероятно, определить нельзя.
Puc. 2. Титульный лист книги «Гидрогеология, или исследование влияния вод на поверхность земного шара…» Ж. Б. Ламарка, изданной в 1802 году.
Особенно широкое распространение гидрогеологические исследования получили в России. Ими занимались выдающиеся геологи И. В. Мушкетов, Н. А. Соколов, В. А. Обручев и другие, благодаря которым в обиход вошел термин «гидрогеология» в современном понимании.
Первый штатный гидрогеолог. В Крыму, на западной окраине Алушты, у подножья горы Кастель высится обелиск. На нем выбита надпись: «Николаю Алексеевичу Головкинскому». Головкинский (1834–1897) — первый в мире штатный гидрогеолог. Такая должность потребовалась Крыму, и ее учредило Таврическое губернское земство в 1886 году специально для него — опального профессора геологии, покинувшего пост ректора Новороссийского (ныне Одесского) университета и переселившегося в Крым. Такой должности не было до того не только в России, но и за рубежом.
Жизненный путь, широкая эрудиция этого подвижника показывают, что последующие поколения исследователей подземных вод могут гордиться «гидрогеологом № 1». За сравнительно короткий срок Головкинский становится одним из виднейших специалистов своего дела, высказавшим продуманные идеи о происхождении подземных вод, давшим много рекомендаций, где и как их искать в засушливом Причерноморье. Он был типичный ученый-практик. Его усадьба «Кастель-гора» стала своеобразным научным и культурным центром Крыма и получила название «Профессорский уголок». Сюда заглядывали все, кто посещал Крым с научными целями, любители искусства и литературы. Николай Алексеевич был душой общества, знатоком природы Крыма, он недурно рисовал и даже печатался в литературных журналах. Но больше всего к нему приходили и приезжали как к гидрогеологу, просили указать места, где можно заложить скважину на воду.
Ежегодно на протяжении 10 лет он составлял «Отчеты гидрогеолога». Авторитет и популярность Головкинского среди всех слоев населения были так высоки, что, когда он скончался, Таврическое земство постановило соорудить на его могиле памятник и выделило средства Московскому обществу испытателей природы на премию его имени за лучшее сочинение по гидрогеологии Крыма. Участники Крымской экскурсии VII Международного геологического конгресса (1897 год), подготовку которой осуществил Головкинский и перед началом которой он внезапно умер, решили создать первому штатному гидрогеологу интернациональный памятник: каждый из них прислал на могилу свой камень. Эти камни (а их было несколько десятков) стали составной частью обелиска, воздвигнутого в 1900 году (рис. 3). Что касается премии имени Головкинского, то она так никому и не была присуждена: не нашлось достойных работ.
Рис. 3. Памятник Н. А. Головкинскому в Алуште. Рисунок П. К. Тыглиянца — правнука Н. А, Головкинского.
Становление гидрогеологии. Гидрогеология зародилась и развивается вплоть до настоящего времени на стыке геологии, то есть науки о Земле, и гидрологии — науки, занимающейся изучением гидросферы и природных вод.
Относительно времени возникновения гидрогеологии мнения расходятся: одни ведут отсчет от Ламарка или начала широкого использования подземных вод для водоснабжения в первой половине XIX века, другие, наоборот, относят его к 20–30-м годам XX века, к периоду оформления гидрогеологии как самостоятельной дисциплины, создания учреждений гидрогеологического профиля и соответствующих кафедр в вузах. Однако правильнее все-таки временем ее рождения считать последнюю треть XIX века: с того периода термин «гидрогеология» стал использоваться в современном понимании, тогда же формируются основы учения о подземных водах и, наконец, появляются первые представители этой науки — гидрогеологи.
Широкий размах в конце XIX века приобретают региональные гидрогеологические исследования. Систематизированное изложение учения о подземных водах дают в это время А. Дебре во Франции, И. В. Мушкетов в России, И. Гааз в Германии, Ч. Слихтер в США. Среди немногих региональных работ выделяется труд члена-корреспондента Санкт-Петербургской академии наук С. Н. Никитина «Грунтовые и артезианские воды на Русской равнине», содержащий изложение методов изучения подземных вод и ставший образцом региональных обобщений. В начале XX века появляются работы по методике гидрогеологических исследований.
С самого зарождения гидрогеология была не только учением о подземных водах. Уже в первые десятилетия в ее поле зрения находились пары воды и газово-жидкие растворы магмы, в частности когда дело касалось происхождения или состава подземных вод. Иначе говоря, гидрогеологию интересовала жизнь всех видов воды, заключенных в недрах Земли. С этих позиций весьма оригинальное определение дал ей еще в 1900 году С. Н. Никитин: это наука «о подземной ветви общего природного круговорота воды на Земле». Широко привлекала гидрогеология достижения других наук, в первую очередь математики, физики, химии, смежных геологических дисциплин.
Почти полстолетия — последнюю четверть XIX и первую четверть XX века — длился диспут о путях проникновения влаги в земные недра. Инициатором его был австрийский инженер О. Фольгер. Он обрушился на инфильтрационную теорию, заявив: «Нет подземной воды из дождевой». По его мнению, вода не просачивается, а попадает внутрь Земли в виде влажного воздуха: конденсирующаяся влага и питает подземные воды. Яростный спор вокруг гипотезы Фольгера разрешил русский ученый А. Ф. Лебедев. Точными замерами ему удалось установить, что сравнительно с просачиванием конденсация дает гораздо меньше подземных вод. Он же выявил механизм перемещения влаги в почвогрунтах и характер перехода воды из одного состояния в другое.
А как появляются глубокие воды — термы и рассолы? Эти вопросы стали волновать ученых уже в начале XX века, но и сейчас они окончательно не решены.
Крупнейший геолог и знаток «лика» Земли Э. Зюсс в 1902 году на одном из съездов естествоиспытателей смело заявил: «Термы — продукт магмы, они ювенильны». Под ювенильными (то есть девственными) Зюсс понимал воды, которые отщепляются в виде пара от магмы и впервые вступают в круговорот воды на Земле. Синтез этих вод из водорода и кислорода происходит на больших глубинах.
Что касается соленых вод и рассолов, которые повсеместно встречаются на нефтегазовых промыслах и соляных месторождениях, то их считали ископаемыми водами морского происхождения. Эти воды попадают в недра Земли при осадконакоплении и отжимаются из илов в пористые коллекторы, сохраняясь в них как реликты бассейнов осадконакопления прошлых геологических эпох. К такому выводу пришли почти одновременно, изучая воды глубоких горизонтов с разных позиций, австрийский геолог Г. Гефер, русский академик Н. И. Андрусов и американский гидролог А. Лейн.
Гипотезы ювенильных и ископаемых вод с самого начала имели сторонников и противников. К настоящему времени, благодаря накопленному обширному материалу по гидрогеологии глубоких горизонтов, обе концепции претерпели значительные изменения, однако остались в основе наших знании о происхождении ресурсов и состава подземных вод и в той или иной мере подтверждены новыми фактами.
Так постепенно происходило становление гидрогеологии. С годами появились успехи в познании динамики и состава подземных вод, изучении региональных гидрогеологических закономерностей и использовании подземных вод для водоснабжения и в медицине. Все это нашло отражение в фундаментальных обобщениях и учебных пособиях, среди которых наиболее известными считались труд русского гидрогеолога П. В. Отоцкого, трижды переиздававшаяся книга знатока грунтовых вод и минеральных источников Центральной Европы немецкого гидрогеолога К. Кейльгака и работы американца О. Мейнцера — специалиста в области теоретической и прикладной гидрогеологии. Особо хочется отметить исследования, проведенные сибирским геологом А. В. Львовым и положившие начало изучению подземных вод мерзлой зоны Земли.