«Экономические аспекты геологии»

Вопрос, представляющий особый интерес для экономистов-геологов, — это источник материалов для новых минералов в этих обширно измененных зонах. В некоторых случаях известно, что минералы являются результатом перекристаллизации материалов, уже присутствующих в породе, после удаления определенных веществ, таких как углекислый газ и известь, в условиях давления и температуры контактных зон. В таких случаях очевидно произошло значительное уменьшение объема для заполнения пустот, созданных удалением веществ. В большинстве случаев новые вещества или минералы явно привнесены из магматического источника, замещая вмещающую породу объем в объем настолько точно, что исходные текстуры и структуры, такие как слоистость, не разрушаются. Во многих случаях результат явно обусловлен сочетанием перекристаллизации материалов, уже присутствующих, и привнесения минералов магматическими растворами извне. Настолько очевидны свидетельства привнесения материалов извне, что в некоторых кругах возникла тенденция не замечать обширную перекристаллизацию веществ, уже присутствующих; и различный акцент, придаваемый этим двум процессам разными наблюдателями, привел к некоторым разногласиям.

ВТОРИЧНАЯ КОНЦЕНТРАЦИЯ ВМЕСТО ВЫШЕУКАЗАННЫХ КЛАССОВ МИНЕРАЛЬНЫХ МЕСТОРОЖДЕНИЙ ПОСРЕДСТВОМ ПОВЕРХНОСТНЫХ РАСТВОРОВ

Минеральные месторождения прямого магматического расслоения редко подвергаются сильному воздействию поверхностных изменений, возможно, из-за их крупнокристаллической структуры и смешения с устойчивыми кристаллическими породами. Минеральные месторождения типа «магматического последействия» могут быть глубоко изменены под воздействием поверхностных факторов. Более растворимые компоненты выносятся, оставляя менее растворимые. Оставшиеся части, вероятно, превращаются в оксиды, карбонаты и гидраты в результате реакции с кислородом, углекислым газом и водой, которые всегда присутствуют на поверхности и на малых глубинах. Эти процессы наиболее эффективны на поверхности и до уровня постоянных грунтовых вод, хотя локально они могут распространяться глубже. Эта измененная верхняя часть рудных тел обычно называется зоной окисления. Она может представлять собой либо обогащение, либо обеднение рудных ценностей, в зависимости от того, растворяются ли рудные минералы менее или более быстро, чем сопутствующие минералы и породы; все они удаляются в той или иной степени. В некоторых месторождениях есть свидетельства того, что цинк и медь были вынесены из верхней зоны в большом количестве; но они оказались связаны с известняком, который растворялся еще быстрее, в результате чего произошло остаточное накопление ценностей меди и цинка. Марганец, железо и кварц обычно более устойчивы, чем другие минералы, и имеют тенденцию концентрироваться выше. То же самое в некоторой степени относится к золоту и серебру. Обилие оксида железа, оставшегося таким образом, объясняет название «железная шляпа» или «госсан», так часто применяемое к верхней части зоны окисления. Нередко, особенно в медных рудах, верхняя часть зоны окисления почти или полностью лишена ценностей и называется «кэппинг» (пустая порода).

Глубина или мощность зоны окисления зависит от топографии, глубины уровня грунтовых вод, климатических условий и скорости эрозии. Удачное сочетание условий может привести к образованию глубокой зоны окисления со значительными накоплениями ценностей. В других случаях эрозия может следовать за окислением настолько быстро, что препятствует росту мощной зоны окисления.

Из изучения многих рудных месторождений ясно, что процесс окисления протекал неравномерно до настоящего времени, а зависел от удачного сочетания факторов, которое не часто повторялось в течение геологического времени. В качестве иллюстрации этого, основное окисление медных руд Бисби в Аризоне (стр. 204) произошло до третичного периода, по отношению к месту, которое с тех пор было покрыто более поздними отложениями. Условия в медных лагерях Рэй, Майами и Джером в Аризоне (стр. 203-205) также указывают на максимальное окисление в ранний период. Месторождения железной руды озера Верхнего (стр. 167-170) были в основном сконцентрированы до кембрийского периода, во время выравнивания гористой местности в условиях аридного или полуаридного климата. Зона окисления этих месторождений не имеет тесной связи с современной топографией или современным уровнем грунтовых вод. В медных месторождениях Кеннекотт (Аляска) всякое окисление прекратилось со времени ледникового периода из-за замерзания водных растворов. Считается, что в Бьютте и Бингеме основная концентрация руд произошла в более раннем физиографическом цикле, чем нынешний. Циклический характер формирования зон окисления признан сравнительно недавно, и в сравнительно ближайшем будущем, несомненно, будет выяснено гораздо больше. Его практическое значение для разведки очевидно (см. стр. 325).

Следует четко осознавать, что процессы окисления не ограничиваются зоной выше уровня грунтовых вод. Локально окисляющие растворы могут проникать и эффективно работать на гораздо больших глубинах, особенно там, где породы, проходимые на более высоких отметках, имеют такой состав или находятся в такой стадии изменения, что не поглощают большую часть кислорода. Следовательно, наличие оксидных руд ниже уровня грунтовых вод не обязательно является доказательством того, что уровень грунтовых вод поднялся с момента их образования. С другой стороны, факты наблюдений действительно указывают в целом на заметную разницу в циркуляции и химическом воздействии между водами выше и ниже этого горизонта и показывают, что окисление преимущественно осуществляется выше, а не ниже этой опорной поверхности.

Во время формирования зоны окисления эрозия полностью удаляет часть рудных материалов из района, как механически, так и в растворе. Однако известно, что часть материала в растворе проникает вниз и переотлагается в частях рудного тела ниже зоны окисления — то есть обычно ниже уровня грунтовых вод. Свидетельства этого процесса являются решающими в отношении нескольких минералов. Известно, что медь переходит в раствор в виде сульфата меди на поверхности и переотлагается в виде халькозина там, где эти сульфатные растворы вступают в контакт с халькопиритом или пиритом ниже. Этот процесс был не только воспроизведен в лаборатории, но и обычное покрытие халькозина вокруг зерен пирита и халькопирита ниже уровня воды указывает на то, что этот процесс действительно эффективен. Сульфиды цинка, свинца, серебра и других металлов аналогичным образом концентрируются в разной степени. Зона отложения вторичных сульфидов, образованная таким образом, называется зоной вторичного сульфидного обогащения. Руды, состоящие в основном из вторичных сульфидов, также называются супергенными рудами (стр. 33). В некоторых месторождениях, как, например, в медных месторождениях Рэя и Майами, ниже зоны вторичных сульфидов обнаруживается бедная сульфидная зона, которая, очевидно, имеет первичную природу. Минерализованный материал этой зоны, если он слишком беден для добычи, называют проторудой.

С открытием несомненных доказательств вторичного сульфидного обогащения возникла естественная тенденция преувеличивать его важность как причины образования ценностей. Продолжающееся изучение сульфидных месторождений, хотя и не опровергая его существование и локальную важность, в некоторых районах ясно показало, что этот процесс имеет свои ограничения как фактор концентрации руд и что небезопасно предполагать его эффективность во всех лагерях или при всех условиях. В Бьютте, например, вторичный халькозин четко распознается. Естественный вывод заключался в том, что по мере углубления жил доля халькозина будет быстро уменьшаться и будет встречена более бедная первичная зона халькопирита, энаргита и других первичных минералов. Однако огромное обилие халькозина в сплошных массах, которые сейчас доказаны на глубине 3500 футов, далеко за пределами вероятного диапазона вод с поверхности в любой геологический период, по-видимому, указывает на то, что большая часть халькозина является первичной. Нынешняя тенденция в Бьютте состоит в том, чтобы считать вторичным халькозином только определенные сажистые фазы, встречающиеся на верхних уровнях. Сплошные массы халькозина на медных рудниках Кеннекотт вряд ли можно объяснить результатом вторичного сульфидного обогащения. Следов других первичных минералов нет, и халькозин здесь считается, вероятно, первичным.

Возможное преувеличение процесса вторичного обогащения, упомянутого выше, имело своим логическим следствием тенденцию к переоценке устойчивости первичных руд на глубине. Само использование терминов «вторичный» и «первичный» предполагает антитезу между поверхностными и глубинными рудами. Прогресс в исследованиях, как указано на предыдущих страницах, по-видимому, указывает на то, что первичные руды не являются равномерно глубокими и что во многих случаях они отчетливо ограничены определенным набором формаций или условий сравнительно близко к поверхности.

В целом процессы окисления и вторичного сульфидного обогащения изучались в основном качественными методами с помощью микроскопа и путем рассмотрения возможных химических процессов. Эти методы раскрыли природу, но не количественный диапазон и взаимосвязи различных процессов. Многое еще предстоит сделать в плане количественного анализа руд в больших масштабах на разных глубинах в качестве проверки выводов, сделанных другими методами. Можно знать, например, что минерал растворим и фактически удаляется из зоны окисления и переотлагается ниже. Естественный вывод, следовательно, заключается в том, что минерал будет обеднен выше и обогащен ниже. Во многих случаях его фактическое распределение оказывается обратным, что указывает на то, что этот процесс был лишь одним из факторов в конечном результате, а более быстрое растворение и отложение других материалов — другим фактором. Если бы кто-то подошел к изучению концентрации железных руд с твердой идеей нерастворимости кварца с химической точки зрения и сделал бы соответствующие выводы, он не смог бы представить истинную картину ситуации. Хотя кварц нерастворим по сравнению с большинством минералов, он, тем не менее, более растворим, чем оксид железа, и поэтому конечным результатом концентрации на поверхности является накопление железа, а не кремнезема. Описания процессов обогащения, опубликованные во многих отчетах, часто вводят в заблуждение в этом отношении. Они могут быть верны в указании фактического существования процесса, но могут привести читателя к предположениям о конечных результатах, которые являются неверными.

ОСТАТОЧНЫЕ МИНЕРАЛЬНЫЕ МЕСТОРОЖДЕНИЯ, ОБРАЗОВАННЫЕ В РЕЗУЛЬТАТЕ ВЫВЕТРИВАНИЯ МАГМАТИЧЕСКИХ ПОРОД НА МЕСТЕ

Магматические породы, не содержащие минеральных месторождений, при выветривании могут превратиться в минеральные месторождения. Латеритные железные руды, такие как на Кубе (стр. 172), многие месторождения бокситов, многие остаточные глины и некоторые месторождения хромитов и никеля являются яркими представителями этого класса. Химические и минералогические изменения, связанные с формированием этих месторождений, довольно хорошо изучены. Определенные компоненты исходной породы выщелачиваются и уносятся, оставляя другие компоненты, такие как оксиды и гидраты, в достаточно большом процентном содержании в массе, чтобы быть коммерчески доступными. Накопление крупных месторождений зависит от наличия климатических и эрозионных условий, которые определяют, что остаточное месторождение останется на месте, а не будет унесено эрозией по мере его образования. В оледенелых частях мира месторождения такого рода обычно были удалены и рассеяны в ледниковых отложениях.

Когда минералы этих месторождений подвергаются эрозии, транспортировке и переотложению в концентрированной форме, они попадают в класс россыпных или осадочных месторождений, описанных под следующим заголовком. Конечно, существует много промежуточных стадий, когда остаточное месторождение перемещается лишь локально и когда различие между этим классом месторождений и следующим описанным является произвольным.

МИНЕРАЛЬНЫЕ МЕСТОРОЖДЕНИЯ, ОБРАЗОВАННЫЕ НЕПОСРЕДСТВЕННО В ВИДЕ РОССЫПЕЙ И ОСАДКОВ

Минеральные месторождения этого класса представляют большую ценность, включая соль, гипс, поташ, серу, фосфаты, нитраты и важные доли руд железа, марганца, золота, олова, вольфрама, платины и драгоценных камней; а также многие распространенные породы, имеющие коммерческое значение. Минералы этих месторождений происходят в результате выветривания и эрозии земных поверхностей, как магматических, так и осадочных. Они отлагаются как на воздухе, так и под водой, как механически, так и химически (частично с помощью организмов). Эти месторождения образуют основной тип сингенетических месторождений (стр. 32); термин «седигенетические месторождения» также применялся к ним.

Механически отложенные минералы

Механическая эрозия ранее существовавших минеральных месторождений или пород и их транспортировка, сортировка и отложение ответственны за россыпи золота, олова, вольфрама, платины и различных драгоценных камней, а также за некоторые железные пески и конгломераты. Пески, песчаники, сланцы и некоторые глины и бокситы также относятся к этой группе. Эти месторождения могут образовываться на воздухе или под водой, а также в различных климатических и топографических условиях. В процессе формирования минералы различной плотности более или менее сортируются и имеют тенденцию к сегрегации в слои. Этот процесс не отличается от искусственного процесса механического обогащения, где руды дробятся, встряхиваются и обрабатываются проточной водой. Процесс наиболее эффективен для минералов, которые устойчивы к истиранию и растворению и имеют такую плотность, которая отличает их от других минералов материнской породы.

Происхождение месторождений такого рода довольно очевидно, если они имеют недавний возраст и не были впоследствии изменены или погребены. Значительный объем экспериментальной работы ясно выявил основные элементы этих процессов. Физиографические и климатические условия играют важную роль и не могут быть безопасно проигнорированы никем, кто изучает такие месторождения.

Обширные медные месторождения существуют в виде осадков (стр. 205-206). Неясно, в какой степени они отложены механически, а в какой — химически. По большей части концентрация меди таким образом была недостаточной для получения месторождений большой коммерческой ценности; минерал слишком сильно рассеян. Относительно небольшие количества добываются в сланцах Мансфилда в Германии и сланцах и песчаниках Нонсач в районе озера Верхнего.

Относительно Клинтонских и подобных железных руд Соединенных Штатов и Ньюфаундленда, докембрийских железных руд Бразилии и юрских железных руд Англии и Западной Европы (стр. 166-167) сейчас принято считать, что они являются прямыми осадочными месторождениями, в которых механические факторы сортировки и отложения сыграли значительную роль. Насколько химические и бактериальные факторы также были эффективны, неясно. Климатические, топографические и другие физиографические и осадочные условия, которые вызывают отложение этой большой группы руд, представляют собой одну из великих нерешенных проблем экономической геологии. Изучение современных условий отложения дает мало ключей к пониманию того особого сочетания условий, которое было необходимо для достижения столь замечательных результатов в прошлом.

В целом, минералы этой механически отложенной группы не сильно подвержены позднему поверхностному изменению и концентрации, потому что, уже подвергшись выветриванию, они находятся в состоянии, устойчивом к таким влияниям.

Химически и органически отложенные минералы

Продукты поверхностного выветривания и эрозии частично уносятся в химическом растворе и переотлагаются в виде осадков. Осадки, образованные таким образом, включают известняк и доломит, сидерит, соль, гипс, поташ, серу, фосфаты, нитраты и другие минералы. Осаждение может быть вызвано химическими реакциями, органической секрецией или испарением растворов. Процессы качественно изучены, и обычно возможно с разумной точностью установить условия глубины воды, связь с береговой линией, климат, характер эрозии и другие подобные факторы; однако огромный масштаб некоторых из этих месторождений и их беспорядочное ареальное и стратиграфическое распределение представляют нерешенные проблемы относительно точных комбинаций факторов, которые сделали такие результаты возможными.

Химически и органически отложенные минералы этого класса обычно восприимчивы к дальнейшему изменению под воздействием поверхностного выветривания, и некоторые из них, например фосфаты и сидериты, таким образом вторично концентрируются. Эти процессы обсуждаются под следующим заголовком.

В целом, великая нерешенная проблема происхождения всей группы минеральных месторождений в россыпях и осадках относится к масштабу результатов. Наблюдение за современными процессами и условиями отложения этих минералов дает удовлетворительные доказательства их природы, но не дает нам ясного представления о точных комбинациях факторов и условий, необходимых для получения таких огромных результатов, которые представлены минеральными месторождениями. Например, растворение железа на земной поверхности и переотложение в болотах и лагунах (как фактически наблюдается сегодня) показывают, как могут образовываться некоторые осадки железной руды; но эти процессы совершенно неадекватны для объяснения отложения железных руд в мощных массах на обширных площадях без примеси других осадков — как представлено Клинтонскими железными рудами Северной Америки, юрскими рудами Европы и Англии и древними железными рудами Бразилии. Палеозойские моря в северных и восточных Соединенных Штатах наступали на сухопутные области на севере и востоке и отлагали обычные осадки, такие как песчаник, сланец и известняк. Внезапно, насколько известно, не вскрывая никаких новых источников питания на древних сухопутных областях и без каких-либо еще установленных изменений в топографических или климатических условиях, они отложили огромные массы железной руды. В этой ситуации явно есть какой-то циклический фактор, который мы еще не понимаем.

Различные месторождения соли, гипса, поташа, серы и других минералов, как известно, являются результатом испарения, и отложение каждого из этих минералов, как известно, связано со степенью испарения, а также с температурой, давлением и такими факторами, как массовое действие и кристаллизация двойных солей. Природа процессов довольно хорошо изучена; но опять же, наблюдение за современным протеканием этих процессов не дает нам много ключей к огромным накоплениям в определенные времена и места в прошлом. Трудно сказать, какие именно условия климата в сочетании с конкретными физиографическими факторами могли сохранить однородность условий в течение длительных периодов, необходимых для объяснения некоторых из чрезвычайно мощных соляных месторождений. Опять же, какой-то циклический фактор в ситуации остается невыясненным.

ОСАДОЧНЫЕ МИНЕРАЛЬНЫЕ МЕСТОРОЖДЕНИЯ, КОТОРЫЕ ПОТРЕБОВАЛИ ДАЛЬНЕЙШЕЙ КОНЦЕНТРАЦИИ, ЧТОБЫ СТАТЬ КОММЕРЧЕСКИ ДОСТУПНЫМИ

Условия для прямого отложения осадочных минеральных месторождений вышеуказанного класса также ответственны за отложение минералов в более рассеянной или вкрапленной форме, требующей дальнейшей концентрации через поверхностные факторы, чтобы сделать их коммерчески доступными. Некоторые из этих месторождений обсуждаются ниже.

Свинцовые и цинковые руды долины Миссисипи, Вирджинии, Теннесси, Силезии, Бельгии и Германии (стр. 211-212, 216-219) находятся в осадочных породах, далеко удаленных от магматических источников. Свинец и цинк были отложены в более или менее рассеянной форме с вмещающими осадками. Предполагается, что отложение было изначально химическим и благоприятствовалось присутствием органического материала, который является довольно обычным спутником осадков. Предполагается далее, что эти органические участники были изначально локализованы во время седиментации в так называемых эстуарных каналах и береговых бухтах. При последующем воздействии выветривания свинцовые и цинковые минералы растворялись и переотлагались в более концентрированной форме в трещинах и в качестве замещений известняка.

Согласие относительно происхождения этих месторождений, насколько оно существует, не выходит за рамки этих широких обобщений. Существуют разногласия относительно того, были ли первоначальными источниками рудных минералов осадки непосредственно выше, из которых минеральные растворы были перенесены вниз во время выветривания и эрозии, или же первоначальные минералы находились ниже и были перенесены вверх артезианской циркуляцией, или же они были расположены латерально и были доставлены в их нынешнее положение движением вдоль пластов, или же имело место какое-то сочетание этих процессов. По мнению автора, собранные к настоящему времени доказательства в целом подтверждают вывод о прямой нисходящей концентрации из вышележащих источников, которые были удалены эрозией, хотя этот вывод не объясняет, почему некоторые сульфидные месторождения дают так мало свидетельств значительного нисходящего переноса из их нынешнего положения. Этот вопрос далее обсуждается на страницах 216-219. Выбор различных альтернатив имеет некоторое практическое значение для разведки.

Поскольку эти руды были приведены приблизительно в их нынешнее положение, они претерпели значительное окисление вблизи поверхности и вторичное сульфидное обогащение ниже. Химические и минералогические изменения довольно хорошо изучены, но количественный диапазон этих изменений и их относительная важность в определении конечного результата далеки от понимания. Несомненные доказательства вторичного сульфидного обогащения привели в некоторых кругах к предположению об эффективности в создании ценностей, что, по-видимому, не подтверждается количественными тестами.

Группа минеральных месторождений в песчаниках в Юте рассматривается как результат химической концентрации материала, изначально рассеянного в породе. Они включают месторождения серебра, меди, марганца, урана и радия. Месторождения Силвер-Риф, включая серебро, медь, уран и ванадий, являются коммерчески наиболее важными из этого типа. Рудные минералы обычно связаны с обугленным материалом, представляющим остатки растений, и замещают известковый и цементирующий материал породы, а также некоторые зерна кварца. Месторождения рассматриваются как образованные циркулирующими водами, которые собирали минералы, рассеянные в осадочных породах, и отлагали их при контакте с углеродистым веществом, более ранними сульфидами или другими осаждающими агентами. Считается, что циркуляция в некоторых местах имела артезианский характер и в значительной степени контролировалась структурными особенностями. Месторождения Силвер-Риф находятся вблизи гребня заметной антиклинали. Большинство минералов были позже изменены поверхностными растворами.

Другая большая группа руд, которую следует рассмотреть под этим заголовком, — это железные руды озера Верхнего, которые изначально были отложены как осадки, называемые джасперами или железистыми формациями, с слишком низким процентом железа, чтобы быть полезными, и которые потребовали вторичной концентрации поверхностными факторами, чтобы сделать их ценными. Процесс концентрации был простым. Железные минералы были окислены на месте, а нежелезистые минералы были выщелочены, оставив железные руды. Этот процесс контрастирует с концентрацией, описанной выше, тем, что мало свидетельств сбора железных минералов из рассеянных источников. Железные руды озера Верхнего — это по существу остаточные концентрации на месте. Выдающиеся проблемы вторичной концентрации относятся к структурным особенностям, которые определили каналы, по которым работали окисляющие и выщелачивающие воды, и к топографическим и климатическим условиям, которые существовали в то время, когда выполнялась эта работа. Как и во многих других классах руд, сначала предполагалось, что эти процессы связаны с современной поверхностью эрозии; но теперь известно, что концентрация произошла давно в условиях, сильно отличающихся от тех, что существуют сейчас. Эти месторождения вносят вклад в быстро накапливающиеся доказательства циклического характера концентрации руд.

Наши наименее удовлетворительные знания о рудах озера Верхнего относятся к специфическим условиям, которые определили начальную стадию седиментации так называемой железистой формации. Как и в случае с Клинтонскими железными рудами, современная седиментация не дает адекватного ключа. Исследователи этой проблемы вернулись к ассоциации железистой формации с современными ей вулканическими породами, как дающей возможное объяснение широкого отклонения от обычных условий седиментации, засвидетельствованного этими формациями.

Угольные месторождения являются прямыми результатами седиментации органического материала. Они в основном представляют собой накопления растительного вещества на месте. Однако, чтобы сделать их доступными для использования, они проходят длительный период конденсации и дистилляции. Условия первичного отложения могут быть выведены из современных болот и топей; но, как и в случае с осадками, описанными под предыдущим заголовком, мы иногда затрудняемся объяснить масштаб процесса и особенно объяснить поддержание надлежащих поверхностных условий роста растений и накопления в течение длительных периодов, в течение которых, как считается, происходило опускание сухопутных областей и наступление морей. Процессы вторичной концентрации также изучены качественно, но многое еще предстоит узнать о влиянии давления и тепла, эффекте непроницаемых покрывающих пород и других факторах.

Различные горючие сланцы и асфальтовые месторождения являются по существу исходными осадками, которые впоследствии подверглись более или менее сильному разложению и дистилляции. Миграция дистиллятов в подходящие подземные резервуары ответственна за накопление нефтяных и газовых месторождений.

Нефть и газ — это дистилляты из этих горючих сланцев и асфальтовых месторождений, а также из других органических осадков, таких как углеродистые известняки. Дистилляты мигрировали в свои нынешние положения под давлением грунтовых вод. Стратиграфические горизонты, благоприятные для их накопления, общепризнаны. Геолог занимается идентификацией этих горизонтов и выяснением того, где они существуют под землей. Он далее занимается анализом различных структурных условий, которые дадут ключ к существованию локальных резервуаров, в которых могла накопиться нефть или газ. Настолько капризны миграции нефти, что самое интенсивное изучение этих условий все еще оставляет огромные нераскрытые возможности.

АНАМОРФИЗМ МИНЕРАЛЬНЫХ МЕСТОРОЖДЕНИЙ

Минеральные месторождения, образованные любым из способов, указанных выше, могут претерпевать повторяющиеся превращения, как на поверхности, так и глубоко под поверхностью, с последующими изменениями характера. Они могут быть сцементированы или замещены путем привнесения минеральных растворов извне. Они могут быть деформированы под воздействием огромных давлений земных недр, подвергаясь тому, что называется динамическим метаморфизмом (стр. 25-27), который имеет тенденцию искажать их и придавать им сланцеватые и кристаллические характеристики. Они могут быть прорваны магматическими породами, вызывающими значительные химические, минералогические и структурные изменения. Все эти изменения могут происходить вблизи поверхности, но в целом они более обильны и имеют более выраженные эффекты глубоко под поверхностью.

В целом все эти изменения глубокой зоны имеют тенденцию делать породы более кристаллическими и плотными, а минералы — более сложными. Полости закрываются. Процесс в основном является интегрирующим и конструктивным, который был назван анаморфизмом, чтобы противопоставить его дезинтегрирующим и разрушительным процессам вблизи поверхности, которые были названы катаморфизмом (см. также стр. 27-28). В процессе анаморфизма мало что есть в плане сортировки и сегрегации, что имело бы тенденцию обогащать и концентрировать металлические рудные тела. Напротив, процесс имеет тенденцию запирать ценные минералы в устойчивые комбинации с другими веществами, делая их более трудными для извлечения при добыче. Более поздние магматические интрузии или обычные грунтовые воды могут привносить минералы, которые локально обогащают руды в анаморфных условиях, но это относительно незначительные эффекты. Иллюстрация общего эффекта дается сравнением кубинских железных руд, которые являются мягкими и могут быть легко извлечены, с железными рудами Кле-Элум в Вашингтоне, которые, по-видимому, имеют такое же происхождение, но которые впоследствии были погребены другими породами и стали твердыми и кристаллическими. В первом случае руды могут добываться легко и дешево с помощью паровых экскаваторов на поверхности. Во втором требуются подземные методы добычи, которые стоят слишком дорого для извлеченного сорта руды.

С другой стороны, тот же общий вид анаморфных процессов при применении к углю приводит к концентрации и улучшению сорта. То же самое верно до определенного момента в концентрации нефти; но там, где процесс заходит слишком далеко, нефть может быть потеряна (стр. 140-141).

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Минеральные месторождения формируются и модифицируются практически всеми известными геологическими процессами, но в широком смысле основные ценности производятся тремя основными способами:

(1) Как последействие магматической интрузии, посредством водных и газообразных растворов, выделяемых из остывающей магмы.

(2) Посредством процессов сортировки при седиментации — тех же процессов, которые формируют песчаник, сланец и известняк. Органические факторы являются важными элементами в этих процессах.

(3) Посредством выветривания поверхности породы на месте, которое может развивать ценности либо путем растворения ценных минералов и их переотложения в концентрированной форме, либо путем растворения неценных минералов и оставления ценных минералов концентрированными на месте. Последний процесс является гораздо более важным.

Подавляющее преобладание ценностей минеральных месторождений в целом обнаруживается во втором из названных классов.

При всех этих условиях оказывается, что максимальные результаты достигаются на поверхности и вблизи нее. В масштабе земли даже так называемые глубокие жилы можно рассматривать как отложения из растворов, достигающих более открытых и прохладных внешних частей земли. Однако ценные минеральные месторождения обнаруживаются в самых глубоких породах, которые были обнажены эрозией, и вопрос о том, что было бы обнаружено на еще больших глубинах, ближе к центру земли, является предметом чистой спекуляции.

В конечном счете все минералы происходят из магматических источников внутри земли. Прямые вклады из этих источников лишь в малой части имеют достаточную концентрацию, чтобы представлять ценность; по большей части они нуждаются в сортировке и сегрегации в поверхностных условиях.

Мы можем только строить догадки о причинах появления ценных минералов в одних магматических породах и не в других. Многие граниты внедряются во внешнюю оболочку земли, но лишь немногие несут «минералы»; также из серии интрузий в одной и той же местности только одна может нести ценные минералы. Ясно, что каким-то образом эти минералы первично сегрегированы внутри земли. Причины этой сегрегации настолько связаны с проблемой происхождения земли в целом, что никакого адекватного объяснения пока не может быть предложено. Наше индуктивное рассуждение из известных фактов пока ограничено сегрегацией внутри данной массы магмы, и даже здесь условия лишь смутно воспринимаются. Обсуждение этих конечных проблем выходит за рамки этой книги.

СНОСКИ:

[4] Рэнсом, Фредерик Лесли, Медные месторождения близ Супериора, Аризона: Бюл. 540, Геол. служба США, 1914, стр. 152-153; Медные месторождения Рэя и Майами, Аризона: Проф. доклад 115, Геол. служба США, 1919, стр. 156; Дискуссия: Econ. Geol., том 8, 1913, стр. 721.

[5] Для более специфических определений вертикальных зон рудоотложения в ассоциации с магматическими породами см. Спурр, Дж. Э., Теория рудоотложения: Econ. Geol., том 7, 1912, стр. 489-490; Линдгрен, В., Минеральные месторождения, McGraw-Hill Book Co., 2-е изд., 1919, Главы XXIV-XXVI; и Эммонс, В. Х., Принципы экономической геологии, McGraw-Hill Book Co., 1918, Главы VI-VIII.

Отличное обсуждение случая вертикального и ареального зонирования минералов содержится в «Рудные месторождения батолита Боулдер в Монтане», Пол Биллингсли и Дж. А. Граймс, Бюл. Амер. ин-та горн. инж., том 58, 1918, стр. 284-368.

[6] Батлер, Б. С., Лафлин, Г. Ф., Хейкс, В. К. и др., Рудные месторождения Юты: Проф. доклад 111, Геол. служба США, 1920, стр. 201.

[7] Лейт, Ч. К., и Мид, В. Дж., Метаморфическая геология, Ч. 2, Henry Holt and Company, Нью-Йорк, 1915.

[8] Батлер, Б. С., Лафлин, Г. Ф., Хейкс, В. К. и др., Рудные месторождения Юты: Проф. доклад 111, Геол. служба США, 1920, стр. 152-158.

[9] Ван Хайз, Ч. Р., и Лейт, Ч. К., Геология региона озера Верхнего. Мон. 52, Геол. служба США, 1911, стр. 506-518; и приведенные там ссылки.

ГЛАВА IV

МИНЕРАЛЬНЫЕ РЕСУРСЫ — НЕКОТОРЫЕ ОБЩИЕ КОЛИЧЕСТВЕННЫЕ СООБРАЖЕНИЯ

Of the 1,500 known mineral species, perhaps 200 figure in commerce as mineral resources.

Для минеральных веществ, используемых в коммерческих целях, термин «минерал» используется в этой главе в широком значении, чтобы охватить любые или все материалы, из которых извлекаются необходимые элементы, — будь то эти материалы отдельные минералы или группы минералов; будь то породы или руды; будь то жидкости или твердые тела.

Следующие цифры являются обобщениями, основанными на имеющейся разрозненной информации. Цель состоит в том, чтобы указать общую перспективу, а не детали, которые были бы необходимы для точного утверждения.

МИРОВАЯ ГОДОВАЯ ДОБЫЧА МИНЕРАЛОВ В КОРОТКИХ ТОННАХ

За исключением воды, но включая нефть, мировая годовая добыча минеральных ресурсов составляет два миллиарда тонн. Эта цифра относится к сырому минералу, как он выходит из земли, а не к минералу в его концентрированной форме.

Из этой общей добычи уголь составляет почти 70 процентов, камень и глина 10 процентов, железная руда около 9 процентов, нефть 4 процента, медная руда 3 процента, а все остальные минералы составляют менее 6 процентов.

Если распределить эту годовую добычу на поверхности в виде равномерной массы с расчетной средней плотностью, основанной на относительных пропорциях сырых минералов, она покрыла бы квадратную милю на глубину 2300 футов.

Из общего годового производства 85 процентов приходится на страны, граничащие с бассейном Северной Атлантики; 75 процентов приходится на Соединенные Штаты, Англию и Германию; Соединенные Штаты имеют 39 процентов от общего объема, Англия 18 процентов и Германия 18 процентов. По континентам Европа составляет почти 51 процент, Северная Америка почти 42 процента, Азия почти 4 процента, а остальные континенты почти 4 процента. Добыча минералов в Соединенных Штатах в последние годы составляла около 900 000 000 тонн.

Согласно переписи населения Соединенных Штатов 1920 года, почти половина всех предприятий или бизнесов, занимающихся карьерными или горными работами в этой стране, работают в сфере нефти и газа.

Из сырых материалов, извлеченных из земли, возможно, 10 процентов, включая золото, серебро, медь, свинец, цинк, никель и другие руды, концентрируются в основном на руднике, в результате чего эта часть тоннажа по большей части не выходит за пределы рудника. Около 90 процентов общего производства, следовательно, в значительной степени фигурирует в транспортировке минеральных ресурсов.

По оценкам, примерно две трети годового мирового производства используется или переплавляется внутри стран происхождения, а оставшаяся одна треть экспортируется. Из минералов, перемещаемых на международном уровне, уголь и железо составляют 90 процентов тоннажа.

Мощность металлургической переработки в мире в пересчете на годовое производство сырого металла оценивается почти в 100 000 000 коротких тонн. Из этого количества около 80 процентов находится в Соединенных Штатах, Англии и Германии. Только Соединенные Штаты имеют более половины от общего объема. Из мощностей по нефтепереработке Соединенные Штаты контролируют почти 70 процентов.

Одной из значимых особенностей ситуации, суммированной выше, является концентрация производства и переработки в сравнительно немногих местах в мире. Это утверждение с еще большей силой относится к отдельным минеральным товарам.

Воду можно рассматривать как минеральный ресурс в той мере, в какой она используется как товар для питья, мытья, энергии, ирригации и других промышленных нужд. Для целей навигации и дренажа, или как препятствие при раскопках, она, вероятно, не была бы так классифицирована. Хотя нелегко определить границы использования воды как минерального ресурса, ясно, что даже при узкой интерпретации общий тоннаж, извлеченный из земли как минеральный ресурс, превышает по количеству все другие минеральные ресурсы вместе взятые.

МИРОВАЯ ГОДОВАЯ ДОБЫЧА МИНЕРАЛОВ В ПЕРЕСЧЕТЕ НА СТОИМОСТЬ

В пересчете на стоимость минеральные ресурсы предстают в иной перспективе. Годовая мировая стоимость добычи минералов, за исключением воды, составляет приблизительно 9 000 000 000 долларов. Эта цифра получена путем деления годовой стоимости добычи каждого из основных минералов в Соединенных Штатах на процент, который добыча в Соединенных Штатах составляет в мировом производстве, и сложения полученных таким образом цифр. Используемые здесь значения — это в основном продажные цены на рудниках. Невозможно абсолютно свести цифры к стоимости минерала, как он выходит из земли; всегда включены некоторые статьи транспортировки. Этот метод подсчета, конечно, является лишь грубейшим приближением; значения, полученные в Соединенных Штатах, не могут быть точно экстраполированы на остальной мир из-за локально варьирующихся условий. Однако цифры послужат для грубых сравнительных целей.

Из этой общей стоимости уголь составляет примерно 61 процент, нефть 12 процентов, железо 6 процентов, медь 5 процентов и золото 3 процента.

В пересчете на стоимость около 25 процентов мирового производства минералов доступно для экспорта за пределы стран происхождения. Из этого экспортного излишка Соединенные Штаты имеют около 40 процентов, состоящих в основном из угля, меди и ранее нефти.

Стоимость годовой добычи минералов в Соединенных Штатах в последние годы составляла от примерно 3 500 000 000 до 5 500 000 000 долларов. Годовой импорт минеральных продуктов в Соединенные Штаты в последнее время составлял в среднем около 450 000 000 долларов, причем более крупными статьями являются медь, олово, удобрения, нефть, драгоценные камни, марганец, никель и вольфрам.

Опять же, перспектива меняется, когда рассматривается стоимость водных ресурсов. Как физиологически незаменимый ресурс, ценность воды в одном смысле бесконечна. Нет способа оценить точную стоимость общего годового объема, используемого для питья и бытовых нужд, — хотя даже здесь некоторое представление о величине вовлеченных цифр может быть получено путем рассмотрения средней стоимости воды на душу населения в городах, где ведутся учеты, и умножения этого на население мира. Этот расчет не будет означать, что какая-либо такая сумма фактически платится за воду, потому что локальное использование источников, колодцев и ручьев вряд ли может быть оценено на денежной основе; но если человеческие усилия во всем мире по обеспечению необходимой водой примерно так же эффективны, как в среднем американском городе, цифры будут указывать на общий денежный эквивалент этих усилий.

ЗНАЧИМОСТЬ ГЕОГРАФИЧЕСКОГО РАСПРЕДЕЛЕНИЯ ДОБЫЧИ МИНЕРАЛОВ

Замечательная концентрация мировой добычи и переработки вокруг бассейна Северной Атлантики, указанная вышеприведенными цифрами, не означает, что природа сконцентрировала минеральные месторождения здесь в такой степени. Это скорее выражение локализованного приложения энергии к минеральным ресурсам людьми этой части мира. Приложение такого же количества энергии в других частях мира существенно изменило бы распределение текущей добычи минералов. Контролирующим фактором является не количество минералов, присутствующих в земле; известно, что оно велико в других частях мира, и больше будет найдено при необходимости. Контролирующие факторы следует искать в исторических, этнологических и средовых условиях. Эта тема далее обсуждается в главах о различных ресурсах, и особенно в отношении железа и стали.

ВОЗРАСТАЮЩИЙ ТЕМП ПРОИЗВОДСТВА

Добыча минеральных ресурсов в огромном масштабе, указанном выше, является сравнительно недавней датой.

С 1880 года до конца 1918 года стоимость годовой добычи минералов в Соединенных Штатах увеличилась с 367 000 000 долларов до более чем 5 500 000 000 долларов, или почти в пятнадцать раз; измеренная другим способом, она увеличилась с чуть более 7 долларов на душу населения до более чем 52 долларов.

В Соединенных Штатах с 1905 года было добыто больше угля, чем за всю предшествующую историю страны. Больше железной руды было добыто с 1906 года, чем за всю предшествующую историю. Добыча золота в Соединенных Штатах практически началась с золотой лихорадки в Калифорнии в 1849 году. Великая добыча золота в Южной Африке началась в 1888 году. Добыча алмазов в Южной Африке началась около 1869 года. Широкое использование всех минеральных удобрений является сравнительно недавним. Мировая добыча нефти сейчас больше каждый год, чем она была за любые десять лет, предшествовавшие 1891 году, и больше нефти вышло из земли с 1908 года, чем за всю предшествующую историю мира. Использование бокситов в больших масштабах в качестве алюминиевой руды датируется практически с момента внедрения запатентованных электролитических методов восстановления в 1889 году.

В некотором смысле мир только что вступил в гигантский эксперимент по использованию земных материалов.

Наиболее примечательная черта этого эксперимента связана с огромным приобретением власти, на что указывает ускоряющийся темп добычи и потребления энергетических ресурсов — угля, нефти и газа (а также гидроэнергии). С 1890 года потребление угля на душу населения в Соединенных Штатах утроилось, а потребление нефти на душу населения увеличилось в пять раз. Если перевести энергию этих источников, используемую ежегодно в последние годы, примерно в человеческую силу, то окажется, что каждый мужчина, женщина и ребенок в Соединенных Штатах потенциально контролирует эквивалент тридцати рабочих — по сравнению с семью в 1890 году. Энергия высвобождается в масштабах, никогда ранее не достигавшихся, с последствиями, которые мы еще едва ли можем установить и оценить. Это соображение не может не вызвать вопрос о способности современной цивилизации контролировать и координировать динамические факторы в сложившейся ситуации.

КАПИТАЛЬНАЯ СТОИМОСТЬ МИРОВЫХ МИНЕРАЛЬНЫХ ЗАПАСОВ

Невозможно точно вывести капитальную стоимость минеральных ресурсов из стоимости годовой добычи, но, опять же, можно сделать некоторое приближение. Прибыль от добычи минеральных ресурсов в целом, с учетом затрат на разведку, вероятно, не выше, чем в других отраслях (стр. 330). Если мы предположим 6-процентную доходность, что, возможно, где-то близко к мировому стандарту процентной ставки на капитал, и капитализируем стоимость мировой годовой добычи по этой ставке, мы получим мировую капитальную стоимость минеральных ресурсов, исключая воду, в 150 миллиардов долларов. Это предполагает бесконечно долгий срок службы запасов. Это допущение, возможно, нуждается в некоторых оговорках, но автор придерживается мнения (глава XVII), что оно оправдано для достаточно длительного периода, чтобы обосновать вышеуказанный метод расчета.

Рис. 2. Коммерческий (финансовый) контроль над минеральными ресурсами мира.

Рис. 3. Политический (территориальный) контроль над минеральными ресурсами мира.

ПОЛИТИЧЕСКИЙ И КОММЕРЧЕСКИЙ КОНТРОЛЬ НАД МИНЕРАЛЬНЫМИ РЕСУРСАМИ

Наличие минерального ресурса в пределах страны не обязательно означает контроль со стороны этой конкретной политической единицы. Гражданин Соединенных Штатов может владеть минеральным ресурсом в Южной Америке. Коммерческий контроль такого рода, как было продемонстрировано во время войны, имеет более далеко идущее значение, чем предполагалось, и стало необходимым установить не только объем добычи в разных странах, но и коммерческий контроль над этой добычей. Исследование этого вопроса для двадцати трех ведущих товаров показывает, что политический и коммерческий контроль отнюдь не совпадают. Они частично обобщены на прилагаемых графиках из Спурра [11]. Следует отметить, что графики показывают контроль над многими товарами, каким он существовал в 1913 году, последнем нормальном году перед войной. Изменения во время и после войны, конечно, в значительной степени изменили ситуацию для определенных товаров, особенно для железа, угля и поташа. Эти события обобщены в обсуждении отдельных ресурсов. Также следует отметить, что коммерческий или финансовый контроль над мировыми минералами под влиянием поощрительной и протекционистской политики некоторых правительств, обсуждаемой в главе XVIII, в настоящее время находится в состоянии изменчивости. Сегодня происходят значительные изменения, и их следует ожидать в будущем.

ЗАПАСЫ МИНЕРАЛЬНЫХ РЕСУРСОВ

Цифры годовой добычи лишь в очень частичной степени являются показателем распределения огромных запасов минеральных ресурсов. Например, в Китае существуют огромные запасы угля, которые еще не используются в сколько-нибудь значительной степени. Минеральные ресурсы Южной Америки и Африки находятся на очень ранней стадии освоения. Общие мировые запасы, конечно, не будут известны до тех пор, пока разведка и освоение мировых ресурсов не будут завершены — время, которое, вероятно, никогда не наступит. Цифры запасов представляют лишь наше нынешнее частичное состояние знаний и, вероятно, будут значительно изменены в будущем. Более того, количественная точность знаний о запасах настолько варьируется в разных частях мира, что почти невозможно составить мировые цифры, имеющие какую-либо большую достоверность. Тем не менее, можно установить некоторые общие факты.

Каждая страна в мире испытывает дефицит поставок некоторых минералов. Соединенные Штаты находятся в лучшем положении, чем любая другая страна, но все же испытывают недостаток во многих минеральных товарах (см. стр. 396-399). Ни один континент не обладает достаточными запасами всех минеральных товаров.

Однако для мира в целом можно с достаточной уверенностью утверждать, что запасы основных минералов в настоящее время известны как достаточные, за исключением нефти, олова и, возможно, золота и серебра. Под «достаточными» мы подразумеваем такие, которые не дают повода для беспокойства в ближайшие несколько десятилетий. Для многих минеральных товаров количества, находящиеся сейчас в поле зрения, не продержатся долго, но возможности расширения и открытия настолько велики, что можно с достаточной уверенностью рассчитывать на долгосрочную доступность этих товаров в будущем.

Нынешний дефицит нефти, олова и других упомянутых минералов может быть лишь временным. Большая часть мира еще не исследована, и нынешние запасы лишь отмечают стадию этого исследования. Тем не менее, соотношение запасов и открытий, с одной стороны, и ускоренного использования, с другой, вызывает серьезную озабоченность. Заглядывая в будущее, проблема минеральных запасов в целом заключается не в возможном конечном количестве, которое может содержать земля — предположительно, ни в одном случае оно не является недостаточным, — а в успехе, с которым ресурс может быть найден и освоен, чтобы не отставать от быстрого ускорения спроса. В главе о сохранении ресурсов высказано предположение, что будущие трудности, скорее всего, возникнут из-за неспособности координировать динамические факторы спроса и предложения, а не из-за абсолютной нехватки материала в недрах земли.

СНОСКИ:

[10] Бастин, Эдсон С., и Маккаски, Х. Д., Работа по минеральным ресурсам, проделанная Геологической службой США: Минеральные ресурсы Соединенных Штатов за 1918 год, Геологическая служба США, часть 1, 1920, стр. 3а.

[11] Спурр, Дж. Э., Кому принадлежит земля?: Инженерный и горный журнал, том 109, 1920, стр. 389-390.

ГЛАВА V

ВОДА КАК МИНЕРАЛЬНЫЙ РЕСУРС

ОБЩИЕ ГЕОЛОГИЧЕСКИЕ ОТНОШЕНИЯ

Поскольку твердая земля является особой заботой геологии, геологу может показаться самонадеянным претендовать на воды, находящиеся в ней, но он не отказывается от этого наследства. Вода настолько всепроникающа, что ее наличие воспринимается как нечто само собой разумеющееся; и настолько многочисленны и сложны ее связи, что нелегко провести объективный обзор проблемы воды в ее связи с геологией.

Первоначальным источником воды, как и воздуха, являются расплавленные магмы, поступающие снизу. Они несут воду и газы, некоторые из которых высвобождаются, а некоторые удерживаются в породах при остывании, чтобы позже высвободиться во время изменений пород. Предполагается, какой бы теории происхождения Земли мы ни отдавали предпочтение, что на ранних стадиях Земля не имела ни гидросферы, ни атмосферы, и что в процессе роста Земли они постепенно накапливались на поверхности и вблизи нее указанным образом.

Во время изменений на поверхности вода добавляется к минеральному составу пород, а при изменениях глубоко под поверхностью она может быть удалена. Вода — это агент, посредством которого осуществляются большинство минеральных и химических изменений пород. Это также агент, который в основном отвечает за сегрегацию минеральных месторождений. Вода, как в виде текучей воды, так и в твердой форме льда, играет важную роль в определении конфигурации земной поверхности. Вода — это среда, в которой образуется большинство осадочных пород. Она является важным агентом в развитии почвы и в органическом росте. Эти различные влияния воды на геологические процессы затрагивают экономическую сферу во многих точках, особенно в отношении концентрации руд и развития почв и поверхностных форм.

Вода входит в область экономической геологии еще более непосредственно как минеральный ресурс. Водоснабжение для самых разнообразных целей почти на каждом шагу включает геологические соображения.

Наконец, вода может быть подспорьем или помехой при земляных работах и при самых разнообразных строительных операциях, как в военное, так и в мирное время; и в этом отношении она снова создает геологические проблемы.

Роль воды в геологических процессах, таких как сегрегация минералов, более или менее попутно обсуждается в других главах. В этой главе мы можем более полно рассмотреть применение геологии к общей теме водоснабжения.

С геологической точки зрения вода является минералом — одним из самых важных минералов, — а также составной частью других минералов. Она становится минеральным ресурсом, когда непосредственно используется человеком. Обычно она числится как минеральный ресурс, когда поставляется и продается как «минеральная вода», но между водами, названными так, и водоснабжением в целом, очевидно, нет удовлетворительной границы, поскольку большинство из них используются для одних и тех же целей, и ни одна из них не свободна от минеральных веществ. Вода, которая перекачивается и подается по трубам для муниципального водоснабжения, является таким же минеральным ресурсом, как и вода, которая разливается в бутылки и продается под торговой маркой. Точно так же вода, которая используется для орошения, гидроэнергетики и множества других целей, может логически рассматриваться как минеральный ресурс.

Несмотря на огромное экономическое значение воды как минерального ресурса, ее ценность более или менее принимается как должное, а соображения оценки и налогообложения гораздо менее очевидны, чем в случае с другими минеральными ресурсами. Вода должна быть получена независимо от стоимости, и рыночные соображения в гораздо меньшей степени являются ограничивающим фактором. Экономическое применение геологии к этому ресурсу скорее ограничено вопросами разведки, освоения, общего объема поставок и сохранения, чем попытками установить денежную стоимость.

РАСПРЕДЕЛЕНИЕ ПОДЗЕМНЫХ ВОД

Свободная вода существует в пустотах горных пород, где ее иногда называют гигроскопической водой. Существует также большое количество воды, молекулярно связанной со многими минералами горных пород, в какой форме она называется конституционной водой. Эта вода зафиксирована в породе так, что она недоступна для использования, хотя некоторые процессы изменения пород высвобождают ее и вносят в свободную воду. Непосредственным источником подземных вод, как свободных, так и связанных, являются в основном поверхностные или дождевые воды. Подчиненное количество может поступать непосредственно из магматических эманаций или в результате разрушения определенных гидратированных минералов. В конечном счете, как уже указывалось, даже поверхностная вода происходит из таких источников.

Пустоты в горных породах состоят из трещин и многих других разломов, небольших пространств между зернами пород (поровое пространство), а также миндалевидных и других пустот, характерных для поверхностных вулканических пород. Многие из этих пустот имеют капиллярный и субкапиллярный размер. Большинство пород, даже плотные магматические породы, в некоторой степени пористы, а некоторые породы пористы в очень высокой степени. Пустоты в некоторых поверхностных материалах могут составлять 84 процента от общего объема. В целом, самые крупные и наиболее непрерывные пустоты находятся вблизи поверхности — где породы в целом в большей степени относятся к осадочному типу и более трещиноваты, разрушены и разложены, чем глубоко внутри земли. Самые большие запасы воды находятся в неконсолидированных отложениях. Вода в магматических и других плотных породах обычно находится в более ограниченном количестве.

Приблизительное количество воды, которое будет поглощено почвами и горными породами 1

Material Volume of water absorbed per 100 of material

Sandy soil2 45.4

Chalk soil2 49.5

Clay2 50-52.7

Loam2 45.1-60.1

Garden earth2 69.0

Coarse sand2 39.4

Peat subsoil2 84.0

Sand 30-40

Sandstone 5-20

Limestone and dolomite 1-8

Chalk 6-27

Granite 03.-.8

1 Mead, Daniel W., Hydrology: McGraw-Hill Book Co., New York, 1919, p. 393.

2 Woodward, H. B., Geology of soils and substrata: Edward Arnold, London, 1912.

Непосредственно на поверхности пустоты горных пород могут быть не заполнены водой; но ниже поверхности, на расстояниях, варьирующихся в зависимости от климатических и топографических условий, вода насыщает пустоты горных пород и образует то, что иногда называют зоной насыщения или морем подземных вод. Верхняя поверхность этой зоны называется зеркалом грунтовых вод или уровнем грунтовых вод. Пространство между зеркалом грунтовых вод и земной поверхностью иногда называют вадозной зоной или зоной выветривания, поскольку это пояс, в котором процессы выветривания наиболее активны. Зона выветривания не обязательно сухая. Вода с поверхности проникает и опускается через нее, а вода также поднимается через нее снизу; она может содержать взвешенные карманы воды, окруженные сухими породами; она не является непрерывно и полностью насыщенной.