Московский экзамен

Летом 1949 года я окончил университет и получил диплом геолога. Как молодого специалиста меня взяли в Государственный геологический институт на должность научного сотрудника. В конце этого же года я попросил направить меня в Советский Союз для специального изучения карстовых явлений.

Вот и Москва. Сначала пришлось учить русский язык, а затем знакомиться с научной литературой, с передовыми принципами и методами работы советских ученых.

Я узнал и полюбил эту совершенно новую для меня страну и ее замечательный народ. Здесь я научился применять на практике теоретические знания, почерпнутые из книг и лекций, научился правильно оценивать полученные результаты своих исследований.

Волнуясь, готовился к решающему экзамену. Сочтут ли достаточными мои почтенные научные руководители приобретенные мною знания? Да, в таких случаях даже в Москве человеку становится жарко в мае!

- Я прошу ответить еще на один вопрос, - оторвавшись от своих записей, произнес профессор Каменский, заведующий кафедрой гидрогеологии Московского геологоразведочного института имени Орджоникидзе. - В каком случае при исследовании карста вы будете применять для окрашивания воды флуоресцеин и в каком случае фуксин?

В зале все насторожились. У меня было две минуты на то, чтобы собраться с мыслями. Тогда я еще и не предполагал, какую важную роль будет играть в моей дальнейшей исследовательской работе именно этот вопрос. Уже готовый отвечать, я немного растерялся, боясь, что не смогу по-русски достаточно ясно выразить свою мысль. И тут я заметил ободряющий взгляд моего научного руководителя профессора Овчинникова, известного гидрогеолога, который тоже был членом экзаменационной комиссии. Страх прошел, я начал говорить.

- При исследовании карстовых местностей, когда мы хотим выяснить и доказать связь между водой, исчезающей в карстовом поноре, и водой, появляющейся где-то в более дальнем источнике, сначала всегда подкрашиваем уходящую под землю воду флуоресцеином. Если зеленый цвет флуоресцеина появится в воде источника, можно считать, что зачастую многокилометровый, неизвестный подземный путь, пройденный водой, представляет собой связанную, возможно обширную, пещерную, систему, в которой вода протекает свободно, в большинстве случаев без всяких препятствий. Если же флуоресцеин нельзя обнаружить в воде источника, то это объясняется разными причинами. Например, это может случиться, когда тоннели пещеры заполнены песчано-глинистыми фильтрующими осадками, создающими кислую среду. Такие осадки пропускают воду, но задерживают флуоресцеин. В другом случае разбавление окрашенной воды в подземных карстовых пустотах будет так велико, что у наблюдаемого источника не обнаружится и следов окраски. Это указывает на то, что в глубине находятся значительные по своим размерам водоемы.

Когда опыт подкрашивания флуоресцеином не приводит к положительному результату, мы, выясняя истинные причины неудачи, прибегаем к фуксину. Кислые песчано-глинистые фильтрующие слои его не задерживают. Поэтому повторяем опыт подкрашивания воды с эквивалентным количеством фуксина. Если у источника появится его характерный красный цвет, тогда очевидно наличие значительных кислых фильтрующих слоев, которые при первом опыте задержали флуоресцеин. В таком случае излишне проводить работы по открытию пещеры, ибо результат опыта показывает, что, если даже и существовала когда-то большая связанная проходимая система пещер в глубине этого карстового массива, сейчас она закупорена глинистыми и песчаными наносами и, следовательно, перестала быть проходимой.

В зале царила тишина. На лицах членов экзаменационной комиссии я прочитал одобрение. Но вот попросил слово профессор Овчинников.

- Закончите, пожалуйста, свою мысль. Вы утверждаете, что появление фуксина в источнике может и не произойти. Исходя из этого, вы делаете вывод о возможности сильного разбавления благодаря наличию подземных водоемов. В таком случае как доказать правильность ваших предположений?

Теперь я был в состоянии отвечать совершенно спокойно.

- Конечно, есть. Я повторю опыт подкрашивания флуоресцеином, взяв на этот раз значительно большее количество с учетом на сильное разбавление. Если опыт будет поставлен до конца правильно, то характерная зеленая окраска обязательно появится в воде источника.

Таким образом, метод подкрашивания воды дает возможность заранее определить находящиеся в известняковых массивах системы карстовых пещер. Раньше чем кто-либо их увидит, мы с уверенностью можем сказать: каковы их размеры, много ли там глинистых наносов, имеется ли подземное озеро, река или только маленький ручеек, протекающий в извилистых сталактитовых тоннелях. Правильно применяемый метод подкрашивания воды в руках диалектически мыслящего исследователя такой же верный способ, как рентгеноскопия в руках врача.

Экзамен закончился. За окнами шумел город. На улицах было по-весеннему оживленно. Плыл красноглазый поток автомобилей. У витрины книжного магазина две девушки записывали в свои тетрадки названия каких-то книг. В этот майский вечер ветер нес из парков благоухание цветущих деревьев. Озаренная огнями кремлевских рубиновых звезд готовилась к ночному отдыху великая столица Москва.

Придя домой, я сразу взялся за конспекты, чтобы проверить, как я ответил на заданные вопросы. О подкрашивании воды мне нужно бы еще рассказать многое. Правда, вопросы были заданы очень конкретно, и на них мне удалось ответить. В моих конспектах о способах пометки карстовых вод написано следующее:

"Различные способы, применяемые для пометки подземных водных стоков при их исследованиях, можно подразделить на три основные группы: смешанные, электролитические и подкрашивание.

К группе смешанных способов относятся звуковой, применение ароматических жидкостей, использование цветочной пыльцы, а также употребление высевок бактерий, Способы этой группы пригодны для доказательства взаимосвязи карстовых вод на небольших расстояниях.

Концентрация поваренной соли (NaCl) в карстовых водах может доходить до 10 миллиграммов на литр воды. Более значительные концентрации говорят об искусственном вмешательстве. Поэтому растворение большого количества поваренной соли в воде, уходящей под землю, дает возможность установить некоторую тождественность, но этот способ не настолько эффективен, как применение органических красителей (например, флуоресцеина). Для того, чтобы наверняка пометить 1000 кубических метров воды, необходимо взять 10 миллиграммов миллион раз, то есть растворить в воде 10 килограммов соли. Но иногда бывает необходимость пометить несколько сот тысяч кубических метров воды, а то и нескольких миллионов. В карсте очень часто встречаются водные системы емкостью в 100 000 кубических метров. Для такой системы нам потребовалась бы целая тонна поваренной соли, а флуоресцеина нужно всего несколько килограммов.

Хлористый литий, который находится в карстовых водах в незначительных количествах, можно с успехом применять в значительно меньших дозах, чем поваренную соль, но стоимость его очень высока. Иногда применяют хлористый аммоний и хлористый кальций, но они еще в меньшей степени оправдывают себя.

Вообще обнаружение электролитов в источниках гораздо сложнее, чем обнаружение органических красок. Подкрашенную воду легко увидеть, и очевидность подземной связи становится ясной.

Обнаружение электролитов требует проведения определенных опытов. Например, измерений электропроводности воды источника или фиксирования изменения состава воды рядом последовательных титрований на ионы хлора.

Органическими красителями, наиболее оправдавшими себя на практике, являются флуоресцеин и фуксин.

Флуоресцеин (резорцинфталеин C₂₀H₁₂O₅) растворим в воде и щелочных растворах. Это оранжевого цвета порошок, дающий в растворенном состоянии очень красивый флуоресцирующий зеленый цвет. В щелочной среде окрашивание и флуоресценция гораздо значительнее, чем в растворах, близких к нейтральным^*. Вода подвергается в течение целых суток, а то и в течение месяцев воздействию глинистых отложений и углекислого газа. Чтобы взятые из источника пробы воды более отчетливо показали окрашивание, необходимо прибавить к ним несколько капель раствора аммиака (нашатырного спирта). Под действием последнего даже совершенно бесцветные растворы при наличии в них флуоресцеина приобретают желто-зеленый цвет^**. При надлежащих условиях одним килограммом флуоресцеина можно окрасить 40 000 кубических метров воды.

^* (При растворении флуоресцеина в щелочном растворе образуется его натриевая соль - уранин, который очень хорошо растворяется в воде, в то время как растворимость в воде самого флуоресцеина незначительна. - Н.Г.)

^** (Под действием углекислого газа и глинистых отложений исчезает щелочность среды, с чем связаны переход уранина в флуоресцеин и уменьшение флуоресценции. Действие аммиака сводится к возобновлению щелочности среды - образуется аммонийная соль флуоресцеина, раствор которой так же хорошо флуоресцирует, как и раствор уранина. - Н.Г.)

Иногда под действием карстовой воды, глинистых и известковых осадков, некоторых бактерий и углекислого газа, выделяемого разными организмами, флуоресцеин разрушается (если продолжительно подвергался их воздействию), и в таких случаях обнаружение его не удается даже при прибавлении раствора аммиака. Небходимо еще отметить, что сильно разбавленные растворы флуоресцеина при действии света теряют постепенно свою характерную окраску. Если взятые пробы нельзя исследовать сразу, то их надо хранить в темном месте.

Фуксиновая кислота, которая не теряет свои красящие свойства под действием извести, имеет некоторые преимущества перед флуоресцеином. Она химически более устойчива, чем флуоресцеин, и ее окраска всегда легко восстанавливается при прибавлении уксусной кислоты. Но фуксин имеет менее сильное окрашивающее действие. Для достижения одного и того же результата фуксина необходимо в десять раз больше, чем флуоресцеина.

Если мы имеем дело со сложной подземной водной системой, то для получения правильной оценки результатов окрашивания наиболее целесообразно одновременное применение того и другого красителя. В щелочной (аммиачной) среде будет обнаруживаться флуоресцеин, а в кислой (уксуснокислой) среде - фуксин.

В том случае, если появившаяся из-под земли вода мутная, прежде чем создавать прибавлением аммиака или уксусной кислоты ту или иную среду, необходимо сначала пропустить через фильтровальную бумагу взятые пробы.

Прибавление краски всегда должно производиться там, где вода течет свободно. Таким образом, нам не будет грозить опасность задержки подкрашенного раствора на долгое время в самом начале пути.

Если в сухом поноре нет проточной воды, то необходимо доставить несколько тонн воды и влить туда.

При употреблении флуоресцеина - чаще всего в аммиачном растворе - лучше приготовить на месте концентрированный раствор и влить его в воду^*.

^* (Концентрированный раствор аммиака обладает очень резким за пахом и неудобен в транспортировке. Удобнее применять сухой уранин или концентрированный раствор, приготовляемый на месте из смеси флуоресцеина с едким натром либо с кальцинированной содой. - Н.Г.)

После проведения окрашивания необходимо организовать наблюдение за всеми источниками и ключами, в которых мы предполагаем появление воды. В первые дни проверка осуществляется через каждые три часа: когда подземная система не имеет водоемов, краска проходит очень быстро. В последующие дни проводить отбор проб достаточно три раза в день. Если окрашенная вода появится через неделю, она обнаруживается не менее чем в течение двенадцати часов, - значит, проверка достаточна два раза в сутки. При появлении окрашенной воды спустя 15 дней достаточен только один отбор пробы в сутки. В этом деле необходимо иметь терпение и выдержку, потому что иногда опыт затягивается на несколько месяцев.

Трудно себе представить какое-нибудь более капризное явление, чем гидрогеологическая система карста. Летом и осенью дебит воды в источниках может быть незначительным, и краситель, застряв в большом водоеме, не движется дальше. Но вот на поверхности прошел ливень, и краска за один день проделает путь больший, чем проделала до этого за недели или даже месяцы. Данные, относящиеся к дебиту воды, определенные в момент окрашивания, недостаточны. Скорость прохождения краски при повторении опыта никогда не совпадает со скоростью при первом опыте. Подземные воды могут включать в себя дополнительную систему (чаще всего при наводнениях). Иногда случается, что подкрашивают именно ее, а основная водная система остается неподкрашенной. Во всяком случае, необходимо очень долго, иногда в течение нескольких месяцев, вести наблюдение за появлением воды. Поэтому мы особенно рекомендуем применение флуоресцеина, цвет которого легко опознается даже совершенно неискушенными в этом деле людьми.

Мартель установил формулу для расчета необходимого количества флуоресцеина:

 где N - количество флуоресцеина в килограммах; 
     L - предполагаемая длина подземного пути воды в километрах; 
     M - дебит воды предполагаемого источника (то есть источника, с которым предполагается связь, - Прим. ред.).

Но формула Мартеля, как это показала практика, может быть применима к глубинным потокам карстовых вод только в очень редких случаях. Особенно неприемлемы ее результаты, когда в подземной системе имеются значительные водоемы или если попадающая в них подкрашенная вода составляет только определенную часть всего дебита источника. В этих случаях небходимо применять гораздо большее количество краски, чем рассчитывается по указанной формуле. Это уже и сами французские исследователи карста поняли на своем горьком опыте, когда подкрашивали систему Хенн-Морт. По формуле Мартеля они высчитали, что в понор достаточно влить 0,1 (м³)×0,5 (км) = 0,05 кг, то есть всего 50 граммов флуоресцеина. На всякий случай они влили 25 килограммов краски, но результат не был достигнут. Они повторили подкрашивание ста килограммами флуоресцеина и только тогда наконец получили удовлетворительный результат".

На этом кончается мой конспект.

Закрываю тетрадку. Мысли уносятся в далекую страну, где сверкают алмазные пустоты горы Штражахедь, где неистовствует, возможно, и сейчас река Стикс в Барадле. Думаю о маленькой стране, где я родился, где начал свою работу и где должен ее продолжать. Может быть, на поверхности, может быть, и под землей, но отныне идя всегда и всюду по новому, самостоятельному пути...

Схематический план Аггтелекской пещеры Барадла