Гидрогеология. И. В. Мушкетов большое внимание уделял изучению подземных вод. Он отчетливо сознавал, что подземные воды не только важное полезное ископаемое (питьевые воды, минеральные воды и др.), но и фактор, вызывающий разнообразные физико-геологические процессы (оползни, карст и др.), а также участвующий в формировании многих рудных месторождений.

Наиболее полно все эти вопросы были им рассмотрены во втором томе «Физической геологии» (2-е изд., СПб., 1903, с. 213—360) — по существу, первом руководстве по основам гидрогеологии в русской литературе, по которому обучались многие поколения горных инженеров и инженеров-путейцев. Этот курс гидрогеологии был составлен И. В. Мушкётовым с привлечением обширных материалов как отечественных (С. Н. Никитина, Н. А. Соколова, Н. А. Головкинского, Г. Д. Романовского, П. В. Отоцкого, Л. В. Бертенсона, А. А. Иностранцева, А. М. Коншина и др.) ^{так и} зарубежных (А. Добрэ, Л. Де-Лойе, Э. Зюсса, К. Кейльгака, Ч. Слихтера, С. Гюнтера и др.) исследователей и отражал с должной полнотой состояние знаний в этой отрасли геологии.

Подземные воды в земной коре, по представлениям И. В. Мушкетова, имеют преимущественно атмосферное происхождение. «Проникая на. . . глубину, — писал он,{15}— вода распределяется там различно, в зависимости от состава и способа залегания горных пород. В породах слоистых водопроницаемых, залегающих среди водонепроницаемых, она, подобно грунтовой воде, образует водяные слои, а в породах водопроницаемых, но трещиноватых, она направляется по трещинам и образует водяные жилы. . .».Эти положения — о существовании двух основных типов (пластовых и трещинно-жильных) скоплений подземных вод в горных породах — получили дальнейшее развитие в работах П. И. Бутова, И. К. Зайцева, А. М. Овчинникова, Н. И. Толстихина и других ученых. И. В. Мушкетовым было отмечено, что водяные слои (пластовые воды) образуют бассейны как пресных, так и соленых артезианских вод. В частности, он указывал, что часто в Европейской России «важнейший недостаток, делающий наши артезианские воды мало пригодными не только для орошения, но и во многих отраслях промышленности, — это их химический состав. . . Наиболее солеными являются артезианские воды, которые проходят через толщи соленосных пород. . .».{16}

Весьма обстоятельно описывает И. В. Мушкетов разные тйпы источников, в том числе термальных и минеральных. Отмечая широкое распространение термальных источников, приуроченность их к областям вулканизма и зонам дислокаций, И. В. Мушкетов указывал, что они, источники, выносят огромное количество тепла из недр. «Следовательно, — указывал он,{17} — термальные источники не только имеют важное значение в терапевтическом отношении, но и представляют большое богатство в виде запасов теплоты, которое может эксплуатироваться впоследствии. . .». Эти рекомендации И. В. Мушкетова находят свое воплощение в настоящее время.

И. В. Мушкетовым были обобщены имевшиеся сведения о химическом составе минеральных вод. К концу XIX в. в минеральных водах было открыто уже около 50 элементов. С использованием работ В. М. Севергина, Л. Де-Лоне, Л. Б. Бертенсона и других И. В. Мушкетовым были охарактеризованы важнейшие группы минеральных вод (углекислые, соленые, сернистые, железные и др.) и рассмотрены геологические условия их распространения. «Исследования в этом направлении, — писал И. В. Мушкетов,{18} — показали, что термо-минеральные источники приурочиваются главным образом к области новейших дислокаций, представляющей вполне определенный пояс высоких новых кряжей, не давших крупных провалов, многочисленных вулканов и сильнейших землетрясений. . . Наибольшее их количество — вдоль крупных сбросов, в месте с вулканическими извержениями, высокая температура которых способствует нагреванию подземных вод. . .». Подземные воды в земной коре, по представлениям И. В. Мушкетова, распространены до глубин около 18 — 20 км, а ниже переходят в пар. Питание подземных вод (в том числе термо-минеральных), по его мнению, осуществляется в основном за счет атмосферных осадков. «В настоящее время, — писал И. В. Мушкетов,{19} — если и появляются изредка попытки объяснить происхождение источников каким-либо другим способом, то все они. . . не могут иметь общего значения и не возбуждают никакого сомнения в справедливости основного положения о зависимости источников от атмосферных осадков. . . Нельзя придавать универсальное значение водяным парам, поднимающимся снизу из вулканических очагов. . .». Как видно, И. В. Мушкетов настороженно относился к взглядам Э. Зюсса о широком распространении ювенильных вод.

Последующие исследования подтвердили правильность выводов И. В. Мушкетова о незначительном распространении ювенильных вод в земной коре, но вместе с тем они показали, что к вадозным (экзогенным) подземным водам следует относить не только инфильтрогенные воды (атмосферного питания), но и седимецтогенные (захороненные вместе с осадками) воды. При этом в осадочных бассейнах глубже региональных базисов дренирования отчетливо преобладают седиментогенные воды.

Мерзлотоведение (геокриология). В первом томе «Физической геологии» И. В. Мушкетовым были достаточно полно обобщены имевшиеся на то время сведения (А. Ф. Миддендорфа, К. М. Бэра, С. И. Залесского, И. А. Лопатина, Л. А. Ячевского, А. И. Воейкова, Л. И. Шренка, А. А. Бунге, Э. В. Толля, Н. М. Козьмина и др.) о распространении многолетнемерзлых пород в России. К концу XIX в. уже была достаточно обоснованно намечена южная граница их распространения (Л. А. Ячевский); для отдельных пунктов (Якутск и др.) получены надежные данные о температуре и мощности мерзлых горных пород; выявлено, что промерзание пород зависит от многих причин (величин отрицательной среднегодовой температуры, мощности снегового покрова, геологического строения, гидрогеологических условий, рельефа и экспозиции склонов); наряду с пластовыми залежами подземных льдов были описаны жильные льды (А. А. Бунге).

И. В. Мушкетов активно содействовал изучению многолетней мерзлоты по линии Географического общества. В 1889 г. по его инициативе Географическим обществом была опубликована «Программа для собирания сведений о вечно мерзлой почве и ледяных слоях», подготовленная в основном Л. А. Ячевским.{20} В 1894 г. И. В. Мушкетов возглавил специальную Комиссию, которая по просьбе Управления по сооружению Сибирской железной дороги разработала и в 1895 г. опубликовала «Инструкцию для изучения мерзлоты почв в Сибири». Это была первая инструкция по геокриологическим исследованиям и изданием ее «было положено, — отмечают С. П. Качурин и Н. И. Толстихин,{21} — начало комплексному изучению подземной криосферы» и, следовательно, начало становлению мерзлотоведения (геокриологии) как отдельной научной отрасли. В «Инструкции. . .» было дано определение вечной мерзлоты, как «остающегося вечно мерзлым грунта, существование которого обусловлено совокупностью целого ряда естественных факторов, действующих непрерывно на обширной площади в течение геологического периода истории земли».{22}

Комиссия рекомендовала организовать в Сибири четыре постоянные станции по изучению вечной мерзлоты. На этих станциях должны были быть пробурены по три глубокие (желательно, чтобы был пройден вечно мерзлый слой) скважины для режимных наблюдений. Кроме глубоких, рекомендовалось бурение и ряда мелких (до 10 м) скважин для изучения температур и процессов промерзания (и оттаивания) приповерхностных частей разреза.

Ходовые (маршрутные) исследования вечной мерзлоты по трассам железных дорог также рекомендовалось сопровождать бурением скважин глубиной до 10 м. В Инструкции были даны рекомендации по выбору мест для заложения наблюдательных скважин, производству температурных и других наблюдений в глубоких и мелких скважинах, изучению временной мерзлоты, промерзанию и оттаиванию почв, исследованию колодцев. В частности, в программе исследований колодцев указывалось, что «вечно мерзлая почва представляет водонепроницаемый слой, но если этот слой не особенно мощный, то, пробив его, можно воспользоваться подлежащими водоносными горизонтами для станционных водоснабжений». Иными словами, уже здесь рекомендовалось использование подмерзлотных вод для целей водоснабжения. Можно заметить, что во втором томе «Физической геологии», опубликованном в 1905 г. (2-е изд., с дополнениями К. И. Богдановича), также указывается на наличие в областях многолетней (вечной) мерзлоты подмерзлотных водоносных горизонтов, питающих реки. Здесь же подчеркивается, что «технически вполне возможно также получить воду из слоев под вечной мерзлотой».{23} Эти прогнозы были подтверждены дальнейшими исследованиями (Н. И. Толстихин и др.).

Инженерная геология. В течение почти 18 лет (начиная с 1884 г.) И. В. Мушкетов преподавал геологические дисциплины в Институте инженеров путей сообщения и хорошо был знаком с теми запросами, которые предъявляются геологии при строительстве различных инженерных сооружений, в том числе таких сложных и дорогостоящих, как железные дороги. Он писал: «Протягиваясь из одного района в другой с разнообразными природными условиями, железнодорожный путь с его подъемами и уклонами, с его насыпями и выемками, тоннелями, мостами, канавами, подпорными стенками, присыпками, облицовками, резервами, карьерами и пр. — путь этот подчиняется общим законам жизни, испытывая. . . видоизменения от сил природы и разрушается в той или иной степени, сообразно местным физико-геологическим условиям».{24}