Текст книги "Вода и жизнь на Земле"

Автор книги: Юрий Новиков

Соавторы: Маламагомед Сайфутдинов
сообщить о нарушении

Текущая страница: 1 (всего у книги 14 страниц)

Новиков Ю. В., Сайфутдинов М. М.
Вода и жизнь на Земле

АКАДЕМИЯ НАУК СССР

Ответственный редактор доктор геолого-минералогических наук И. С. Зекцер

От авторов

Воду, драгоценный дар природы, академик А. Н. Карпинский назвал живой кровью, которая создает жизнь там, где ее не было. Вода – основа развития земледелия, энергетики и рыбного хозяйства, без нее немыслимы быт и досуг человека.

Но всегда ли мы отдаем себе отчет в том, что значит для нас вода – эта бесцветная, без запаха и вкуса жидкость? В сущности говоря, она почти ничего нам не стоит в повседневной жизни, но бывают моменты, когда за один глоток воды человек готов пожертвовать всем. Человек способен неделями обходиться без пищи, а вот без воды – только два-три дня. И вообще в нормальных условиях воды в свой организм он должен вводить в два раза больше (по весу), чем пищи.

Эта состоящая из водорода и кислорода жидкость нужна не только для поддержания жизни человека. Без нее немыслима практически ни одна сфера производства – вода, например, участвует почти во всех технологических процессах. Незаменима она и в сельском хозяйстве. Для примера отметим, что на выращивание пшеницы только для одной булки необходимы 200 л воды.

Наша планета богата водой – гидросфера Земли составляет приблизительно 1,5 млрд. км ³. Но из них более 96 % – горько-соленая вода морей и океанов, покрывающая почти 71 % всей поверхности планеты. На долю пресной воды приходится около 90 млн. км ²(меньше 3 %), причем основной ее запас – это подземные «моря» и ледники. Однако добраться до них не так-то легко.

Ученые подсчитали, что природные льды содержат более 24 млн. км ³воды – объем стока всех рек Земли за период, равный примерно 500 лет. Если попытаться равномерно распределить лед по поверхности Земли, то он покроет ее слоем толщиной в 53 м. Реки, озера и доступные для использования подземные воды составляют всего лишь 0,3 % мировых запасов свободной воды.

В нашей стране насчитывается около 3 млн. рек, ручьев и каналов общей протяженностью приблизительно 10 млн. км. Только речной сток на всей территории СССР, превышает 4,3 тыс. км ³(12 % суммарного мирового стока). В самом глубоком континентальном водоеме на земном шаре – оз. Байкале – находится пятая часть всех мировых запасов поверхностной пресной воды и более 80 % всей пресной воды в СССР.

Охране водных ресурсов как важной составной части социально-экономического развития общества у нас в стране уделяется огромное внимание. Это находит отражение в ряде партийных и правительственных постановлений, документах XXIV, XXV, XXVI съездов партии, в Конституции СССР, в выступлениях руководителей партии и правительства. Выступая в 1979 г. в Днепропетровске, Л. И. Брежнев сказал: «Сохранять в чистоте землю, воздух и воду – задача общегосударственная. Было время, когда старались скорее пустить завод, дать продукцию любой ценой. Сегодня же должны строить так, чтобы щадить природу. Надо также обновить старые предприятия, чтобы и они не наносили урона окружающей среде» [1]1
  Правда, 1979, 22 сент.


[Закрыть].

В нашей стране немало сделано для сбережения водных ресурсов. Так, в десятой пятилетке на мероприятия по охране природы, в том числе и водных ресурсов, израсходовано 11 млрд. руб. Действуют и строятся очистные сооружения, совершенствуются технологические процессы, способствующие сокращению отходов, попадающих в реки, улучшается санитарное состояние населенных мест, оздоравливаются сами водоемы. В результате уменьшилось загрязнение многих рек, озер, морей – они стали чище, светлее.

Забота о получении достаточного количества воды, пригодной для питья и удовлетворения культурно-бытовых потребностей населения, волнует человечество на протяжении всего его существования. Достаточно вспомнить, что первый римский водопровод протяженностью 16,5 км был построен в 312 г. до н. э. Характер и формы водоснабжения изменялись с изменением социально-экономических условий, прогрессом техники и естественных наук и общим подъемом культуры.

Давно отмечена связь между заболеваемостью населения и характером водоснабжения. Еще в древнем мире были известны некоторые признаки воды, опасной для здоровья. Однако лишь в середине XIX в. эпидемиологические наблюдения и последующие бактериологические открытия Л. Пастера и Р. Коха позволили установить с достаточной достоверностью, что вода, содержащая патогенные микробы, может способствовать возникновению и распространению заболеваний среди населения. Обращали люди внимание и на химический состав воды как возможную причину заболеваний неинфекционной природы. В настоящее время при обосновании гигиенических нормативов качества питьевой воды проводят ее всесторонние комплексные исследования.

Большое значение в жизни человека имеет Мировой океан. Под влиянием солнечного тепла и при воздействии движения воздушных масс с его поверхности ежедневно испаряется колоссальное количество воды – 0,5 млн. км ³. При этом 90 % этой массы вновь в виде осадков возвращается в океан. Остальная вода, выпавшая над сушей, почти вся собираясь в ручейки и реки и также стекает в океан. Часть осадков проникает в почву, образуя почвенную влагу и пополняя запасы подземных вод. Благодаря большой теплоемкости воды и ее постоянному круговороту Мировой океан аккумулирует основное количество тепла, которое Земля получает от Солнца. Вода поглощает тепла на 25–50 % больше, чем суша. Ученые стремятся лучше познать жизнь океана, полнее определить возможности разумного использования его колоссальных богатств, чтобы не нанести непоправимого ущерба этой сложной природной системе.

Деятельность человеческого общества немыслима без воды. Проблема водных ресурсов, их сокращения и увеличения – одна из главных в жизни современного человечества. Без четкого представления о методах рационального использования этих ресурсов невозможно дальнейшее развитие промышленности и сельского хозяйства, прогресс культуры. Цель данной книги – осветить основные аспекты этой проблемы на базе новейшего научного материала.

Гидросфера

Вода и биосфера

Внешняя оболочка Земли занята биосферой. И вполне правильно, когда биосферу называют еще «областью жизни» или «живым покровом» Земли. Это огромное пространство, включающее атмосферу, гидросферу и литосферу, населяют различные виды живых организмов. Верхняя граница биосферы охватывает нижние слои стратосферы до высоты озонового экрана (в среднем до 20 км), в котором задерживается большая часть ультрафиолетовой радиации, губительно действующей на живые организмы. Нижняя граница биосферы определяется на глубине 3–3,5 км ниже поверхности земной коры. Наиболее благоприятные условия для жизни и развития организмов имеются на поверхности суши, в прилегающих к ней слоях атмосферы и в приповерхностных слоях морей и океанов.

Основоположником учения о биосфере является выдающийся русский ученый, академик В. И. Вернадский, который оценил жизнь в общепланетарном масштабе как качественно новое геологическое явление. Центральное место в биосфере занимает «живое вещество», которое, по В. И. Вернадскому, представляет собой совокупность всех живых организмов (животных, растений, микроорганизмов), численно выраженное в их элементарном химическом составе, в весе и энергии. Хотя в количественном отношении живое вещество (по сравнению с неорганическим) занимает незначительное место, оно играет важнейшую роль в формировании биосферы. «На земной поверхности, – писал В. И. Вернадский, – нет химической силы, более постоянно действующей, а потому и более могущественной по своим конечным последствиям, чем живые организмы, взятые в целом».

Подсчитано, что на Земле обитает около 3 млн. видов живых организмов, из которых 300 тыс. приходятся на долю растений. Однако растения создают 97–98 % всей биомассы суши, остальная часть (1–3 %) животные и микроорганизмы.

Водная среда играла важнейшую роль в возникновении жизни на Земле. В. И. Вернадский писал: «Вода стоит особняком в истории нашей планеты. Нет природного тела, которое могло бы сравниться по влиянию на ход основных, самых грандиозных геологических процессов. Не только земная поверхность, но и глубокие – в масштабе биосферы – части планеты определяются, в самых существенных своих проявлениях, ее существованием и ее свойствами».

Вода является постоянным спутником и необходимым условием воспроизводства живого органического мира. Как известно, в основе образования и накопления первичного живого органического вещества лежит фотосинтез. Под действием солнечной энергии углекислый газ и вода в листьях растений распадаются на кислород, выделяющийся в атмосферу, и углерод, идущий на образование живого органического вещества растений – углеводороды. Только живое вещество, усваивая солнечную энергию, способно строить новые ткани, способно само себя воспроизводить. По подсчетам биологов, живое вещество ежегодна воспроизводит примерно 10 % своей общей массы.

Живые организмы производят огромную работу по перераспределению вещества земной коры и созданию новых химических соединений. Живые организмы вовлекают в процесс круговорота кислорода, углерода и азота также большие массы минеральных веществ и различных других химических элементов, превращая их в биогенное вещество. Живые организмы способны усваивать и концентрировать из среды обитания практически все элементы периодической системы.

Гидросфера (водная оболочка) – это совокупность океанов, морей, озер, рек, ледяных образований, подземных и атмосферных вод. Общая площадь океанов и морей в 2,5 раза превышает территорию суши. Океанические воды покрывают почти три четверти поверхности земного шара слоем толщиной около 4 тыс. м.

Занимая промежуточное положение между атмосферой и литосферой, гидросфера постоянно находится с ними в тесной взаимосвязи. Одним из ее проявлений является влагооборот. Последний играет важную роль в создании условий жизни во всей биосфере.

Таблица 1. Объем гидросферы [М. И. Львович, 1974]

	3
Мировой океан	1 370 323	93,96
Подземные воды	60 000	4,12
Зоны активного водообмена	4 000	0,27
Ледники	24 000	1,65
Озера	280*	0,019
Почвенная влага	85**	0,006
Пары атмосферы	14	0,001
Речные воды	1,2	0,0001
Итого:	1 454 193	100
* В том числе около 5 тыс. км 3воды в водохранилищах.
** В том числе около 2 тыс. км 3оросительных вод.

По данным табл. 1, на поверхности Земли содержится почти 1,5 млрд. м ³воды, из этого количества 93,96 % сосредоточено в океанах и морях, немногим больше 4 % представляют воды, находящиеся на суше, и 1,65 % воды сковано в ледниках.

Единство вод Земли

Благодаря процессам круговорота воды гидросферы находятся в постоянной взаимосвязи по следующей схеме: океан – атмосфера – суша – океан. Основную роль в механизме круговорота воды играет тепловая энергия и сила тяжести. Под влиянием тепла вода испаряется с поверхностей океанов, морей, озер и других водных объектов; водные пары, сконденсированные в атмосфере, под действием силы тяжести выпадают в виде дождя, снега и града. Таким образом, вода переходит из одного агрегатного состояния в другое и перемещается, образуя течение рек, вызывая движение почвенных и подземных вод.

В замкнутой системе круговорота воды участвуют атмосферное, океаническое, почвенное, речное, озерное, ледниковое, биологическое, хозяйственное звенья. Каждое из них имеет свои особенности. Поверхность океанов, морей, рек и озер подвержена главным образом испарению. Этим обеспечивается пополнение атмосферы влагой, которая в последующем превращается в атмосферные осадки. В круговороте воды участвуют и подземные и почвенные воды в результате их перемещения и испарения. Биологическое звено занимает незначительное место в общем масштабе круговорота воды на Земле. Однако процесс этот сложен и многообразен. Вода для человека, животных и растений – важнейший продукт, участвующий во всех жизненных процессах. В среднем в растениях и животных содержится более 56 % воды. Организм человека почти на 65 % состоит из воды. При этом человеческий организм потребляет воды по весу примерно в 2 раза больше, чем питательных веществ. Вся вода, потребляемая людьми и животными, в конечном итоге также возвращается в общий круговорот воды.

В общем объеме круговорота воды на Земле ведущее место занимает океаническое звено: на суше выпадает только четвертая часть (113,5 тыс. км ³) всех осадков, остальные (411,6 тыс. км ³) приходятся на долю Мирового океана.

Осадки на поверхности суши создают ресурсы поверхностных вод и являются основным источником формирования пресной воды. Они имеются главным образом в ледниках полярных и горных областей (99,2 %), озерах (0,73 %), болотах (0,05 %) и в руслах рек. Большая часть пресной воды в виде ледников сосредоточена в двух материках – в Гренландии и в Антарктиде. Ледники – большие хранилища пресной воды.

Круговорот воды – это исключительно важное свойство гидросферы. Благодаря ему общее количество воды на Земле не уменьшается и вода делается практически неисчерпаемой. В этом заключается существенное отличие водных ресурсов от других полезных ископаемых. Подсчитано, что пары атмосферы обновляются в среднем каждые 10 суток, речные воды в руслах рек – в среднем каждые 11 суток, почвенная влага и воды-верховодки Земли возобновляются ежегодно. Более медленно происходит водообновление подземных вод, а также вод в озерах, болотах и ледниках.

Поверхностные воды

В процессе возобновления запасов пресных вод основную роль играют атмосферные осадки. Известно, что на поверхность нашей планеты в среднем в год выпадают осадки, равные метровому слою. Однако распределяются они по земной поверхности неравномерно. Существуют районы с очень высоким уровнем осадков. Наибольшее количество их приходится на тропические зоны экватора (в пределах от 10° с. ш. до 10° ю. ш.). На территории некоторых районов Индии количество выпадающих осадков в год превышает 12 м.

Таблица 2. Обеспеченность континентов речной водой [К. П. Воскресенский, 1971]

	3		3
Европа	3 140	606	5,18
Азия	13 400	1 688	7,94
Африка	4 020	294	13,67
Северная Америка	6 522	253	26,17
Южная Америка	11 500	154	74,68
Австралия	1 890	15,5	12,9
Земной шар	41 500	3 256	11,0

Вместе с тем в некоторых районах экваториальной зоны выпадаемой влаги недостаточно даже для смачивания поверхности почвы. Например, Синайская пустыня, где годовое количество осадков составляет всего 10–15 мм, а в Перуанской и Ливийской пустынях осадков не бывает вообще. Пустыни занимают четверть земной поверхности, а осадки, выпадающие в этих районах, в среднем не превышают 200 мм в год.

Неравномерность осадков наблюдается и в течение года. Так, в экваториальных районах наибольшее количество осадков выпадает в период после осеннего и весеннего равно действия; в тропиках и муссонных областях – главным образом летом, а в субтропиках – зимой; в районах с континентальным климатом – опять летом. В это время здесь отмечается до двух третей годовой нормы осадков.

На количество осадков, выпадающих на поверхность Земли, значительное влияние оказывает температура и близость больших водных пространств. В теплых экваториальных районах в результате интенсивного испарения увеличивается влагоемкость воздуха и соответственно возрастает количество осадков. В Южном полушарии, где большие пространства заняты морями и океанами, осадков больше, чем в северных широтах Земли.

Возобновляемые в процессе круговорота пресные воды используются для питьевого и промышленного водоснабжения, орошения и выращивания растительной массы, выработки гидроэнергии, судоходства и т. д. Однако не следует забывать, что неправильная хозяйственная деятельность человека ведет к качественному и количественному истощению водных ресурсов.

Изучение закономерностей водообмена в реках, почве и других звеньях гидросферы суши имеет огромное хозяйственное значение. Полученные данные служат основой при планировании использования речного стока населением, дальнейшего развития промышленности и сельского хозяйства.

Особое место в жизни человека занимают речные и озерные воды. В настоящее время в мире известны 145 больших озер, в которых содержится 95 % объема озерных вод. Наибольшее количество пресной воды сосредоточено в оз. Байкале (2,3 тыс. км ³) и Великих Американских озерах (2,4 тыс. км ³).

Характеризуя обеспеченность речной водой населения мира, необходимо отметить, что в целом на одного человека приходится 11 тыс. м ³в год. Наибольшее количество речной воды на душу населения зафиксировано в Южной и Северной Америке, затем в Африке и Австралии (см. табл. 2).

Ряд стран – таких, как Бразилия, СССР, КНР, Канада, Индия, США, – обладают крупными речными ресурсами. На их долю приходится более 50 % всего речного стока мира (табл. 3).

Большое количество речной воды ежегодно стекает в океаны – Атлантический, Северный Ледовитый, Тихий и Индийский, и только некоторая часть ее остается в так называемых «бессточных областях», сток из которых не достигает Мирового океана. Среди крупных рек земного шара следует назвать реки, стекающие в Атлантический океан на территории Северной и Южной Америки: Амазонка (6930 км ³/год), Парана (599 км ³/год), Ориноко (441 км ³/год), Миссисипи (599 км ³/год), на территории Африки – Конго (1350 км ³/год), в Индийский океан впадают Ганг (1200 км ³/год) и Брахмапутра (630 км ³/год); в Тихий океан – Амур (350 км ³/год), Янцзы (693 км ³/год) и Меконг (378 км ³/год), в Северный Ледовитый океан – Енисей (624 км ³/год), Лена (536 км ³/год) и Обь (400 км ³/год).

Таблица 3. Водообеспеченность по отдельным странам мира [М. И. Львович, 1974]

	2	3	3
Земной шар (в целом)	148 818	41 500	11,0
В том числе:
Бразилия	8 510	5 668	59,5
СССР	22 275	4 384	17,5
КНР	9 600	2 880	3,79
Канада	8 700	2 740	128,0
США	9 400	2 345	11,4
Индия	3 270	1 586	2,88

Как правило, водность в озерах и речных бассейнах меняется из года в год. Это связано с общими климатическими и метеорологическими условиями той или иной части суши и особенностями отдельных годов.

Реки и озера питаются от дождей, в результате таяния снега и ледников и от подземных источников. Наблюдаются годы маловодные и многоводные. Изменение водности происходит и внутри года. В периоды весеннего половодья и паводков в результате интенсивного таяния снега водность многих равнинных рек повышается, и наоборот, она резко падает летом и зимой. В период весеннего половодья расход отдельных рек составляет 60 % и более (от годового).

Большая часть бассейна р. Амазонки находится в пределах экваториального пояса Южной Америки. В этой части континента в течение года выпадают осадки, превышающие 2000 мм. Высокий сток характерен и для рек, расположенных в экваториальной зоне Африки (Юго-Западная и Юго-Восточная часть), где выпадает более 1000 мм осадков. Для районов действия муссонов Индийского и Тихого океанов характерны также обильные летние осадки, достигающие 5000 мм и более, в связи с этим здесь резко увеличивается речной сток. И наоборот, в сезон, когда дуют ветры с суши на море, палящее солнце в этих районах вызывает сильнейшую засуху, превращая почву в пыль и песок.

Большое влияние на водность рек оказывает рельеф местности. Высокие хребты Кордильеров и Анд преграждают путь увлажненным восточным ветрам с просторов Атлантического океана и бассейна Амазонки. В результате в пустыне Атакама несколько лет подряд не бывает дождя. Чрезвычайно многоводны реки, берущие начало в Гималаях. В период таяния здесь снега реки в Индии, Пакистане и Бангладеш разливаются катастрофически.

Подсчитано, что на нашей планете болота занимают более 3,5 млн. км ². До недавнего времени многие считали болота «болезненными лишаями» земной поверхности, выпадающими из хозяйственного оборота. Сейчас взгляды на роль болот изменились. Участки сильного увлажнения играют, оказывается, роль губки, которые впитывают воду, когда ее избыток, и отдают, когда ее мало. Болота являются хранилищами громадного количества пресной воды, питающей ручьи и пруды. Более того, они служат своеобразным естественным фильтром при очистке загрязненных вод. Из районов, заполненных мутной жижей, вода выходит чистой.

За сравнительно короткий период с лица планеты исчезла почти треть болот. В Западной Европе и Америке спохватились, когда после уничтожения болот катастрофически стали мелеть реки, гибнуть флора и фауна, а на осушенных землях через несколько лет резко упали урожаи и началась ветровая эрозия.

В 1967 г. 18 стран, в их числе и СССР, образовали международное общество «Телма», что в переводе с греческого означает «болото». Его цель – сохранить для человечества этот важный естественный запасник пресной воды.