1
ли.смо1
iillll
з н ц и к л с п Е а н яl j
(f*
ОЛЯ ПЕТЕЙ
Географические открытия. Природа Земли. Мировое хозяйство и население. Экология
ВОДА — КРОВЬ ЗЕМЛИ Организм человека пронизан м и л л и о н а м и кровеносных сосудов. Крупные артерии и вены соединяют друг с другом основные органы тела, более мелкие оплетают их со всех сторон, тончайшие капилляры доходят практически до каждой отдельной клетки. Так для чего же нужна кровь человеческому организму? Кровь снабжает каждую клетку тела кислородом из лёгких и питательными веществами из желудка. Кровь собирает о т х о д ы жизнедеятельности из всех уголков организма, освобождая его от углекислого газа и других ненужных, в том числе опасных, веществ. Кровь разносит по всему телу г о р м о н ы , к о т о р ы е регулируют и согласовывают работу разных органов. Иными словами, кровь соединяет мозг
и сердце, желудок, почки, печень и мускулы в слаженный и работоспособный организм. Такая же кровеносная система есть и у нашей планеты. Кровь Земли — это вода, а кровеносные сосуды — реки, ручьи и озёра. И это не просто метафора. Вода на Земле играет ту же роль, что и кровь в человеческом организме, и, как недавно заметили учёные, структура речной сети очень похожа на структуру кровеносной системы человека. Именно вода, переходя из почвы в растения, из растений в атмосферу, стекая по рекам с материков в океаны и возвращаясь обратно с воздушными потоками, соединяя друг с другом различные компоненты природы, превращает их в единую систему. «Возница природы» — так назвал воду Леонардо да Винчи.
261
ВОДА — КРОВЬ ЗЕМЛИ
«ВЕЛИКИМ ФЕНОМЕН». КРУГОВОРОТ ВОДЫ В ПРИРОДЕ Вода не просто переходит из одного природн о г о компонента в другой. Она переносит с с о б о й о г р о м н о е количество химических веществ, транспортируя их из почвы в растения, с суши в озёра и океаны, из атмосферы на землю. Растения могут потреблять питательные вещества, содержащиеся в почве, только с водой, где о н и находятся в р а с т в о р ё н н о м состоянии. Если бы не приток воды из почвы в растения, все травы, даже растущие на самых плодородных почвах, погибли бы «от голода». Вода снабжает питательными веществами и о б и т а т е л е й рек, о з ё р и морей. Ручьи, стекающие с полей и лугов во время весеннего таяния снега или после летних дождей, собирают по пути содержащиеся в почве х и м и ч е с к и е вещества и доносят их до растений и животных, обитающих в водоёмах и морях, связывая тем самым сушу и воды. Самый богатый «стол» образуется в тех местах, где несущие питательные вещества реки впадают в озёра и моря. По-
этому такие участки п о б е р е ж и й отличаются настоящим буйством подводной жизни. А кто удаляет о т х о д ы , образующиеся в результате жизнедеятельности различных географических систем? Это тоже делает вода, причём в качестве ассенизатора она работает намного лучше, чем кровеносная система человека, которая лишь частично выполняет эту функцию. О с о б е н н о важна очистительная р о л ь воды в наше время, когда человек отравляет окружающую среду отходами городов, промышленных и сельскохозяйственных предприятий. Жизнь человека поддерживается непрерывной циркуляцией примерно 5 л крови. А сколько же воды «обслуживает» жизнь нашей планеты? Все воды на Земле, которые не входят в состав горных пород, объединяются понятием «гидросфера». Её вес столь велик, что обычно его и з м е р я ю т не в к и л о г р а м м а х и л и тоннах, а в кубических километрах. О д и н кубический километр — это куб, каждое ребро которого имеет длину 1 км. Вес 1 км3 воды равняется 1 млрд т. На Земле содержится 1,5 млрд км3 воды; вес её равен почти 1 500 ООО ООО ООО ООО ООО т, или 1,5 х 1018 т! На каждого человека приходится примерно по 1/4 км3 воды, или по 250 млн т! Однако 94% этого объёма составляют солёные воды Мирового океана, малопригодные j для большинства хозяйственных целей. Только б% — это воды суши, из них пресных всего 1/3,I т. е. лишь 2% от всего объёма гидросферы. Основная масса этих пресных вод сосредоточена в ледниках. Значительно меньше их в земной коре (в почвах, грунтовых и подземных водах), а также в водяных парах атмосферы. На долю рек, из к о т о р ы х в о с н о в н о м и б е р ё т воду человек, приходится совсем мало — 1,2 тыс. км3. Так что воды, которую могут потреблять человек, растения и животные, на нашей планете не так уж много. Но почему же она не кончается? Ведь люди и животные постоянно пьют воду, растения : испаряют её в атмосферу, а реки уносят в океан.
ПОЧЕМУ НЕ КОНЧАЕТСЯ ПРЕСНАЯ ВОДА НА ЗЕМЛЕ?
Речная сеть Волги похожа на кровеносную систему человека.
262
Кровеносная система человека представляет с о б о й замкнутую цепь, по которой беспрерывн о течёт кровь. Этот поток не прекращается, потому что о н представляет с о б о й круг. По это-
КРУГОВОРОТ ВОДЫ В ПРИРОДЕ
му же принципу устроена и водная сеть нашей планеты. Вода на Земле вовлекается в постоянный круговорот, и убыль её в одном звене сразу же восполняется поступлениями из другого. Круговорот воды происходит за счёт солнечной энергии и под воздействием силы тяжести. Он объединяет все части гидросферы, которые в свою очередь связывают между собой другие компоненты природы. В самом общем виде круговорот воды на нашей планете выглядит следующим образом. Под действием солнечных лучей вода испаряется с поверхности океана и суши и поступает в атмосферу, причём с поверхности суши воду испаряют как реки и водоёмы, так и почва и растения. Часть воды сразу возвращается с дождями обратно в океан, а часть переносится ветрами на сушу, где выпадает в виде дождя или снега. Попадая на почву, вода частично впитывается в неё, пополняя запасы почвенной влаги и подземных вод, и частично стекает по поверхности в реки и водоёмы. Некоторое количество почвенной влаги в потом переходит в растения, которые снова испаряют её в атмосферу, а другая часть тоже стекает в реки, только с меньшей скоростью. Реки, питающиеся водой из ручьёв и подземных вод, несут влагу в Мировой океан, восполняя её убыль. Вода, испаряясь с его поверхности, снова оказывается в атмосфере, и круговорот замыкается. Такое движение воды между всеми компонентами природы и всеми участками земной поверхности продолжается непрерывно многие миллионы лет. Круговорот воды не полностью замкнут. Часть воды, попадая в верхние слои атмосферы, разлагается под действием солнечных лучей на ионы кислорода и водорода и уходит в космос. Но эти незначительные потери постоянно восполняются, благодаря тому что при вулканических извержениях вода поступает из глубинных слоев Земли. Вследствие этого объём гидросферы постепенно увеличивается. П о некоторым расчётам, 4 млрд лет назад объём её составлял всего 20 млн км3, т. е. был в 70 раз меньше современного. В будущем количество воды на планете, по-видимому, также будет возрастать, если учесть, что объём воды в мантии Земли (залегающей под земной корой на глубинах от 30—50 до 2900 км) оценивается в 20 млрд км' — это почти в 15 раз больше современного объёма гидросферы. Сравнивая объём воды в отдельных частях гидросферы с притоком воды в них из соседних звеньев круговорота, можно определить активность водообмена, т. е. время, за которое может полностью обновиться объём
ЗАГАДКА
ТОРЕЙСКИХ
ОЗЁР
На юге Забайкалья, у самой границы с Монголией, расположены два озера — Зун-Торей и Барун-Торей, известные под общим названием Торейские озёра. Путешественники, часто пересекавшие в прошлом этот район, находили здесь то полноводные озёра, то их совершенно высохшие дниша. В 1772 г. русский путешественник и естествоиспытатель Пётр Симон Паллас застал вместо озёр солониовые равнины и такыры. Площадь озёр изменялась,- таким образом, о т нуля до 900 хм 1 . То же отмечалось и в XX в. Например, в 1950 г. на сухом дне геологи бурили скважины, а рядом проходили грунтовые дороги. Пастухи, ничего не опасаясь, пасли здесь стада овей. Н о уже в 1960 г. на этом месте расстилалась водная гладь, а глубина озёр достигала 3 — 4 м. В пустынных областях Центральной Азии блуждающие и исчезающие озёра не редкость. Например, знаменитое озеро Лобнор на востоке пустыни Такла-Макан, которое не раз исчезало с поверхности Земли, меняло свои очертания, перемешалось с запада на восток. Любопытно, что в 1950 г. одновременно высохли и Торейские озёра, и Лобнор, на месте которого был виден только толстый слой соли. Но уже к 1952 г. Лобнор вновь появился в виде мелкого озера, а к 7959 г. он, как и Торейские озёра, достиг наибольшей величины. Учёные предполагают, что котловины Торейских озёр высыхают и наполняются водой с периодичностью около 30 лет. П р и этом основной причиной считаются колебания климата. Замечено, что в периоды максимальной солнечной активности озёра наполняются водой, а в периоды минимальной — практически исчезают. Соответственно колеблется количество атмосферных осадков, выпадающих в этом районе. Такие соотношения характерны и для некоторых других областей Земли, однако у Торейских озёр, существующих в неустойчивом состоянии, это проявляется особенно резко.
Широколиственные леса
^Н
Сухая тропическая саванна
•
Лесостепь в Вечнозелёные • тропические леса Распределение водных ресурсов по природным зонам.
263
ВОДА — КРОВЬ ЗЕМЛИ
Круговорот волы на Земле.
воды в Мировом океане, атмосфере или почве. М е д л е н н е е в с е г о о б н о в л я ю т с я в о д ы в полярных ледниках (за 8 тыс. лет), в подземных слоях (за 5 тыс. лет), а также в океанах (за 3 тыс. лет). А вода в реках на всех континентах и о с т р о в а х З е м л и меняется п о л н о с т ь ю очень б ы с т р о — всего л и ш ь за 11 — 12 дней.
ЗВЕНЬЯ ОБЩЕЙ ЦЕПИ Круговорот воды в природе, как замкнутая цепь, состоит из нескольких звеньев. Вода бесконечно переходит от одного к другому, связывая их воедино. Учёные-географы выделяют восемь таких звеньев: атмосферное, океаническое, подземное, почвенное, речное, озёрное, биологическое и хозяйственное. Атмосферное звено круговорота воды содержит в основном воду в виде пара, образующегося в результате испарения с поверхности Мирового океана и суши. Водяные пары атмосферы, значительная часть которых переносится ветрами на континенты, формируются в о б ы ч н о над Мировым океаном. Более 80%
264
в ы п а д а ю щ и х в е в р о п е й с к о й ч а с т и России осадков имеет океаническое происхождение. Океаническое звено поставляет большую часть (приблизительно 86%) влаги в атмосферу. Лишь 14% водяных паров образуется за счёт испарения с поверхности суши. С поверхности солёного Мирового океана испаряется пресная вода. Таким о б р а з о м , океан м о ж н о считать колоссальной «фабрикой» пресной воды, без которой была бы невозможна жизнь на Земле. Специфической ч е р т о й круговорота воды в океане является перенос огромных её масс течениями. При этом за год транспортируется в сотни раз больше воды, чем её несут все реки земного шара. Холодные и тёплые морские течения во м н о г о м ф о р м и р у ю т климат Земли, о с о б е н н о на морских побережьях. Подземное звено включает воду, поступающую сюда из глубинных слоёв Земли или просочившуюся вниз с поверхности. Вода на б о л ь ш и х г л у б и н а х , как правило, с и л ь н о засолена. Но чем ближе к земной поверхности, тем больше вероятность того, что вода в толще горных пород окажется пресной. Тем не менее и на г л у б и н е в н е с к о л ь к о к и л о м е т р о в есть
пресная вода. Такова вода многих артезианских бассейнов, которую используют для питья жители многих крупных городов. Добывают её путём бурения подземных скважин. Из них вода медленно стекает в реки, п о п о л н я я их независимо от того, когда прошли дожди — давно или недавно. Таким образом, основная функция подземного звена круговорота воды — регулирование речного стока во времени. Не будь этого звена, реки наполнялись бы водой лишь на короткое время, когда выпадают осадки или тает снег. Подземное звено также очищает загрязнённые п о в е р х н о с т н ы е воды. Проходя через толщу грунтов, эти воды освобождаются от содержащихся в них ядовитых веществ. Вот почему подземные воды служат наиболее надёжным источником снабжения населения питьевой водой. Почвенное звено тесно связано с атмосферным и биологическим. С одной стороны, почва обладает способностью удерживать воду и постепенно отдавать её растениям. Даже во время длительной засухи в почве сохраняется влага, запасённая ранее, когда выпадали осадки. Конечно, запасы почвенной влаги ограничены, но во многих районах мира их достаточно, для того чтобы обеспечить нормальное развитие естественной растительности и высокую урожайность сельскохозяйственных культур. Вместе с водой растения получают из почвы питательные вещества: питаться «всухомятку» они не умеют. С другой стороны, почва является основным «посредником» между атмосферой и реками. От того, сколько она может удержать в себе воды, во многом зависит, какая часть выпавших осадков стечёт по поверхности почвы непосредственно в реки и другие водоёмы, какая задержится в почве и будет израсходована растениями на испарение, а какая просочится в подземные слои и пойдёт на питание рек в засушливые периоды. Речное звено — одно из наиболее изученных. Реки несут свои воды в моря Мирового океана или замкнутые (т. е. не связанные с океаном) водоёмы типа Каспийского чш Аральского моря, восполняя потери воды океанов и м о р е й на испарение. П р о ц е с с речного стока идёт весьма неравномерно во времени и по территории. Например, на реках европейской части России 60—70% речного ма проходит за сравнительно короткий период половодья, возникающего в результате весеннего таяния снега (на б о л ь ш и х реках — два-три месяца, на малых это время существенно к о р о ч е ) . В остальные сезоны, особенно в летнюю и зимнюю межень (маловодные периоды), сток значительно меньше.
Озеро Аяккум зимой. Тибет. Снимок из космоса.
С помощью таких сооружений определяют, сколько волы протекает по ручью за минуту.
265
ВОДА — КРОВЬ ЗЕМЛИ
Река в горах Южной Сибири.
Однако именно в эти месяцы потребности человека и сферы его деятельности в воде существенно увеличиваются. Поэтому для того чтобы обеспечить хозяйство водой, сток искусственно регулируют с помощью водохранилищ, накапливающих воду в тот период, когда её в реке много, и отдающих воду через пропускные сооружения в межень, когда её мало. Озёрное звено интересно тем, что испарение с п о в е р х н о с т и водоёмов о ч е н ь велико. Благодаря этому в окрестностях озёр климат смягчается. Но такое облагораживающее влияние даже крупных озёр распространяется на небольшие расстояния — в лучшем случае на несколько километров. Достаточно вспомнить пустынные берега таких крупнейших бессточных водоёмов, как Каспийское и Аральское моря. Кроме того, озёра, как и почвы, — естественный регулятор речного стока. Реки, в бассейнах которых имеются большие озёра, в периоды засух мелеют меньше всего. В качестве примера можно назвать Неву, вытекающую из Ладожского озера и Ангару — из Байкала. Все живые организмы содержат в себе большое количество воды, которая входит в биалоМсдуза 99%
Огурец 95%
Морковь 90%
Яблоко Картофель Рыба 85% 80% А 75%
J
_
J l
Содержание воды в % к обшей массе.
266
Человек 65%
Л Я
ал
гическое звено. Т е л о человека состоит из неё почти на 65% (примерно столько же воды содержится в организмах животных и в растениий). Обезвоживание организма всего на несколько процентов нарушает его жизнедеятельность, а на 10% и более — вызывает серьёзные изменения в организме, которые могут привести к гибели человека. Растения получают воду из почвы, а животные — либо поедая растения, л и б о утоляя жажду из рек и других водоёмов. Особенно важна роль воды в процессе фотосинтеза — создания зелёными растениями сложных органических веществ под действием с о л н е ч н о г о света. Всё богатство жизни на Земле, все продукты питания, которые потребляет человек, в конечном счёте создаются растениями из у г л е к и с л о г о газа и воды. Биологическое звено круговорота воды связано с атмосферным в первую очередь за вследствие испарения влаги растениями. Хозяйственное звено круговорота воды выделилось сравнительно недавно — с тех пор, как возникло сельское хозяйство и промышл е н н о с т ь и человек начал активно изменять природу. Уничтожаются леса, распахиваются громадные территории, осушаются и орошаются земли, создаются гигантские водохранилища и плотины, огромное количество воды расходуется на различные хозяйственные нужды... Всё это в значительной степени изменило г и д р о л о г и ч е с к и е (т. е. связанные с в о д о й ) процессы на Земле. Сток о д н и х рек уменьшился, других — увеличился, изменилось внутригодовое распределение стока. Возросло испарение, потому что именно на него идёт значительная часть воды, которую человек извлекает из её природных источников. Часть потребляемой людьми воды включается в состав производимой ими продукции, часть — уходит в глубокие подземные слои. Эта вода надолго «выпадает» из всеобщего круговорота, п о э т о м у её у с л о в н о называют «безвозвратно изъятой». Она не исключается п о л н о с т ь ю из м и р о в о г о к р у г о в о р о т а воды, поскольку может вернуться в него спустя продолжительное время и на совершенно другой территории. В орошаемом земледелии на «безвозвратное изъятие» расходуется большая часть забираемой из источников воды. Многие другие отрасли народного хозяйства расходуют безвозвратно менее 10% воды. Остальная вода после использования сбрасывается в различные водоёмы в виде сточных вод. Они, как правило, загрязнены и отравляют о г р о м н ы е объёмы чистой воды. Именно угроза загрязнения водных ресурсов представляет сейчас главную опасность, причём гораздо большую, чем угроза физической нехватки воды.