Книга: Шагреневая кожа Земли: Биосфера-почва-человек

«Кровь» Земли

«Кровь» Земли

В свое время выдающийся гидролог и почвовед Г.Н. Высотский назвал воду, содержащуюся в почве, ее кровью. С полным основанием мы можем именовать гидросферу нашей планеты кровью Земли. Сейчас уже однозначно доказано, что вода в жидкой и газообразной фазах оказывается главным действующим «лицом», приводящим в движение планетарнобиосферный организм и определяющим взаимодействие его различных компонентов.

Именно знакомясь с тем, как контактирует водная оболочка с другими составляющими биосферы (почвой, нижними слоями атмосферы, земной корой, живым веществом — совокупностью организмов планеты), мы убеждаемся в том, что все существующее на Земле завязано в одно целое. Особенно тесна связь водного и воздушного океанов. Поэтому охарактеризуем прежде всего основные атмосферные функции гидросферы, обратив внимание вначале на климатоформирующую роль водной оболочки, в первую очередь Мирового океана.

Удивительно, но факт, что, хотя воздушная оболочка Земли находится ближе к нашему светилу, аккумуляция солнечного тепла и последующая трата его на метеоролические процессы осуществляются главным образом гидросферой, а не атмосферой. Так, вклад Мирового океана в содержание тепла в воздухе примерно в 120 раз больше вклада самой атмосферы. Объясняется это просто: солнечное тепло поглощают и воздух, и вода, но общая масса водной оболочки во много раз больше воздушной. К тому же у воды сама способность аккумулировать тепло (ее теплоемкость) в 4 раза выше, чем у воздуха. Поэтому не случайно, что общее количество солнечной энергии, накапливаемой в течение года океаном, измеряется колоссальной величиной — 29,7 * 10¹⁹ ккал, что составляет почти 80 % всей радиации, достигающей поверхности Земли (36,5 * 10¹⁹ ккал). В результате Мировой океан оказался главным аккумулятором солнечного тепла на планете — в нем содержится 76–10²² ккал тепла, что многократно больше того количества тепловой энергии, которое ежегодно поступает от Солнца на Землю (Кан, 1982).

Гидросфера Земли определяет не только общую энергетическую подзарядку воздушной оболочки. От нее тесно зависят многие Конкретные метеорологические явления: осадки, облачность, перемещения воздушных масс и др. Воздушная среда, и прежде всего ее надокеаническая часть, вносит определяющий вклад и в возникновение экстремальных явлений. Ярким примером могут служить мощные тропические циклоны. Установлено, что циклоны средней силы только за сутки выделяют энергию, равную примерно 5*10⁹ Дж, что эквивалентно энергии 500 тыс. атомных бомб, сброшенных на Хиросиму и Нагасаки. За 10 дней существования такого циклона высвобождается энергия, достаточная для удовлетворения энергетических потребностей такой страны, как США, в течение 600 лет (Кан, 1982).

Природа тропических циклонов достаточно сложна, но одной из важных причин их зарождения оказывается повышенная температура верхнего слоя океана, определяющая количество пара, поступающего в атмосферу.

В отношении воздушной оболочки гидросфера выполняет еще одну важную функцию — она оказывается одним из регуляторов ее газового состава и во многом определяет содержание в воздухе кислорода, углекислого газа и других летучих компонентов. И опять на первое место по влиянию выходит Мировой океан, который, в частности, способствует сохранению оптимального содержания CO₂ в атмосфере. Дело в том, что морская вода в состоянии связывать значительную часть избыточного количества углекислоты, в результате чего CO₂ в океане оказалось в 60 раз больше, чем в атмосфере. Для благополучия биосферы данная способность океана имеет исключительное значение. Ведь если произойдет, например, двукратное увеличение CO₂ в воздушной оболочке, то средняя температура поверхности Земли может вследствие парникового эффекта повыситься на 2–4 °C, что вызовет сильнейшее глобальные изменения климата. Произойдут таяние льда, подвижка природных зон и другие негативные явления.

Такая мрачная перспектива весьма реальна, если человечество не обуздает свой безумный норов. Но, увы, пока этого не происходит. По-прежнему в атмосферу в результате хозяйственной деятельности поступает избыток CO₂ и других парниковых газов, а поверхность водной оболочки сильно загрязняется, что затрудняет ее нормальный газообмен с атмосферой. Масштабы загрязнения весьма значительны. Ежегодно в океан попадает порядка 6 млн т нефти и нефтепродуктов. А достаточно 25 млн т нефти, чтобы вся поверхность Мирового океана могла покрыться пленкой в одну десятую микрона (Залогин, 1983).

Водная оболочка играет значительную роль в эволюции атмосферы.

Появление сотни миллионов лет назад воздушной среды с высоким содержанием кислорода было связано вначале с фотосинтетическими морскими организмами, жизнедеятельность которых в течение многих миллионов лет способствовала накоплению огромных запасов кислорода в атмосфере и появлению в ней защитного озонового экрана. И сейчас эти организмы одни из основных поставщиков кислорода в атмосферу.

Не менее значительно и впечатляюще влияние воды на формирование почвенной оболочки (педосферы) и каменной оболочки (литосферы), в связи с чем обособляются педосферные и литосферные функции гидросферы. Среди этих функций выделяются размельчение, растворение и перемещение водными потоками веществ почвенной и каменной оболочек. Масштабы данных процессов поразительны. Достаточно сказать, что, по данным А.П. Лисицына, только реками ежегодно выносится с континентов более 25 млрд т вещества, мобилизованного на водоразделах. Кроме того, значительный объем работы по перемещению, измельчению и растворению твердого вещества выполняет Мировой океан за счет размывания берегов, донной эрозии, переотложения находящихся в нем осадков и др.

Указанные выше процессы значимы не только сами по себе. Они важны также тем, что создают предпосылки для проявления других ответственных функций водной оболочки, направленных на формирование полезных ископаемых, химических соединений и горизонтов педо- и литосферы и на поддержание взаимосвязей между ними.

Да, основательно потрудилась вода, чтобы на Земле возникли и существовали в развитой форме почвенная оболочка и литосфера. Но при этом она и сама не оказалась обделенной, поскольку в природе наблюдается принцип — долг платежом красен. Преобразуя почвы и породы, вода обогащалась выносимыми из них соединениями, которые накапливались в конечных водоемах стока, в морях и океанах.

В настоящее время в Мировом океане сосредоточилось более 46 миллионов миллиардов тонн минеральных веществ. Если распределить их ровным слоем по поверхности, то уровень материков повысится на 200 м. Поэтому не случайно мнение, что из океана человек может получать со временем почти все необходимые ему элементы (Федосеев, 1975).

Особняком стоят биологические функции гидросферы, проявление которых весьма многопланово: вода оказывается одной из важнейших сред жизни, участвует в построении тела живых организмов и поддержании обмена веществ в них, является фактором миграции и адаптации организмов. Теснейшая историческая связь живых организмов с водой закрепилась в их конституции и химическом составе. Как отмечал В.И. Вернадский (1987), «все организмы — и водные и наземные — представляют собой полужидкие, иногда жидкие водные коллоидные системы. Поэтому совершенно правильно с этой точки зрения определил их французский зоолог Р. Дюбуа как „оживленную“ или одухотворенную воду».

Подтвержается ли эта мысль расчетами среднего содержания воды в живых организмах? Да, и блестяще! В рыбах и моллюсках до 76 %, а в медузах до 95 % воды, в наземных травянистых растениях ее до 85 %, в сухопутных крупных млекопитающих около 60 %. И тело человека также состоит в основном из «оживленной» влаги: в зависимости от возраста в нем находится 58–66 % воды, а в крови еще больше — 79 %. Содержание воды зависит также от пола — в женщинах ее больше, чем в мужчинах.

Кроме того, отмечена тесная зависимость химии живых организмов от химии гидросферы, которая особенно наглядно проявляется при сравнении солевого состава крови человека и океанической воды. Посудите сами. Хлора в нашей крови содержится 49,3 % от суммы растворенных солей, и в водах Мирового океана примерно столько же — 55,0 %. Практически одинаково содержание натрия: в крови 30,0 %, в морской воде 30,6 %. По другим элементам данные также близки: калия и кальция в крови соответственно 1,8 и 0,8 %, в океанической воде — 1,1 и 1,2 %; кислорода в крови 9,9 %, в воде 5,6 %. Не случайно кровь на вкус солоноватая.

Вода не только является важнейшим компонентом тела живых организмов, но и играет главную роль в их функционировании, индивидуальном развитии, поведении и эволюционном приспособлении. Так, необходимость поддерживать высокую влажность в дыхательных органах вынуждает животных, обитающих в неводных средах, вырабатывать специальные приспособления по сохранению влаги в организме. Ярким примером может служить образование хитинового покрова у насекомых, защищающего их от обезвоживания. Благодаря этому насекомые смогли освоить все среды обитания и стать самым многочисленным классом. Известно, что по числу видов (более 1 млн) они превосходят все другие классы животных, вместе взятые.

Кратко рассмотрим общебиосферные и планетарные функции гидросферы. Водная оболочка прежде всего через круговорот воды осуществляет связь всех приповерхностных геосфер Земли (тропосферы, почвенной оболочки, земной коры и др.). Достигается это благодаря отмеченным ранее исключительным свойствам воды, на которые постоянно обращал внимание В.И. Вернадский: «Вода стоит особняком в истории нашей планеты. Нет природного тела, которое могло бы сравниться с ней по влиянию на ход основных, самых грандиозных, геологических процессов. Нет земного вещества — минерала, горной породы, живого тела, которое бы ее не заключало. Все земное вещество — под влиянием свойственных воде… сил, ее парообразного состояния, ее вездесущности в верхней части планеты — ею проникнуто и охвачено» (1960, с. 16).

Кроме того, водная оболочка оказывается мощным аккумулятором поступающей солнечной энергии и регулятором теплового режима бисферы. Как отмечалось выше, особенно заметную роль здесь играет Мировой океан. Необходимо также отметить регулирование теплового режима биосферы мощными океаническими течениями, осуществляющими теплообмен между экваториальными и полярными широтами. Характеризуя данное явление, американский океанограф и метеоролог М. Мори отметил, что творец дал два великих назначения океану и воздуху — разделять влагу на поверхности Земли и смягчать сильные колебания климата в различных широтах (см.: Федосеев, 1975).

Водная оболочка выступает также в качестве одного из ведущих факторов трансформации и движения вещества и энергии геосфер. Конкретные проявления данной функции многообразны, но особенно наглядна рельефосозидающая деятельность гидросферы. Ведь весь лик земной поверхности формировался при том или ином участии воды, которая во многом определила образование не только микро- и макроформ, но и наиболее крупных феноменов — мегаформ рельефа Земли.

Решающая роль воды в рельефообразовании выявляется и при проведении сравнительного анализа, который показывает, что при полном отсутствии воды на планетах (Луна и Меркурий) или наличии ее не в жидкой фазе и в малых количествах (Венера и Марс) отмечается пассивное преобразование поверхности планет экзогенными процессами. Одно из следствий этого — доминирование кратерного рельефа, господствующего на Луне, Меркурии, Венере и преобладающего на Марсе. Причина здесь в том, что при отсутствии воды экзогенные процессы не в состоянии подавить эффект бомбардировки метеоритами данных планет, поверхность которых вот уже миллиарды лет украшена в основном пейзажами лунного типа.

Отметим также участие гидросферы в формировании геодезических полей Земли (гравитационного, магнитного и др.). Хотя основной вклад в данные поля вносят твердые оболочки Земли, в которых сосредоточено 99,97 % массы планеты, вклад воды также весом.

Вряд ли необходимо долго доказывать непреходящее значение воды в жизни человека и общества. Остановимся лишь на некоторых аспектах этой проблемы.

Характеризуя роль воды в существовании землян, отметим, что она служит одним из основных субстратов жизни, ресурсом промышленного и сельскохозяйственного производства, выполняет целебно-гигиеническую и эстетическую функции и т. д. Действительно, если взять промышленность, то фактически ни один сколько-нибудь крупный технологический процесс не обходится без широкого использования воды. Так, для выплавки 1 т стали ее требуется 250–330 м³, для получения 1 т бумаги — 550–730, а 1 т вискозного волокна — 470-1080 м³.

Исключительно водоемким оказывается и современное сельское хозяйство. Например, для получения 1 т хлопка-сырца тратится 4000–5000 м³ воды, 1 т риса — 5000–7000 м³. Поскольку с орошением выращиваются и многие другие культуры, сельское хозяйство оказалось главным потребителем воды — оно забирает около 80 % всех используемых человеком водных ресурсов Земли (Львович, 1986).

Богатым фактическим материалом можно проиллюстрировать и другие аспекты использования воды современной цивилизацией, подробно рассмотренные в работах А.Б. Авакяна, Б.С. Залогина, Р.К. Клиге, М.Н. Львовича и др. Наиболее разносторонне освещена роль Мирового океана, на долю которого приходится более 90 % запаса воды в гидросфере.

Из морской, а также из соленой озерной воды добывают в промышленных масштабах поваренную соль (около 7 млн т/год), а также магний, калий, бром, иод и др. В Японии уже получают «морской» уран. Энергия приливов питает многие приливные электростанции. Воды Мирового океана активно используются в качестве естественных путей сообщения между различными странами. Достаточно сказать, что морской транспорт обеспечивает свыше 95 % перевозок, связанных с мировой торговлей, и 80 % всего мирового грузооборота. Интенсивно используются биологические ресурсы океана, который дает человеку около 25 % белка животного происхождения.

Трудится гидросфера и на восстановление нашего здоровья благодаря целебному действию многих минеральных вод, благодаря благодатному воздействию на организм человека морской воды и климата побережий. Не случайно прибрежная зона — это главная здравница многих стран мира, самой природой созданная для лечения и отдыха людей. В последние десятилетия широкое развитие получил оздоровительный речной и морской туризм, охвативший различные уголки земного шара.

Итак, все, что существует в биосфере, прямо или косвенно обязано созидательной работе воды, генетически или функционально связано с деятельностью гидросферы. И хотя наша планета немыслима и без всех других геосфер, многогранная ценность и незаменимость водной оболочки особенно наглядны и бесспорны. Поэтому прогрессивное человечество так обеспокоено судьбой океана, судьбой пресных и других вод, ведь все развитие цивилизации (от становления до современной бурной эволюции) было постоянно связано самыми тесными узами с водой — животворящей влагой Земли.

Не случайно вода воспета поэтами, писателями, а среди художников существует даже особая школа маринистов. И глубоко прав был В.И. Вернадский, когда говорил: «Природная вода охватывает и создает всю жизнь человека. Едва ли есть какое-нибудь другое тело, которое бы до такой степени определило его общественный уклад, быт, существование» (1960, с. 17).