На больших высотах в атмосфере вода существует либо
в твердом состоянии, либо в виде отдельных молекул, что соответствует
ее состоянию в космосе.
Многократное повторение цикла влагооборота приводит
к тому, что ежегодно конденсируется и выпадает в виде осадков
примерно в 40 раз больший объем (525 100 млрд т) воды,
чем ее одновременно присутствует в атмосфере, т. е. среднее
время оборота составляет около 9—10 сут.
7.2. Геосферные оболочки Земли 251
7.2.3.6. Биологическая вода
Масса воды, содержащаяся в живых организмах, оценивается
в 1,1 • 103 млрд т, т. е. меньше, чем содержат русла
всех рек мира. Биоценоз биосферы, заключая в себе относительно
малое количество воды, тем не менее интенсивно прогоняет
ее через себя. Особенно интенсивно это происходит в океане,
где вода является и средой обитания, и источником питательных
веществ и газов.
Основную массу биоценоза планеты составляют продуценты.
В водных экосистемах это водоросли и фитопланктон,
а в наземных — растительность. В водной среде растения непрерывно
фильтруют воду через свою поверхность, а на суше
они, как правило, извлекают воду корнями из почвы и удаляют
(транспирируют) наземной частью. Так, для синтеза одного
грамма биомассы высшие растения должны испарить около
100 г воды.
Наиболее мощные системы транспирации на суше — это
леса, которые способны прокачать через себя всю массу воды
гидросферы за 50 тыс. лет; при этом планктон океана профильтровывает
всю воду океана за год, а морские организмы
все вместе — всего за полгода.
В биосфере работает сложный фильтр фотосинтеза, в процессе
которого вода разлагается и вместе с диоксидом углерода
используется при синтезе органических соединений, необходимых
для построения клеток организмов. Всю массу воды
гидросферы фотосинтезирующие живые организмы могут разложить
примерно за 5—6 млн лет, а другие организмы примерно
за такой же срок восстанавливают потерянную воду из
отмирающей органической массы. Таким образом, биосфера,
несмотря на ничтожный объем заключенной в ней воды, оказывается
самым мощным и сложным фильтром гидросферы на
Земле.
Каскад биологических фильтров пропускает через себя
массу воды, равную массе всей гидросферы за время от полугода
до миллионов лет. Поэтому можно утверждать, что гидросфера
— это продукт живых организмов, среда, которую
они создали сами для себя. Академик В. И. Вернадский выразил
это тезисом: «Организм имеет дело со средой, к которой
он не только приспособлен, но которая приспособлена
к нему».
252 Глава 7. БИОСФЕРА
7.23.7. Круговорот воды
Гидросфера отличается динамичностью, движущей силой
которой служит круговорот воды. Круговорот воды между
сушей и океаном через атмосферу оказывается весьма сложной
системой, включающей частные круговороты и разветвленный
каскад фильтров, в том числе биосферный, пройдя через который
полностью или частично вода в конце концов снова оказывается
в основном поверхностном хранилище воды — Мировом
океане.
В большинстве случаев для коротких промежутков времени
(до десятков лет) можно считать, что обмен водой между основными
составляющими гидросферы сбалансирован. Однако
исследования изменений уровня Мирового океана за последние
100 лет выявили его подъем со скоростью 1 мм в год, что
означает ежегодный прирост объема воды на 350 км3 . Этот
процесс может привести к серьезным последствиям — в исторически
короткий срок (т. е. практически скачком) уровень
океана может повыситься на 5—7 м.
Причин, вызывающих изменение уровня Мирового океана,
много. Среди них как относительно понятные, так и малоизученные.
Вероятно, есть и такие, о которых пока никто не
догадывается и их, следовательно, не учитывают. Одной наиболее
явной причиной является постоянно усиливающийся
«парниковый эффект»; другой достаточно известной причиной
— рост массы гидросферы за счет кристаллизации магмы,
поступающей из недр Земли в районах рифтовых зон и вулканизма,
хотя увеличение объема воды в этом случае оценивается
всего в 1 млрд т или 1 км3 . В целом рост массы гидросферы
характерен для ее эволюции.
Круговорот воды — исключительно важное явление, ибо
обеспечивает сушу пресной водой, которая все время возобновляется
(рис. 7.19). Под воздействием солнечного тепла вода
нагревается и испаряется с поверхности водоемов. Переносимые
воздушными течениями пары воды затем конденсируются
и выпадают в виде дождя и снега на сушу и поверхность водоемов.
Основная масса испарившейся воды, равная 4,5 • 105
млрд т/г, выпадает на поверхность Мирового океана, так и не
попав на континенты. Эта часть круговорота почему-то называется
малой или океанической.
Океаны неодинаково активны во влагообороте. Много воды
испаряется с поверхности Индийского океана, поскольку он
Снег /,
Рис. 7.19. Схема круговорота воды на Земле: / — над океаном; II — над сушей; III — над сушей и океаном;
IV — геологический круговорот; 1 — осадочные породы; 2 — граниты, 3 — базальты; 4 — водоупор; 5 — морские
осадки; 6 — мантийное вещество
254 Глава 7. БИОСФЕРА
преимущественно расположен в тропических и субтропических
широтах. А в Тихом океане выпадают осадки, превышающие
испарения с его поверхности.
Вынесенная на сушу часть испарившейся океанической
влаги включается в круговорот воды на суше, где влага испаряется
с поверхности всех водоемов — рек, озер, болот и т. д.
Воду испаряют и растения, откачивая ее корнями из грунта.
Порой с поверхности суши, покрытой растительностью, воды
может испаряться больше, чем с водной поверхности. Так, эвкалипт
при благоприятных условиях испаряет воды до 150 л/сут,
а береза в умеренной полосе — только 20 л за тот же период.
На суше вода неоднократно выпадает в виде осадков, образуя
местные круговороты. Благодаря круговороту воды гидросфера
является планетарной транспортной системой, которая
перемещает продукты эрозии с более высоких на более
низкие уровни и в конечном итоге с суши в океан и другие водоемы.
Вместе с нерастворимыми продуктами эрозии вода переносит
растворенные вещества и органику. За миллиарды лет
транспортная система гидросферы вынесла с суши в океан на
каждый килограмм воды почти 0,6 кг разрушенных горных
пород.
Гидросфера служит также планетарным аккумулятором
неорганического и органического веществ, которые приносится
в океан и другие водоемы реками, атмосферными потоками,
а также образуются в самих водоемах.
7.2.3.8. Вода как природный ресурс
Водные ресурсы — это пригодные для употребления
пресные воды. Они заключены в реках, озерах, подземных горизонтах,
ледниках. Пары воды в атмосфере, морские воды
так же, как и абсолютное большинство полярных льдов и воды
наиболее глубоких подземных горизонтов, в настоящее время
не применяются и рассматриваются в качестве потенциальных
водных ресурсов. Их будущее освоение зависит от совершенствования
техники добычи, ее экономической обоснованности,
а также от решения часто непредсказуемых негативных экологических
проблем, возникающих при использовании нетрадиционных
источников воды.
Значение воды в мировом хозяйстве огромно. Она находит
применение во многих отраслях: в энергетике, промышленном,
коммунальном водоснабжении, а т^кже при ороше-
7.2. Геосферные оболочки Земли 255
нии сельскохозяйственных угодий. В ряде случаев ее используют
не только для водозабора, но и в качестве транспортных
магистралей, рекреационных зон, водоемов для рыбного хозяйства.
Доступные водные ресурсы рек слагаются из двух составляющих
— поверхностного и подземного стока.
• Подземная составляющая стока — наиболее ценная
в хозяйственном отношении, так как она в меньшей
степени подвержена сезонным и суточным колебаниям
объема. Кроме того, подземные воды реже загрязняются.
Именно они формируют преобладающую часть
«устойчивого» стока, при освоении которого не требуется
сооружения специальных регулирующих устройств.
• Поверхностная составляющая стока включает в себя
паводковые и талые воды, обычно быстро проходящие
по руслам рек. Общий объем доступных водных ресурсов
мира оценивается в 41 тыс. км3/г, из которых только
14 тыс. км3/г составляют устойчивую часть.
Современное общемировое потребление пресной воды в
80-х годах прошлого столетия составило 4—4,5 тыс. км3/г.
По прогнозам на конец второго тысячелетия будет использоваться
ежегодно 5,7 тыс. км3 пресной воды, а еще 8,5 тыс. км3 —
загрязняться сточными водами (объем которых составит
1,3 млн км3), что равно 21% полного или 61% устойчивого
стока.
Большой проблемой является то, что пресный водозапас
рассредоточен по континентам неравномерно.