7.2. Геосферные оболочки Земли 229
Таблица 7.4
Площадь, занимаемая гидросферой на поверхности Земли
Составляющие гидросферы
Мировой океан (моря и океаны)
Оледенение
Озера и реки
Болота и сильно увлажненные
земли
Прочие
Снежный покров (в декабре —
феврале)
ВСЕГО
Площадь
млн км2
361,2
16,3
2,3
3,0
-0,2
-60,0
-443
%
70,8
3,2 (-11% суши)
1,7
0,59
-0,04
-11,8
-86,9
Понятие «гидросфера» включает все свободные воды Земли,
которые не связаны химически и физически с минералами
земной коры, т.е. могут двигаться под действием гравитационной
силы либо теплоты. Гидросфера (табл. 7.5) состоит из всех
океанов, морей, рек, озер, водохранилищ, болот, подземных
вод, ледников, снежного покрова, включает атмосферную и
почвенную влагу, а также биологическую воду (например, в организме
человека содержится около 70% воды).
Таблица 7.5
Масса воды в гидросфере и ее составляющих
Составляющие
гидросферы
Мировой
океан
Подземные
воды
Масса воды
• 10_ 3
млрд т*
1 370 000
100 000
(4000—
200 000)
Доля, %
запасов
пресной
воды
—
общей
массы
91,55
6,68
Время
полного
возобновления,
лет
2600—
3000
-5000
Условный,
слой на поверхности
Земли, м
2750
200
230 Глава 7. БИОСФЕРА
Окончание таблицы 7.5
Составляющие
гидросферы
в том числе
пресные
но-ледо-
вые образования
Малые составляющие:
озера
почвенная
влага
болота
атмосферная
влага
реки
Биологическая
вода
ВСЕГО
Масса воды
• 10~3
млрд т*
4000
26 000
(24 000—
30 000)
280
(175—750)
100
(65—500)
100
14,0
(12,9-
17,0)
1,2(2,1)
1,1
1 500 496,3
Доля, %
запасов
пресной
воды
30,1
68,7
0,26
(пресные)
0,02
0,03
0,04
0,006
0,003
100
общей
массы
0,27
1,74
<0,02
<0,01
<0,01
< 0,001
< 0,0001
< 0,0001
100
Время
полного
возобновления,
лет
8000—
10 000
7
(пресные)
0,9—
1,0
0,027
0,033
—0,22
2800
Условный,
слой на поверхности
Земли, м
60
3000
* Обычно, оценивая гидросферу, считают, что 1 т природной воды занимает
объем 1 м3 . Это неточно из-за колебаний солености и температуры
морской воды, однако возникающая ошибка незначительна, а расчеты
намного упрощаются. В скобках указаны иные оценки массы.
Количество воды в океане, основной составляющей гидросферы,
не строго постоянно. Уровень океана за время его существования
неоднократно падал на 120—150 м ниже современного,
и тогда шельф становился сушей, а континентальный
склон местами обнажался. «Ушедшая» вода накапливалась на
7.2. Геосферные оболочки Земли 231
суше ледяными горами, подобными тем, что сейчас существуют
в Антарктиде и Гренландии. В периоды оледенения доля
поверхности Земли, занятая Мировым океаном, сокращалась
примерно на 5%. Тем не менее океан всегда преобладал над сушей.
Вода обладает рядом уникальных особенностей, отличающих
ее от большинства других жидкостей, что накладывает
отпечаток на строение и жизнедеятельность организмов:
• высокая универсальная растворяющая способность; поверхностное
натяжение; скрытая теплота плавления
льда (336 Дж/г); теплопроводность; диэлектрическая
проницаемость;
• полярность молекулы;
• полная прозрачность в видимом участке спектра;
• наивысшая среди жидкостей и твердых тел удельная
теплоемкость;
• аномально высокая для жидкости удельная теплота испарения
(2263,8 Дж/г при 100 °С);
• способность испаряться и сублимироваться при любой
температуре;
• малая сжимаемость;
• источник кислорода, выделяемого при фотосинтезе,
и донор ионов водорода в фотосинтетических реакциях;
• наличие максимальной плотности при +4 \"С1 .
Морская вода, содержащая 3,5% солей, не имеет температурного
максимума плотности, что является одним из ее важных
отличий от пресной воды. Чем морская вода холоднее, тем
тяжелее, вплоть до температуры -2 °С, когда в ней появляются
кристаллы льда.
Следует подчеркнуть, что пресная вода, в отличие от большинства
веществ при плавлении, сжимается, а при замерзании,
наоборот, расширяется. Этим объясняется тот факт, что
вода активно участвует в формировании облика поверхности
Земли, разрушая материнские породы гор на мелкие частицы —
первичный материал почвы. За миллионы лет вода уничтожает
самые высокие горы, снося продукты их разрушения в пониженные
места рельефа и вынося ручьями и реками в моря.
Все реки планеты ежегодно выносят в моря и океаны около
20 млрд т твердых частиц, полученных при разрушении суши,
1 Это свойство воды объясняет, почему в средних широтах зимой
температура подземелий и на дне глубоких озер достаточно стабильна
и равна примерно +4 °С.
232 Глава 7. БИОСФЕРА
и около 3 млрд т растворенных веществ. За год суша теряет
10—12 км3 горной породы и почвы. В целом на Земле поверхность
суши понижается за счет разрушения со скоростью около
90 мм за тысячелетие.
Кроме того, вода — единственное вещество на Земле, которое
одновременно и в больших количествах встречается во
всех трех агрегатных состояниях. Ряд особенностей воды подробнее
рассмотрен ранее.
Если условно воду всей гидросферы равномерно распределить
по поверхности планеты, то она покроет ее слоем толщиной
около 3000 м. Если земной шар уподобить яйцу, то земная
кора будет соответствовать скорлупе, а гидросфера — тончайшей,
менее микрона толщиной, пленке на ее поверхности.
Тончайшая в масштабах нашей планеты пленка воды на ее
поверхности оказывает стабилизирующее воздействие на условия
среды, прилегающей к поверхности, в которой развивалась
и существует биосфера. Средняя глобальная температура у поверхности
планеты на протяжении всей ее истории, т. е. около
4,6 млрд лет, изменялась в очень незначительных пределах. Гидросфера
за этот период никогда не кипела, не испарялась полностью
и не замерзала. Все это говорит о достаточно узком диапазоне
колебаний температуры, верхний предел которого заведомо
был значительно ниже 100 °С, а нижний несколько выше 0 °С.
Учитывая, что при температуре более 50—60 °С (температура
пастеризации) основная часть организмов не может существовать
и что при средней температуре ниже +5 °С начался
бы необратимый процесс полного оледенения планеты, можно
сделать вывод о еще более узком возможном диапазоне температур
на поверхности Земли. В стабилизации условий на поверхности
Земли особенно велика роль Мирового океана, что
обусловлено его массой и занимаемой площадью.
Несмотря на внушительный объем вод, на нашей планете
лишь 2,5% приходится на долю пресной воды (с минерализацией
1 менее 1 г/л), причем в пресных озерах и реках ее содержится
всего 0,007% от общих запасов.
7.2.3.1. Возникновение и эволюция гидросферы
Гидросфера и ее составляющие части, круговорот воды,
а также динамические явления прошли длинный путь эволюции.
Они неоднократно менялись по массе, соотношению жид-
Минерализация — количество солей в граммах на 1 литр воды, г/л.
7.2. Геосферные оболочки Земли 233
кой и твердой частей, вовлекаемых в кругооборот и движение,
по скоростям и расстояниям переноса этих масс, по заключенным
в них энергии, растворенным газам, твердым веществам и
органике, взвесям. Эти изменения записаны в геологической
летописи — слоях пород, сформировавшихся и формирующихся
сейчас в водоемах, — которая пока еще не полностью
расшифрована.
Вода столь широко распространена не только на Земле. Ее
достаточно много в окружающем нас космическом пространстве.
Так, полюса Марса покрыты ледяными шапками; спутники
Юпитера, Сатурна и некоторых других планет — полностью
льдом; ядра комет состоят изо льда (что экспериментально
подтверждено при исследовании кометы Галлея);
атмосфера Венеры имеет значительное количество паров воды
и т. д. Однако на поверхностях иных планет вода существует
только в твердом или парообразном состоянии, а на Земле она
преимущественно жидкая.
По данным о скорости радиоактивного распада атомов различных
элементов Земля образовалась из холодного газопылевого
облака 4,6 млрд лет назад. Возраст самых древних пород,
найденных в наши дни, достигает 3,8 млрд лет, причем они сохранили
отпечатки стенок клеток самых древних одноклеточных
организмов. Математические расчеты общего разнообразия
генетического кода позволили немецким биохимикам установить
его возраст, составивший 3,8 ± 0,6 млрд лет, следовательно,
упомянутые породы отлагались в водоемах, где к тому времени
уже должна была существовать жизнь, причем такая,
которая успела активно включиться в биогеохимические процессы.
Поэтому гидросфера с жидкой водой должна была появиться
еще раньше, не позднее 4 млрд лет назад.
В настоящее время нет достоверных данных о составе первичной
атмосферы и растворенных веществах в первичной
гидросфере на начальном этапе их образования.