Много ли воды на Земле?
Основной цвет наших географических карт — голубой цвет моря, а объем водных масс Мирового океана достигает колоссальной цифры — 1,34 миллиарда кубических километров!
От других природных ресурсов «минерал жизни» отличает способность непрерывно возобновляться, восстанавливаться и количественно, и качественно за счет круговорота, важнейшим звеном которого является водообмен между океаном и сушей.
Мировой океан служит гигантским испарителем и выполняет в этом круговороте роль главного поставщика пресных вод, выпадающих на материки в виде атмосферных осадков и дающих начало всем водоемам и водотокам суши.
Движущая сила этого непрерывного процесса — Солнце. Оно излучает в мировое пространство мощный поток энергии. И хотя до Земли доходит лишь одна двухмиллиардная ее часть, но и этого достаточно, чтобы каждый квадратный сантиметр поверхности нашей планеты получал около 0,5 калории тепла в минуту. Из общего количества солнечной энергии, поступающей на Землю, 23 процента расходуется на испарение воды с поверхности океанов, морей, суши. При конденсации водяных паров эта энергия снова высвобождается. Таким образом, круговорот воды в природе неразрывно связан с круговоротом тепловой энергии: испарение и конденсация влаги — это связующие звенья водного и теплового балансов нашей планеты.
Посмотрите на рисунок: в первом приближении схема круговорота воды на Земле достаточно проста. Испаряясь с поверхности океана, вода увлажняет атмосферу, насыщая ее водяными парами, часть которых переносится воздушными течениями на сушу. При охлаждении воздуха водяные пары конденсируются и выпадают на поверхность планеты в виде дождя и снега, окутывают ее туманом.
Осадки просачиваются сквозь почву, пополняя запасы почвенной влаги, грунтовых и подземных вод, стекают в реки и озера и в конечном счете возвращаются в океан или испаряются непосредственно с поверхности суши и снова поступают в атмосферу. Таким образом, круговорот воды объединяет все водные ресурсы планеты в одну общую физическую систему. Этот вывод позволил ученым прийти к мысли о единстве природных вод Земли.
В отличие от других естественных ресурсов вода непрерывно перемещается во времени и пространстве, переходит из одного вида в другой. Океанические и морские течения, сток рек и движение подземных вод, перенос водяных паров в атмосфере, движение влаги в растениях — все это звенья взаимосвязанного и взаимообусловленного круговорота воды на Земле.
Однако объемы и скорость перемещения отдельных видов воды в общем влагообороте существенно различаются между собой, и для полного возобновления (смены всей массы) отдельным составляющим гидросферы требуется разное время: полярным ледникам, вечным снегам, подземным льдам — 10 ООО лет; Мировому океану — 2500; ледникам горных районов— 1600; глубинным подземным водам — 1400; запасам воды в озерах— 17; водам болот — 5 лет; почвенной влаге— 1 год; водам в руслах рек— 16 дней; атмосферной влаге — 8 дней; биологической воде — несколько часов.
Медленнее всего, как мы убедились, возобновляется вода, заключенная в ледниках и подземных льдах, а также в полярных «шапках» земного шара. Этот процесс определяется скоростью сползания льдов в океан. А между тем именно там сосредоточены наибольшие запасы пресной воды на нашей планете — более 24 миллионов кубических километров, или 68,5 процента. Эти воды практически изъяты из ежегодного круговорота. Поэтому увеличение или уменьшение объемов льда на Земле привело бы к значительным изменениям соотношения элементов ее водного баланса.
Максимальные запасы льда — до 21,6 миллиона кубических километров — находятся в Антарктиде, где они покрывают площадь около 1,4 миллиона квадратных километров. В Гренландии на площади 1,8 миллиона квадратных километров лежит до 2,34 миллиона кубических километров льда. Остальное составляют ледники горных областей земных материков и островов Арктики.
На протяжении геологической истории Земли запасы воды во льдах неоднократно менялись: льды наступали на сушу и отступали, оставляя свои следы на многих материковых территориях умеренных поясов; вместе с ними менялся климат этих территорий. Со времени последнего оледенения Земли, в четвертичном периоде, прошло около 11 тысячелетий, и есть основания думать, что наиболее значительные скопления льдов в Антарктиде и Гренландии — наследие этого процесса.
В первой половине XX века наблюдалось некоторое отступление ледников, отмеченное во многих горных странах; в середине столетия оно замедлилось и для наиболее крупных скоплений льда в Антарктиде и Гренландии. По современным представлениям, установилось равновесие водного баланса.
В горных районах нашей страны ледники занимают площадь более 20 тысяч квадратных километров. В период таяния они обильно пополняют речной сток, питая горные реки. Это особенно важно для южных районов, где в летнее время не хватает воды для орошения. По приближенной оценке, запасы пресной воды в горных ледниках СССР составляют около 11 000 кубических километров.
Запасы льда в ледниках земного шара представляют собой ее важнейший «стратегический ресурс», своего рода кладовые чистейшей пресной воды. Правда, ее использование потребует крупных затрат энергии, но в ряде экономически развитых государств, уже истощивших собственные водные ресурсы, уже разрабатываются проекты использования ледников, айсбергов и т. п.
Подземные кладовые воды. Очень медленно возобновляются подземные воды, сосредоточенные в толще литосферы как в свободном, так и в химически или физически связанном состоянии.
Свободные подземные воды заполняют поры и трещины земной коры, где они удерживаются силами гравитации (гравитационные воды) или силами поверхностного натяжения (капиллярные воды). Физически связанная вода адсорбируется на поверхности твердых частиц в виде тонких пленок; вода, химически связанная, входит в кристаллический скелет многих минералов. Следует отметить, что деление подземных вод на свободные и связанные справедливо лишь для поверхностного (4—5 километров) слоя литосферы, где давление и температура невысоки. Ближе к мантии под влиянием высоких температур и давления связанная вода становится свободной.
Уже само разнообразие форм существования подземных вод значительно затрудняет подсчет их запасов. В настоящее время естественные запасы подземных вод, определенные для отдельных континентов на глубине до 2000 метров, оцениваются в 23,4 миллиона кубических километров.
Массообмен подземных вод определяется скоростью их фильтрации сквозь водоносные пласты, поэтому особенно активен он в верхних, наиболее дренированных слоях земной коры, где эффективная пористость достигает 10—15 процентов. Эти зоны, воды которых возобновляются достаточно активно, имеют мощность всего 300—600 метров; ниже расположена зона замедленного водообмена с застойным режимом и высокоминерализованными водами, особенно в глубинных горизонтах. Поэтому естественные ресурсы ежегодно возобновляемых подземных вод составляют сравнительно небольшую долю их общего запаса.
Из всего количества пресных вод, используемых в нашей стране, на подземные воды приходится около 8 процентов. Их ресурсы в СССР весьма значительны, причем гидрогеологическая разведка ежегодно обнаруживает новые водоносные пласты, образующие обширные подземные бассейны. При их оценке различают естественные и эксплуатационные ресурсы.
К естественным ресурсам подземных вод относят ежегодно восполняемый приток; под эксплуатационными ресурсами подразумевают количество воды, которое можно получить из водоносного пласта без снижения уровня воды или. ухудшения ее качества.
Суммарные эксплуатационные ресурсы пресных и слабосолоноватых подземных вод в нашей стране превышают 340 кубических километров в год. Из них 53 процента приходится на РСФСР, 13 — на Казахскую ССР, 12 процентов — на Узбекистан. Предполагается, что в недрах Казахстана сосредоточено 40 миллиардов кубометров пресной воды, а под песками Туркмении — до 71 миллиарда. В Западной Сибири, между Уральским хребтом и Енисейским кряжем, был обнаружен крупнейший в мире артезианский бассейн, охватывающий территорию свыше 3 миллионов квадратных километров! Значительные запасы подземных вод есть и в европейской части страны — это Московский, Днепропетровско-Донец-кий, Терско-Кумский, Азово-Кубанский артезианский бассейны.
В последние годы начато практическое использование термальных (горячих) подземных вод. Объем термальных вод Дальнего Востока, Западной Сибири, Кавказа превышает 8 кубических километров. Эти воды могут с успехом использоваться для коммунальных нужд, в теплично-парниковом хозяйстве, в энергетике. Особенно важны они в нашей холодной Сибири, и именно здесь геологи обнаружили термальные воды с температурой от 50 до 100, а в отдельных районах — до 140 °С.
В настоящее время используется около 7 процентов от общих ресурсов разведанных подземных вод страны, а в недалеком будущем народному хозяйству потребуется до 20 процентов этих запасов.
Разумеется, эксплуатировать подземные воды технически гораздо сложнее, чем поверхностные, зато они намного чище речных и озерных и имеют постоянную температуру.
Подземные воды — это ценнейший резерв во-дообеспечения каждого государства. В соответствии с Основами водного законодательства Союза ССР и союзных республик у нас в стране подземные воды разрешается использовать, как правило, только на городское и сельскохозяйственное питьевое водоснабжение под строгим контролем водоохранных органов.
Поверхностные воды. Неизмеримо быстрее «оборачивается» вода, находящаяся на поверхности планеты.
В просторах Мирового океана этому помогает внутренний обмен воды; морские течения сокращают огромный отрезок времени в 2500 лет до вполне обозримого — 63 года, за которые масса океанических вод успевает совершить полный оборот.
За еще более короткий срок — 17 лет полностью обновляется вода в озерах. Озера нашей планеты, пожалуй, один из самых важных и доступных источников пресной воды на Земле, а также ценнейший компонент горных и равнинных ландшафтов. Их общее число точно не установлено, поскольку на всех материках нашей планеты изучены только наиболее крупные естественные водоемы, а для ряда стран сведения об озерах вообще отсутствуют. Общий объем озерных вод на земном шаре исчисляют приблизительно в 176,4 тысячи кубических километров, причем 91 тысячу из них составляют столь необходимые человеку пресные воды.
По количеству и разнообразию озер наша страна не знает себе равных. Среди озер СССР находится величайший из бессточных водоемов планеты — Каспий, на долю которого приходится почти 90 процентов всех соленых озерных вод земного шара, и Арал, и прекрасное озеро Севан — второе по величине из высокогорных озер мира, и, наконец, уникальное творение природы — Байкал.
Образовавшееся около 20 миллионов лет назад, это удивительное озеро при сравнительно небольшой — 31,5 тысячи квадратных километров — площади хранит в себе 23 тысячи кубических километров чистейшей пресной воды — больше, чем все пресноводные озера Земли вместе взятые. Волшебная каменная чаша Байкала содержит до 20 процентов мирового запаса поверхностных пресных вод. Чистота этой воды такова, что опущенные в нее предметы видны на глубине в десятки метров. В Байкале обитает более 600 видов растений, около 1200 видов животных, в том числе нерпа, ценные промысловые породы рыб. Не один век славят Байкал народные песни, о нем рассказывают в стихах и прозе. Мы знакомы с ним по картинам художников, кинофильмам и бесчисленным фотографиям. И очень тревожно, что сегодня тема Байкала, как и многих других озер нашей страны, стала темой гневных публикаций многих центральных газет. К стыду некоторых организаторов нашей промышленности «славное море, священный Байкал» сегодня нуждается в защите от якобы безвредной хозяйственной деятельности, которая грозит уникальному озеру деградацией. В такой же охране и защите нуждаются наши северные жемчужины: озера Онежское и Ладожское, прекрасное горное озеро Севан. А удастся ли вернуть к жизни синий Арал, тысячи лет смягчавший климат обширного среднеазиатского региона, на этот вопрос сегодня нет однозначного ответа.
Там, где природа поскупилась на озера, их создают искусственно. В последние 20—30 лет, когда водопотребление в связи с увеличением населения Земли, развитием народного хозяйства и урбанизацией начало бурно расти, плотины на многих реках планеты образовали рукотворные озера. Примером тому служат Куйбышевское, Волгоградское и Рыбинское водохранилища на Волге, Цимлянское — на Дону, Иркутское и Братское — на Ангаре, Красноярское — на Енисее. К концу 1987 года у нас насчитывалось около 4000 действующих водохранилищ, причем 90 процентов их объема приходится на самые крупные искусственные водоемы комплексного назначения. Их вода используется для выработки дешевой электроэнергии, для ирригации, лесосплава, судоходства, рыборазведения и, разумеется, для снабжения водой городов и промышленных предприятий. Для близлежащих населенных пунктов водохранилища и их окрестности стали излюбленной зоной отдыха.
Своеобразным аккумулятором пресных поверхностных вод являются болота — территории, которые характеризуются обильным, слабопроточным или застойным увлажнением верхних горизонтов почв и грунтов. На земном шаре болота занимают приблизительно около 2 процентов суши и встречаются как в зонах умеренного климата, так и в тропиках.
Суммарный объем болотных вод на планете составляет приблизительно 11 470 кубических километров. Около 3000 из них приходится на Советский Союз. В нашей стране площадь болот на северо-западе европейской части СССР достигает 40 процентов территории, а на севере Западной Сибири даже 50—70 процентов.
Болота — естественные природные образования, играющие важную роль в водообмене. Они регулируют увлажненность территории и речной сток, обладают уникальным биоценозом, являясь местом обитания редких животных и растений, в том числе лекарственных и ягодных. Торфяные болота — это поставщик торфа, который в наши дни находит все более широкое применение в сельском хозяйстве как основа ком-постов, обогащающих почву органическим веществом.
Почвенная влага. Ежегодно обновляется запас воды в почве. Почвенная влага в отличие от подземных вод во многом зависит от условий погоды: во влажные сезоны происходит ее накопление, а в сухие — расходование на испарение и транспирацию. Толщина почвенного покрова колеблется от нескольких сантиметров (почвы северных тундр) до 1,5—2,0 метров (мощные черноземы). Вся почвенная влага содержится в этом слое.
Если из общей площади суши исключить 10 процентов территории, покрытой льдом и постоянными снегами, 14 процентов — занятой вечной мерзлотой и 21 процент, приходящийся на зоны пустынь, полупустынь и сухих степей, где свободная влага появляется лишь в краткий весенний период (разумеется, не считая районов, где применяется орошение), то окажется, что лишь на 55 процентах территории земной суши почвенный покров постоянно содержит доступную влагу, общие запасы которой оцениваются приблизительно в 16 500 кубических километров. Этот объем, незначительный в общем балансе вод суши, имеет огромное значение, ибо обусловливает всю наземную биологическую продуктивность, то есть определяет обеспеченность населения Земли продуктами питания,технологическим сырьем и т. д. Там, где водообеспеченность почвы недостаточна, применяют искусственное орошение посевов.
Реки. И все же основной запас пресных вод суши, имеющих наибольшее практическое значение для ее обитателей, сосредоточен в реках. Реки — великий дар природы. Они на протяжении всей истории человечества давали воду для питья и орошения, были удобными путями сообщения, защищали, кормили. Вода в руслах рек в своем вечном движении возобновляется неизмеримо быстрее, чем в морях или озерах. Скорость течения рек достигает 40—60 километров в сутки, и в каждом отдельном створе вода сменяется полностью за 16 дней — 23 раза в год! Среди всех компонентов гидросферы на нашей планете именно речные воды вызывают наибольший интерес.
Количество воды в руслах отдельных рек не остается постоянным: в зависимости от климатических факторов — количества осадков и их испарения — оно непрерывно меняется от года к году и от сезона к сезону. Эти колебания для различных рек существенно разнятся, поэтому единовременный суммарный запас русловых вод можно оценить лишь приблизительно, для средних условий, исходя из предположения, что в момент определения на всех реках планеты происходит средний за много лет расход воды: в Австралии и Океании он составил бы всего лишь 25 кубических километров; в Европе — 80, в Африке— 195, в Северной Америке — 250, в Азии — 565, а в Южной Америке — 1000 кубических километров!
Таким образом, суммарные единовременные запасы воды в руслах рек мира оцениваются всего в 2115 кубических километров — не более 0,006 процента пресных вод Земли, но зато играющих определяющую роль, так как являются непрерывно возобновляющимся источником водных ресурсов.
Выпадая на землю проливным дождем, разливаясь по ней талым снегом, вода, когда-то испарившаяся с поверхности Океана, начинает свою новую жизнь на суше. Часть ее, просочившись сквозь почву, замедляет бег в великом круговороте и медленно фильтруется сквозь толщи горных пород; другая часть застывает на поверхности ледников, надолго выключаясь из круговорота; треть — под лучами Солнца испаряется и возвращается в атмосферу. Но большая часть выпадающей на сушу влаги стекает по склонам в понижения рельефа, стремясь к наинизшей точке земной поверхности — к уровню моря. Небольшие водяные потоки сливаются в ручьи, ручьи превращаются в речки, речки — в реки, которые несут воду назад в море, чтобы замкнуть круг.
Область, питающая реку, называется водосборным бассейном: у малых рек он измеряется десятками квадратных километров, у средних рек — сотнями и тысячами, а гиганты вроде Амазонки или наших сибирских рек собирают воду с миллионов квадратных километров.
В зависимости от площади водосбора и объема протекающей воды реки условно разделяются на большие, средние и малые. Разумеется, длина реки — это наиболее наглядная и легко измеряемая ее характеристика, но представление о водоносности реки дает площадь бассейна, с которого она собирает свои воды, а также данные о ее расходе, то есть о количестве воды, протекающей в единицу времени через определенное поперечное сечение речного русла, и годовом объеме стока. Как правило, эти характеристики взаимосвязаны: чем больше площадь бассейна реки, тем выше расход воды в ней, конечно, при одинаковых климатических условиях.
Количество рек, протекающих по той или иной территории, или, как говорят, густота речной сети, зависит от многих природных особенностей местности: от ее геологического сложения, рельефа, растительности, но прежде всего от количества и характера выпадающих осадков. По словам русского климатолога и географа А. И. Воейкова, «реки являются продуктом климата».
Далеко не всегда самая протяженная река имеет и самый обширный водосбор. Например, из многочисленных рек нашей страны максимальную протяженность — 4400 километров — имеет Лена, но самый обширный бассейн — 29 900 тысяч квадратных километров у другой сибирской реки — Оби. В то же время самой водоносной рекой страны остается могучий Енисей: средний расход воды в нем достигает 19 800 кубических метров в секунду.
По объему среднемноголетнего речного стока (4740 кубических километров) наша страна уступает только Бразилии, реки которой собирают во влажных тропических лесах и ежегодно выносят в океан до 5668 кубических километров воды.
Сколько же воды у человека. Так называемая удельная водность на одного жителя в нашей стране относительно благоприятна и достигает 16,8 тысячи кубических метров в год, водообес-печенность на единицу площади составляет в среднем около 197 тысяч кубических метров воды, формирующейся на территории СССР, на 1 квадратный километр.
Однако основная сложность в ведении водного хозяйства в стране обусловлена крайне неравномерным распределением водных ресурсов по ее территории. На европейскую часть СССР, где сосредоточено основное промышленное производство, расположены важнейшие сельскохозяйственные угодья и проживает свыше 70 процентов населения, приходится немногим более 20 процентов речного стока. Самые многоводные реки страны — Обь, Енисей, Лена, Хатанга, Колыма, Амур — протекают за Уральским хребтом, в гораздо менее обжитых и экономически развитых районах, причем более 60 процентов всего речного стока приходится на долю бассейна Северного Ледовитого океана. В бассейны Тихого и Атлантического океанов поступает соответственно 21,8 и 7,7 процента объема речного стока, а 10,3 процента речных вод стекает в бассейны Каспийского и Аральского морей, не имеющих сообщения с Мировым океаном. В результате до 80 процентов водных ресурсов приходится на северный, северо-западный и северо-восточный районы страны, где среднегодовое количество осадков превышает испаряемость и возможно неполивное земледелие. Гораздо ограниченнее водные ресурсы в центральных районах европейской части страны, на Украине, в Молдавии и Северном Кавказе, где количество выпадающих осадков приблизительно соответствует испаряемости, а запасы влаги в почве невелики.
Самым напряженным считается водный баланс южного склона страны, где расположена широкая полоса сухих степей, полупустынь, пустынь, охватившая до 27 процентов территории Советского Союза. На этот регион, обильный теплом и достаточно плодородными почвами, приходится не более 16 процентов водных ресурсов, от которых во многом зависят будущее этого края, его промышленность и сельское хозяйство.
Во второй половине XX века климат перестал быть единственным фактором, определяющим величину речного стока: значительное влияние на нее оказывает сегодня так называемый антропогенный фактор, то есть хозяйственная деятельность человека. С ростом населения и развитием экономики возрос и забор воды из рек — на промышленное производство и орошение, сельскохозяйственное водоснабжение и коммунальное хозяйство городов. Если за период 1933—1940 годов суммарное снижение речного стока в стране не превышало 0,3 процента, то к 1980 году оно достигло уже 3,1 процента, а в южных районах страны речной сток снизился на 18 процентов. По прогнозам гидрологов, к концу века эта величина в среднем по стране составит 5,5, а на юге, где недостаток воды остро ощущается уже сейчас, снижение речного стока может достичь 20—25 процентов.
Между тем в каждой реке необходимо оставлять определенную — и весьма значительную! — часть стока как для обеспечения ее хорошего санитарного состояния, так и для поддержания оптимального или хотя бы терпимого гидрологического, гидрохимического и гидробиологического режимов внутренних морей. Несоблюдение этих условий в свое время превратило Рейн в «сточную канаву Европы», погубило все живое в Великих североамериканских озерах, а гордость Америки — Миссисипи сделало одной из самых грязных рек Западного полушария.
Однако ошибкой было бы думать, что проблема сохранения водности и чистоты рек не коснулась и нашей страны. Как уже упоминалось выше, почти полностью «разобраны» на орошение Сырдарья и Амударья, в результате чего значительно снизился уровень Аральского моря. Зарегулирование стока Дона и Кубани привело к тому, что Азовское море недополучает ежегодно около 40 процентов положенной ему природой пресной воды. Вдоль каждой крупной реки европейской части страны сосредоточены города и многочисленные промышленные предприятия, что существенно ухудшило их гидрохимическое и санитарное состояние.
В такой ситуации возрастают значение малых рек и их роль в системе водопользования. Подавляющее большинство рек в нашей стране относится именно к этой категории. Однако малые реки, как правило, еще более «ранимы». Они легко загрязняются промышленными, коммунальными и сельскохозяйственными стоками, предрасположены к заилению и без должного ухода могут вообще исчезнуть. Между тем малые реки поят села и города, используются для орошения, в их поймах расположены миллионы гектаров пастбищ и сенокосов. На малых реках строят плотники, создающие водохранилища и рыбоводные пруды, их берега используют как зоны отдыха. Малые реки улучшают климат и украшают ландшафт.
В последние годы в нашей стране производится паспортизация рек, которая способствует их охране и рациональному использованию, регулированию и своевременной расчистке. Уже сейчас к жизни возвращены — «отреставрирован-ны» — десятки тысяч километров малых водотоков.
Самое «быстрое» звено великого круговорота — это атмосферная влага, которая полностью обновляется каждые 8 дней. В атмосфере вода присутствует в трех агрегатных состояниях: мощные воздушные потоки, опоясывающие планету, переносят на огромные расстояния и водяные пары, и капли воды, и кристаллы льда. Общее количество влаги в атмосфере составляет 12 900 кубических километров — приблизительно по 2,5 сантиметра на всю поверхность земного шара.
Разумеется, содержание воды в атмосфере существенно изменяется как в зависимости от географической широты, так и по мере удаления от земной поверхности. Если на широте 70° среднее содержание водяного пара в атмосфере составляет 0,2 процента, то на широте 50° оно повышается до 0,9, а над экватором достигает 8,6 процента. В некоторых случаях, связанных с особенностями циркуляции атмосферы в отдельных областях планеты, содержание водяных паров в воздухе может достигать 4 процентов. С удалением от поверхности Земли содержание водяных паров в атмосфере резко падает: около 90 процентов всей атмосферной влаги содержится в ее 5-километровом слое.
И наконец, так называемая биологическая влага, в среднем составляющая почти 86 процентов массы живых организмов. Массу живого вещества в биосфере считают равной 1,4* 10 в 12-й степени тонн, следовательно, на Земле около 1100 миллиардов тонн биологической воды (1100 кубических километров). По сравнению с другими компонентами гидросферы этот объем невелик, зато обновляется он очень быстро; около 60 процентов биологической влаги выделяется в общий круговорот всего за несколько часов.
Огромные количества влаги испаряют растения. С одного гектара пашни, засеянного пшеницей, за вегетационный период испаряется около 2000 кубических метров воды; с одного гектара огорода, где растет капуста,— до 8000, а взрослое дерево ежегодно испаряет несколько тысяч кубических метров воды.
Без этого, может быть, чрезмерного обилия цифр было бы непросто ответить на вопрос: много ли воды на Земле? Хватит ли ее нам и нашим потомкам?
По материалам Интернет.
Опыт применения структурированной воды (не мой):
пойдет...[взломанный сайт]
Нет [взломанный сайт]
