Дороже золота

ББК 26.22+26.35+33.348

Т–50

Автор-составитель благодарит министра

мелиорации и водных ресурсов

Республики Таджикистан Саида Ёкубзода

за финансовую поддержку в издании данной книги

Редактор

ISBN 978-99947-772-0-4

Собранный обширный материал бесспорно является весьма полезным научно-прикладным, медицинским, рекомендательным и информационным пособием, базой для всеобщего пользования.

Кроме того, данная монография имеет большое значение для понимания важности сохранения водных ресурсов, т.к. вода является не только источником орошения для сельского хозяйства, но и самим необходимым элементом нормальной жизнедеятельности человека. Вода – источник всего живого на нашей планете.

«Концепция по рациональному использованию и охраны водных ресурсов в Республике Таджикистан», утвержденной Правительством Республики Таджикистан свидетельствует о том, что имеющиеся ресурсы являются потенциалом рекреационной базы Таджикистана, по доходности и обеспечению занятости населения превосходящими сельское хозяйство. Для повышения эффективности рекреационного и, вместе с ним, комплексного использования водных объектов, необходимо, в рекреационных целях составить генеральную схему использования внутренних водоемов для отдыха, с резервированием на перспективу для них соответствующих территорий.

Необходимо создавать соответствующую инфраструктуру – гостиничные комплексы, санатории, приюты в горах, базы отдыха с набором услуг связи, транспорта, медицины, культурного досуга, торговли, водоснабжения, энергосбережения и т.п.

Комплексно социально-экономический эффект решения вопросов рекреации на воде выразится в повышении уровня жизни населения, эффективности экономики страны и увеличения национального дохода, в улучшении физического здоровья нации, сокращения заболеваемости, увеличении продолжительности жизни и периода активной деятельности.

Таджикистан обладает прекрасной ресурсной базой для розлива пресной, минеральной столовой и лечебной воды. При правильной постановке дела, привлечения внутренних и зарубежных инвестиций необходимо полностью обеспечить внутренний рынок бутилированной водой собственного производства и максимально увеличить объемы их экспорта.

Прочитав эту книгу, осознаешь, насколько велика роль воды для человечества, если ее изучить, то она поможет предотвратить множество заболеваний без дополнительных затрат и это еще раз доказывает важность сохранения водных ресурсов для последующих поколений.

Какой жизнь будет завтра, надо думать сегодня. Следует понять очень простую истину – все заболевания человек получает из за пренебрежения физическими и биологическими законами природы. И единственный способ вернуть здоровье – это восстановить действие этих законов.

На физическое состояние человека оказывает влияние абсолютно все: воздух, вода, солнце, мысль и память. Солнце воздух и вода самые лучшие друзья.

В этой книге подробно вы ознакомитесь с водой и её лечебными свойствами.

Все замечание и предложение можете направить по адресу г. Душанбе ул. С. Ковалевская 25.

e-mail: tohiry@mail.ru тел: 228-56-15

Так как им нужно было пройти через многочисленные горные ущелья и знойную пустыню. Один из них нес за спиной два килограмма золота, а второй нес пять литров воды. Была знойная жара, погода не жаловала их и дорога была долгой, но когда ее осталось всего около полулитра он стал ее беречь и только ополаскивал свой рот водой для того, чтобы освежиться.

Его спутник, который изнемогал от жажды, обратился к нему с просьбой поменять несколько глотков воды на килограмм золота, но хозяин воды отказал ему в этом. Через некоторое время знойная жара пустыни совсем обезводила и обессилила того, который, нес золото и он в мучениях умирал, забыв о золоте и мечтая только о глотке холодной воды. Его же спутник, который очень придумано и экономно расходовал воду, которая у него оставалась, дождался того момента, когда его спутник в мучениях умер от обезвоживания. Он согласно законам похоронил его, забрал золото, благополучно добрался до источника воды и, набравшись силами, дошел до заветной Бухары, где продал, как и задумывал в начале своего путешествия, добытое золото.

Мудрым выводом этой притчи является то, что для полноценного существования и жизнедеятельности человека и всего, что окружает его на Земле, вода является одним из основных факторов жизнедеятельности на Земле и стоит дороже золота.

Для обеспечения жизни, люди не только пьют воду, но и расходуют её для своих личных потребностей. Американский ученый Хамонд подсчитал, что при существующем приросте населения Земного Шара и темпе развития промышленного и сельскохозяйственного производства ежегодно увеличение потребности человечества в пресной воде эквивалентно примерно 10 годовым стокам такой крупнейшей в мире реки, как Колорадо. Несмотря на это, более 2,5 млрд. человек на Земле уже сейчас испытывают острый недостаток пресной воды.

Охватить все стороны жизни, связанные с водой, - задача не только сложная, но и не осуществимая в рамках одной книги. Недаром Президент Республики Таджикистан Эмомали Рахмон говорил:

«… Объём питьевой воды на Земле с каждым годом сокращаются, реальной становится угроза возникновения «водных кризисов»… Всем следует понять, что ценность воды не меньше нефти, газа, угля и других видов топлива и источников энергии для устойчивого будущего страны и региона».

По предложению Президента Республики Таджикистан на 54 сессии ООН в 1999 году, 2003 год объявлен Международным годом пресной воды. Это свидетельствует о том, что перед человечеством встаёт во всей своей сложности и многогранности грандиозная задача – обеспечение мировой потребности в пресной воде, которая увеличивается с поразительной и пугающей быстротой. Пресная вода – важнейший фактор жизни на земле. Это обязывает обратить особое внимание на рациональное использование и охрану водных ресурсов.

Республика Таджикистан исходит из необходимости обеспечения устойчивого развития своей экономики, рационального использования и охраны водных ресурсов на основе соблюдения принципов международного водного права, взаимовыгодного и дружественного сотрудничества с иностранными государствами, всеобщей экологической безопасности, развития международного сотрудничества.

Вода – источник всего живого на нашей планете. Человек почти на две трети состоит из воды, поэтому её химические и физические свойства определяют протекание абсолютно всех метаболических реакций организма. Вода существует в трех состояниях: жидком, твёрдом и газообразном. Она присутствует повсюду, даже в камнях, правда в следовых количествах.

Вода наделялась душой во многих культурах мира. Она повсюду, она вокруг нас и внутри нас. Все мы произошли из воды. Она составляет 80% веса новорожденного и 60% веса взрослого человека. Любопытный и очень показательный факт: состав нашей плазмы крови близок к составу морской воды, которая покрывает, как известно, 71% поверхность земного шара.

Историческая справка. Благодаря широкой распространённости воды и её роли в жизни людей она издавна считалась первоисточником жизни. Представление философов античности о воде как о начале всех вещей нашло отражение в учении Аристотеля (IV в. до н. э.) о четырёх стихиях (огне, воздухе, земле и воде). Впервые основой жизни воду назвал Фалес, который жил за 300 лет до Аристотеля, который полагал, что наряду с четырьмя физическими элементами существует ещё один, пятый, - эфир, при этом вода считалось носителем холода и влажности. Вплоть до конца XVIII в. в науке существовало представление о воде как об индивидуальном химическом элементе. В 1781 – 1782 гг. английский ученый Г. Кавендиш впервые синтезировал воду, пропуская электрическую искру через смесь водорода и кислорода, а в 1783 г. Французский ученый А. Лавуазье, повторив эти опыты, впервые сделал правильный вывод, что вода – это соединение водорода и кислорода. В 1785 г. Лавуазье совместно с французским учёным Ж. Менье определил количественный состав воды. В 1800 г. английские учёные У. Николсон и А. Карлейль разложили воду на элементы, применив электрический ток. Таким образом, анализ и синтез воды показали сложность её состава и позволили установить для неё формулу Н₂О



КРУГОВОРОТ ВОДЫ
О, священные воды,

Будьте нашей защитой,

Утолите нашу жажду,

Подарите нам блаженство и счастье,

Которое выше всех драгоценностей,

Выше всех правителей мира.

О, воды! Дайте нам

Благодатное утешение

А теперь поднимаемся над нашей планетой. Это планета воды, а не земли, так как более 3/4 ее занимают водные поверхности океанов, льдов на суше и на море, озер и болот на континентах, а над планетой плывут облака – скопления парообразной воды. Если же углубиться в толщу земной коры, то и там в трещинах и порах всегда можно обнаружить воду. Вода вездесуща, она буквально пронизывает оболочки Земли и проникает в любые участки то пространства, где обитает человек и все живое. Она наполняет растения, и животных, человек тоже на 70% состоит из воды. Все водные объекты на поверхности нашей планеты связаны между собой и образуют оболочку, называемую гидросферой.

Перемещение литосферных плит вместе с континентами существенным образом меняло конфигурацию гидросферы на планете. Имеется достаточно много геологических, палеонтологических и геофизических данных, которые свидетельствуют о существовании 150 млн. лет назад единого материка – Пангеи, единого океана Панталасса с единым главным речным водоразделом на континенте. Сейчас Мировой океан разбит континентами на три сегмента, а каждый континент имеет свой речной водораздел. В прошлом Мировой океан не раз оказывался то объединенным, то разбитым на части.

Появившаяся на земле жидкая воды вызвала такое важное явление, как круговорот воды - под воздействием солнечного тепла она нагревается и испаряется с поверхности водоемов. Переносимые воздушными течениями пары воды затем конденсируются и проливаются в виде дождя и снега на сушу и поверхность водоемов. Круговорот – это естественный процесс воспроизводства пресной воды, естественная фабрика дистилляции. Выпадая на суше, пресная вода стекает по склонам под действием силы тяжести, образует водные потоки и пресные водоемы, фильтруется в грунт, питая подземные воды. При этом вместе с ветром, солнцем и живыми организмами она участвует в разрушении горных пород суши, т.е. в ее эрозии. Часто продуктов эрозии вода растворяет и по мере движения по поверхности, а также просачивания в толщу земной коры насыщается растворами минеральных веществ. Однако речная вода не успевает сильно обогатиться ими, так как быстро достигает океана или какого-нибудь другого конечного водоема.

В результате круговорота воды гидросфера стала планетарной транспортной системой, которая перемещает продукты эрозии с более высоких на более низкие уровни, например, от вершин к подножью склонов, а в конечном итоге с суши в океан и другие водоемы. Вместе с нерастворимыми продуктами эрозии вода переносит растворенные вещества и органику.

Гидросфера служит также планетарным аккумулятором неорганического и органического вещества, которое приносится в океан и другие водоемы реками, атмосферными потоками, а также образуется в самих водоемах. С транспортной и аккумулирующей ролью гидросферы связаны содержание в ней в виде растворов в форме катионов (положительно заряженных) и анионов (отрицательно заряженных) разнообразных веществ и элементов, а также накопление в донных отложениях нерастворимых веществ.

Гидросфера, по-видимому, начала формироваться при значительном насыщении её растворенными веществами, которые содержались в первичных кометных и ювенильных водах. Таким образом, первозданная вода была насыщенна растворенным веществом, а пресная вода – это лишь небольшой объем по сравнению с огромной массой соленой воды, участвующей в круговороте. Пресная вода - маленький ручеек планетарной гидросферы, который завершает работу по усвоению гидросферой солнечной энергии.

На первых этапах в гидросфере преобладали продукты дегазации недр, на том периоде времени она имела восстановительный характер. Но за многие миллиарды лет транспортная система гидросферы вынесла с суши в океан на каждый килограмм воды почти 0,6 кг разрушенных горных пород. В результате, как отметил академик А.П.Виноградов, все анионы морской воды возникли (и продолжают пополняться в рифтовых зонах) из продуктов дегазации недр, а катионы – из разрушенных горных пород. В поверхностных водах суши катионы и анионы представляют продукты разрушения горных пород, слагающих территорию, с которой стекает вода. В подземных водах они образуют сложный комплекс, который связан с вмещающими их горными породами, историей формирования подземного водного бассейна и временем его существования.

Греческий философ Фалес (начало VII в. - конец VI в. до н.э.) считал, что вода – первооснова всего, а Земля в виде плоского круга плавает на волнах безграничного океана. Мифы Древней Греции, рассказывая о строении Земли и о подземном царстве, не раз упоминают, что Земля окружена со всех сторон рекой, называемой Океан.

Голландский географ Б.Варрениус и немецкий иезуит А.Крихер придерживались другой точки зрения. Они считали, что первоначально океан покрывал всю Землю, но постепенно его уровень падал, и появилась суша. Вода частично уходила в подземные пустоты. Интересно, что в это же время аббат Ф. Пласе утверждал, что «до потопа» Америка была соединена со Старым светом. Идея первичности океана подтверждается многими археологическими свидетельствами о более высоком положении его уровня в прошлом, которые обнаруживались на суше в разных уголках Земли.

С начала XVIII в. главенствовала идея о первичности океана, хорошо согласующаяся с догматами Священного писания, согласно которому в третий день творения мира всю Землю покрывала вода. Французский естествоиспытатель Ж.Бюффон в своих работах также придерживался гипотезы первичности океана. Правда, «потоп» он не комментировал, считая его «чудом» и не связывает его с первичным океаном. Приверженцы такого варианта развития гидросферы объяснили понижение уровня океана и появление суши стеканием части воды во все те же подземные пустоты. Значительно позднее для объяснения появления суши стали привлекаться вулканические извержения и землетрясения. Эту идею выдвигал М.В. Ломоносов, который также придерживался гипотезы первичности океана.

На основе большого фактического географического и геологического материала в XIX в. Ж.Кювье и Ч. Лайель выдвинули две гипотезы: катастрофизма и эволюционизма. Обе теории исходили из гипотезы о первичности океана, который, как считали, образовался из горячей и затем охладившейся атмосферы, но по-разному объясняли развитие лика нашей планеты.

Но оба ученых отмечали, что в ходе изменения лика планеты вода никуда не исчезла и не провалилась в подземные пустоты, а происходило вертикальное поднятие участков земной коры, которые и стали первыми континентами. Между континентами скапливалась вода, образуя океаны. А.Гумбольдт развил эту идею, высказав предложение, что вулканизм является основой всего развития, а земная кора есть система малых, средних, больших и гигантских кратеров. В последних и располагаются океаны и моря.

В последствии появляется еще различные гипотезы происхождение континентов. Высказывается идея контракционного происхождения материков и океанов, согласно которой сжимающиеся в результате остывания Земли кора сначала образует материки и горы, а затем продолжающееся сжатие внутренних слоев и охлаждение ядра приводят к образованию углублений и провалов на ее поверхности и океаны расширяются расширению за счет этих процессов. Такие идеи высказывал, в частности, русский ученый Э. И. Эйхвальд. Как следствие сжатия коры появились и горизонтальные движения, которые, сменяя ее, образовали складчатые системы. В дальнейшем положения контракционной гипотезы были дополнены идеями о разной плотности участков земной коры, которые в результате или опускаются, или поднимаются. Параллельно высказывается гипотеза о расширении Земли, в результате которого некогда единая суша разорвалась, а между разошедшимися участками коры возникли океанические впадины, заполнившиеся водой.

Конец XIX – первая половина ХХ в. были периодом накопления огромного количества географического и геологического материала обо всех оболочках Земли, периодом попыток его обобщения и осмысления. В результате было высказано много новых идей и гипотез о происхождении строении Земли, происхождении эволюции оболочек нашей планеты. Высказывались разнообразные взгляды на ход эволюции лика планеты. Важным шагом стал переход от представления о первоначально горячей Земли (что не подтверждалось геологическими фактами) к первоначально холодной Земле. И все же доминирующей оставалась идея вертикальных движений, независимо от того, сжималась, расширялась или пульсировала (то сжималась, то расширялась) Земля, как считали отдельные авторы гипотез. При этом материки на поверхности планеты оставались на своих местах, и поэтому подобные гипотезы стали называть «фиксистскими».

Гипотеза вертикальных движений поддерживала идею вторичности гидросферы в виде предложения об «океанизации» Земли. Сторонники этой гипотезы считали, что общая направленность развития земной коры – это углубление и расширение океанов за счет материков. Согласно этой гипотезе, все океаны образовались сравнительно недавно вследствие массового понижения участков суши, в результате чего и образовалась земная кора, в этом процессе и выделилась необходимая для заполнения провалов земной коры вода.

Нет сомнения в том, что фиксистские гипотезы и созданные на их основе теоретические построения сыграли положительную роль в формировании теории новой глобальной тектоники, которая позволила открыть многие тупики, возникшие в рамках фиксизма. Но еще большую роль в становлении неомобилизма сыграл огромный геофизический и геологический материал, собранный начиная с середины нашего века при исследовании Мирового океана. Особенно важными оказались изучение рельефа дна океана и определения возраста земной коры, сведения о намагниченности горных пород, слагающих дно, спуски на подводных аппаратах в рифтовые долины, изучение глобального распределения очагов землетрясений, гравиметрические профили в районах глубоководных желобов и определения потока тепла из недр Земли (геотермального потока). Обобщение этих данных привело к выводу о том, что возникновение земной коры и ее разделение на две основные структуры – океаническую и континентальную, возникновение гидросферы и атмосферы, появление биосферы были одновременными или почти одновременными актами, происшедшими не позднее 4 млрд. лет назад. С тех пор эволюция оболочек нашей планеты, в том числе и гидросферы, идет почти по таким же законам, что и в нашем время. А законы эти и проще, и в то же время сложнее, чем фиксистские положения, а главное, они соответствуют законами физики.

В стабилизации условий на поверхности Земли особенно велика роль Мирового океана. Это обусловлено его массой и занимаемой площадью: основная часть акватории океана – 32,6% - это глубины от 4000 до 6000 м., (при средней глубине океана 3800 м ). Участки с глубинами более 6000 м занимают небольшую часть акватории – всего 1,2%. Мелководные участки - от 0 до 200 м , - также занимают небольшую площадь – 7,5%. А остальная часть, т.е. 38,7%, относится к глубине 11022 м, которая обнаружена в Марианском желобе Тихого океана советским океанологическим судном «Витязь» в 1957 г.. Большая часть Мирового океана расположена в южном полушарии, где он занимает 81% площади поверхности.

Морская вода – сложный солевой раствор, средняя соленость которого составляет 35 г на 1 кг воды, т.е. 3,5% или 35% (промилле). Это примерно по чайной ложке соли без верха на стакан воды. Растворенные в нем соли составляют массу 4,8 ^. 10²² г. Если бы вся соль вдруг осела на дно океана, то образовался бы слой толщиной 30 м. Выпаривания крупных морских бассейнов не раз случались в истории планеты. О них свидетельствуют мощные толщи ископаемых солей.

Соли и другие растворенные в воде вещества находятся преимущественно виде ионов, а иногда молекул. Практически в океанической воде встречаются почти все химические элементы и их изотопы, но основную массу составляют девять главных ионов

Вода – самый сильный поглотитель солнечного тепла на поверхности Земли, и естественно, что основная роль принадлежит здесь Мировому океану. Эта его способность в 2-3 раза больше, чем у поверхности суши. О поверхности океана отражается лишь 8% солнечной радиации. Из-за особых тепловых свойств воды океан выступает накопителем солнечной энергии на планете. Нагревается он в основном в экваториальном поясе примерно в полосе от 15⁰ ю.ш. до 30⁰ с.ш.. В более высоких широтах обоих полушарий он отдает тепло, полученное в поясе нагревания. Поверхностные течения океана – основные переносчики накопленного нем солнечного тепла.

На I съезде советских океанологов в 1977 г. Было сказано: «Проблема объяснения современной циркуляции вод Мирового океана не может считаться удовлетворительно решенной даже на уровне качественных гипотезы». Проблема эта все еще остаётся далекой от решения. Отметим также, что кроме более или менее постоянных течений в океане возникают непостоянные и периодические течения, в общем, как у А.С.Пушкина: «Плещешь ты, куда захочешь…»

Хотя вода в ледниках находится в твердом состоянии, тем не менее, ледниковый лед течет, так как обладает вязкопластическими свойствами. Но скорость его течения невелика, порядка сантиметров в сутки. Из-за малой скорости темпы, возобновления запасов воды в ледниках сравнимы с темпами возобновления воды в подземных водах глубоких горизонтов и определяются в первую очередь линейными размерами ледника.

Ледники и снежно-ледовые образования содержат соли и другие включения. Минерализация ледникового льда в среднем составляет 3 мг/л. Солоноватых, а тем более соленых ледников неизвестно. Обычно они состоят из ультрапресной воды. Только у ложа нередко отмечается некоторое повышение минерализации льда.

Ледниковые льды имеют и свою «атмосферу», которая содержится в пузырьках с атмосферными газами, захваченными в период льдообразования. Часть газов может быть переведена в твердые формы путем соединения молекул газа с несколькими молекулами воды. В таком гигантском леднике, как Антарктический ледниковый покров, толщина льда в котором местами превышает 4 км, на глубине 1 км пузырьки воздуха во льду исчезают, как бы растворяясь в нем. При извлечении такого льда на поверхность они восстанавливаются. Внутриледниковая «атмосфера» - это, как сказано выше, в основном захороненная часть атмосферы на момент образования данного слоя льда. Чем с большей глубины извлечены образцы ледникового льда, тем более древние образцы атмосферы можно исследовать. В толще Антарктического ледникового покрова можно обнаружить воздух, захваченный при льдообразовании несколько сотен тысяч лет назад.

Пожалуй, наименьшее количество воды на поверхности Земли находится в такой важной для человека малой составляющей гидросферы, как реки. Если остановить на мгновение течение всех рек, и определить объем воды во всех руслах рек, то воды окажется ничтожно мало по сравнению с другими составляющими гидросферы – всего (1,2-2,0) 10 ¹⁰ г.. Подсчитать объем воды в руслах всех рек очень сложно, поэтому существующие оценки заметно расходятся, но представление о порядке величин они дают.

Реки, в отличие от других малых составляющих гидросферы, - быстрые транспортеры воды. Вода в них возобновляется намного быстрее, чем в любой другой составляющий гидросферы. Поэтому имея сравнительно небольшой мгновенный запас воды, …. (не досказано, не понятно) равную 4,5 ^. 10¹⁹ г, т.е. в 30-40 раз большую.

Реки разнообразны по свом размерам, глубинам и скоростям течения. Такой гигант, как Амазонка, крупнейшая река мира, имеет длину, почти равную радиусу Земли, а количество воды, проносимое ею за секунду через поперечное сечение в устье собирает эту воду с территории 6,915 млн. км² , что лишь ненамного меньше такого континента, как Австралия. И таких крупных рек немало.

Большая часть рек – это средние, малые и совсем небольшие речушки и ручьи, длина которых может измеряться метрами. Есть такие, через которые как говорится, и воробей пешком переберется, тогда как в устьях крупных рек глубины иногда достигают десятков метров и по океанские пароходы поднимаются на сотни километров вверх по течению.

Равнинные реки плавно несут свои воды по широким руслам, скорость течения воды в них невелика обычно переделах 0,5 - 1,5 м/с, хотя это значительно больше средней скорости воды в других составляющих гидросферы. Горные же скорости воды в других составляющих гидросферы. Горные же реки с ревом несутся по узким крутым ущельям, при этом скорость их течения может превышать 5 м/с, а на водопадах вода свободно падает с высоты в десятки и сотни метров.

Реки могут пересыхать во время сильных засух и перемерзать во время сильных морозов, особенно в зонах распространения многолетних не замерзающих пород. Реки могут исчезать под землей и появляться вновь. Они могут впадать одна в другую, в озеро, в болото, в океан или, никуда не впадая, теряться в отложениях – гальке или песках. Они могут разветвляться на систему проток, но чаще текут единым потоком. Пожалуй, одной из самых необычных можно назвать безымянную реку на юго-востоке США. Река вытекает из озера Окчиоби и через 160 км впадает в Мексиканский залив. При такой небольшой длине ее ширина местами достигает 80 км, а средняя глубина составляет всего 15 см. Течение в реке почти не ощущается, так как падение от истока до устья равно всего 4,5 м. Помимо осадков изменения уровня воды в ней вызываются испарением. Местность, по которой протекает эта река, называется Эверглейдс.

Точно неизвестно, сколько рек, речушек, ручьев и ручейков есть на планете. Их количество зависит от способа подсчета. Так, например, на территории СССР насчитывается около 150 тысяч рек с длиной 10 км и более. Например, если сосчитать все реки с длиной много 10 км, то таких рек будет порядка 3 млн. Общая длина малых, средних и больших рек на территории бывшего СССР превышает 3,9 млн. км, иными словами, на каждый квадратный километр территории в среднем приходится почти 180 км такого типа водотоков. В этот подсчет не вошли мелки речушки, ручьи, временные водотоки, овраги. По имеющимся оценкам, на территории нашей страны общая длина русловой сети с учетом указанных водотоков превышает 10 млн. км, т.е. на каждый квадратный километров приходится полкилометра русловой сети.

Атмосферная вода всегда пресная, так как она образуется в результате испарения с водной или увлажненной поверхности, а также транспирации воды растениями. Но поскольку воздух всегда содержит заметное количество мельчайших частиц – аэрозолей, в состав которых входят растворимые вещества, то и образующиеся в воздухе капельки растворяются эти вещества. Дождевые капли содержат и нерастворимые частицы, иногда в значительном количестве. Поэтому возможно выпадение цветных дождей.

Гидросфера Земли пронизывает другие оболочки нашей планеты и обычно находится в них сразу в трех состояниях – жидком, твердом и газообразном, причем жидкое состоянии является преобладающим на поверхности планеты, что и отличает ее от других планет и небесных тел Солнечной системы. На больших высотах в атмосфере сохраняется только твердая вода или её отдельные молекулы, что соответствует ее состоянию открытом космосе, а в глубинах Земли она переходит в парообразное состояние, затем в плазменное, а еще глубже – в химически связанное состояние.

Широкое распространение и огромная роль воды в жизни были понятны еще в древности. У многих народов существовали боги и культуры воды. В христианской религии отголоски их сохранились в виде обряда крещения, а в мусульманской – омовения. Вода считалась первоосновой или одним из немногих элементов, формировавших весь окружающий мир, что надолго сохранило мнение о ней как неделимом химическом элементе. Это мнение поддерживало и то, что вода как вещество весьма устойчиво и в то же время довольно инертно. Только XVIII в. ряд исследователей сумели разложить и синтезировать воду. В это же время начинают складываться первые представления о гидросфере и ее объеме. В XVIII и начале XIX вв. Ж.Бюффон, И.Кант, русский академик В.Г.Крафт считали, что океан занимает половину поверхности Земли, а его объем равен примерно 1^.10²³ г, т.е. занижали его примерно в 10 раз. Близкая к современной оценка объема Мирового океана появилась только примерно 100 лет назад у немецкого океанографа О. Крюммеля. Оценки запасов воды в других составляющих гидросферы стали делать значительно позже, и они во многих случаях и сейчас значительно расходятся, в особенности для малых, но важных составляющих.

Гидросфера Земли представляет собой глобальную открытую систему со своим «входом» и «выходом». Вход – это поток солнечной энергии, который в движение гидросферу, а выход – вещества, накапливающиеся в результате деятельности воды. На вход этой системы поступает также энергия из недр нашей планеты и энергия гравитационного притяжения Луны и Солнца, однако величины потоков этой энергии много меньше потока солнечной радиации.

В.И.Вернадский.

Круговорот запущен начавшимися в недрах нашей планеты после ее образования процессами, которые выплеснули на поверхность массу воды и продолжают до сих пор питать гидросферу. Но основным двигателем круговорота, источником его энергии служат Солнце и сила тяжести.

Океан – основной потребитель солнечной энергии. Если бы он только нагревался, никуда не отдавая тепло, то очень быстро бы выкипел. Но в океане сохраняется подвижный баланс между приходом тепла и его расходом. Примерно 75% полученного от Солнца тепла океан затрачивает на нагревание атмосферы, в результате теплообмена с ней 42% - на собственное излучение, как излучает всякое нагретое тело. Оставшаяся часть идет на поддержание круговорота воды, так как затрачивается на испарение. Это немного больше половины получаемого тепла – 51%. Огромное количество воды превращается в пар - около 5^.10²⁰ г воды в год, что почти в два раза превышает суммарную массу всех озер мира. Это количество воды может покрыть планету слоем в 1 м. Следовательно, в сутки с поверхности Мирового океана испаряет почти столько же воды, сколько ее находится в руслах рек всего мира.

Молекулы испарившейся воды, оказавшись в атмосфере, формируют атмосферную составляющую гидросферы. Концентрация водяного пара в атмосфере меняется от 0,2% у полюсов до 2,6% - у экватора и быстро уменьшается с высотой. На высоте 1,5 -2 км она убывает наполовину, т.е. 50% влаги находится в нижнем, примерно полутора километровом, слое атмосферы. С высотой температура воздуха падает, поэтому пары воды на определенной высоте достигают насыщения и конденсации. На уровне конденсации пары воды превращаются в мелки капельки и кристаллы снега и льда, из которых образуются облачные системы. Облака, находящиеся на высотах, до 18 км, - так называемые перистые облака, размером до 20-30 км – перламутровые облака и до 80 км серебристые.

Облака довольно быстро заканчивают свой жизненный путь, проливаясь в идее дождя или высыпаясь в идее снега. Процесс «испарение – конденсация – осадки» непродолжителен, в атмосфере вода задерживается в среднем на 8-9 дней. За такой срок молекулы воды в виде пара могут пройти путь в 5-10 тысяч км. Иногда, правда, как показали исследования, в атмосфере образуются как бы «карманы», или ячейки влаги, которые сохраняются надолго и могут совершить «кругосветное путешествие», обращаясь вокруг планеты. Время такого обращения в средних широтах составляет 10-12 дней.

Циркуляция атмосферы такова, что водяной пар вместе с потоком воздуха в умеренных широтах северного полушария переносится преимущественно с запада на восток, а по обе стороны экватора, в зоне пассатов, - востока на запад. Между ними находится зона затишья, где преобладают восходящие потоки воздуха. В рамках общей циркуляция с сезонной сменой воздушных потоков – с материка на океан зимой и с океана на сушу летом. Каждый континент получает с океана свою долю осадков: над Европой в год проносится до 10 тыс. км³ с Атлантики и 10 тыс. км³ воды с Тихого океана. Над Европейской частью СССР поток атмосферной влаги составляет 8-9 тыс.км³ в год.

Горные системы придают воздушным массам движения вверх, усиливая процесс конденсации влаги. Поэтому горные системы – это как бы впитывающие атмосферную влагу.

Осадки выпадают на поверхность Земли чаще всего в виде дождя и снега, но иногда в виде града, ледяной крупы, росы, влажного тумана и т.д. Облачные системы, обеспечивающие основную массу осадков, образуются в пределах тропосферы, т.е. до высот 10-12 км над поверхностью Земли. Но осадки не всегда выпадают из облачных образований, иногда они возможны и при отсутствии облачности. Так образуются роса, иней, изморозь, твердый налет в виде корочки льда. При очень низкой температуре возможно выпадение снега при безоблачном небе, когда влага морозом «выжимается» из воздуха. Все виды осадков метеорологии называют гидрометеорами.

Самый толстый слой снега за сезон, 25,4 м, образовался в штате Вайоминг (США) зимой 1955/56 г., 14-15 апреля 1921 г. В штате Колорадо все всего за 24 часа образовался слой в 2 м.

Выпадающие на суше осадки частично просачиваются в почву, участвуя в питании почвенных и подземных вод, а частично стекают. Но большая их часть снова испаряется. Стекающая даже по очень гладкой поверхности вода недолго течет сплошным слоем. Она обычно быстро оформляется в микроструйки, а потом в микроручейки. Слившиеся микроручейки образуют ручейки, которые соединяясь превращаются в речку. Речки впадают в реки, которые сливаясь образуют главную реку, выносящую воду в океан или замкнутый бессточный бассейн. Вниз по течению реки количество воды, переносимое за единицу времени, как правило, нарастает. Испарение воды с суши, сток ее по речным руслам, поступление в почву и грунтовые воды образуют континентальную часть круговорота. Испарение с поверхности океана, вынос влаги на сушу и сток воды с суши в океан образуют глобальный или главный, круговорот воды. (Нередко вместо термина «круговорот воды» используют термин «гидрологический цикл»)

Основную массу биосферы как в воде, так и на суше образуют фотосинтезирующие организмы. В океане и других водоемах это водоросли и фитопланктон, а на суше – преимущественно растительность В воде растения непрерывно фильтруют воду через свою поверхность, а на суше растения извлекают ее, как правило, из почвы с помощью корневой системы, а удаляют через надземную часть в виде пара, т.е. транспирируют воду.

Наиболее мощными системами транспирации на сущее выступают леса. Если оценит поверхность листвы, через которую происходит транспирация или иголок хвойных деревьев, являющихся модификацией листьев, или других транспирирующих органов растений, то можно получить представление об относительной способности разных растительных сообществ на суше транспирировать воду. Зрелый буковый лес создает 5,7 м²листовой поверхности на каждый квадратный метр поверхности почвы, зрелый еловый лес – 11 м², влажные тропические леса – 22 м², саксауловый лес пустыни – всего 0,1 м², а мхи и лишайники на воды через транспирацию на суше. По экспериментальным наблюдениям, в зрелом еловом лесу примерно четвертая часть выпадающих за год осадков, или порядка 150 – 200 мм, затрачивается на транспирацию. Эти величины существенно меньше в тундре, но заметно больше во влажных тропических лесах, если судить по площади листовой поверхности. Поэтому, если взять за основу среднюю величину транспирации зрелого елового леса, то окажется, что через растительность суши за год прокачивается 0,3^. 10¹⁰ г воды. Полный оборот гидросферы только через наземную составляющую биосферы в виде растительности совершается через каждые 50 тыс.лет. Это условная оценка, так как она не учитывает ту часть осадков, которая пополняет почвенную влагу, а затем испаряется с поверхности почвы, но к этому времени оказывается уже прошедшей в основной своей массе через грибы и микроорганизмы почвы, которые обволакивают почвенные частицы и интенсивно фильтруют воду. Поэтому на деле биосферный фильтр на суше работает намного интенсивнее, чем об этом можно судить на основе данных о транспирации леса, по крайней мере на порядок величин.

В океане заросли водорослей могут создавать листовые поверхности в более широком диапазоне, чем на суше, - от 0,1 до 100 м² и более на 1м² дна. Больше поверхности создают одноклеточные водоросли: при их средней численности суммарная площадь поверхности тел составляет около 1 м² на 1³ воды. Значит, в слое толщиной 100 м она равняется 100 м². В .Г. Богоров считал, что планктон океана за год пропускает через себя объем воды, равный объему всего мирового океана. По некоторым современным оценкам, с учетом пикопланктона, т.е. мельчайших планктонных организмов, морские организмы пропускают через себя за год объем воды, равный двум Мировым океанам.

Биосферный фильтр очень сложен и многоступенчат. Например, в Мировом океане воду через себя прокачивают практически все организмы, начиная от кита и кончая пикопланктоном. Невозможно оценить скорость этой фильтрации, так как она для многих организмов неизвестна, хотя интенсивность ее нередко очень велика. Так, живые организмы, коралловых рифов, которые занимают ничтожную часть океанов, - всего 600 тыс.км², или менее 0,2% его поверхности, профильтровывают всю воду гидросферы в среднем за 40 тыс.лет. В биосферном фильтре работает и сложный фильтр фотосинтеза, в процессе которого вода разлагается, и ее составляющие вместе с углекислым газом используются для построения тел живых организмов. Всю массу 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 самым сложным фильтром гидросферы на Земле. Это естественно, так как для создания каждого грамма биомассы высшие растения должны испарить примерно 100 г. воды.

Каскад биологических фильтров пропускает всю гидросферу за время от 0,5 года до миллионов лет. Поэтому можно утверждать, что гидросфера, с которой мы имеем дело, это продукт живых организмов, среда, которую они создали сами для себя. Эту идею сформулировал В.И.Вернадский: «Организм имеет дело со средой, к которой он не только приспособлен, но которая приспособлена к нему».

Круговорот воды между сушей и океаном через атмосферу оказывается весьма сложный системой, включающей и частные круговороты, и целую систему фильтров, в том числе биосферный. Пройдя через фильтры полностью или частично, вода, в конце концов, снова оказывается в основном поверхностном хранилище воды – Мировом океане. В настоящее время в научных кругах допускается утверждение о сбалансированности обмена между основными составляющими гидросферы, если учитывать глобальной масштаб и отрезки времени в десятки лет.

Такое допущение удобно для расчетов, хотя полной сбалансированности не существует не только в глобальном масштабе, но и для достаточно крупных регионов, - т.к. составляющие гидросферы постоянно меняют свою массу и не остаются стабильными. Очень часто такое изменение имеет направленный тренд, т.е. идет в одном направлении.

Круговорот воды, при всей своей зависимости от климатических условий, и сам является активным фактором формирования климата нашей планеты. Уже было сказано, что половина поступающей к поверхности Земли солнечной энергии затрачивается на испарение воды с поверхности Мирового океана. Пары воды, непрерывно поступающие в атмосферу, играют важную роль в нагревании воздуха, который является прозрачным для преимущественно видимого спектра излучения Солнца. Дело в том, что молекулы водяного пара создают парниковый эффект, так как они задерживают инфракрасное излучение, поступающее от поверхности Земли. Водяной пар играет более значительную роль в создании парникового эффекта, чем углекислый газ. Без него температура на нашей планете была бы значительно ниже, поэтому интенсивность круговорота воды имеет существенное значение для климата. Не менее важны и тепловые свойства воды, поскольку то тепло, которое было затрачено на испарение, водяной пар отдает в атмосферу при конденсации в водяные капли в облачных системах.

Гидросфера оказывает системное воздействие на климат, обеспечивая подвижное равновесие углекислого газа в атмосфере – другого компонента, создающего парниковый эффект. В океане углекислого газа растворено намного больше, чем его находится в атмосфере, и там протекает эффективные биогеохимические процессы, выводящие углерод в долговременные хранилища – донные осадки. Другое место хранения углерода – это болотное массивы, где углекислый газ, связанный в органическое вещество растений, накапливается в виде торфа.

До середины нашего века считалось, что атмосфера, расположенная выше тропосферы - сухая. (практически не содержащая влажности). Но наблюдения, в частности, открытие в 50-х годах инфракрасного излучения ночного неба, привели к пересмотру взгляда на ( содержание влажности) сухость так называемой средней атмосферы – слоя от 20 до 120 км над поверхностью Земли. Спектрографические наблюдения показывают, что в толще атмосферы от 10,5 км до верхней ее границы воды столько же, сколько её содержится в двухкилометровом приземном слое. В высоких слоях атмосферы не столь важно количество воды – насколько значима ее роль в различных химических реакциях, которые обеспечивают стабильность равновесия во всех слоях атмосферы, ее структуру и термический режим. Выявлена большая роль воды в поддержании стабильности озонового слоя.

… где некогда была равнина,

там воды сделали углубления;

где горы прежде стояли,

там смыванием явилась равнина.