Большое значение в жизни человека имеет Мировой океан. Под влиянием солнечного тепла и при воздействии движения воздушных масс с его поверхности ежедневно испаряется колоссальное количество воды — 0,5 млн. км3. При этом 90 % этой массы вновь в виде осадков возвращается в океан. Остальная вода, выпавшая над сушей, почти вся собираясь в ручейки и реки и также стекает в океан. Часть осадков проникает в почву, образуя почвенную влагу и пополняя запасы подземных вод. Благодаря большой теплоемкости воды и ее постоянному круговороту Мировой океан аккумулирует основное количество тепла, которое Земля получает от Солнца. Вода поглощает тепла на 25–50 % больше, чем суша. Ученые стремятся лучше познать жизнь океана, полнее определить возможности разумного использования его колоссальных богатств, чтобы не нанести непоправимого ущерба этой сложной природной системе.
Деятельность человеческого общества немыслима без воды. Проблема водных ресурсов, их сокращения и увеличения — одна из главных в жизни современного человечества. Без четкого представления о методах рационального использования этих ресурсов невозможно дальнейшее развитие промышленности и сельского хозяйства, прогресс культуры. Цель данной книги — осветить основные аспекты этой проблемы на базе новейшего научного материала.
Гидросфера
Вода и биосфера
Внешняя оболочка Земли занята биосферой. И вполне правильно, когда биосферу называют еще «областью жизни» или «живым покровом» Земли. Это огромное пространство, включающее атмосферу, гидросферу и литосферу, населяют различные виды живых организмов. Верхняя граница биосферы охватывает нижние слои стратосферы до высоты озонового экрана (в среднем до 20 км), в котором задерживается большая часть ультрафиолетовой радиации, губительно действующей на живые организмы. Нижняя граница биосферы определяется на глубине 3–3,5 км ниже поверхности земной коры. Наиболее благоприятные условия для жизни и развития организмов имеются на поверхности суши, в прилегающих к ней слоях атмосферы и в приповерхностных слоях морей и океанов.
Основоположником учения о биосфере является выдающийся русский ученый, академик В. И. Вернадский, который оценил жизнь в общепланетарном масштабе как качественно новое геологическое явление. Центральное место в биосфере занимает «живое вещество», которое, по В. И. Вернадскому, представляет собой совокупность всех живых организмов (животных, растений, микроорганизмов), численно выраженное в их элементарном химическом составе, в весе и энергии. Хотя в количественном отношении живое вещество (по сравнению с неорганическим) занимает незначительное место, оно играет важнейшую роль в формировании биосферы. «На земной поверхности, — писал В. И. Вернадский, — нет химической силы, более постоянно действующей, а потому и более могущественной по своим конечным последствиям, чем живые организмы, взятые в целом».
Подсчитано, что на Земле обитает около 3 млн. видов живых организмов, из которых 300 тыс. приходятся на долю растений. Однако растения создают 97–98 % всей биомассы суши, остальная часть (1–3 %) животные и микроорганизмы.
Водная среда играла важнейшую роль в возникновении жизни на Земле. В. И. Вернадский писал: «Вода стоит особняком в истории нашей планеты. Нет природного тела, которое могло бы сравниться по влиянию на ход основных, самых грандиозных геологических процессов. Не только земная поверхность, но и глубокие — в масштабе биосферы — части планеты определяются, в самых существенных своих проявлениях, ее существованием и ее свойствами».
Вода является постоянным спутником и необходимым условием воспроизводства живого органического мира. Как известно, в основе образования и накопления первичного живого органического вещества лежит фотосинтез. Под действием солнечной энергии углекислый газ и вода в листьях растений распадаются на кислород, выделяющийся в атмосферу, и углерод, идущий на образование живого органического вещества растений — углеводороды. Только живое вещество, усваивая солнечную энергию, способно строить новые ткани, способно само себя воспроизводить. По подсчетам биологов, живое вещество ежегодна воспроизводит примерно 10 % своей общей массы.
Живые организмы производят огромную работу по перераспределению вещества земной коры и созданию новых химических соединений. Живые организмы вовлекают в процесс круговорота кислорода, углерода и азота также большие массы минеральных веществ и различных других химических элементов, превращая их в биогенное вещество. Живые организмы способны усваивать и концентрировать из среды обитания практически все элементы периодической системы.