3.Гидросфера

Гидросфера - водная оболочка Земли, включающая воды Мирового океана и воды суши. Большая часть воды приходится на Мировой океан (96%); подземные воды и ледники составляют только по 2% и лишь 0,02 % приходится на поверхностные воды материков. Крайне незначительные в процентном отношении ко­ личества воды находятся в атмосфере и живых организмах.

Наиболе важные с точки зрения хозяйственного использова­ ния пресные жидкие воды составляют всего 0,6 %: сюда входят реки, пресные озера и частично подземная вода. С учетом дина­ мичного роста населения на планете и развития промышленности, уже к 2025 г. человечество будет использовать более 70 % своих пресноводных запасов. В настоящее время люди используют еже­ годно более 3000 миллиардов кубометров пресной воды.

В античные времена и в средневековье человек тратил на се­ бя всего 12-18 литров воды в день 1 В ХIХ в. в развитых странах потребление воды на душу населения возросло до 60 литров в день, а к концу XX в. - удесятерилось.2

По последним оценкам, водно-ресурсный потенциал России равен 23,2 триллиона рублей. Причем это не эфемерные деньги, которыми часто оперируют финансовые спекулянты, а подчас и

1Популярный фильм «Парфюмер» - это экранизация нашумевшего одноимен­ ного романа Зюскинда. В нем мастер слова нарисовал такую картину жизни парижан, что натурам чувствительным, может быть, и не стоит читать этот ро­ ман.

2 Любопытно отметить, что соответствующие показатели в совеременной Рос­ сии превышают западные стандарты. Так, по состоянию на 2011 г. потребление холодной воды в Екатеринбурге на душу населения составляло 182 литра в день, а в Западной Европе - 150 литров в день (10 лет назад аналогичный раз­ рыв измерялся разами). Понятно, что дело тут не в исключительной чистоплот­ ности наших сограждан, а в двух причинах: катастрофической изношенности коммуникаций и, как следстdвие, потерях подготовленной для использования жителями воды и неэкономном расходовании воды самими жителями - реликт «бесплатной» воды при социализме.

33

политики. Действительно, это более 2,5 миллионов рек общей протяженностью свыше восьми миллионов километров, около трех миллионов озер общим объемом 26,5 тысячи кубических ки­ лометров, 2290 водохранилищ общим объемом около 350 кубиче­ ских километров. По запасам-ресурсам на душу населения мы бо­ гаче любой страны мира. Для сравнения: Китай, сосредоточив на своей территории одну пятую населения планеты, обеспечен лишь семью процентами мировых запасов пресной воды.

В 1996 г. Байкал был включен в Список всемирного насле­ дия, однако основные условия включения озера Байкала в этот престижный список, к сожалению, не были выполнены. О значи­ мости проблемы красноречиво свидетельствует такой факт: потре­ бовалось личное вмешательство В.В.Путина в планы строительст­ ва нефтепровода в районе Байкала, после чего трасса нефтепрово­ да бьий значительно удалена от озера (вначале проектировщики хотели ее проложить в непосредственной близости от Байкала, и это при известной сейсмической опасности района). Нельзя забы­ вать, что Байкал - общемировая ценность.

По данным Всемирной организации здравоохранения (ВОЗ) около двух миллиардов человек страдает от нехватки питьевой во­ ды на Земле. Ее важность такова, что она может означать жизнь или смерть, процветание или нищету. Она может стать причиной международных конфликтов (см. ниже).

Разумеется, когда материальные возможности страны позво­ ляют, проблему нехватки собственной питьевой воды решить можно. Так, пресную воду можно получать в достаточных количе­ ствах из морской. Например, уже несколько десятилетий жители Кувейта и других стран Персидского залива потребляют опрес­ ненную морскую воду; аналогичный пример в СССР - г. Шевчен­ ко на побережье Каспийского моря. На привозной воде живут Ал­ жир, Гонконг, Сингапур, прибрежные районы бывшей Югославии.

80 % запасов пресной воды заключены в ледяных панцирях покровных ледников Антарктиды и Гренландии. Поэтому ледники рассматриваются как стратегические водные запасы всего мира.

34

В целом, снег и лед в Антарктиде необычайно чисты химиче­ ски. Поэтому ученые уже многие годы работают над проблемой добычи и транспортировки питьевой воды из айсбергов и, как ре­ зультат, разработаны соответствующие проекты.

Еще сравнительно недавно, в 80-90 гг. XX в., ученые доволь­ но уверенно отвечали на вопрос о происхождении воды на нашей планете. В настоящее время многие взгляды пересматриваются, в частности, не считавшийся ранее существенным такой источник воды, как небесные тела, падающие на Землю, рассматривается целым рядом ученых как важный. А американский ученый Л.Франк считает, что океаны - продукты вторжения кометообраз­ ных тел. Однако многие авторитетные ученые считают, что земная кора, атмосфера и гидросфера возникли благодаря вулканизму.

Мировой океан - непрерывная водная оболочка Земли, ок­ ружающая материки и острова и обладающая общностью солевого состава. Океан занимает площадь 61 млн. км2, что составляет око­ ло 71 % земной поверхности, причем в Северном полушарии - 61 %, а в Южном - 81 %. На каждого жителя Земли приходится почти 300 миллионов тонн морской воды.

Академик РАН Л. Бреховеких назвал Мировой океан «Вели­ ким неизвестным». А по мнению члена-корреспондента РАН А. Монина наши познания о Мировом океане не превышают одного процента *. Человечество в настоящее время знает больше о по­ верхности Марса и Меркурия, чем о своем океане.

Ученые считают, что океаническая система приобрела свои современные характеристики примерно 1,5-2 млдр. лет назад.1

1 Принято считать, что научная океанология началась с экспедиции «Челленджера». В 1872 г. корабль британского военно-морского флота «Челленджер» начал исследовательский рейс, который продолжался 3,3 года. За это время бы­ ло пройдено почти 69 тыс. морских миль, выполнено почти 500 промеров глу­ бин и 263 серии измерения температуры. Также изучались течения, состав мор­ ских вод, новые виды организмов. В 1893 г. международная группа из 76 иссле­ дователей под руководством Д. Меррея проанализировала эти данные и выпус­ тила пятидесятитомный (!) отчет.

35

Здесь же коснемся проблемы повышения уровня Мирового океана. За 18 тыс. лет он поднялся на 100 метров и натиск на сушу продолжается. По мнению академика РАН В.Котлякова, это про­ исходит из-за нагревания и расширения воды, а также из-за таяния арктических и горных ледников умеренных широт, что вызвано разогревом атмосферы. За прошедшее столетие температура воз­ духа увеличилась на 0,5 °, а у полюсов - на 2-3°. Но для Антаркти­ ды это не имеет никакого значения - она не реагирует на нынеш­ нее потепление, т.к. температура льда намного ниже нуля. Однако при возможном дальнейшем потеплении пластичные свойства льда возрастут и, соответственно, антарктический лед будет сбра­ сываться в океан в больших количествах.

Динамика вод Мирового океана

Поступательные движения вод в морях и океанах, обуслов­ ленные различными силами, называются морскими течениями. Основной причиной течений является ветер, дующий в одном на­ правлении. Сначала ветер приводит в движение верхний слой во­ ды, затем более глубокие слои. Направление ветра и созданное им течение не совсем совпадают. Под воздействием отклоняющей си­ лы вращения Земли течение отклоняется от направления ветра вправо в северном полушарии и влево в южном полушарии, угол составляет примерно 45 градусов. Впервые заметил это отклоне­ ние знаменитый норвежский полярник Ф. Нансен на судне «Фрам».

Течения подразделяются по различным признакам: силам, вызывающим их образование, направлению движения, устойчиво­ сти, физическим свойствам. Поэтому существует -несколько клас­ сификаций течений.

По происхождению все течения делятся на следующие груп­

пы.

1. Течения, образованные ветром, называются ветровыми; если течения вызваны устойчивым более или менее продолжительное

36

время ветром - дрейфовыми. Теория дрейфовых течений впервые была разработана шведским геофизиком В.Экманом в 1903-1905 гт. (см. законы Экмана).

2. Градиентно-гравитационные. Они вызваны различными факто­ рами. Соответственно выделяют следующие.

Плотностные течения создаются горизонтальными градиентами плотности. Такие течения преобладают в глубинных слоях, где ветровые течения незначительны. Характерны в проливах между бассейнами с различной плотностью. Изучение плотностных тече­ ний имеет свою интересную историю. Адмирал С.О. Макаров в 80- х гг. XIX века заинтересовался проблемой течений в проливе Бос­ фор, поскольку существовали противоречивые утверждения преж­ де всего рыбаков. Макаров проделал следующий опыт. Со шлюпки на тросе погружался в воду загруженный бочонок. Когда бочонок находился в верхних слоях, он двигался от Черного моря к Мра­ морному, но по мере погружения бочонка он изменял направление движения на противоположное. Для объяснения причин этих тече­ ний Макаров проделал такой опыт. В стеклянный ящик, разделен­ ный на две части, налили воду: в одну часть соленую, в другую - опресненную. В перегородке были проделаны одно над другим два отверстия. Соленая вода начала двигаться через нижнее отверстие, опресненная - через верхнее. Аналогичное течение существует в Гибралтарском проливе. В годы Второй Мировой войны немецкие подводные лодки незаметно для англичан (т.е. с заглушенными двигателями), контролирующих Гибралтар, проплывали в Среди­ земное море и обратно, пользуясь течениями.

Бароградиентные течения вызваны неравномерностью атмо­ сферного давления над различными областями моря (океана). Уве­ личение давления атмосферы всего на 1 мб вызывает понижение уровня на 1,33 см и приводит к перемещению водных масс; такой же эффект дает понижение атмосферного давления. Приведем два примера. Как известно, в образовании наводнений в СанктПетербурге важную роль играют глубокие циклоны, вызывающие повышение уровня Балтийского моря и, соответственно, затруд­

37

няющие сток Невы. Другой пример (менее известный): барогради­ ентные течения, вызванные также циклонами, хотя визуально они не заметны, крушат лед Антарктиды. При этом образуются айс­ берги с интевалом 20-25 лет.

Стоковые течения вызваны местным повышением уровня моря из-за притока морских или речных вод, выпадения атмосферных осадков или испарения. Один из самых известных примеров - на­ чальный участок Гольфстрима, носящий название Флоридского течения. Дрейфовое Карибское течение нагоняет в Мексиканский залив большую массу воды, где уровень повышается. Избыточные воды через Флоридский пролив устремляются сточным течением в Атлантический океан. Другой пример: течение в Каспийском мо­ ре, связанное со стоком Волги.

Компенсационные течения, восполняющие убыль воды вследствие оттока. В результате оттока вод из восточных районов океанов иод действием пассатов создается дефицит массы, который восполня­ ется компенсационным экваториальным противотечением. К ком­ пенсационным относят также Канарское, Бенгелъское, Калифор­ нийское, отчасти Перуанское, поверхностные течения в проливах Босфор и Гибралтар, направленные соответственно в Мраморное и Средиземное моря.

3. Приливные течения. Они отличаются тем, что охватывают всю толщу воды. Приливы - периодические колебания уровня океана ил моря, вызванные гравитационными силами Луны и Солнца. Ис­ следование приливов началось еще со времен Геродота (V в. до н.э.), в трудах которого есть описание приливов Красного моря. Пифей (IV в. до н.э.), изучавший приливы на берегах Британских о-в, установил две их важнейшие особенности: в течение лунных суток (24 ч 50 мин) происходит два прилива и два отлива, а так же то, что амплитуда приливов максимальна после новолуний и пол­ нолуний и минимальна в 1-ой и 3-ей четвертях. На своей родине, в Греции, Пифей был назван «величайшим лжецом». Посидоний (II - I вв. до н.э.) подтвердил выводы Пифея и установил, что ам­ плитуды приливов неодинаковы в течение года: они максимальны

38

во времена, близкие к равноденствиям и минимальны в дни солн­ цестояний. Однако объяснить природу приливов в те времена не могли и многие столетия явление приливов считалось могилой че­ ловеческого любопытства.

Первое научное объяснение приливов было дано И. Ньюто­ ном в конце XVII в. Его теория получила название статической и исходила из двух предположений: океан покрывает планету слоем одинаковой глубины и в каждый момент уровенная поверхность находится в состоянии равновесия под действием приливообра­ зующих сил и силы тяжести. Приливообразующую силу1Ньютон выразил в виде формулы (здесь она не рассматривается). Под дей­ ствием этой силы (а ее вызывают Луна и в меньшей степени Солн­ це) уровенной поверхностью является эллипсоид вращения, боль­ шая ось которого направлена к центру Луны (Солнца). Это значит, что в подлунной и ей противоположной точках (их принято назы­ вать зенит и надир) наблюдается поднятие воды (прилив). Такой моментальный снимок в виде приливного эллипсоида можно было бы в принципе наблюдать из Космоса (конечно, с использованием специальной аппаратуры), если бы Земля и Луна были неподвиж­ ны, а наша планета была бы покрыта глубоким океаном. Но вра­ щение Земли и движение Луны непрерывно смещают подлунные точки и заставляют приливную волну «бежать» вслед за Луной, причем на пути волны встречаются препятствия в виде материков и отмелей. То же происходит и с приливом, вызванным притяже­ нием Солнца, что сильно запутывает и осложняет рассматривае­ мое явление.

Статическая теория дала объяснение неравенствам приливам по высоте и времени подъема и опускания воды. Важнейших нера­

1 Графическое изображение приливообразующих сил имеется в учебнике Н.П.Неклюковой «Общее землеведение» 1976 г. издания, но не в разделе «Дви­ жения вод океана», а в «Движениях Земли» (см.с.53 - 54). Там же показано сло­ жение приливов во время фазовых неравенств (с.53), однако суточное неравен­ ство описано на с.239 - 240.

39

венств три. Первое - фазовое (полумесячное) неравенство. Когда Луна и Солнце кульминируют одновременно, большие оси лунно­ го и солнечного приливных эллипсоидов совпадают, соответст­ венно, приливы наибольшей величины. Когда оси эллипсоидов на Луну и Солнце образуют угол в 90 градусов, солнечный прилив совпадает с лунным отливом, соответственно, приливы наимень­ шие. Период изменения высоты приливов совпадает с фазами Лу­ ны: в новолуние прилив максимльный, в первую четверть - мини­ мальный, в полнолуние - максимальный и, наконец, в третью чет­ верть - минимальный. Второе неравенство - тропическое (суточ­ ное), оно обусловлено изменениями склонения Луны. За сидериче­ ский месяц (27,3 суток) Луна два раза проходит через экватор, достигая максимальных северного и южного склонений, равных 28 градусам. При больших склонениях Луны наблюдаются неравен­ ства приливов по величине, времени подъема и опускания уровня воды. Причина - приливной эллипсоид меняет свое «нормальное» положение и «поворачивается» в сторону Луны. В моменты нуле­ вого склонения Луны (Луна в плоскости экватора) суточное нера­ венство не выражено. Третье неравенство - параллактическое объясняется тем, что Луна обращается вокруг Земли по эллипти­ ческой орбите - максимально приближается к Земле в перигее и максимально удаляется в апогее. Соответственно, приливные ко­ лебания или увеличиваются, или уменьшаются. Аналогично изме­ няются и приливы, вызванные Солнцем: возрастают в перигелии и понижаются в афелии.

В начале нашего тысячелетия исследование приливов приоб­ рело и практическое значение. На берегах современных Англии, Голландии, Франции, Испании были построены сотни приливных мельниц. Известно, что и наши поморы (только позднее) строили подобные мельницы. В еще большей степени зависела от приливов

2 Сидерический месяц - промежуток времени, в течение которого Луна совер­ шает полный оборот вокруг Земли и занимает исходное положение относитель­ но звезд.

40

работа западноевропейских портов и особенно - лондонского, расположенного в 64 км от устья Темзы. Во время прилива тече­ ние в этой реке ниже Лондона почти прекращалось, а во время от­ лива течение было столь сильным, что корабли даже при попутном ветре не могли подниматься вверх по реке. Другой исторический факт уже из истории XX в. Формальным поводом для вступления США в I Мировую войну послужила гибель американского кораб­ ля, потопленного немецкой подлодкой. Капитан злополучного ко­ рабля не в полной мере учел приливные явления в порте назначе­ ния, что явилось причиной снижения скорости судна, чем и вос­ пользовались немцы. И в наши дни недоучет явления приливов чреват серьезными негативными последствиями.

По физико-химическим свойствам различают течения холод­ ные, тёплые, опресненные, осолонённые и нейтральные. Мери­ диональные течения, направленные от экватора к полюсам явля­ ются всегда теплыми, от субтропиков - всегда солёными и наобо­ рот. Характер зональных течений определяется соотношением температуры или солёности вод течения и окружающих его вод. Если температура течения выше температуры окружающих вод, течения называют тёплым, если ниже - холодным. Аналогично оп­

ределяются		солёные	и распреснённые		течения. Ней­
тральные		течения (например,		пассатные в	центральных
частях	океанов) несут		воды,	не отличающиеся от окружаю­

щих по температурю и солёности.

Очень важным с географической точки зрения является во­ прос о влиянии течений на климат. Прямое влияние течений на климат проявляется чётко и хорошо изучено.

Тёплые течения действуют смягчающе, несколько увеличи­ вают продолжительность теплого сезона и годовое количество ат­ мосферных осадков. Широко известно благоприятное влияние Гольфстрима и его продолжения Северного Атлантического тече­ ния на климат северо-западной Европы. Средняя температурю ян­ варя в Осло на 2S-300 выше, чем на той же пшрюте в Магадане. Безморозный период в Канаде - 60 дней, в Европе - 150-200 дней.

41

Значительное влияние		тёплое течение Куро-Сио оказы­
вает	на климатические условия побережья Тихого Океана, хотя

оно слабее воздействия Гольфстрима и Северного Атлантического, поскольку проникает на север почти на 40° южнее. Кроме того, теплосодержание Куро-Сио существенно меньше указанных ат­ лантических тёплых течений.

Холодные течения воздействуют на климат в сторону его по­ холодания, увеличения продолжительности холодного сезона и значительного уменьшения годового количества атмосферных осадков. На Канадском побережье, омываемом Лабрадорским те­ чением между 55°и 70°с.ш. проходит годовая изотерма 0, -10°, на той же широте в Северной Европе изотерма 0, +10°. Эти свойства холодных течений оказывают решающее влияние на формирова­ ние пустынных областей Земли (Канарское и пустыни северозападной части Африки, Перуанское и пустыня Атакама и др.). Велико значение холодных течений Камчатского и Ойя-Сио на климат Курильской гряды и о. Хоккайдо. Их теплосодержание за­ висит от суровости зим в Беринговом и Охотском морях. Чем хо­ лоднее эти течения, тем прохладнее и пасмурнее лето, и соответ­ ственно, ниже урожайность риса в Японии.

Косвенное воздействие течений на климат проявляется через атмосферную циркуляцию и изучено недостаточно. Прежде всего, оно проявляется в том, что над тёплыми течениями формируются ложбины пониженного атмосферного давления, над холодными - отроги повышенного давления. Так, у побережья Северной Аме­ рики над Гольфстримом такая ложбина пониженного давления особенно выражена в зимнее время, поэтому господствующие здесь западные ветры усиливаются еще более, принося с материка охлажденные массы воздуха и создавая климатические условия более суровые, чем в северо-западной Европе, отепляемой тем же самым течением. Отроги высокого давления над холодными тече­

ниями	(Перуанское,		Калифорнийское)	определяют
уменьшение		сумм атмосферных осадков. Теплосодержание те­

чений, расположение главных струй воздействует на развитие ат­

42

мосферных процессов. Циклоны, проходя над акваториями			с
повышенной	отдачей	тепла в атмосферу, получают до­

полнительную энергию и возможность дальнейшего развития и

перемещения. Циклоны,		проходящие	над сильно охлаж­
денными	акваториями, быстро растрачивают запасы тепла

и прекращают существование.

Подводя итог по теме «Течения», приходится констатиро­ вать, что на современном этапе развития науки в поведении океан­ ских течений еще много непонятного. Приведем лишь два приме­ ра. Возникновение Эль-Ниньо сейчас связывают с нарушением глобальных процессов в климатической системе, но что собой представляет этот механизм? Другой пример. Японскими учеными обнаружен в Тихом океане в 400 км от о. Огасавара водоворот диаметром примерно 100 км, который примерно через каждые 100 дней меняет направление вращения воронки. Почему?

В заключение коснемся проблемы загрязнения морских вод в связи с географией течений. Вероятно, в 2010 г. наиболее значи­ мой экологической катастрофой на Земле (а, может быть, и начала XXI в.) стала авария на нефтедобывающей платформе компании Бритиш Петролеум (ВР) в Мексиканском заливе1. Упоминавшееся Флоридское течение усилило масштаб катастрофы. Второй при­ мер. На атомных электростанциях Великобритании уже многие годы существует практика сброса радиоактивных вод в омываю­ щие страну акватории. Можно предположить, что загрязненные воды именно благодаря течениям попадают в территориальные воды Норвегии и России.

1Из аварийной скважины в океан с конца апреля по конец июля 2010 г. попало от 600 до 760 тысяч тонн нефтепродуктов. Однако в январе 2011 г. именно с ВР было подписано соглашение о разведке и добыче нефти в российском секторе арктического шельфа.

43

Воды суши. Реки и подземные воды.

Реки - естественные водные потоки, текущие в выработан­ ных ими руслах, питающиеся за счет стока с их водосборов. Выде­ ляют четыре источника питания: дождевое, снеговое, ледниковое и подземное.

Крупнейший русский климатолог А.И.Воейков утверждал, что реки являются продуктом климата их бассейнов. В настоящее время это положение получило более широкую формулировку: ре­ ки представляют собой продукт климата их бассейнов на фоне других физико-географических условий. Воейкову принадлежит и первая классификация рек по условиям питания и по режиму. Идеи, положенные в основу этой классификации, были развиты советским ученым М.И.Львовичем. Ему удалось обосновать отне­ сение рек в ту или иную группу объективными количественными показателями. Когда сток, обусловленный каким-нибудь одним из источников питания, превышает 80% суммарного годового стока, источнику придается исключительное значение, 50 - 80% - пре­ имущественное значение и менее 50% - преобладающее значение. Сезонное распределение стока выражается в процентах от годово­ го, использованы те же градации, что и для источников питания рек. Сочетание различных комбинаций источников питания с раз­ личными вариантами распределения стока по сезонам позволило Львовичу выделить зональные типы водного режима рек земного шара. Выделяют экваториальный, субэкваториальный (саванно­ вый), тропический пустынный, субтропический муссонный, суб­ тропический средиземноморский, умеренный морской (западноев­ ропейский), умеренный континентальный (русский), умеренный полупустынный (казахстанский), умеренный пустынный, умерен­ ный муссоный (дальневосточный), вечномерзлотный (восточноси­ бирский) и полярный типы. Отдельно рассматриваются озерный и горный типы, причем в последнем выделяют два подтипа: средне­ азиатский и альпийский.

44

Рассмотренное выше - данность от природы. Однако люди уже достаточно давно делают попытки изменить существующий в природе порядок в своих целях. Несоответствие размещения вод­ но-ресурсного потенциала с потребностями экономики и людей в целом заставляют строить проекты переброски части стока рек из одних регионов в другие. Вероятно, самый грандиозный в XX в. проект хотели осуществить на закате существования империи под названием «СССР»: часть стока северных рек хотели направить на юг, в засушливые пустынные и полупустынные районы Средней Азии. Проект не осуществили прежде всего по экономическим ос­ нованиям. Однако не надо забывать о гражданской позиции мно­ гих ученых, выступивших против данного проекта (период глас­ ности во второй половине 80-х гг. XX в. позволял активно обсуж­ дать эти проблемы в СМИ). Видимо, при решении аналогичных вопросов уместно руководствоваться главным девизом врача: «Не навреди». Удивительно, то уже в наше время, в первое десятиле­ тие XXI в., снова стали ставить вопрос о продаже сибирской воды среднеазиатским государствам, где остро ощущается нехватка пресной воды. Реструктуризация систем Иртыша, Оби и Енисея чревата негативными экологическими последствиями.

В данном констекте интересно познакомиться с некоторыми примерами из зарубежного опыта. На Голанских высотах находят­ ся истоки рек и речек, питающих Иордан (израильская Волга?), который впадает в оз. Кинерет. От Кинерета начинается водовод, который тянется до пустыни Негев. Он обеспечивает примерно 3040% воды, потребляемой Израилем (в свое время премьер-министр Нетаньяху заявил: «Израиль может прожить без нефти, но не без воды»), В 1964 г., когда Голаны были у Сирии, сирийцы пытались построить обводной канал, чтобы оставить «сионистов» у сухого корыта. «Сионисты» ответили бомбардировками и артобстрелами. Работы были прекращены.

Другой пример: премьер-министр Испании Хосе Мария Ас­ нар предлагал перебросить воду из реки Эбро на севере страны в южные провинции. Но план столкнулся с преградами со стороны

45

ЕС и местных экологов, проект «заморозили». А вот в Китае, ве­ роятнее всего, реки Хуанхэ, Хуайхэ и Янцзы будут соединены тремя каналами, идущими с юга на север. Их общая протяжен­ ность составит почти 2,5 тыс. км.

Подземные воды - воды, находящиеся в горных породах верхней части земной коры в жидком, твердом и парообразном со­ стоянии. Вопрос о происхождении подземных вод давно волновал ученых. Платон считал, что под землей струится мощный поток, изливающий свои воды в подземное царство Тартарус (видимо, отсюда пошло пожелание провалиться в тартарары). Аристотель предполагал, что высоко над землей и в холодной почве воздух «сгущается» и превращается в воду. Ближе всех подошел к реше­ нию вопроса другой античный ученый - Витрувий. Он считал, что в землю с поверхности просачиваются дождевые и талые снеговые воды, встретив под землей препятствие, они вновь возвращаются на поверхность в виде источников. В средние века эти идеи были забыты. Великий астроном Кеплер, например, рассматривал зем­ ной шар как живой организм, выделяющий воду во время проис­ ходящих в нем физиологических процессов1.

В настоящее время известны следующие способы образова­ ния подземных вод: просачивание осадков, выпавших на землю, конденсация водяных паров, поступивших по порам из атмосферы, образование водяных паров при остывании магмы на больших глубинах и конденсация их в верхних слоях земной коры. Основ­ ным видом питания подземных вод зоны активного водообмена является инфильтрация (просачивание) атмосферных осадков. В песчаных пустынях большую роль играют воды, поступившие из атмосферы в виде водяных паров.

Теория, объясняющая происхождение почвенных и грунто­ вых вод в результате конденсации, вначале не принималась. Оп­

1Любопытно, что идеи «живой» планеты Геи снова возродились в XX в., более того, они стали весьма популярными как в самом конце XX в., так и в первом десятилетии XXI в.

46

поненты этой теории считали, что для того, чтобы оставить в поч­ ве большое количество влаги, нужно профильтровать через нее непомерный объем воздуха, надо, чтобы в порах почвы дул посто­ янный сквозняк, однако на самом деле движение воздуха в почве ничтожно. Советский ученый А.Ф. Лебедев показал, что для зна­ чительной конденсации водяных паров совсем не требуется силь­ ной циркуляции воздуха; для этого достаточно разницы между уп­ ругостью водяных паров наружного воздуха и упругостью водя­ ных паров в почвенном воздухе, которая может быть различной на разных глубинах. Следовательно, водяной пар перемещается сам.

Любопытно, что способ получения влаги из росы пришел к нам из библейских мифов: «божью» росу пили путешественники в пустыне, когда Моисей вел иудейский народ к светлому будуще­ му. А вот уже исторический факт. В начале XX в. в г. Феодосии, в Крыму была найдена система гончарных труб. Две тысячи лет на­ зад они питали росяной водой 114 фонтанов. Когда проследили, откуда идут трубы - оказалось, что с горы высотой 320 м. Там было 13 больших куч из камней, которые представляли собой воз­ душные колодцы для конденсации росы. Ученые подсчитали, что каждые сутки можно было получать 700 тыс. литров чистейшей воды'.

В почво-грунтах вода находится в следующих формах. 1.

Химически связанная, она входит в состав минералов. 2. Гигроско­ пическая - обволакивает частицы грунта микроскопическим сло­ ем. 3. Пленочная - поверх гигроскопической. Подчеркнем, что все три формы недоступны для растений. 4. Капиллярная - занимает капилляры в почвах и грунтах. Благодаря свойству капиллярности вода поднимается от уровня неглубоких грунтовых вод к корням растений, а также удерживается в корневой зоне, просочившись в нее после выпадения дождя. 5. Гравитационная вода просачивает-1

1 В наши дни в израильских городах и других поселениях можно увидеть об­ ломки полиэтиленовых труб и подчас другой строительный мусор, вкопанный рядом с деревьями. Цель - сбор росяной воды, которая питает растения.

47

ся в жидком виде и циркулирует под действием силы тяжести. Также используется растениями. 6. Парообразная. 7. Вода в твер­ дом состоянии - в областях сезонной и многолетней мерзлоты. Заметим, что две последние формы могут переходить в жидкое со­ стояние.

Скорость движения подземных вод, как правило, незначи­ тельна. Зависит она от структуры горных пород, которая опреде­ ляет водопроницаемость, и от уклона. Формула (или закон) Дарси имеет следующий вид: V = Ki, где V - скорость (см/с), К - водо­ проницаемость или коэффициент фильтрации (см/с), i - уклон.

Вода под землей, как и на поверхности земли, повинуется за­ кону всемирного тяготения и течет поэтому, как правило, по на­ клону водоносных слоев, с высокого места в низкое. Еще не так давно скорость и направление движения грунтовых вод были пол­ ной загадкой. О них судили по косвенным данным, например, по наблюдениям за уровнем воды в группе колодцев1. Во второй по­ ловине XX в. при помощи растворимых красителей и особенно ра­ диоизотопов стали наблюдать за движением грунтовых вод на больших расстояниях. Но и сейчас часто специалисты не знают, где начало и где конец движения глубинных подземных вод.

Среди классификаций подземных вод наибольшее значение имеет классификация по условиям залегания. Выделяют: 1. Воды зоны аэрации: почвенные воды и верховодка (временное скопление подземных вод над местным водоупором). 2. Грунтовые воды - подземные воды первого от поверхности постоянного водоносного горизонта, т.е. залегают они на первом водоупоре. 3. Межпласто-1

1 И сейчас наблюдения за уровнем воды в колодцах имеют важное значение. Подчас происходят, на первый взгляд, загадочные явления. Так, несколько лет назад в разгар зимы автор наблюдал заметное повышение уровня воды в одном из колодцев Уктуса. Причина «аномалии» оказалась прозаической: примерно в полу-километре произошла авария на водоводе, питающем Химмаш. Сам факт повышения уровня воды в колодце говорит о масшабе аварии.

48

вые воды - залегают между двумя водоупорными пластами, при­ чем выделяют ненапорные и напорные (артезианские) воды.

Интересен вопрос о временах года под землей: они не одни и ге же на поверхности и в грунтах. Например, в Ленинградской об­ ласти на глубине 3 м самый теплый момент года приходит с опазданием в 76 дней, а самый холодный - с опозданием в 108 дней. Для более глубоких слоев грунта опоздания будут еще более зна­ чительными, а на некоторой глубине колебания затухают совер­ шенно. Незадолго от трагической гибели от революционного тер­ рора А. Лавуазье поместил в подвал Парижской обсерватории (глубина 28 м) термометр и примерно два столетия он показывает одно значение: +11,7°. Любознательный читатель может сопоста­ вить эту температуру со среднегодовой для Парижа.

Знание расположения зеркала подземных вод имеет большое практическое значение (при рытье колодцев, бурении скважин). В средние века специалисты-водоискатели использовали ивовую ветку в форме рогатки (отсюда название - лозоходцы), причем часто результаты поисков были положительными. В начале XX в. в Англии был поставлен интересный эксперимент с целью уста­ новления сравнительной эффективности поисков вод: методом ло­ зоходцев и научным, с использованием гравиметрических прибо­ ров. Специалисты с веточками указали воду в четырех случаях из десяти, а гидрогеологи показали вдвое лучший результат. Тем не менее, лозоходство и его модификации стали весьма популярными во второй половине XX в.1

По температуре выделяют холодные и термальные подзем­ ные воды. Наиболее интересны термальные воды, их температура - от 20 градусов и выше. В районах современного вулканизма (Камчатка, Исландия) термальные воды проявляются в виде гейзе­

1Вероятно, правильнее не категорически отрицать методы лозоходцев, а иссле­ довать их научными методами. Любопытно, что известный на Урале геолог А.Малахов верил в лозоходчество и, более того, демонстрировал нам, студентам геобиофака, рамку - по сути, аналог рогатки.

49

ров и паровых струй (вскрытые скважинами на глубинах 500 - 1000 м имеют температуру 150 - 250 градусов). В горных странах (Альпы, Кавказ, Тянь-Шань, Памир и др.) термальные воды обра­ зуют многочисленные горячие источники (температура до 50 - 90 градусов). В артезианских бассейнах воды с температурой 70-100 градусов вскрываются на глубине 2000 - 3000 м.

По поводу образования и периодичности гейзеров существу­ ет немало гипотез. Но ни одна из них не дает вполне удовлетвори­ тельного объяснения. В общих чертах это явление природы выгля­ дит так. Грунтовые воды атмосферного происхождения скаплива­ ются в подземном резервуаре, образовавшемся в скалистом грунте. Узкая скважина соединяет резервуар с поверхностью земли. Тре­ щины от него уходят вглубь Земли. Воду в резервуаре постоянно нагревают горячие газы и пары ювенильной воды (т.е. подземной воды, впервые поступающей из глубин Земли в подземную гидро­ сферу). Так как давление у дна резервуара намного выше атмо­ сферного, температура кипения здесь значительно больше 100 градусов. Вода нагревается, но не кипит. Образовавшийся пар вы­ талкивает перегретую воду по скважине вверх. Как только давле­ ние перегретой воды уменьшается (поскольку она оказалась вы­ ше), вода разом вскипает и обращается в пар. На поверхность вы­ рывается мощный фонтан из смеси горячей воды, пара, а иногда и газов, воспламеняющихся при соприкосновении с воздухом. После такой вспышки давление в подземном бассейне понижается, и весь процесс начинается снова.

В последние десятилетия изыскания геологов нередко спо­ собствовали образованию техногенных гейзеров. Так, бывшая глу­ бокая скважина, незаглушенная геологами, может дать начало гей­ зеру в тех районах, где им быть не положено. Например, так обра­ зовалась Новоселовская Солянка - горячий таежный гейзер в Таборинском р-не Свердловской области: круглая дымящаяся чаша диаметром около 30 м с клокочущей водой (температура около 40°). Причем эта вода лечебная: богата бромом, йодом, органиче­

50