Запасы и роль воды в биосфере

В определении жизни, данном Онсагером и Моровицем. «Жизнь есть свойство материи, приводящее к сопряженной циркуляции биоэлементов в водной среде, движимой в конечном счете энергией солнечного излучения по пути увеличения сложности» самое основное – утверждение, что жизнь возможна только «в водной среде». Необходимостью этого условия можно объяснить то, что из всех планет Солнечной системы жизнь существует, по-видимому, только на Земле, поскольку лишь на ней присутствует вода в жидком виде.

Все функционирующие живые системы состоят в основном из воды в жидкой фазе. В наземных растениях, в частности, содержится до 85–95 % воды. Она – важнейшее составляющее любой живой клетки. Биохимические реакции протекают в воде, поскольку большинство органических соединений из биологического подмножества водорастворимы. На заре возникновения жизни летучие органические соединения рассеивались в атмосфере, распадаясь под действием лучей солнца. Те, что не растворялись в воде, погружались на дно водоемов. В воде остались преимущественно водорастворимые органические вещества, они и участвовали в дальнейшей эволюции жизни.

Древнейшие следы жизни обнаруживаются именно в осадочных породах, то есть в веществе, осевшем на дно бывших морей и океанов. На сушу жизнь вышла около 600 млн. лет назад – сравнительно недавно в геологическом понимании времени. Первыми сухопутными «жителями» стали, по-видимому, бактерии и грибы, а затем примитивные растения. После растений на сушу из гидросферы вышли наши древние предки – амфибии. Из океана они словно захватили, унесли внутри себя и передали нам частичку былой среды – морской воды. Доказательство тому – удивительное сходство соотношения основных химических элементов в крови обитателей суши и в морской воде. Во время второй мировой войны хирурги, оказавшись без донорской крови, успешно использовали разбавленную морскую воду (кровезаменитель – раствор Квентона).

Эмбрион на 97 % состоит из воды. В младенческом возрасте ее количество сокращается до 86 %. У взрослого человека оно не превышает 60 %. Основная часть воды – 70 % – сосредоточена в клетках, а 30 % – это внеклеточная вода. Особенно много воды в крови – до 90 %.

Функции воды – питьевая, технологическая, сырьевая, энергетическая, транспортная, теплорегулирующая, санитарно-гигиеническая.

Вода обладает уникальными и аномальными свойствами по сравнению с остальными веществами земного происхождения, например термодинамически – теплоемкость, константы парообразования и кристаллизации – и физико-химическим – вязкость, достижение максимальной плотности при 4° С, несжимаемость, высокий коэффициент поверхностного натяжения, плавучесть льда, растворяющая способность, возможность формирования щелочной, нейтральной и кислой среды.

Объем воды Мирового океана превосходит объем суши, расположенной выше его уровня, примерно в 13 раз. Если объем воды, заключенной в Мировом океане, распределить равномерно по земной поверхности, то она окажется покрытой слоем воды глубиной 2600 м. Значительное количество воды сосредоточено в подземных горизонтах. Существует много вариантов оценок этой массы. Но их точность намного ниже точности оценки массы воды в Мировом океане. Поэтому и данные по массе подземных вод, представленные в табл. 6.5, можно считать лишь весьма приблизительными. С глубиной температура земной коры растет, увеличивается и температура подземных вод, а на значительных глубинах вся вода вообще переходит в пароводяную смесь.

Обычно подземные воды образуют многоэтажное строение – целую серию водоносных горизонтов, расположенных друг под другом. Водоносный горизонт – это скопление воды в грунте над каким-либо водоупором, то есть над непроницаемым или плохо проницаемым для воды природным образованием – базальтом, глиной и т.п.

Положение уровня грунтовых вод (расстояние от поверхности почвы) зависит от многих причин. Он изменяется по временам года. Летом, когда мала влажность воздуха и нет затяжных дождей, он понижается, осенью поднимается. То же может произойти и весной за счет таяния снегов, паводков на реках и дождей. Уровень грунтовых вод может колебаться и в течение суток из-за отбора воды из колодцев.

Еще одной значительной по массе частью гидросферы являются ледники и снежники. В ледниках содержится наибольшее количество пресной воды – 69 % всех мировых запасов, особенно много ее в ледниковом щите Антарктиды (около 62 %).

По сравнению с запасом вод Мирового океана снежно-ледовые образования, подземные и почвенные воды, воды рек и озер составляют малую долю. Однако их роль в биосфере ничуть не меньше. Связано что с тем, что в функционировании экосистем на планете основную роль играет не только запас воды, но интенсивность ее движения в круговороте. И такой термин, как «водные ресурсы», чаще всего связывают с интенсивностью участия воды в какой-либо структуре се круговорота, например в речной сети.

Важность такой составляющей гидросферы, как почвенные воды, подчеркивает тот факт, что водоемы, сосредоточив подавляющий запас воды и занимая большую часть поверхности Земли, производят лишь 39 % первичного органического вещества. Остальной 61 % производится на суше. Продуктивность тропических морей ограничивается недостатком питательных веществ, приполярных - недостатком света.

Вопрос 35