У гидрологии — науки о воде — древнейшая история, а неразгаданных загадок и тайн в ней столько, что они до сих пор повергают ученых-экологов в смятение.

Первая из них, пожалуй, та, что это вещество — единственное на Земле— всегда выступает в трех «лицах» — жидком, твердом и газообразном. Отсюда удивительная экологическая гибкость, пластичность воды. Она чутко реагирует на любое погодное, климатическое, экологическое изменение, выступая всякий раз в новом внешнем облике: лед, снег, иней, туман, облака, дождь, град, радуга…

И это не капризы баловливой модницы, не карнавал всуе, а суровая служба одной из главных держательниц экологического равновесия на Земле. 

Если представить нашу планету в виде живого организма (а это так и есть), то роль кровеносной системы в нем выполняет вода. Под тяжестью собственного веса и воздействием температуры воздуха она движется по ручьям и рекам, стремглав падает с горных кряжей, создает горизонтальные и вертикальные течения в морях и океанах, что ведет к установлению температурного, кислородного, питательного равновесия во всех водоемах и на суше.

Роль главного двигателя воды выполняет, конечно, Солнце. За одну минуту оно испаряет на Земле до миллиарда тонн воды. Каждую минуту миллиард тонн водяного пара вместе с восходящими потоками нагретого воздуха поднимается в верхние слои атмосферы и, охлаждаясь там, конденсируясь в мелкие капельки, образует дождевые облака, которые проливаются на землю, давая живительную влагу посевам, лесам, садам.

Еще одна особенность воды — ее удивительная теплоемкость. Она в 3300 раз выше теплоемкости воздуха. В мире нет ни одного другого вещества, у которого удельная теплота испарения была бы больше, чем у воды. Вот почему она незаменима в паровых турбинах электростанций, в цилиндрах паровых двигателей.

Незаменима она и в природе. Высокая теплоемкость делает воду главным аккумулятором солнечной энергии. Более того, вода преобразует ее в тепловую и распространяет по всей планете. Накопленное летом в морях и океанах тепло морские течения переносят из южных в северные районы земного шара, прогревая на пути воздух и воду, смягчая и выравнивая климат в этих широтах. Теплые потоки наиболее мощного течения Гольфстрим омывают берега Европы, достигая ее самых северных окраин. Благодаря этому страны Скандинавии и Мурманск имеют порты, свободные от льда круглый год.

Извечный круговорот воды обеспечивает климатическое и экологическое равновесие биосферы. Не будь такого круговорота, наши реки и озера загнили бы в застое, а поля, луга, леса не получили бы влаги и погибли.

Правда, в биосфере, кажется, есть «ахиллесова пята» — слишком тонка струйка пресной воды, а именно в ней — колыбель и эликсир жизни большинства животных и растений. Жутко представить: на долю пресной воды приходится всего-навсего менее трех процентов Мирового океана. Причем большая часть этой струйки закована во льдах Северного и Южного полюсов, в горных ледниках. Вторая ее часть задействована в промышленном и аграрном производстве, на транспорте. Человечеству для повседневного обихода остается где-то 0,3—0,5 процента пригодной для использования воды.

Существует действительно патовая ситуация: воды много и воды — нет. Что это означает? Хилость экологического равновесия или, наоборот, его необычайную упругость? Вопрос философский и, естественно, требует философского ответа. Представим стержень всей жизни и ее экологическое равновесие в виде туго натянутого каната. Одна из его нитей — вода. Казалось бы, изыми ее — и канат порвался. А парадокс в том, что изъять ее невозможно — не позволяют другие нити. Живые организмы в борьбе за существование найдут воду где угодно; от глубоких подземелий (корни растений) до космоса (микробы). В свой книге «Проблемы воды на земном шаре» Р. Фюрон приводит следующие данные о проникновении корней в почву:

Луговые злаки — 0,3 м.
Клевер, люпин — 1,5—2,5 м.
Кукуруза, пшеница, рожь, картофель, ячмень — около 2м.
Береза — 1,2 м.
Дуб, сосна — 2м.
Вяз, клен — 2,2 м
Белая акация — 3,5 м.
Виноградная лоза — в среднем 6,7 м.
Люцерна — от 10 до 15 м.
Тамариск — до 30 м.

Сорные растения способны проникать в почву глубже. Скажем, корни полевого вьюнка можно найти на глубине до 4 м, а бодяка, горчака розового и некоторых других — до 6 м. Вот почему их почти невозможно выдворить из огородов. Корни люцерны в зависимости от засушливости года могут пробурить грунт на глубину до 21 м. Но рекорд в этом деле поставила акация, которая выросла в Юго-Западной Африке. Ее корни шахтеры нашли на глубине… 68 метров!

Вторая часть каната жизни — растения, которые абсорбируют соленую воду. Это своеобразные живые драги, которые поглощают из минерализованной или загрязненной воды любые примеси вплоть до тяжелых металлов, делая ее относительно чистой. Особенно много таких растений среди водорослей. Они способны концентрировать в себе в 10 раз больше химических веществ, чем сама вода. В конечном счете она очищается, а водоросли становятся источником редких металлов и элементов, чем пользуются многие страны.

На этом не кончается сила пресной струйки. Главная ее мощь — в глобальном кругообороте воды. В течение года с каждого квадратного километра Земли испаряется в среднем 1033 миллиметра воды и столько же выпадает в виде атмосферных осадков. Но эти осадки — в основном из океанов, то есть из соленой воды, освобожденной от всех примесей в процессе испарения. Механизм этот действует исправно и безостановочно, если ему не мешают антропогенные факторы. В результате кругооборота пресные воды возобновляются в атмосфере каждые 9 суток, в реках — за 12 суток, в почве — раз в год. Примечательно, что в годовом влагообороте участвует всего лишь 37 тысячных доли процента всей массы гидросферы.

Иными словами, человечество и биосфера обладают колоссальными водными резервами, которые составляют их неприкосновенный запас. Для обновления подземных вод требуются сотни тысяч и даже миллионы лет (это зависит от глубины залегания и интенсивности водообмена), для обновления ледников — 8 000 лет. Океан обновляется в среднем за 3 000 лет. Это, однако, не должно вызывать беспечного отношения к воде. Хозяйственная деятельность человечества с использованием воды достигла ныне таких объемов, что баланс влагооборота как местный или региональный, так и планетарный качнулся в сторону ухудшения экологической ситуации.

Не меньше особенностей и во внутреннем состоянии воды. Ее молекулы, чрезвычайно простые по своему строению, обладают поистине исполинской силой благодаря межмолекулярному притяжению за счет дополнительных водородных связей. В этом смысле сила и упругость воды не имеют себе равных. Под давлением она режет сталь лучше алмаза и лучше любого насоса поднимает питательные вещества от корней до вершин деревьев на десятки метров.

Солнцу приходится затрачивать очень много энергии, чтобы разделить молекулы воды и превратить ее в пар. Простое восприятие объемов этой энергии — 2,2 х 10 Дж — обычным сознанием не воспринимается. Но только одно сравнение дает впечатляющую картину: число 2,2 х 10 равносильно энергии, которую могут выработать 40 миллионов электростанций мощностью по миллиону киловатт каждая. Говоря точнее, такое количество энергии Солнце ежеминутно обрушивает на Землю и можно только представить, что с нею стало бы, если бы не вода! Сгорела бы наша планета, как спичка! Вода обеспечивает ее экологическую защиту.

На этом не кончается экологическая служба воды. И на региональном уровне она выступает чутким, безопасным стабилизатором всех перемен в окружающей среде. При охлаждении вода уплотняется, но только до определенного предела. Он наступает при температуре +4°С. Почему именно эта отметка дает наибольшую плотность воды, для науки пока загадка. При снижении температуры ниже +4°С плотность воды уменьшается. А посему при температуре —1°С она замерзает, разумеется, сверху, прикрывая нижние, более плотные слои своей массы от замерзания. В этом «коридоре» — между льдом и дном — вся водная фауна и флора получает безопасное убежище на период суровых зимних морозов. Более того, на глубинах, в так называемых зимовальных ямах озер и рек, благодаря ледовому панцирю сохраняется летняя температура и там даже теплолюбивые рыбы, скажем, сазан, карп получают «жилплощадь» под безопасное выживание зимой. Так природа благодаря воде позаботилась о сохранении и продлении жизни многих видов водной живности и растительности.

По-иному ведет себя вода в морях и океанах. Там «карты» морозу путает соль. Благодаря ей барьер замерзания меняется. С понижением температуры уплотнившаяся вода верхнего слоя моря и океана тяжелеет и опускается вниз, забирая с собой драгоценный кислород, так нужный обитателям глубин, а менее охлажденная и менее плотная соленая вода глубин (выше знаковой отметки +4°С!) поднимается вверх. Полезных результатов множество: обитатели глубин получают жизнь — кислород! Осевшие на дно морские растительные и животные остатки вертикальными потоками поднимаются к поверхности, давая пропитание ее обитателям. В итоге даже в суровые времена жизнь морей и океанов продолжается. Образец экологического баланса!

Наконец, еще одна загадка воды (а сколько их еще не разгадано?!): при замерзании в трещинах камня или в закрытом сосуде вода может создавать давление до 2400 атмосфер. На такое не способны даже артиллерийские и танковые пушки или фугасные снаряды. Поэтому не удивляйтесь, когда под ударами морозов рвутся, как паутина, оставленные на зиму неприкрытыми водопроводные и водосточные трубы, разлетаются на куски не только стеклянные банки, но и водонапорные башни. Это экологическое послание—возмездие воды нерадивым хозяйствам и коммунальщикам. Вода разрушает скалы, горы, меняет ландшафт, изменяя климат. Вот что такое голубое чудо биосферы!

Автор: (c) Павлов С. Е. 1999
Источник:  http://clubhome.narod.ru