Евгений Никитин - Шагреневая кожа Земли: Биосфера-почва-человек
Последующие разделы книги посвящены изложению разрабатываемого нами учения об экологических функциях биосферы и почвенного покрова как узла планетарных связей. Именно знакомство с этими функциями убеждает нас в справедливости исходной посылки: Земля — единый организм.
«Кровь» Земли
В свое время выдающийся гидролог и почвовед Г.Н. Высотский назвал воду, содержащуюся в почве, ее кровью. С полным основанием мы можем именовать гидросферу нашей планеты кровью Земли. Сейчас уже однозначно доказано, что вода в жидкой и газообразной фазах оказывается главным действующим «лицом», приводящим в движение планетарнобиосферный организм и определяющим взаимодействие его различных компонентов.
Именно знакомясь с тем, как контактирует водная оболочка с другими составляющими биосферы (почвой, нижними слоями атмосферы, земной корой, живым веществом — совокупностью организмов планеты), мы убеждаемся в том, что все существующее на Земле завязано в одно целое. Особенно тесна связь водного и воздушного океанов. Поэтому охарактеризуем прежде всего основные атмосферные функции гидросферы, обратив внимание вначале на климатоформирующую роль водной оболочки, в первую очередь Мирового океана.
Удивительно, но факт, что, хотя воздушная оболочка Земли находится ближе к нашему светилу, аккумуляция солнечного тепла и последующая трата его на метеоролические процессы осуществляются главным образом гидросферой, а не атмосферой. Так, вклад Мирового океана в содержание тепла в воздухе примерно в 120 раз больше вклада самой атмосферы. Объясняется это просто: солнечное тепло поглощают и воздух, и вода, но общая масса водной оболочки во много раз больше воздушной. К тому же у воды сама способность аккумулировать тепло (ее теплоемкость) в 4 раза выше, чем у воздуха. Поэтому не случайно, что общее количество солнечной энергии, накапливаемой в течение года океаном, измеряется колоссальной величиной — 29,7 * 1019 ккал, что составляет почти 80 % всей радиации, достигающей поверхности Земли (36,5 * 1019 ккал). В результате Мировой океан оказался главным аккумулятором солнечного тепла на планете — в нем содержится 76–1022 ккал тепла, что многократно больше того количества тепловой энергии, которое ежегодно поступает от Солнца на Землю (Кан, 1982).
Гидросфера Земли определяет не только общую энергетическую подзарядку воздушной оболочки. От нее тесно зависят многие Конкретные метеорологические явления: осадки, облачность, перемещения воздушных масс и др. Воздушная среда, и прежде всего ее надокеаническая часть, вносит определяющий вклад и в возникновение экстремальных явлений. Ярким примером могут служить мощные тропические циклоны. Установлено, что циклоны средней силы только за сутки выделяют энергию, равную примерно 5*109 Дж, что эквивалентно энергии 500 тыс. атомных бомб, сброшенных на Хиросиму и Нагасаки. За 10 дней существования такого циклона высвобождается энергия, достаточная для удовлетворения энергетических потребностей такой страны, как США, в течение 600 лет (Кан, 1982).
Природа тропических циклонов достаточно сложна, но одной из важных причин их зарождения оказывается повышенная температура верхнего слоя океана, определяющая количество пара, поступающего в атмосферу.
В отношении воздушной оболочки гидросфера выполняет еще одну важную функцию — она оказывается одним из регуляторов ее газового состава и во многом определяет содержание в воздухе кислорода, углекислого газа и других летучих компонентов. И опять на первое место по влиянию выходит Мировой океан, который, в частности, способствует сохранению оптимального содержания CO2 в атмосфере. Дело в том, что морская вода в состоянии связывать значительную часть избыточного количества углекислоты, в результате чего CO2 в океане оказалось в 60 раз больше, чем в атмосфере. Для благополучия биосферы данная способность океана имеет исключительное значение. Ведь если произойдет, например, двукратное увеличение CO2 в воздушной оболочке, то средняя температура поверхности Земли может вследствие парникового эффекта повыситься на 2–4 °C, что вызовет сильнейшее глобальные изменения климата. Произойдут таяние льда, подвижка природных зон и другие негативные явления.
Такая мрачная перспектива весьма реальна, если человечество не обуздает свой безумный норов. Но, увы, пока этого не происходит. По-прежнему в атмосферу в результате хозяйственной деятельности поступает избыток CO2 и других парниковых газов, а поверхность водной оболочки сильно загрязняется, что затрудняет ее нормальный газообмен с атмосферой. Масштабы загрязнения весьма значительны. Ежегодно в океан попадает порядка 6 млн т нефти и нефтепродуктов. А достаточно 25 млн т нефти, чтобы вся поверхность Мирового океана могла покрыться пленкой в одну десятую микрона (Залогин, 1983).
Водная оболочка играет значительную роль в эволюции атмосферы.
Появление сотни миллионов лет назад воздушной среды с высоким содержанием кислорода было связано вначале с фотосинтетическими морскими организмами, жизнедеятельность которых в течение многих миллионов лет способствовала накоплению огромных запасов кислорода в атмосфере и появлению в ней защитного озонового экрана. И сейчас эти организмы одни из основных поставщиков кислорода в атмосферу.
Не менее значительно и впечатляюще влияние воды на формирование почвенной оболочки (педосферы) и каменной оболочки (литосферы), в связи с чем обособляются педосферные и литосферные функции гидросферы. Среди этих функций выделяются размельчение, растворение и перемещение водными потоками веществ почвенной и каменной оболочек. Масштабы данных процессов поразительны. Достаточно сказать, что, по данным А.П. Лисицына, только реками ежегодно выносится с континентов более 25 млрд т вещества, мобилизованного на водоразделах. Кроме того, значительный объем работы по перемещению, измельчению и растворению твердого вещества выполняет Мировой океан за счет размывания берегов, донной эрозии, переотложения находящихся в нем осадков и др.
Указанные выше процессы значимы не только сами по себе. Они важны также тем, что создают предпосылки для проявления других ответственных функций водной оболочки, направленных на формирование полезных ископаемых, химических соединений и горизонтов педо- и литосферы и на поддержание взаимосвязей между ними.
Да, основательно потрудилась вода, чтобы на Земле возникли и существовали в развитой форме почвенная оболочка и литосфера. Но при этом она и сама не оказалась обделенной, поскольку в природе наблюдается принцип — долг платежом красен. Преобразуя почвы и породы, вода обогащалась выносимыми из них соединениями, которые накапливались в конечных водоемах стока, в морях и океанах.
В настоящее время в Мировом океане сосредоточилось более 46 миллионов миллиардов тонн минеральных веществ. Если распределить их ровным слоем по поверхности, то уровень материков повысится на 200 м. Поэтому не случайно мнение, что из океана человек может получать со временем почти все необходимые ему элементы (Федосеев, 1975).
Особняком стоят биологические функции гидросферы, проявление которых весьма многопланово: вода оказывается одной из важнейших сред жизни, участвует в построении тела живых организмов и поддержании обмена веществ в них, является фактором миграции и адаптации организмов. Теснейшая историческая связь живых организмов с водой закрепилась в их конституции и химическом составе. Как отмечал В.И. Вернадский (1987), «все организмы — и водные и наземные — представляют собой полужидкие, иногда жидкие водные коллоидные системы. Поэтому совершенно правильно с этой точки зрения определил их французский зоолог Р. Дюбуа как „оживленную“ или одухотворенную воду».
Подтвержается ли эта мысль расчетами среднего содержания воды в живых организмах? Да, и блестяще! В рыбах и моллюсках до 76 %, а в медузах до 95 % воды, в наземных травянистых растениях ее до 85 %, в сухопутных крупных млекопитающих около 60 %. И тело человека также состоит в основном из «оживленной» влаги: в зависимости от возраста в нем находится 58–66 % воды, а в крови еще больше — 79 %. Содержание воды зависит также от пола — в женщинах ее больше, чем в мужчинах.
Кроме того, отмечена тесная зависимость химии живых организмов от химии гидросферы, которая особенно наглядно проявляется при сравнении солевого состава крови человека и океанической воды. Посудите сами. Хлора в нашей крови содержится 49,3 % от суммы растворенных солей, и в водах Мирового океана примерно столько же — 55,0 %. Практически одинаково содержание натрия: в крови 30,0 %, в морской воде 30,6 %. По другим элементам данные также близки: калия и кальция в крови соответственно 1,8 и 0,8 %, в океанической воде — 1,1 и 1,2 %; кислорода в крови 9,9 %, в воде 5,6 %. Не случайно кровь на вкус солоноватая.
