Вода - "сок жизни на Земле"

доктор географических наук Д. Я. Фащук
Сок жизни на Земле


<...>

Кругом вода

Вода Земли имеет внутрипланетарную природу. По оценкам отечественных и американских учёных, сделанных в 1950–1970-х годах, основная масса нынешней гидросферы сформировалась к началу палеозоя (570 млн. лет назад), но постоянный приток мантийных вод продолжается и ныне со скоростью 1 мм в 1000 лет. Сегодня общее количество воды в воздухе, на поверхности планеты и в её коре составляет, по оценкам разных авторов, от 2420 до 2720 млн. км3. 

Верхняя граница гидросферы располагается на высоте около 300 км и практически совпадает с верхней границей атмосферы. Вода здесь находится в виде пара, капельно-жидкой влаги (то есть облаков) и кристаллов льда. Запас влаги в атмосфере (0,013 млн. км3) составляет всего 0,0005% от её общего количества в гидросфере. Впрочем, легко плывущие по небу пушистые белые облака нельзя назвать невесомыми: один кубический километр этого „пуха“ содержит 2000 тонн чистейшей природной водицы!

Поверхностные воды Земли, общим объёмом 1,45 млрд. км3, располагаются от максимальных глубин океана (Тихий океан, Марианский желоб, 11 022 м) до максимальных высот высокогорных снегов (Большие Гималаи, Эверест, 8848 м).
Немалая часть гидросферы находится в земле — это грунтовые (до глубины 0,1 км) и поровые (до 1,5–2 км) воды земной коры (66–100 млн. км3), которые пополняются за счёт поверхностных вод и вод атмосферы.
 
На глубинах более 5–10 км начинается загадочное царство сверхкритической воды, имеющей эндогенное происхождение.

Ещё в 1942 году В.И. Вернадский совершенно справедливо полагал, что общий объём вод в земной коре (в том числе, и в связанном состоянии — в минералах) сопоставим с объёмом вод всего Мирового океана. 

Земные недра до глубин 20–25 км по разным оценкам содержат 1–1,3 млрд. км3 влаги, а в слое 25–70 км её не менее 0,6 млрд. км3. 

Кроме того, в мантии Земли до глубин 2700 км может быть сосредоточено ещё 28 млрд. км3 воды.

Полагают, что на больших глубинах (до 60 км, а под зонами разломов в океане — до 100 км) вода из мантии поступает в астеносферу в виде летучих гидридов щелочных металлов и легкоплавких силикатов, которые затем дегидратируются в пары воды и задерживаются в зонах океанических разломов.
 
Так в природе формируется подстилающая „дренажная оболочка“ — нижняя граница гидросферы, которая располагается глубоко в недрах нашей планеты. Мощность её под материками достигает 12–15 км, а под океанами — 3–5 км. По расчётам, под каждым квадратным метром суши содержится от 300 до 700 тонн водных растворов и пара, а под квадратным метром океана — в два-три раза меньше.

< ... >

Великое явление природы

Трудно не заметить, что в ходе развития представлений о природе воды на Земле исследователи были единодушны в одном: эта жидкость обладает удивительным даром настоящего географа, постоянно путешествует или совершает глобальный круговорот. Согласно современным представлениям, вода путешествует по четырём основным направлениям: испарение с поверхности суши и океана, влагоперенос в атмосфере, атмосферные осадки и влагоперенос на суше — сток речных, поверхностных, подземных вод.

Продолжительность полного цикла в системе „океан-атмосфера“, если его рассматривать как отношение объёма воды в Мировом океане к скорости испарения с его поверхности, составляет 4000 лет. Если бы вдруг в течение года Мировой океан не получал пресную воду в виде осадков и континентального стока, то за это время в результате испарения его уровень мог бы снизиться более чем на один метр. С поверхности океанов влаги испаряется в семь раз больше, нежели с поверхности суши, а осадков над океаническими акваториями выпадает в четыре раза больше, чем над материками.

Как мы уже упоминали, запасы воды в мантии и коре Земли, по современным оценкам, в 25 раз превышают её количество в гидросфере планеты. В базальтовых породах мантии, например, содержится 5–7% воды. После её дегазации при вулканической деятельности, выветривании пород, выходе ювенильных вод из рассолов на дне океана в гидросферу может попасть до 7% воды из недр планеты (эти воды так и называют — эндогенные воды). При этом предполагают, что столько же воды должно пропадать в результате фотолиза — разложения в высоких слоях атмосферы молекул воды под действием солнечного излучения на более тяжёлые молекулы кислорода, возвращающиеся в атмосферу, и лёгкие молекулы водорода, уходящие в космос. Таким образом, ещё в середине XX века были высказаны предположения о том, что наша планета представляет собой не замкнутую, а открытую термодинамическую систему.

С позиций альтернативной гипотезы замкнутого гидрологического цикла, причина наблюдаемого сегодня роста уровня Мирового океана со скоростью 1,5 мм/год, или ежегодного увеличения объёма его вод на 540 км3 (более двух годовых стоков Дуная), состоит в сокращении водных запасов континентов: 67% — вследствие уменьшения массы ледников, 22% — за счёт падения уровня подземных вод и 10% — за счёт сокращения объёма вод бессточных озёр.

Однако уже в конце 1980-х годов были обработаны новые результаты многолетнего морского глубоководного бурения (1968–1989 гг.) американского судна „Гломар Челенджер“ (600 скважин): в осадках и базальтах дна Атлантического, Индийского и Тихого океанов найдены разновозрастные (от 140 до 5 млн. лет) образования на глубинах 300–1000 м ниже дна, или на 1800–5000 м ниже уровня моря (186 скважин), характерные только для мелководных районов океана. Некоторые исследователи считают это открытие бесспорным свидетельством грандиозного опускания дна океанов за прошедшие 70–140 млн. лет. Его рассчитанная скорость составила 0,605 мм/год, а так как катастрофического осушения континентов за это время не произошло, то есть основания полагать, что в рассмотренный период такой же была и скорость поступления эндогенных вод. Таким образом, получается, что за последние 60 млн. лет на поверхность планеты из её недр поступило 2,2 млрд. км3 воды. Из них 0,1 млрд. км3 ушёл на увлажнение морских осадков и биосферы, а 0,5 млрд. км3 — разница с современным объёмом гидросферы — утрачена при фотолизе, скорость которого, как полагает автор гипотезы океанизации Земли В.В. Орлёнок, составляет 7,2 км3/год.

В рамках гипотезы открытого гидрологического цикла, современный рост уровня вод Мирового океана связан не только с таянием снегов и ледников из-за потепления климата — оно даёт прирост уровня лишь 0,7 мм/год, но и с эндогенным поступлением воды в виде продуков вулканизма и в других формах (0,78 мм/год, или 370 км3). Этот фактор, будучи по величине годового вклада в круговорот воды весьма незначительным, в геологическом масштабе времени всё же определяет направление эволюции земной гидросферы. Таким образом, есть надежда, что гипотетический новый „Всемирный потоп“ на Земле в результате глобального потепления в ближайшее время нереален.

( Химия и жизнь ХХI век, 2007, 5, С. 48-51)