Основы экологии

Так, следует указать на возможность триггерной роли человеческой психической энергии при Спитакском землетрясении 7.12.1988 г. Этому событию предшествовало усиление стрессового напряжения людей на данной территории. Интенсивность землетрясения 10,1 балла, магнитуда 6,8-6,9, погибло 25 тыс. чел., ущерб оценивается в 14 млрд. долларов, под угрозой оказалась АЭС.

Другой пример -- 7.12.1991 г. произошло Рачинское землетрясение с эпицентром в с.Хахет (интенсивность свыше 9 баллов, магнитуда 7) близ Южной Осетии, на территории которой затянулся грузино-осетинский конфликт.

2.3.4 Антропогенная активизация геоморфологических процессов

Геоморфологические процессы активизируются обычно при дорожном, жилищном и промышленном строительствах в горных районах, где могут развиваться оползни, обвалы, сели. Эти процессы в ряде случаев стимулировались на Кавказе. Так, в связи с сооружением перевальной дороги с тоннелем в районе Рокского перевала, дорога местами оказалась врезанной в прилегающий склон, а укрепление склонов было отнесено на вторую очередь работ, в результате возникла серия сходов селей и обвалов.

Сведение лесов и неумеренные выпасы скота на склонах нередко порождают условия для развития эрозии и схода лавин.

Специфические осложнения возникают при разработке нефтегазовых месторождений Западной Сибири. Расширение разведки и добычи в условиях сплошной многолетней мерзлоты порождает распространение антропогенных процессов -- активизации пучения грунтов, солифлюкции, термокарста. В результате магистральные трубопроводы своим влиянием захватывают полосу до 100 м шириной, термокарстовые воронки достигают 40 м в поперечнике и т.д. При современной тенденции к расширению добычи нефти и газа для распродажи за рубеж возникает угроза расширения неблагоприятных антропогенных процессов в регионе и разрушения равновесия в природных комплексах Сибири на площадях в сотни тысяч га.



2.4 Особенности антропогенных процессов

Основными особенностями антропогенных процессов, то есть процессов, запущенных или спровоцированных человеком, являются следующие.

Направленность -- протекание антропогенных процессов происходит в результате различных видов деятельности человека в диалоге «природа -- человек». Побудительным психологическим стимулом человеческой деятельности в этом направлении является получение экономических или личных «выгод», если эти процессы формируются преднамеренно. При этом, несмотря на развитие науки, зачастую при решении проблем, связанных с взаимодействием природы и человека, определяющей является перспектива получения сиюминутных, сравнительно кратковременных и частных выгод без учёта дальнейших последствий воздействия человека на ход эволюционного развития данного природного объекта и планеты в целом. Общую направленность человеческой деятельности в смысле воздействия на природную среду можно сформулировать как тенденцию к замене естественной среды обитания искусственной, техногенной. Такая тенденция наблюдается в энергетическом хозяйстве, промышленности, сельском хозяйстве.

Энергетической основой преднамеренно программируемых антропогенных процессов является преобразованная или выработанная человеком энергия с помощью созданной им техники. Использование для этой цели природных энергетических ресурсов (нефти, газа, угля, сланцев и др.) неизбежно сопровождается истощением природных месторождений полезных ископаемых, а также целой серией незапрограммированных антропогенных процессов: загрязнением среды, накоплением отходов и т.д.

Масштаб антропогенных воздействий к концу текущего тысячелетия становится всё более разрушительным. Характерно, что изучение повреждающих воздействий, производимых человечеством в отношении Земли, проводится односторонне. Изучается только грубая составляющая воздействия на твёрдые, жидкие и газовые земные оболочки.

До настоящего времени всё ещё остаются вне внимания учёных тонкие виды воздействия на Природу со стороны массовой поведенческой и психологической деятельности человечества. Систематическое отрицание активного функционирования психической энергии человечества и её интегрального воздействия на сейсмические процессы и геомагнитные вариации привело к ложным направлениям в становлении программ глобальной экологии. Разрушительная роль отрицательных психологических состояний человечества всё ещё не изучена и остаётся несущественной для Земли. Всё это происходит, несмотря на давно опубликованные прямые указания о воздействии психической энергии на земные процессы.

Скорости протекания антропогенных процессов на 5-6 порядков превосходят скорости природных процессов, а продолжительность их развития во столько же раз может уступать продолжительности протекания природных процессов (например, месторождения полезных ископаемых могут формироваться десятки миллионов лет, а вырабатываются человеком за десятки лет).

Если реакции живого человеческого организма на внешние воздействия сравнить со скоростью реакций Земли на антропогенные воздействия, то мы увидим громадные различия в масштабе скоростей. Допустим, чтобы отдёрнуть руку от горячего утюга, мы тратим 0,7-0,8 сек. Но для того, чтобы Земля отреагировала на то, что у неё вырван нерв или иной жизненно важный для неё орган в виде рудного ископаемого, -- в зависимости от обстановки требуется 80-150 лет. Поэтому на глазах многие антропогенные изменения в Природе незаметны, нам кажется, что ничего особенного не происходит.

Цикличность антропогенных процессов выражена относительно слабо. Обычно она связана с работой транспорта или является отражением цикличности процессов в природной среде.

Вторжение в природные круговороты вещества и энергии во всё возрастающих масштабах обусловлено научно-технической революцией и увеличивающейся мощностью технических средств воздействия на природную среду. Так, из природных круговоротов промышленностью изымаются колоссальные массы вещества в виде различных типов сырья и перераспределяются человеком по планете миллионами видов разной промышленной продукции и миллиардами тонн отходов.

Нарушение природных круговоротов вещества и энергии усугубляется тем, что техногенно мобилизованные вещества и энергии гибридизируются с природными процессами. Причём количество и повсеместность этих процессов (особенно в крупных урбанических зонах) нарастают. Результат этого явления непредсказуем. Но ясно одно, что приращение техногенного воздействия разом -- это очередной шок планете (не говоря уже о людях). Естественно, что шоковые реакции планеты -- это катастрофы.

Основным ресурсом планеты является запас закономерности, а не запас вещества и энергии. Ведь добытые вещества и энергии в общем остаются на Земле, но они изъяты из строгой закономерности геолого-геофизической среды в литосфере. Снижая эту закономерность планеты, человечество учиняет ей прямой разгром. Пора человечеству глубоко осознать, что Земля представляет собой живой организм.



ЛЕКЦИЯ 3. ПРИРОДНЫЕ ПРОЦЕССЫ И АНТРОПОГЕННЫЕ В ГИДРОСФЕРЕ

Существуют разные подходы к определению понятия гидросферы. Одна группа учёных считает правомерным относить к гидросфере только те сферы планеты (или части сфер), где в жидком, твёрдом или газообразном состоянии содержится несвязанная вода. Другие же считают возможным относить к ней также сферы (или их части), где несвязанная вода отсутствует, но компоненты воды входят в состав других химических соединений.

При первом подходе в состав гидросферы включается вся океаносфера, поверхностные части литосферы, ледники, реки и озёра, почвенные воды, воды болот и воды атмосферы. В этом случае нижняя граница гидросферы проводится в литосфере и приурочена к основанию водоносных горизонтов или нижнему пределу проникновения в толщу литосферы свободных гравитационных вод.

При втором подходе в состав гидросферы дополнительно включаются области распространения химических соединений, включающих в себя компоненты воды. Это позволяет нижнюю границу гидросферы проводить намного ниже, опустив её в недра Земли, включив в гидросферу всю земную кору полностью и приблизив границу к поверхности Мохоровичича.

Что касается верхней границы гидросферы, то она обычно проводится в верхней атмосфере.

Если подходить к гидросфере, как к одной из природных сфер окружающей среды, то представляется целесообразным под гидросферой понимать только области распространения несвязанной воды, где она содержится в газообразном, жидком или твёрдом состоянии. То есть мы будем придерживаться первого из двух рассмотренных выше подходов. При этом имеется в виду, что гидросфера, взятая в пределах распространения свободных вод, не является замкнутой системой. Она разомкнута как на подстилающие слои литосферы (где вода находится в связанном состояния и при определённых условиях может переходить в свободное состояние и пополнять свободные воды гидросферы; возможны и обратные процессы связывания свободных вод гидросферы при переходе их в состав горных пород), так и на космическое пространство (за счёт диссипации водорода в космос и поступления воды в гидросферу в составе космической пыли и метеоритного вещества). Такая концепция не противоречит положению о единстве всех вод Земли, поскольку опирается на постоянный процесс водообмена.

3.1 Природные процессы в гидросфере

При рассмотрении процессов накопления, сохранения и динамики воды в земном пространстве три понятия являются центральными и неразрывно связаны друг с другом: гидросфера, круговорот воды и водный баланс. Суть этих понятий: 1) гидросфера -- одна из геосфер Земли, объединяющим веществом которой является несвязанная вода; 2) круговорот воды (влагооборот или водообмен) -- это динамическая характеристика гидросферы, совокупность процессов, присущих гидросфере и связывающих её воедино; 3) водный баланс -- количественное выражение круговорота воды.

В ходе геологической истории Земли формировались следующие круговороты воды, или влагообороты.

Геокосмический круговорот возник с началом образования Земли как планеты. Он представляет собой водообмен между Землёй и Космосом. Поступление воды и составляющих её элементов из межпланетного пространства на Землю происходит вместе с метеоритным веществом и космической пылью, и обратно -- из сферы притяжения Земли в Космос путём диссипации водорода (в сильно разрежённой верхней атмосфере под действием ультрафиолетовых лучей, когда скорость движения атомов водорода превышает 1/4 второй космической скорости: 11,2 : 4 = 2,8 км/сек).

Атмосферно-океанический круговорот существует, по-видимому, с архея, когда произошло разделение поверхности Земли на первичный мелководный океан и отдельные острова суши. Этот круговорот в основном слагался из процессов: испарения влаги с поверхности океана, переноса её с облаками и выпадения осадков снова преимущественно в океан. Такой тип круговорота продолжается и ныне: мы наблюдаем его, когда влагооборот осуществляется, не покидая акватории океанического пространства.

Атмосферно-континентально-океанический круговорот стал развиваться по мере становления и развития материков. Такой круговорот слагается из процессов: испарения влаги с поверхности океана и материков, облакообразования, переноса облаков, выпадения осадков в других местах суши или океана и стока (поверхностного и подземного) с суши в океан. Такой круговорот, в ранние геологические эпохи господствовавший на планете, ныне наблюдается в регионах, где развит ледниковый покров, а органический мир лишь начинает развиваться.

Атмосферно-литосферно-биосферно-океанический круговорот стал зарождаться с началом формирования органического мира и особенно после выхода растительности из океана на сушу. С развитием биосферы стало возрастать её участие в процессе круговорота воды, и в настоящее время этот тип круговорота воды на планете имеет доминирующее значение. Он представляет собой непрерывный процесс перемещения воды на Земле, происходящий под воздействием солнечной энергии и силы гравитации, и охватывает гидросферу, атмосферу, литосферу и живые организмы.

Скорость влагооборота в разных участках гидросферы различна. В атмосфере водяной пар заменяется 40 раз в год, или каждые 9 суток, здесь наблюдается наиболее высокая скорость обмена влаги. На испарение годового количества выпадающих из атмосферы осадков затрачивается 20% поступающей на Землю энергии, но столько же выделяется при конденсации соответствующего количества водяного пара. Поэтому круговорот влаги сопровождается круговоротом тепловой энергии.

Общее количество воды в реках меняется каждые 16 дней; в болотах -- 5 лет; в озёрах -- 17 лет; в подземных водах -- 1400 лет; в океанах и морях -- каждые 2600-3000 лет, причём полное перемешивание воды происходит за 63 года.

Наиболее медленно протекает обмен воды в ледниках: в горных районах каждые 1600 лет, а в ледниковых щитах -- каждые 15000-20000 лет.

Интенсивность влагооборота представляет собой частное от деления общего количества выпадающей за год воды на всю поверхность Земли на среднее содержание воды в атмосфере в газообразном, жидком и твёрдом виде. Интенсивность общего влагооборота Земли в современную эпоху характеризуется числом 38. Если принять эту величину за единицу, то по широтам северного полушария интенсивность влагооборотов будет иметь следующие значения

Отсюда видно, что минимальные значения интенсивности влагооборотов на разных широтах характерны для тропического и субтропического поясов (в связи с уменьшением годового количества осадков в этих широтах) и максимальные -- для умеренного пояса (благодаря увеличению годового количества осадков и влиянию западно-восточного переносов воздушных масс) и экваториального пояса (большое количество осадков при значительном испарении).

Водный баланс Земли представляет собой равенство, связывающее количество воды в виде осадков, поступающих на земную поверхность, и количество воды, испаряющееся с поверхности суши и Мирового океана за определённый промежуток времени, чаще всего в среднем за многолетний период (рис.3).



Рис. 3 Схема круговорота воды на Земле Цифры на рисунке -- значения соответствующих элементов мирового водного баланса в мм, без скобок -- в км3; 1 -- атмосферные осадки; 2 -- поверхностные воды; 3 -- испарение

В процессе циркуляции атмосферы осуществляется перенос влаги, что является причиной образования атмосферных осадков и способствует глобальному перераспределению атмосферной влаги.

Основной процесс, происходящий над океаном -- испарение воды, за счёт чего поддерживается на определённом уровне содержание водяного пара в атмосфере. При этом более 86% влаги поступает в атмосферу вследствие испарения её с поверхности Мирового океана и только 14% -- за счёт испарения с суши. Важной особенностью океанического звена круговорота воды является перенос огромных её масс морскими течениями, которые имеют существенное влияние на климат соответствующих акваторий и участков суши, вблизи которых они протекают. Эти течения переносят воды на три порядка больше, чем все реки суши. Связанный с течениями водообмен в 50 раз интенсивнее водообмена, обусловленного атмосферными осадками, выпадающими на поверхность океана.

Круговорот воды на материках протекает с участием вод рек, озёр и болот, ледников, а также подземных вод. Реки возвращают в океан ту часть воды, которая переносится атмосферой с океана на сушу. Подземные воды играют важную роль в формировании речного стока, так как благодаря им реки получают устойчивое питание, и это обеспечивает относительную стабильность их водного режима и бесперебойность действия материкового звена круговорота воды. Подземные воды вовлекают в круговорот также литосферу. С речным звеном тесно связано и озёрное, поскольку на Земле мало крупных озёр, не связанных с реками. За счёт испарения воды с поверхности озёр атмосфера ежегодно получает около 500-600 км3 дополнительной воды, что составляет около 3% общего расхода воды на испарение с суши. Ледники и снежники покрывают около 16 млн. км2 земной поверхности и также играют важную роль в водном балансе земного шара.

К биологическим процессам, имеющим значение в круговороте воды, относится транспирация. В среднем расход на транспирацию составляет почти половину суммарного испарения с суши (около 3035 тыс. км3 в год), что равно почти 7% от испарения с земной поверхности, включая и Мировой океан.

3.2 Природные системы в гидросфере

Существующие природные системы свободных вод в гидросфере приведены в таблице 2.

Рассмотрим основные особенности природных систем свободных вод в гидросфере.

3.2.1 Вода в атмосфере

В высоких слоях атмосферы нет физико-химических условий, благоприятствующих накоплению воды, поэтому основная масса воды атмосферы (не менее 95%) сосредоточена в нижнем слое до 20 км. Вода в атмосфере находится в газообразном, жидком и твёрдом состоянии. В атмосфере содержится небольшая часть воды гидросферы, но это наиболее подвижная и, следовательно, наиболее активная часть гидросферы, оказывающая воздействие не только на атмосферу, но также на состояние и развитие литосферы и биосферы.

Таблица 2 Природные системы свободных вод в гидросфере

Индексы систем	Системы свободных вод	Объём вод, тыс. км3	Доля в мировых запасах воды, %
1	Вода в атмосфере	12,9	0,001
2	Поверхностные воды	1362254,1	98,31
А	Мировой океан	1338000	96,56
Б	ледники и постоянно залегающий снежный покров	24064,1	1,736
В	воды озёр	176,4	0,013
Г	воды болот	11,5	0,0008
Д	воды в руслах рек	2,1	0,0002
3	Подземные воды (гравитационные и капиллярные)	23400	1,689
	В их состав входят:
А	почвенная влага	16,5	0,001
Б	подземные льды зоны многолетней мерзлоты	300	0,022
	Общие запасы несвязанной воды	1385667	100

3.2.2 Поверхностные воды

Мировой океан содержит основную массу поверхностных вод гидросферы Земли и занимает площадь 361,1 млн. км2. Океанические воды характеризуются солёностью. Солёность -- это полная масса всех солей в граммах, содержащихся в 1 кг воды. В.И. Вернадский [1965] пишет, что солёность океанической воды очень часто рассматривают как результат накопления солей, выносимых в океан реками в течение миллиардов лет. Но если сравнить порядок распространённости отдельных химических соединений в океанической и речной воде, легко убедиться, что это два разных типа воды: в океанической воде 88,7% солей -- это хлориды и ничтожная часть -- карбонаты, в речной воде карбонатов до 80%. Главная масса солей океанической воды создавалась искони и создаётся поныне или из надземных вулканических извержений, сопровождающихся всегда ливнями, или выходами вулканов и фумаролл на морском дне. Речная вода не в состоянии своим излиянием в океаны изменить первоначальное сходство порядкового состава океанической воды и растворимых частей продуктов вулканических процессов. Средняя солёность океанических вод 35. Наибольшая солёность наблюдается между 20-25° широты, где наибольшее испарение. Однако самую большую солёность имеют Красное море и Персидский залив (42), наиболее низкую солёность (7) -- Балтийское море (рис.4). Общее количество растворённых в океанических водах химических соединений составляет 48000 трлн.т. Если бы удалось извлечь из океанических вод эти растворённые элементы и распределить их равномерно по поверхности земной коры, то они покрыли бы эту поверхность слоем в 45 м. В водах Мирового океана содержится столько золота (при среднем содержании его 0,00001 г в 1 м3 воды), что если бы его извлекли, то на каждого жителя Земли его пришлось бы более 3 т.

Рис. 4 Солёность вод Мирового океана

Мировой океан определяет лицо биосферы: огромная масса его вод формирует климаты планеты, служит источником большей части атмосферных осадков. Более половины кислорода поступает в атмосферу из океана благодаря обитающим в океане зелёным растениям. Мировой океан, наряду с лесами, -- регулятор содержания углекислоты в атмосфере.

Для океанических вод характерна система поверхностных течений, образующихся под воздействием господствующих ветров. Вокруг субтропических антициклонов образуются циркуляционные кольца течений: в северном полушарии по часовой стрелке, в южном -- против (из-за воздействия силы Кориолиса). Вокруг субарктических (Исландского и Алеутского) минимумов образуются циркуляционные кольца против часовой стрелки (рис.5).

Рис. 5 Система поверхностных течений Мирового океана (1 -- тёплые, 2 -- холодные )

К поверхностным водам относятся также ледники и постоянно залегающий снежный покров, занимающие площадь 16227 тыс. км2. Из них на долю Антарктиды приходится 13977 тыс. км2, Гренландии -- 1801 тыс. км2, арктических островов -- 225 тыс. км2 и горных районов -- 224 тыс. км2.

Современное состояние ледника определяется ходом процесса обмена массой и энергией ледника с окружающей средой -- атмосферой, земной корой, а в ряде случаев и океаном. Различают внешний и внутренний массоэнергообмен ледника. Внешний определяется процессами на дневной поверхности ледника: аккумуляцией, таянием и стоком, а также радиационным балансом и обменом тепловой энергией между ледником и прилегающим слоем воздуха. Внутренний массоэнергообмен зависит от процессов, протекающих внутри ледника и на его ложе; источниками тепла здесь служат геотермический поток, энергия движения и преобразования льда, перемещение и замерзание воды в ледниковой толще. Большое значение для массоэнергообмена имеют внутриледниковая и подледниковая абляция (убыль льда при таянии), а также экзарация (ледниковая эрозия), перенос и отложение моренного материала.

Суммарный объём ледниковых покровов в 50-70 раз больше объёма воды, принимающего участие во влагообороте. Это существенный для человека резерв пресной воды. В настоящее время наблюдается сокращение объёма оледенения и площади ледников в связи с увеличением содержания в воздухе углекислого газа, так как благодаря этому усиливается парниковый эффект.

Воды озёр также относятся к поверхностным водам. Озёра занимают площадь 2058,7 тыс. км2. Они располагаются в одиночку или группами, насчитывающими от десятка до тысяч озёр. К одиночным озёрам относятся такие крупные, как Байкал, Балхаш, Онежское, Балатон и др. Многочисленные группы образуют озёра в Фенноскандии, Северо-Американские Великие озёра, озёра приальпийских предгорий, Великие Африканские озёра; территории с многочисленными озёрами называются озёрными областями.

К поверхностным водам относят также воды болот, занимающих площадь 2682,6 тыс. км2. Болота образуются обычно при равнинном рельефе, чаще на поверхности осадочного чехла плит платформ в условиях замедленного поверхностного стока и избыточно влажного климата. Заболачиванию способствует наличие близкого водоупора в условиях обильного застойного или слабопроточного увлажнения грунта в течение большей части года.

Наиболее обширные площади болот расположены на равнинах в тундре и тайге северного полушария в районах с многолетней мерзлотой, служащей водоупором. Таковы болота Западно-Сибирской низменности и Лаврентийской равнины. Имеются болота также на востоке Индо-Гангской низменности и в Южной Америке -- в Амазонии и в депрессии Пантанал.

Воды в руслах рек. Реки представляют собой естественные водные потоки, текущие в выработанных ими руслах, как правило, постоянные (лишь иногда в засушливых зонах на отдельных участках временно пересыхающие), питающиеся за счёт стока с их водосбора. В питании рек принимают участие дожди, снега, ледники и подземные воды. Главная характеристика рек -- величина их стока (расход, годовой объём), которая при одной площади водосбора может быть очень различной, в зависимости от источников питания и их сочетания, которые в разных регионах связаны с географической широтой, рельефом, климатическими особенностями. Реки, в отличие от других малых составляющих гидросферы, -- это быстрые транспортёры воды. Вода в них возобновляется намного быстрее, чем в любой другой составляющей гидросферы. Поэтому, имея сравнительно небольшой мгновенный запас воды в своих руслах, реки в течение года доставляют к устьям массу воды в 30-40 раз бльшую.

Реки разнообразны по своим размерам, глубинам и скоростям течения. Такой гигант, как Амазонка, имеет длину, почти равную радиусу Земли, а количество воды, проносимое за секунду через поперечное сечение в устье, составляет почти 200 тыс. м3. Площадь бассейна Амазонки лишь немного меньше площади такого материка, как Австралия. Одной из самых необычных рек можно назвать безымянную реку на юго-востоке Северной Америки, она вытекает из озера Окичоби и через 160 км впадает в Мексиканский залив. Ширина её местами достигает 80 км, а средняя глубина составляет всего 15 см, течение в реке почти не ощущается, так как падение от истока до устья реки равно всего 4,5 м.



3.2.3 Подземные воды

К подземным водам относятся воды, находящиеся в горных породах верхней части литосферы в жидком, твёрдом и парообразном состоянии. Природные системы подземных вод связаны с процессами вертикального перемещения вод в толще грунтов: это гравитационные воды, для которых характерно просачивание по трещинам под действием силы тяжести сверху вниз, и капиллярные воды, которые поднимаются по капиллярам в грунтах снизу вверх.

Природные комплексы подземных вод распространены на территории 134800 тыс. км2. Есть страны, где потребность в воде полностью (Саудовская Аравия) или частично (Тунис, Дания, Бельгия) обеспечивается за счёт подземных вод. Очень велика роль подземных вод в водообеспечении жителей пустынь и районов развития многолетней мерзлоты. В ряде стран ближнего зарубежья значительная часть используемых водных ресурсов покрывается за счёт подземных вод: в Азербайджане 60%, в Узбекистане -- 50%, Туркмении и Армении -- 40%.

Из различных систем подземных вод рассмотрим две -- почвенную влагу и подземные льды -- как имеющие наибольшее значение в формировании природных ландшафтов.

Почвенная влага как природная система занимают площадь в 82000 тыс. км2.

Водный режим почвы в основном определяется атмосферными осадками -- годовым количеством осадков, распределением осадков в течение года, их формой (например, при ливневых дождях вода не успевает проникнуть в почву, стекает в виде поверхностного стока) и испаряемостью. Получаемая почвой влага расходуется на почвенный сток, испарение, отсасывание корнями растений и др.

Подземные льды являются аналогами подземных вод в зоне многолетнемёрзлых пород. Они занимают площадь около 21000 тыс. км2, располагаясь преимущественно в субарктическом и арктическом поясах, и только в Восточной Сибири проникают далеко на юг в умеренные широты.

3.3 Запасы пресных вод и их размещение

3.3.1 Запасы пресных вод

Распределение общих запасов пресных вод на Земле приводится в таблице 3.

Из приведённых данных видно, что основная доля запасов пресных вод (около 2/3) находится в твёрдом состоянии и приурочена преимущественно к ледникам. Подавляющая масса льдов при этом -- ледниковые покровы.

Наибольший интерес представляет объём ежегодно возобновляемых ресурсов пресных вод. Он приблизительно может быть приравнен к суммарному годовому стоку рек в океан -- 45 тыс. км3/год. Это и есть те водные ресурсы, которыми располагает человечество для удовлетворения своих многообразных потребностей в воде. Вследствие ежегодной возобновляемости и легкодоступности именно речные воды наиболее пригодны для использования человеком. Годовой сток всех рек мира только в полтора раза больше объёма вод Байкала (23 тыс. км3) и Великих американских озёр (более 24 тыс. км3).

Таблица 3 Запасы пресных вод по системам

Системы пресных вод	Объём запасов, тыс. км3	Доля в мировых запасах пресных вод, %
Ледники и постоянно залегающий снежный покров, в т. ч.:	24064,1	68,7
Антарктиды Гренландии арктических о-вов горных районов	21600 2340 83,5 40,6	61,7 6,68 0,24 0,12
Подземные воды, преимущественно пресные	10530	30,1
Подземные льды зоны многолетнемёрзлых пород	300	0,86
Почвенная влага	16,5	0,05
Вода в атмосфере	12,9	0,04
Воды болот	11,5	0,03
Воды пресных озёр	91	0,26
Воды в руслах рек	2,1	0,006
Общие запасы пресной воды	35028,1	100

Что же касается использования основного источника пресной воды -- ледников, то наибольший практический интерес представляют айсберги, рождённые ледниками Антарктиды. Они -- перспективный поставщик пресной воды для западных пустынных районов Южной Америки, Африки и Австралии. Определены оптимальные пути буксировки ледяных гор, лучшее для этого время года и стоимость воды при такой операции. Мощнейший буксир может буксировать айсберги размером 230х920х250 м, причём стоимость полученной из них воды не превышает стоимости подземных или опреснённых вод.

3.3.2 Размещение запасов пресных вод

Размещение запасов пресных вод иллюстрирует таблица 4.

Таблица 4 Обеспеченность ресурсами речного стока частей света

Части света	Речной сток, км3	Ресурсы речного стока на душу населения, тыс. м3/год
	полный	подземный	полного	в т.ч. подземного
Европа	3100	1065	4,76	1,63
Азия	13190	3410	5,16	1,34
Африка	4225	1465	9,30	3,22
Северная Америка (вместе с Центральной Америкой и Вест-Индией)	5960	1740	16,6	4,85
Южная Америка	10380	3740	44,3	16,0
Австралия с Океанией	1965	465	93,5	22,7
Мир (без Гренландии и Антарктиды)	38230	11885	9,10	2,70

В Европе немало стран, в которых местные водные ресурсы избыточные. Так, в Норвегии на душу населения приходится более 90 тыс. м3/год полного речного стока и почти 30 тыс. м3/год подземного стока в реки. Ещё выше водообеспеченность в Исландии: почти 300 тыс. м3/год на душу населения полного речного стока и 100 тыс. м3/год -- подземного стока.

В Азии из стран, богатых водными ресурсами, можно отметить Лаос, в котором на душу населения приходится 63 тыс. м3/год полного речного стока и 14 тыс. м3/год -- подземного. Наиболее трудное положение с ресурсами речного стока на огромных пространствах Центральной и Юго-Западной Азии, где проживает свыше 2,5 млрд. чел., а реки отличаются маловодностью и, что особенно важно, слабой естественной зарегулированностью.

В Африке высокая водообеспеченность населения в Конго: 120 тыс. м3/год полного речного стока и 45 тыс. м3/год подземного речного стока.

В Северной Америке богата водными ресурсами Канада (115 тыс. и 30 тыс. м3/год соответственно), в Центральной Америке -- Никарагуа (54 тыс. и 22 тыс. м3/год).

В Южной Америке избыточная водообеспеченность у Бразилии (48 тыс. и 16 тыс. м3/год) и Венесуэлы (56 тыс. и 17 тыс. м3/год).

В Океании большими водными ресурсами обладает Новая Зеландия (128 тыс. и 64 тыс. м3/год) и особенно Южный остров (326 тыс. и 162 тыс. м3/год).

На территории СНГ общая водообоспеченность составляет 16,6 тыс. м3/год всех речных вод, в том числе 3,9 тыс. м3/год подземного речного стока. При этом в азиатской части Сообщества водообеспеченность в 5-6 раз меньше, чем в европейской части. Низкая обеспеченность пресной водой особенно характерна для ближнего зарубежья в Средней Азии.

Если проследить динамику водообеспеченности за последнее время, то обращает на себя внимание ускорение снижения водообеспеченности. Так, с 1850 по 1950 г. водообеспеченность в среднем снижалась в 0,2 раза в течение каждого десятилетия, а в период с 1950 по 1980 г. -- в 0,6 раза в каждое десятилетие.

Заканчивая обзор запасов пресных вод, следует отметить, что далеко не все пресные воды обладают качеством питьевой воды, не всякая вода пригодна для использования в сельскохозяйственном или промышленном производстве -- из-за всё возрастающего загрязнения вод. По данным ВОЗ, около 2 млрд. чел. на планете практически не имеют возможности пользоваться чистой питьевой водой.

В ряде регионов мира проблема чистой питьевой воды тесно смыкается с проблемой сточных вод, поскольку многие близлежащие к крупным городам и промышленным центрам источники потребления пресной воды (реки, озёра, подземные воды) сильно загрязнены сточными водами. Во многих случаях дефицит чистой пресной воды приходится покрывать созданием длинных трубопроводов. Так, Вена получает воду с гор, находящихся в 150 км от города; Париж -- из Луары; Штутгарт -- из Боденского озера в 200 км от города. Два 500-километровых трубопровода снабжают водой Сан-Франциско. Это не только дорого, но и опасно, так как в длинных трубопроводах в воде могут протекать трудно предсказуемые реакции, которые могут сделать воду химически агрессивной.

В районах дефицита пресной воды она нередко становится предметом торговли и бизнеса. Так, во многие города Германии вода доставляется в 20-тонных автоцистернах из ледников Австрии, расфасовывается и продаётся населению в двухлитровых бумажных пакетах. В Роттердаме продаются бутылки с обыкновенной речной водой, привезённой из Норвегии. В Новой Зеландии создана компания по экспорту в Западную Европу… свежей новозеландской воды.



3.4 Антропогенные процессы в гидросфере

3.4.1 Сооружение водохранилищ и их влияние на окружающую среду

В антропогенном перераспределении ресурсов пресных вод создаваемые водохранилища играют большую роль, даже если при сооружении плотины главной целью было создание ГЭС, а не мелиоративные мероприятия. Сооружение водохранилищ в аридных областях позволяет до некоторой степени компенсировать недостаток запасов пресных вод, получить резерв воды для орошения значительных площадей земельных угодий, для промышленных и бытовых нужд, несколько увлажнить и смягчить климат прилегающего района. Однако, давая некоторый экономический эффект, водохранилища вызывают также ряд отрицательных, часто не запрограммированных и не учтённых последствий в воздействии на окружающую среду.

Воздействие водохранилищ на окружающую среду разнообразно. При изучении антропогенного воздействия на литосферу уже отмечался рост случаев спровоцированных водохранилищами землетрясений (см.раздел 1.3.3).

Влияние водохранилищ на режим вод. При строительстве водохранилищ резко уменьшается проточность, турбулентность воды, сокращается водообмен, создаются условия для возникновения застойных зон. Затопленные плодородные почвы и растительность обогащают воду большим количеством питательных элементов. Это приводит к изменению гидрохимического состава воды, к созданию благоприятных условий для развития болезнетворных бактерий и водорослей в водоёмах.

Влияние водохранилищ на осадконакопление. Общая площадь созданных человеком на Земле водохранилищ оценивается к настоящему времени около 500 тыс. км2, а полный объём их вод -- свыше 6000 км3; что же касается естественных озёр, то площадь их зеркала составляет 2682 тыс. км2 при объёме вод около 250000 км3. Показательно, что ежегодное осадконакопление в акваториях водохранилищ составляет 13,38 млрд. т, а в естественных озёрах лишь 4,83 млрд. т. Сопоставляя приведённые цифры, получим, что, хотя площадь искусственных водохранилищ меньше площади естественных озёр в 6 раз, а объём вод меньше в 45 раз, ежегодное осадконакопление в водохранилищах более чем в 2,7 раза превышает естественное осадконакопление в озёрах. Это обусловлено тем, что модуль седиментации (или скорость осадконакопления на единицу площади акватории) водохранилищ почти в 17 раз выше модуля седиментации в естественных озёрах. Иначе говоря, скорость антропогенного осадконакопления в искусственных водохранилищах в связи с замедленной проточностью вод многократно превысила скорость подобного процесса, протекающего в естественных условиях, и вес ежегодно отлагающихся осадков в водохранилищах уже намного выше веса осадков, накапливающихся в озёрах естественного происхождения.

Мелководья в водохранилищах. Для водохранилищ, сооружаемых на равнинных реках, характерно широкое развитие мелководий, например, акватория Киевского водохранилища на 50% приурочена к мелководью. Это увеличивает нерациональные потери затопленных сельскохозяйственных земель, тогда как рост запасов воды на мелководьях весьма незначителен.

При создании водохранилищ в горных ущельях удаётся значительно сократить площадь затопляемых земель и образующихся мелководий; однако у плотин на горных реках, из-за резкого снижения скорости течения при большой массе транспортируемого обломочного материала, наблюдается быстрое заполнение водохранилища наносами и соответствующее уменьшение накапливаемых вод.

Воздействие водохранилищ на берега. У водохранилищ различают зоны постоянного, временного затопления и подтопления. В зоне временного затопления из-за переувлажнения грунтов развиваются процессы размыва и обрушения берега, чему способствуют также абразионная деятельность волн и разрушение в этой полосе почвенно-растительного покрова. Зона подтопления формируется под влиянием подъёма уровня грунтовых вод и может достигать многокилометровой ширины в зависимости от фильтрационных свойств грунтов, режима и уровня грунтовых вод. В этой зоне может происходить заболачивание и ухудшение санитарных условий местности; в области лесных ландшафтов в зоне подтопления происходит деградация древостоя и снижение товарной ценности леса.

Сооружение крупных водохранилищ в условиях умеренного климата с достаточным увлажнением способствует росту влажности климата в окружении акватории и особенно с подветренной стороны по отношению к господствующим ветрам, в результате чего избыток влаги приводит к деградации почвенно-растительного покрова. Подобные последствия заболачивания наблюдались нами в районах Рыбинского водохранилища и Московского моря.

Влияние водохранилищ на районы ниже плотины ярко прослеживается в субтропических и тропических широтах, где, из-за прекращения или резкого сокращения затопления пойменных земель, приостанавливается поступление плодородного ила на заиливавшиеся ранее земли, а также происходит исчезновение мелких притоков -- местообитаний рыбы. Это приводит к резкому снижению продуктивности земель и вызывает неблагоприятные экономические последствия. Так обстоит дело с районами ниже плотин Акосомбо на р.Вольта, Каинджи на р.Нигер, Асуанской на р.Нил и др.

3.4.2 Экологические последствия волжских водохранилищ

Рассмотрим отдельно последствия сооружения каскада волжских водохранилищ. Несколько слов о масштабе бассейна Волги. Длина Волги более 3500 км, водосбор 136 млн. га (равен площади Франции, Италии и Испании вместе взятых). В бассейне Волги проживает 60 млн. чел. За полвека соорудили более 300 водохранилищ, прорыли десятки тысяч километров каналов, обводнили миллионы га земель, передвинули толщи соленосных скоплений в плодородные земли. Перегородили Волгу глухими плотинами-тромбами, именно тромбами, потому что в экологических системах реки выступают в роли венозных сосудов, а выпадающие атмосферные осадки -- артериальных.

До строительства плотин вода от Рыбинска до Волгограда добегала за 50 суток (в половодье -- за 30), а теперь добирается за полтора года (450-500 суток). В системе Волги водообмен уменьшился в 12 раз, 30% притоков исчезло, сток малых рек уменьшился на 25-30%. Самоочищаемость Волги, которая в 50-е годы считалась питьевой рекой, снизилась в десятки раз, в воде обнаружено более миллиона химических соединений, многие из которых токсичны. Ежегодно 300 млн.т земли берегов обрушивается в волжские воды, мутность которых возросла в 100 раз. Донные и взвешенные наносы, поступающие с бассейна и ранее удобрявшие пойменные и заливные земли, на 90-95% задерживаются в водохранилищах и откладываются на их днищах, загрязняя воду и теряясь безвозвратно.

Плотины водохранилищ отсекли места нагула рыб от нерестилищ и не дают возможности полнокровно жить и плодиться рыбе, так как сделанные в плотинах устройства для прохода рыб не оправдывают своего назначения. Манипуляции с уровнем воды в течение года в водохранилищах (Волгоградском, Куйбышевском и др.) приводят к массовой гибели рыбного населения. Особенно пагубны для икры спуски воды в мае-июне, а для взрослой рыбы -- в зимний период. Ни одна из плотин на Волге не удовлетворяет минимальным требованиям экологии воспроизводства рыбного населения, биологическому режиму реки. Созданные плотины по своей экологической сути -- антиэкологические образования. Площадь мелководий с глубинами до 2 м только на 7 водохранилищах более 360 тыс. га, они являются рассадниками более 300 видов паразитов рыб. Гельминтами поражены 70% рыб на Рыбинском, Куйбышевском и Волгоградском водохранилищах, 80-100% -- на Горьковском. Паразиты убивают леща, щуку, стерлядь. Вина тому -- каскадность водохранилищ. Из 3000 га нерестилищ осетра, севрюги и белуги сохранилось только 400 ниже Волгоградской плотины. Всероссийская рыбница (в 1897 г. давала более 188 млн.голов осетра, 177 -- севрюги, 75 -- стерляди, 70 -- сельди, 45 -- белуги, 17 -- лосося, 11 -- белорыбицы) на грани гибели. Гибнет рыба и на водозаборах. Тянущиеся на десятки километров от каждого города шлейфы сточных вод, нефтепродуктов, грязи и мути ещё более обостряют экологическую обстановку.

Вся структура подземной гидросферы в бассейне Волги, её грунтовых и более глубинных пластовых вод изменена до неузнаваемости. Кроме сезонного и многолетнего регулирования уровня воды в водохранилищах, которые распространяются на сотни километров, существуют недельное и суточное регулирование, которые воздействуют на 200 и 80-100 км соответственно широкой полосой вдоль водохранилищ. Подпор грунтовых вод простирается полосой от десятков метров до нескольких километров от берегов и вызывает то подтопление, то осушение, то промерзание, то оттаивание, сопровождающиеся обрушениями, оползнями, просадками, сползаниями и провалами. Поэтому и рушатся фундаменты на близлежащих к водохранилищам землях, разрушаются строения в сотнях городов и тысячах сёл и деревень, вымокают и не вызревают сельскохозяйственные культуры, деградируют леса.

Ещё не подсчитан урон, который наносится природе и людям тем, что на Волге созданы гигантские холодильники -- снежно-ледовые поверхности с огромной излучающей способностью, -- которые ещё в мае стоят под снегом и льдом. Теперь невозможно выращивать теплолюбивые арбузы и дыни на правобережном склоне Саратовского и Волгоградского водохранилищ -- не хватает тепла.

Площадь затопленных волжско-камскими водохранилищами земель составила 2,5 млн. га. Нет нужды доказывать, что это были лучшие по плодородию земли. И столько же -- 2,5 млн. га -- орошалось на Волге в 1985 г.

Потери воды за счёт испарения с водохранилищ составляют около 5 км3 в год, на фильтрацию -- значительно больше, а потери в качественном отношении превышают 100 км3 в год. Потери земель при сооружении 14 крупнейших водохранилищ на Волге составили 3,5-4,8 млн. га. Только перенос кормодобывания с пойм на пашни привёл к убытку 10 млрд. руб./год в доинфляционных ценах. Косвенные потери земель -- снижение продуктивности за счёт подтопления или засоления земель -- составляют 6-8 млн. га. Уничтожение десятков тысяч памятников истории и культуры при сооружении водохранилищ нанесло народу ущерб в десятки миллиардов рублей.

3.4.3 Сточные воды и их образование

Сточными водами называются воды, загрязнённые отходами с промышленного или сельскохозяйственного производства и бытовыми отходами. Обычно сточные воды удаляются с территории населённых мест и промышленных предприятий системами канализации. К сточным водам относят также воды, образующиеся в результате выпадения атмосферных осадков и таяния снега в пределах населённых пунктов и промышленных объектов, иногда называемые ливневыми стоками.

По оценке ООН, объём сточных вод, подвергающихся очистке и собирающихся в разные резервуары на Земле, составляет около 700 км3/год. Из них 1/3 настолько грязна, что вторичное их использование невозможно. Для естественной самоочистки таких вод нужны чистые воды в объёме, в 12-15 раз превышающем объём загрязнённых вод, то есть на это понадобилось бы 12% всех водных запасов мира.

Сточные воды можно подразделить на три основные вида по их происхождению: производственные стоки, сельскохозяйственные и коммунально-бытовые.

Состав производственных стоков зависит от рода промышленных предприятий, типа оборудования, используемого сырья и реагентов, технологии производства, степени очистки вод и ряда других причин. Среди них немаловажную роль играют общественно-политические и социальные условия, психологическое отношение производственников к экологическим проблемам. Однако по отраслям промышленности можно проследить ряд характерных особенностей.

Например, производственные стоки нефтедобывающей и нефтеперерабатывающей промышленности содержат обычно эмульгированные углеводороды, нафтеновые кислоты, меркаптаны (органические сернистые соединения, аналоги спиртов).

В сточных водах химической промышленности обычны фенолы, спирты, смолы, натрий, кальций, хлориды, сульфаты.

Сточные воды ТЭС разнообразны. На электростанциях, работающих на твёрдом топливе, сбросовые воды из системы гидрозолоудаления, после освобождения от золы и шлака, имеют повышенную концентрацию фторидов, мышьяка, ванадия, часто содержат канцерогенные органические соединения, фенолы. На станциях, работающих на жидком топливе, сточные воды содержат нефтепродукты.

Наибольшую опасность для биосферы представляет поступление в реки со сточными водами ртути, так как она аккумулируется в гидробионтах и, в частности, в рыбе в бльших на 3-4 порядка концентрациях, чем содержится в водной среде.

В числе промышленных стоков, поступающих в реки, следует особо отметить шахтные воды и сбросы, поставляемые предприятиями по обогащению добываемых руд. Вблизи таких фабрик накапливаются отходы, образующие так называемые хвостохранилища, из которых большое количество загрязнителей вымывается атмосферными осадками и поступает в близлежащие реки.

Антропогенный характер имеют многие случаи эвтрофирования водоёмов (повышения биологической продуктивности, зарастания), когда этот процесс не обусловлен следствиями естественного старения озера. Крупным примером является широко известное эвтрофирование озера Эри, куда ежегодно сливалось 43,5 млрд. л промышленных сточных вод и 7 млрд. л бытовых. Последнее время принимаются меры по восстановлению нормальной жизни в озере (рис.6).

Рис. 6 Стадии эвтрофирования водоёма А) увеличение загрязнения; Б) разложение водорослей; В) аэробное разложение, потребление кислорода после отмирания водорослей (вторичное БПК); Г) анаэробное разложение (увеличение вторичного БПК)

Сельскохозяйственные сточные воды формируются в результате внесения минеральных и органических удобрений, а также средств борьбы с вредителями сельскохозяйственных культур.

36-40% вводимого с удобрениями в почвы азота смывается и попадает в реки, что способствует бурному размножению бактерий и водорослей, создавая угрозу кислородного голодания. В организме человека, пьющего воду, загрязнённую азотом, накапливаются нитраты, которые, превращаясь в нитриты, нарушают дыхательную функцию крови. Доля смыва с полей фосфорных удобрений менее значительна.

Речная сеть принимает в себя также громадное количество употребляемых в сельском хозяйстве пестицидов и является их переносчиком на большие расстояния. В водных экосистемах пестициды накапливаются в жировых тканях рыб, подавляя скорость их роста, нарушая миграции и активность. Происходит биоконцентрирование ДДТ (инсектицида) из воды и водных осадков планктоном, затем в возрастающих концентрациях по пищевым цепям переносится последовательно червям, рыбам и птицам (рис.7).

Рис. 7. Скорость биоконцентрирования ДДТ по трофическим цепям

Коммунально-бытовые сточные воды. К 1970 г. производство детергентов (синтетических поверхностно-активных веществ, широко используемых как моющие средства) достигло 3500 тыс. т. В развитых странах ещё в 60-е годы на долю детергентов уже приходилось 90% от общего количества всех моющих средств, а на долю мыла и мыльных порошков -- 10%. Детергенты -- сильные токсиканты, биологически почти не разложимые. В развитых странах их концентрация в сточных водах достигает 5-15 мг/л, так как они плохо поддаются очистке, и в водоёмы попадает 50-60% их первоначального количества. С ростом плотности населения становится совершенно недопустимым сброс коммунально-бытовых сточных вод даже после неполной их очистки.



3.4.4 Загрязнение поверхностных вод суши

Все виды сточных вод, сбрасываемых в реки и озёра, загрязняют природные воды, ухудшают их свойства, поглощают растворённый в них кислород, отлагают на дне водоёмов токсичные осадки. Постоянный приток сточных вод -- загрязняющих поверхностные воды как в химическом, так и в тепловом отношении -- меняет экологическую обстановку водоёма, нарушает процессы его самоочищения, ведёт к гибели флоры и фауны, создаёт угрозу здоровью человека. 1 м3 неочищенных сточных вод делает непригодными для использования 50-60 м3 речной воды.

Загрязнение Рейна, в бассейне которого живёт более 20 млн. человек, начинается в верхнем течении, ещё в Швейцарии из-за того, что значительная часть промышленных и бытовых стоков расположенных на нём городов сбрасывается без достаточной очистки. Его мутные воды несут постепенно собираемые 24 млн.т отходов промышленного производства. Если в Швейцарии он несёт 3,4 кг хлоридов в секунду, то близ устья -- до 200 кг. Ещё 80 лет назад Рейн славился рыболовным промыслом, и из него вылавливалось 150 тыс. лососей в год. Ныне если отдельный лосось и проникает в эту реку, его мясо пропитывается фенолом настолько, что его невозможно употреблять в пищу.

Обследовавшая реку Миссисипи комиссия обнаружила более сотни труб, сбрасывающих промышленные отходы без очистки в реку. Вода в нижнем течении оказалась настолько загрязнённой, что в пробе воды, взятой ниже г.Сент-Луис, десятикратно разбавленной чистой водой, рыба погибала менее чем через минуту, а при стократном разбавлении -- через сутки.

Из-за сброса в воды канцерогенных веществ в одной из рек близ г.Чикаго у 16% рыб обнаружены раковые опухоли.

Вды р.Делавэр, бывшем центре водного спорта, так загрязнены химикалиями, что дали повод к горькой шутке: «Упав сюда, не утонешь, а растворишься».