3 месяца назад
Нету коментариев

Гидросфера Земли в отличие от литосферы представляет со­бой область гораздо более ди­намичных во времени и простран­стве процессов. Жители умерен­ных и тепловых широт ежедневно могут наблюдать движение и из­менение отдельных ее компонен­тов. Плавные и бурные течения рек, морской прибой и шторм, дожди и снегопады — все это явления, в основе которых лежат движения водных масс.

Вода — одно из наиболее уди­вительных изобретений природы. Без сомнения можно сказать, что если бы не было воды на Земле, то оказалась бы невозможной не только жизнь на планете, но и все ее развитие протекало бы по-другому.

Способность к перемешиванию и большая теплоемкость, позво­ляющая водным массам аккумули­ровать в себе тепло в летний период и медленно расходовать его в зимний, благотворно дейст­вует не только на водоемы мест­ного значения, но и на всю гидро­сферу Земли. Благодаря этому большая часть Мирового океана не замерзает круглый год, явля­ясь мощным планетарным буфе­ром, предохраняющим климат планеты от резких колебаний тем­пературы и увлажненности. Не­которые исследователи считают, что общее похолодание климата Земли за последние несколько миллионов лет и периодические оледенения суши во многом свя­заны с образованием континентов в полярных районах Северного и Южного полушарий на месте вод­ной поверхности. Поскольку горные породы не обладают указан­ными свойствами водоемов, они стали покрываться снежным и ле­дяным покровом, отражающим большую часть падающей на них солнечной энергии. В результа­те суша Арктики и Антарктики стала играть роль гигантского об­щепланетарного холодильника.

Удивительны и другие свойства воды — высокая подвижность, способность растворять многие соединения, способность пере­ходить из жидкого в твердое или газообразное состояние в отно­сительно небольших интервалах температуры, что также позволя­ет воде стимулировать различные природные процессы. В этой свя­зи становится понятной важность изучения всех факторов, опреде­ляющих динамику водных масс в ландшафтном, региональном и об­щепланетарном масштабе. Среди этих факторов находится и почва. Оценивая ее гидрологическую роль, В. В. Вернадский еще в 1934 г. подчеркивал, что огром­ное значение в истории воды име­ют почвенные растворы, облекаю­щие, за исключением пустынь, всю сушу, и являющиеся основным субстратом жизни. Однако в даль­нейшем долгое время влияние почвы на гидросферу всерьез не исследовалось, и только в по­следние годы ему вновь стало уделяться внимание.

Можно со всей определен­ностью сказать, что почва вы­полняет ряд существенных гидро­логических функций (см. табл. на стр. 8), среди которых выделяется в первую очередь трансформация почвой атмосферных осадков в почвенно-грунтовые воды. Если не было бы почвенного покрова с его выраженной способностью к впитыванию влаги, то образование подземных вод за счет внешних источников было бы силь­но затруднено, ибо выпадающие атмосферные осадки быстро бы стекали по поверхности горных пород.

Кроме обеспечения самой воз­можности просачивания осадков в грунтовую толщу, почва во мно­гом определяет и химизм грун­товых вод, поскольку атмосфер­ная влага, взаимодействуя с почвой, заметно изменяет свой первоначальный состав. В зависи­мости от конкретных свойств почвы химические изменения осадков различны. Так, при фильт­рации через бедные солями тор­фянистые почвы тундры и подзо­листые почвы тайги вода обогаща­ется значительным количеством органического вещества и в малой степени солями. Иная картина на­блюдается при фильтрации воды через черноземные, каштановые, солонцовые почвы (не говоря уже о солончаках), которые заметно пополняют ее солями. При про­хождении через почву существен­но изменяется и газовый состав атмосферных осадков, прежде всего резко снижается количество кислорода и заметно возрастает содержание углекислоты.

Следует, однако, подчеркнуть, что, несмотря на тесную зави­симость динамики грунтовых вод от свойств почвы, для объектив­ного объяснения их изменчивости необходимо учитывать все фак­торы. Так, кроме почвенных усло­вий должны приниматься во вни­мание особенности климата, состав подпочвенных слоев ма­теринских пород, история разви­тия территории и др. Например, в равнинных условиях расчленен­ность рельефа и строение речных долин может также оказаться важным гидрологическим факто­ром. Если долины хорошо раз­работаны и глубоко врезаны в водоразделы (вариант лесосте­пи), то грунтовые воды, прежде чем разгрузиться в реки, должны пройти через почвенно-грунтовую толщу большой мощности. Есте­ственно, при этом в них попадает значительно больше солей, чем в случае слаборазвитых речных долин, недостаточно активно дренирующих воды, что способ­ствует их более близкому зале­ганию и снижает зарядку солями (вариант северной тайги).

При объяснении современной динамики грунтовых вод необхо­димо учитывать и возможное влияние на их формирование хо­зяйственной деятельности. Так, вносимые в почву удобрения могут частично попадать в подзем­ные воды, нередко загрязняя их. Существенным фактором оказы­вается сильное антропогенное изменение атмосферных осадков, способное отразиться на химизме грунтовых год.

Другой гидрологической функ­цией почвы является участие ее в формировании речного стока и водного баланса. Прежде всего от почвы зависит соотношение поверхностного и грунтового сто­ка в реки. В случае развитых структурных почв, способных лег­ко впитывать атмосферные осад­ки, поверхностный сток в равнин­ных регионах имеет обычно под­чиненное значение, а влагозаряд­ка грунтовых вод осуществляется успешно. Когда же водопрони­цаемость почв недостаточна, соз­даются предпосылки для усиления поверхностного стока, что может вызвать ряд неблагоприятных по­следствий: активизацию эрозии, длительные паводки весной и сильное обмеление рек в засуш­ливый период. Это связано с тем, что поверхностный сток в отличие от грунтового носит резко выра­женный пульсирующий характер. За короткие промежутки времени в реки могут поступать огромные массы воды, а затем нередко на­блюдаются длительные перерывы в поверхностном водоснабжении речной сети. Грунтовое питание гораздо более выравненное и по­тому более надежное.

Соотношение поверхностного и грунтового стока во многом зависит также от промерзаемо­сти почв, характера раститель­ности, рельефа и др. В случае сильно увлажненных почв их глу­бокое промерзание может вы­звать усиление поверхностного стока в связи с закупоркой пор кристаллами льда, что нередко наблюдается в Западной Сибири. При промерзании сухой почвы водопроницаемость мелкозема не снижается. Резко уменьша­ется поверхностный сток, когда почвы покрыты хорошо развитым растительным покровом. Напри­мер, в лесу по сравнению с по­лем сток по поверхности почвы ничтожно мал. Это связано не только с тем, что благодаря более благоприятным физическим свой­ствам целинных лесных почв ин­фильтрация влаги в них в 2—3 ра­за выше, чем на полях, но и с водозадерживающими свойства­ми густой растительности.

Участие почвы в формировании водного баланса Земли отмеча­лось рядом исследователей.

По М. Н. Львовичу, основные составляющие водного баланса Земли за год следующие. Осадки над Мировым океаном — 79,2%, над сушей — 20,8%. Испарение с поверхности океана — 86,2%, с поверхности суши — 13,8%. Речной сток — 7,0%. Общее ко­личество осадков за много лет в среднем равно испарению и составляет около 520 тыс. км3 в год.

Характерной особенностью почвенного звена является быст­рое обновление и восстановление запасов воды в почве. Если полное возобновление запасов Мирового океана осуществляется примерно за 3 тыс. лет, а подземных вод — за 5 тыс. лет, то для почвенной влаги этот срок равен одному году. Поэтому, несмотря на до­вольно скромный объем воды в почве по сравнению с ее содер­жанием в других компонентах гидросферы, роль ее в общепла­нетарном круговороте влаги велика.

Так, от почв в значительной мере зависит суммарное испаре­ние с поверхности суши и баланс не только грунтовых, но и других типов подземных вод. Почва во многом определяет образование даже таких, непосредственно не связанных с ней растворов, какими являются возрожденные воды, образующиеся в разогретых слоях земной коры за счет выделения Н2О из водосодержащих минера­лов при действии на них высокой температуры. Объясняется это просто. Как уже отмечалось, ве­щество, образовавшееся в поверх­ностной части литосферы, испы­тало воздействие почвообразова­тельного процесса, приобретя ряд новых свойств, в том числе спо­собность к удержанию значитель­ного количества воды. При попа­дании в зоны земной коры с по­вышенной температурой (в местах ее опускания) соединения, богатые связанной Н2О, аккумули­рованной при почвообразовании и выветривании, начинают ее те­рять. Потери могут быть очень велики. Так, гипс при полном пре­вращении в ангидрид на каждую тонну выделяет 210 кг свободной воды.

Другой аспект в проблеме вод­ного баланса связан с его прог­нозом и регулированием путем воздействия на различные состав­ляющие, в том числе на почвен­ное звено.

Современные исследования по­казывают, что водный баланс Земли характеризуется рядом направленных изменений. Одна из тенденций — постепенное уве­личение объема воды в океане и сокращение ее запасов на конти­нентах. Имеются данные, что ежегодно воды Мирового оке­ана пополняются на 543 км3 за счет сокращения водных запа­сов на суше.

Одна из важных причин посте­пенного снижения обводненности суши — резко возросшее водо­потребление человеком, уже сей­час составляющее около 4 тыс. км3, или почти 8% речного стока, а к 2000 г. может удвоиться. Рас­четы показывают, что главным водопотребителем оказывается сельское хозяйство, которое львиную долю воды тратит на орошение почв, приводящее к по­вышению испарения с поверхно­сти суши. Безвозвратные потери воды за счет испарения в резуль­тате хозяйственной деятельности составили около 1700 км3, а к 2000 г. могут превысить 5 тыс. км3.

Приведенные примеры показы­вают, что антропогенные измене­ния водного баланса связаны прежде всего со все более интен­сивным сельскохозяйственным использованием почвенного покрова, усиливающим неблаго­приятные последствия от возрос­шего водопотребления на нужды промышленности и населения. В связи с этим центральной проб­лемой в деле оптимизации вод­ного баланса оказывается воз­действие на почвенное звено. Это может позволить успешно ре­гулировать глобальный баланс влаги. Но конкретные мероприя­тия, связанные с решением дан­ной задачи, сопряжены с боль­шими трудностями. Так, одним из эффективных способов оптими­зации водного баланса является оптимальная залесенность почвы. Однако некогда густо покрытая лесом планета продолжает терять лесные массивы. Если несколько сот лет назад леса занимали 7200 млн. га, то в середине XX в. их общая площадь не превышала 4000 млн. га. Поэтому ближайшая задача для многих стран — уве­личение лесных посадок.

В гидрологических взаимодей­ствиях почва выступает и как фактор биопродуктивности водо­емов за счет приносимых почвен­ных соединений. На важность этой функции указывал Б. Б. Полынов, подчеркивая, что соединения, вы­несенные из почвы, при поступ­лении их в моря и океаны, встре­чают своих многочисленных по­требителей в лице морских животных и растений. Дальнейшие исследования подтвердили спра­ведливость этих высказываний. В частности, установлено, что наи­высшая биологическая продуктив­ность в Мировом океане приуро­чена к зоне контакта морских и речных вод, обогащенных вымы­тыми из почв и кор выветрива­ния соединениями. Из этих со­единений морские организмы активно извлекают кальций, магний, калий, а также кремний, фосфор и другие элементы. Особенно интенсивно потребля­ется кальций, который входит как составной элемент в скелеты мор­ских животных, в раковины и пан­цири, слагающие после отмира­ния организмов мощные толщи подводных осадков. Почва выполняет также роль сорб­ционного барьера, защищающего от загрязнений акватории. Благо­даря своей огромной активной по­верхности почва в состоянии пере­хватывать значительную часть вредных соединений и элементов на пути их движения в водоемы. Наибольших масштабов этот пере­хват достигает в почвах аккуму­лятивных ландшафтов, к которым относятся поймы. Но и на водо­разделах имеются отдельные участки, успешно выполняющие роль геохимических барьеров.

Количество задержанных вред­ных соединений может быть зна­чительно. Так, при исследовании техногенно загрязненных райо­нов в Московской Мещере было установлено, что в некоторых дерново-подзолисто-глеевых и перегнойно-глеевых почвах ак­кумулятивных элементов ланд­шафта содержалось в 10—100 раз больше тяжелых металлов, чем в окружающих почвах водораз­делов.

Такая склонность к накоплению тяжелых металлов делает почвы вообще, а некоторые в особенно­сти, весьма чувствительными к загрязнению промышленными отходами. Нередко, спасая водо­емы от отравления, почвы сами становятся непригодной средой обитания. Поэтому, с одной сторо­ны, возникает проблема снижения техногенного загрязнения почвен­ного покрова в целом, а с другой — необходимо выявление почв с повышенной способностью к аккумуляции вредных соедине­ний, чтобы при посевах сельско­хозяйственных культур избегать потенциально опасных земель. Следует, однако, отметить, что, несмотря на большие возможно­сти почвенного покрова как сорб­ционного защитного барьера ак­ваторий, он во многих случаях уже не справляется с этой своей функцией из-за сильно возросших антропогенных нагрузок на при­роду.

Необходимость исключения тех­ногенного загрязнения почв и водоемов диктуется также дли­тельностью пребывания многих вредных соединений в среде. Так, время пребывания в почве сор­бированных ею загрязнений не­редко измеряется многими го­дами и десятилетиями. Например, до сих пор в окрестностях Хиро­симы и Нагасаки почвы содержат повышенное количество продук­тов радиоактивного распада.

comments powered by HyperComments