big-archive.ru

Большой информационный архив

                       

Заключение

1. Понятие о влагообороте, основанное на учете процессов влагообмена между океаном, атмосферой и сушей, отражает только частный случай — один из сложных процессов обмена материей и энергией между отдельными геосферами.

Возникает необходимость по-новому объяснить существо протекающих при этом процессов с учетом исторического развития природы Земли и накопленных за последние годы знаний о состоянии и свойствах околоземного межпланетного пространства.

2. Необходимо различать влагообороты разных масштабов, разных порядков, охватывающих либо глобальные процессы влагообмена между Землей и Космосом, либо процессы влагообмена между двумя или несколькими геосферами.

Соответственно этому в данном исследовании выделены следующие типы влагооборотов:

а) геокосмический, характеризующий влагообмен между Землей и Космосом;

б) атмосферно-океанический, становление которого началось задолго до образования суши;

в) атмосферно-континентально-океанический, развитие которого началось с появлением на Земле материков;

г) атмосферно-почвенно-биологический, появление которого связано с зарождением и развитием жизни на Земле.

3. Общая масса вод гидросферы, по современным представлениям, оценивается величиной порядка 2,5∙1024 г (слой воды 5060 м в пересчете на всю поверхность Земли), из них около 58% составляют поверхностные (океан, льды, реки, озера) и около 42%—подземные (в осадочной толще и в кристаллических породах) воды.

Значительная часть подземных вод представлена физически и химически связанными водами (около 80% от массы подземных вод или около 33% от общей массы всей гидросферы). Масса подземных вод подлежит дальнейшему уточнению. Этой работе должно предшествовать уточнение мощности и объема земной коры под океанами и континентами.

Запасы пресной воды в ледниках, реках, озерах и в атмосфере, не считая пресных подземных вод, едва ли превышают 2% общей массы гидросферы.

4. Происхождение огромной массы вод гидросферы в основном связано с процессами гравитационной дифференциации вещества Земли, с поднятием к поверхности летучих (легкоплавких) соединений из глубоких недр Земли — из земной коры и мантии. При этом образование гидросферы и атмосферы, по-видимому, протекало не последовательно одно за другим, а одновременно.

Энергетическая основа дифференциации — радиогенное тепло; тепло, выделяемое в процессе продолжающегося уплотнения Земли; тепло экзогенных химических реакций, протекающих в недрах Земли.

Масса воды, выделившейся в океаны и верхние ярусы литосферы, соизмерима с массой земной коры. Это указывает на то, что земная кора не могла быть единственным источником всей выделившейся воды. В процессе образования гидросферы неизбежно было участие воды, содержащейся в мантии, а также воды, поступающей на Землю с межпланетной пылью и метеоритами из Космоса.

Поступление воды из Космоса с межпланетной пылью и метеоритами за все время существования Земли как планеты составляет небольшую долю всей гидросферы. При самых благоприятных условиях оно не превышает 10% общей массы воды гидросферы. Следовательно, превалирующая масса воды поднялась из мантии путем диффузии, частично выделилась в процессе вулканических извержений.

Значительная часть воды была захвачена из межпланетного пространства газопылевым облаком в самом начале его зарождения. Но еще больше воды, по-видимому, было генерировано в геологическом времени в результате химических реакций в глубоких недрах Земли.

Среднее содержание воды в метеоритах чаще всего принимают равным 0,5% от их веса. Если принять во внимание, что средний химический состав Земли и метеоритов различаются между собой несущественно и, следовательно, можно обоснованно предполагать, что в Земле, как и в метеоритах, содержится воды 0,5% от ее массы, то за всю геологическую историю успела выделиться из глубоких земных недр масса воды, несколько меньше 10% всей предполагаемой в Земле массы воды.

5. Процесс наращивания массы гидросферы за счет поступления ее главным образом из мантии продолжается и в современный период, однако он не может быть бесконечным, так как масса водорода и кислорода в пределах Земли конечна.

Предположение некоторых исследователей о постоянстве массы воды на Земле в геологическом времени является несостоятельным и находится в противоречии с идеей развития природы. Процессы развития гидросферы, аналогично другим природным процессам, имеют направленный характер; форма проявления их волновая или, как теперь принято говорить, ритмичная.

6. Наряду с процессами наращивания массы гидросферы за счет поступления ее из мантии и межпланетного пространства в гидросфере протекают процессы деструктивные — процессы безвозвратного разложения воды и диссипации (ускользания) отдельных составляющих ее молекул и атомов в Космос.

Безвозвратное разложение воды на водород и кислород осуществляется в глобальном масштабе в процессе фотосинтеза. Зеленые растения выделяют кислород не за счет разложения СО2, а за счет разложения Н2О.

Если бы одновременно с образованием органического вещества и выделением кислорода зеленые растения не разлагали воду, то масса воды, выделившаяся за геологическое время, давно затопила бы не менее 90—95% суши.

Фотосинтез необходимо рассматривать как автоматическую систему регулирования на Земле массы гидросферы, наряду с генерацией кислорода и органического вещества.

По самым осторожным подсчетам, за 600 млн. лет фотосинтез связал в фоссилизированном органическом веществе массу воды, соответствующую слою 330 м. Эта вода на многие десятки и сотни миллионов лет оказалась изъятой из влагооборота.

Часть органического (вещества, созданного фотосинтезом в прошлые геологические периоды и в современный период, попадает в анаэробные условия. Разлагаясь без доступа воздуха, она служит постоянным источником пополнения присутствующих в нижней атмосфере Земли Н2, СН4, H2S и других содержащих водород соединений.

Вторым источником пополнения в нижней атмосфере водородных соединений являются дегазация из вещества мантии легкоплавких соединений и эксгаляции вулканов, в которых, кроме паров воды, СО2, СО и ряда сернистых соединений, содержатся СН4 и галоидноводородные газы типа НС1,НВг, а также NH3 и др.

Наконец, образование минералов типа хлоритов и гидрохлоритов сопровождается выделением свободного водорода, неизбежно попадающего в нижнюю атмосферу.

Значительная часть свободного водорода, особенно атомарного, связывается частично озоном, но главным образом кислородом, концентрация которого даже на высотах 70—80 км на несколько порядков больше концентрации водорода.

Окисленные соединения водорода типа Н2О, ОН, НО2, отчасти гелий, а также нейтральные атомы Н подвергаются в верхней атмосфере фотодиссоциации (фотолиз) с образованием

атомарного водорода. Этот процесс, по-видимому, является основным источником образования водорода в верхней (выше 70—80 км) атмосфере.

Вторым источником образования Н в верхней атмосфере является фотодиссоциация метана. Разложение его происходит на несколько больших высотах, чем разложение Н2О.

Поскольку выше 70 км атомы Н мало участвуют в химических реакциях, естественно предположить, что, согласно существующим взглядам, процессом, уравновешивающим в условиях стационарности образование Н, будет диссипация его в космическое пространство.

Если принять средний по Земле поток диссипации водорода 3•107 атомов∙см-2 и предположить, что ускользание в Космос одного атома водорода означает гибель одной молекулы воды, а также принять, что скорость диссипации легких газов из земной атмосферы изменилась не существенно после образования Земли как планеты, тогда за всю свою историю Земля должна была потерять слой воды примерно 1200 м.

В целом приход-расход воды между Землей и Космосом, осуществляемый в геокосмическом влагообороте, пока еще представляется во многом неясным. Основная цель автора в этом аспекте заключалась в том, чтобы привлечь внимание к этой важной для человечества проблеме, выйти за пределы «круговорота воды», не существующего в природе.

7. Значительное место в природе Земли занимают процессы, объединяемые автором под названием «процессы трансформации вод гидросферы». В эту группу глобальных процессов отнесены два ряда противоречивых, но всегда взаимно связанных между собой процессов: процессы связывания воды — перехода ее из свободного состояния в связанное и процессы освобождения ее—перехода из связанного в свободное (гравитационное) состояние.

Выделение процессов трансформации вод гидросферы в особую группу представляется необходимым потому, что они не приводят к изменению всей массы воды в пределах земной планеты. Они только переводят воду из одного фазового состояния в другое, что нередко давало повод некоторым исследователям без достаточных оснований делать далеко идущие выводы об усыхании или увлажнении всей земной планеты.

Наибольшее количество связанной воды находится в литосфере— около 0,8•1024 г или до 30—35% общей массы гидросферы. В почве и коре выветривания, а также во льдах и биосфере воды содержится относительно мало — не более 10% общей массы гидросферы; часть этой воды, например вода ледников и живого вещества биосферы, характеризуется достаточно большой мобильностью, уступая, однако, мобильности водяных паров и воды, содержащихся в атмосфере.

Состояние связанной и свободной воды оказывает влияние на влагообмен между геосферами. С ростом площади и объема материков и наращиванием массы седиментации, коры выветривания и массы биосферы в геологическом времени нарастала масса связанной воды, что неизбежно должно было повлиять на уменьшение влагообмена между геосферами.

Этому процессу противостоят процессы дальнейшего выделения воды из мантии, разрушения материков, метаморфизма осадочных отложений, разложения органического вещества и производственная деятельность человека.

8. Среди глобальных процессов, воздействующих на влагообороты разных типов и порядков, значительное место занимают процессы, связанные с развитием биосферы, особенно фитосферы.

В геологическом времени изменялось количественно и качественно органическое вещество земной планеты: вымирали старые, появлялись новые виды растений и животных, нарастала дивергенция видов и масса биосферы — за время от девона до четвертичного периода ежегодная масса растений возросла приблизительно в 160 000—190 000 раз, что подтверждается увеличением массы угля и захороненного в осадочных отложениях органического углерода от палеозоя к кайнозою.

В ходе естественной эволюции часть древесных фитоценозов была замещена травянистыми.

Вследствие увеличения ежегодно производимой массы растений увеличивалась масса ежегодно разлагаемой ими воды и поступление в атмосферу и другие геосферы кислорода. В современный нам период ее можно оценить величиной порядка 9,5∙1016 г. Если условно принять общую продолжительность фотосинтеза на Земле за 600 млн. лет (а он появился значительно раньше), то вся наиболее мобильная часть воды гидросферы, выпадающая ежегодно из атмосферы на Землю, была разложена полностью не менее 57 000 раз.

С выходом растений на сушу начал развиваться атмосферно-почвенно-биологический (биофизический) тип влагооборота, хотя начало его, строго говоря, следует отнести к началу возникновения фотосинтеза на Земле.

С выходом растений на сушу увеличилось в среднем на 25—30% испарение с поверхности суши за счет транспирации. В абсолютных величинах, если ориентироваться на современное годовое испарение, увеличение в аридных зонах составило 20—35 мм, в гумидных— 170—330 мм.

С появлением растительного покрова на суше неизбежно убывал поверхностный и подземный сток; в разных природных зонах этот процесс протекал по-разному.

Дополнительное поступление влаги в атмосферу за счет местного испарения (транспцрация фитоценозов) способствовало повсеместному увеличению интенсивности биофизического влагооборота. Однако уменьшение СО2 в атмосфере (до появления на Земле промышленности) от палеозоя к кайнозою существенно сдерживало этот процесс.

В горных районах атмосферно-континентально-океанический и биофизический влагообороты изменялись неоднозначно. В этих районах особенно сильно сказывалось воздействие зонально-провинциальных условий.

Зонально-провинциальная оценка условий влагообеспеченности фитоценозов приводит к признанию незначительного распространения на нашей планете оптимального биофизического влагооборота: а) в тропических и субтропических широтах — в гилеях дренированных территорий; б) в высоких и средних широтах — в смешанных лесах, в южной и средней тайге дренированных территорий. В лесостепях, вопреки распространенному мнению, нет устойчивого оптимального биофизического влагооборота.

Все остальные зоны и подзоны характеризуются либо избыточным, либо неустойчивым и недостаточным увлажнением.

9. Различные виды преобразования ландшафтов (замена лесов и болот лугами и пашнями, осушение и орошение, лесные полосы) и агротехнические мероприятия не в состоянии существенно изменить макроклимат Земли и глобальные влагообороты типа геокосмического, атмосферно-океанического и атмосферно-континентально-океанического. Этот вывод останется верным даже в том случае, когда преобразовательные мероприятия будут осуществлены на территориях порядка десятков и сотен миллионов гектаров.

Убедительным доказательством надежности вывода служит исторический опыт преобразования лесов, замещенных на сотнях миллионов гектаров лугами, пастбищами и пашнями. Такое крупное преобразование глобального масштаба не изменило макроклимат Земли и глобальные влагообороты, что хорошо подтверждают палеогеографические и археологические материалы за историческое время.

Однако региональное значение интенсивных преобразований (орошение и осушение) ландшафтов достаточно велико. При больших масштабах, порядка десятков миллионов гектар, вполне реально поднять до оптимального уровня региональные биофизические влагообороты (оптимальный биофизический влагооборот обеспечивает полностью потребность фитоценозов в воде), изменить в благоприятную сторону микроклимат и местный климат.

За счет расширения в перспективе орошаемых земель до 5—6 млн. км2 в атмосферу ежегодно будет поступать дополнительно около 2500 км3 воды в течение вегетационного периода, что в приземных слоях тропосферы увеличит в орошаемых регионах содержание влаги и снизит температуру воздуха. Количественная оценка изменений микроклимата на орошаемых землях достаточно хорошо известна из опубликованных работ.

Осушение в перспективе около 8 млн. км2 болот и заболоченных земель мало изменит интенсивность местных биофизических влагооборотов.

В случае преобразования осушаемых земель с учетом двустороннего регулирования их водного режима (осушение и орошение), что неизбежно будет осуществлено в будущем, биофизический влагооборот на таких массивах будет оптимальным и немного более интенсивным (в умеренных широтах на 10— 20%), чем до проведения осушительных мероприятий. Увеличение интенсивности влагооборота произойдет в основном за счет повышения биологической продуктивности осушаемых угодий.

При осушении около 3000 км3 пресной воды болот и заболоченных земель перейдут в группу соленых и горькосоленых вод, что несколько уменьшит запас пресной воды на Земле.

Уничтожение лесов — самое крупное мероприятие в числе преобразований ландшафтов. К сожалению, оно не всегда может быть отнесено к позитивным мерам. Лес регулирует поверхностный и подземный сток в благоприятную сторону: уменьшает интенсивность и объем поверхностного стока и водную эрозию, увеличивает подземный сток. Поэтому уничтожение лесов на земной планете уменьшает запасы используемой человеком пресной воды, так как поверхностный сток, сбрасываемый в моря и океаны, быстро превращается в соленые и горькосоленые воды, непригодные для бытовых и промышленных нужд.

Лес вследствие более длинного периода вегетации и меньшего альбедо испаряет больше, чем травянистые фитоценозы. Уничтожение лесов на площади 60 млн. км2 за последние тысячелетия неизбежно должно было привести к изъятию из ежегодного влагооборота не менее 3000 км3 пресной воды.

Не исключено, что замена лесов пашнями и лугами привела к уменьшению атмосферных осадков, особенно в средних широтах, где истребление лесов проводилось наиболее интенсивно. Однако в этом аспекте пока еще не найдено надежного решения.

Собственно агротехнические мероприятия типа зяблевой пахоты, затопления лиманов, снегозадержания и снегонакопления и др., если они осуществляются на больших площадях, несомненно улучшают местные биофизические влагообороты во всех случаях, когда они увеличивают запасы влаги в почвах к началу теплого периода года. Однако заметно повлиять на содержание влаги в атмосфере, тем более на глобальные процессы влагообмена, эти мероприятия не могут.

10. Осуществление крупных преобразовательных мероприятий в области биосферы, особенно фитосферы, предполагает наличие научно обоснованных методов, позволяющих рассчитывать для больших территорий потребность фитоценозов в ресурсах света, тепла, влаги, СО2, и многих других элементов питания.

Для осуществления оптимального влагооборота, обеспечивающего при наличии других сопряженных факторов максимальную продуктивность фитоценозов, необходимо знать потребность их в воде.

Оптимальный биофизический влагооборот имеет место только при полном удовлетворении фитоценоза в воде и достаточном притоке воздуха. Количественная оценка его определяется климатом (в каждый данный момент — метеорологическими условиями) и биофизическими свойствами фитоценоза (продолжительность вегетации, возраст, оптические свойства, масса, фитоклимат).

При достаточно высоких уровнях накопления органической массы растений современные геофизические и биофизические методы дают возможность рассчитать потребность в воде фитоценозов во всех географических зонах и провинциях без прямого учета массы фитоценоза.

Пока нет оснований считать геофизические методы точнее биофизических. К числу последних автор относит методы, основанные на учете изменения биофизических свойств фитоценоза с возрастом. Любой фитоценоз, не исключая болотного, изменяется в онтогенезе по мере его старения вследствие накопления в нем самом внутренних противоречий. Учесть динамику изменения в онтогенезе биофизических свойств фитоценоза можно с достаточной точностью только переменными коэффициентами, по автору, — биологическими, точнее, биофизическими кривыми испарения.

Максимальной потребностью в воде, согласно классификации автора, характеризуются вечнозеленые древесные фитоценозы. За ними в нисходящем порядке идут листопадные древесные фитоценозы, травянистые многолетние, травянистые однолетние и эфемероиды. Имеется в виду сравнение их в одинаковых климатических условиях.

Потребность в воде оказывается наибольшей в сухом жарком климате субтропических и тропических пустынь (до 2000— 2200 мм), если иметь в виду наиболее длительно вегетирующие фитоценозы или выращивание двух-трех культурных растений в течение круглого года. В саваннах потребность в воде сильно колеблется (от 1000 до 1700 мм) в зависимости от того, к какой подзоне они относятся — подзоне влажных или подзоне сухих саванн.

В гилеях экваториальной и тропической зон, в условиях высокой влажности воздуха и соответственно умеренной испаряемости, потребность в воде фитоценозов, не исключая и дождевые леса, значительно меньше (800—1200 мм).

В умеренном поясе, где четко выражены теплый нехолодный периоды года, наибольшая потребность в воде свойственна орошаемым фитоценозам полупустынь и пустынь (1000—1300 мм) низменных и предгорных районов.

В степях умеренного пояса, для которых характерны частые смены по годам сухих и умеренно влажных теплых периодов, потребность фитоценозов в воде сильно колеблется по годам, в среднем многолетнем периоде она составляет 550—900 мм.

В провинциях широколиственных и смешанных лесов потребность фитоценозов в воде колеблется от 400 до 650 мм; в тайге, где безморозный период сильно укорочен и тепла меньше — от 250 до 450 мм.

Во всех природных зонах, подзонах и провинциях особо учитывалось прибрежное и континентальное положение территорий.

В среднегорных и высокогорных районах потребность фитоценозов в воде пока не исследована.

 

Предыдущая глава ::: К содержанию ::: Следующая глава

 

                       

  Рейтинг@Mail.ru    

Внимание! При копировании материалов ссылка на авторов книги обязательна.