Единство природных вод Земли

Под гидросферой понимают водную оболочку Земли, объединя­ющую воды Мирового океана, подземные воды (содержащиеся в земной коре), а также поверхностные воды суши (реки, озера, болота, включая снежный покров и ледники). При этом верхняя граница гидросферы является одновременно нижней границей атмосферы, а нижняя граница гидросферы совпадает с границей земной коры и мантии. Включение, таким образом, в гидросферу планеты в целом земной коры, являющейся самостоятельной гео­сферой Земли, а также наличие воды в виде молекул Н,0 в составе атмосферы планеты, живом веществе и, вероятно, в мантии дела­ют существующие представления об объеме и границах гидросфе­ры в значительной степени неопределенными. Существуют точки зрения о необходимости выделения в состав гидросферы планеты

только собственно поверхностных вод (Мировой океан и воды суши: реки, озера, болота); распространение верхней границы гидросферы в атмосферу планеты до высот, на которых по совре­менным представлениям еще содержится вода в виде молекул Н-,0 (до 16—18 км выше поверхности земли); выделение самостоя­тельно наземной и подземной гидросфер Земли и др.

Существование таких различных точек зрения в какой-то мере оправданно, поскольку неопределенность представлений о грани­цах гидросферы планеты объективно определяется двумя основ­ными фактами: наличием воды (в различных видах) практически во всех оболочках Земли (мантия, земная кора, атмосфера, био­сфера) и принципиальной возможностью постоянного обмена во­дой (водообмен) между смежными оболочками Земли. На этих фактах основано принципиальное научное положение о единстве природных вод Земли, сформулированное еще В.И. Вернадским. В соответствии с этим положением гидросфера планеты должна рассматриваться как единая динамическая система, открытая в сторону космоса и внутренних областей Земли (мантия, ядро). Гидросфера играла и играет основополагающую роль в геологи­ческой истории Земли в формировании физической, химической, а следовательно, и геологической среды, климата, в возникновении жизни на Земле и ее развитии (Клиге, Данилов, Конищев, 1998).

Основными внутренними процессами гидросферы являются круговороты воды и водообмен, происходящие на различных ее уровнях и в различных масштабах.

Таким образом, гидросфера Земли по аналогии с понятием биосфера должна рассматриваться как сложная наружная оболочка планеты, представленная сово­купностью природных вод, связанных с различными геосферами планеты. В этом случае только поверхностная часть гидросферы (Мировой океан и воды суши), не представляющая собой сплошной геосферы, может рассматриваться как пре­рывистая (фрагментарная) водная оболочка Земли, расположенная между земной корой и атмосферой. В связи с этим, вероятно, нельзя согласиться с предложе­ниями рассматривать гидросферу как сплошную водную оболочку земного шара, простирающуюся от верхней границы тропосферы (тропопауза) вниз до верхней мантии (Федосеев, 1974; Основы гидрогеологии, 1980), или с определением гид­росферы как «...непрерывной оболочки Земли, включающей всю воду в жидком, твердом, химически и биологически связанном состоянии» (Клиге, Данилов, Конищев, 1998).

Общий объем воды, содержащийся в гидросфере Земли, по су­ществующим оценкам (Мировой водный баланс..., 1974; Гав- риленко, Дерпгольц, 1971; и др.) составляет около 2500 млн км³ (табл. 1.1).

Таблица 1. 1

Объем гидросферы Земли (Р.К. Юшге и др., 1998)

В соответствии с гипотезой о происхождении Земли путем ак­кумуляции первично холодной космической материи с последую­щим уплотнением, разогревом в результате распада радиоактив­ных элементов и гравитационной дифференциацией вещества (О.Ю. Шмидт, В.Г. Фесенков и др.) формирование гидросферы в настоящее время связывают главным образом с процессами на­правленного выплавления и необратимой дегазации вещества мантии (механизм зонного плавления, по А.П. Виноградову).

Вода, образующаяся непосредственно из летучих компонентов магмы путем формирования молекул Н₂0 при взаимодействии водорода и кислорода, получила название первичной, или юве­нильной, воды (juvenilis — лат. юный, первичный). Согласно со­временным геологическим представлениям, гидросфера на Земле существовала практически во все геологические времена. По мне­нию большинства исследователей (А.П. Виноградов, Н.М. Страхов, А.В. Сидоренко и др.), формирование основной массы ювенильной воды (до 90% по расчетам П.Н. Кропоткина) и образование гид­росферы Земли практически в ее современном объеме произошло в течение архейской эры, т.е. на самой ранней стадии геологической истории Земли. По мнению других (Руби, 1951; Мияки, 1969), процессы дегазации мантии и, следовательно, формирования гид­росферы планеты в течение геологической истории Земли проис­ходят примерно с одинаковой скоростью. Тогда процесс форми­рования ювенильных вод характеризуется средними величинами порядка 0,5 км³/год (16 м³/с)'.

Наряду с основным процессом формирования гидросферы за счет дегазации мантии в настоящее время рассматриваются и принципиально другие возможные пути поступления воды в гид­росферу планеты. Так, по мнению В.Ф. Дерпгольца (1962), в гид­росфере планеты может содержаться порядка 100 тыс. км³ воды, поступившей на Землю с астероидными телами (метеориты) Сол­нечной системы (менее 0,005% от современного объема гидро­сферы)^I. Еще одним потенциально возможным источником воды является образование молекул Н₂0 путем синтеза атомов кислоро­да и водорода в верхних слоях атмосферы (на высоте 230—250 км). Однако по современным представлениям образование воды идет здесь одновременно с процессами диссоциации молекул Н₂0 и диссипации атомов водорода в космическое пространство, так что роль этого источника на современном уровне знаний пред­ставляется весьма проблематичной (Пиннекер, 1980).

Современные представления о строении гидросферы планеты и единстве природных вод Земли определяют необходимость совмест­ного рассмотрения законов формирования природных вод, свя­занных с различными геосферами планеты. Как было указано во введении, воды Земли изучаются комплексом наук, среди кото­рых основными (по изучению гидросферы планеты) являются: океанология, гидрология суши, гидрогеология и метеорология.

Каждая из этих наук наряду с изучением форм существования, состава и законов движения воды в пределах конкретных частей и элементов гидросферы планеты (в широком смысле — различ­ных геосфер планеты) неизбежно занимается изучением процес­сов водообмена между геосферами Земли, отдельными частями и элементами гидросферы, т.е. процессов взаимодействия природ­ных вод. В связи с этим даже на уровне основ гидрогеологической науки принципиально невозможно рассматривать закономерности формирования подземной части гидросферы (подземных вод), не представляя себе, хотя бы в общих чертах, процессы ее взаимо­действия с водными массами атмосферы и поверхностными водами.