2.3. Водная среда

Вода благоволила литься!

Она блистала столь чиста,

Что - ни напиться, ни умыться.

И это было неспроста.

Ей не хватало ивы, тала

И горечи цветущих лоз.

Ей водорослей не хватало

И рыбы, жирной от стрекоз.

Ей не хватало быть волнистой,

Ей не хватало течь везде.

Ей жизни не хватало - чистой

Дистиллированной воде!

Л. Мартынов

В соответствии с современными гипотезами происхождения жизни принято считать, что эволюционно первичной средой на нашей планете была именно водная среда. Подтверждению этому служит тот факт, что содержание солей в крови человека по ряду химических элементов, таких как Cl, Na, О, Ca, K (поддерживаемое на относительно постоянном уровне), близко к таковому в океанической воде. Вероятно, с этим связано оздоровительное влияние морской воды на человеческий организм. Кроме этого, жизнедеятельность подавляющего большинства организмов невозможна без поступления воды в организм или, по крайней мере, без сохранения определенного содержания жидкости внутри организма. Внутренняя среда организма, в которой происходят основные физиологические процессы, очевидно, по-прежнему сохраняет черты той среды, в которой происходила эволюция первых организмов. Свойства водной океанической среды во многом определили химико-физическую эволюцию всех форм жизни.

Вода входит в состав всех элементов биосферы. Это составная часть не только водоемов, но и воздуха, почвы, живых существ. Вода - это источник жизни, без нее невозможно существование ни животных, ни растений, ни человека. Совокупность всей воды на планете, ее водная оболочка Земли носит название гидросфера. «Любое проявление природной воды – глетчерный лед, безмерный океан, почвенный раствор, гейзер, минеральный источник – составляют единое целое, прямо или косвенно, но глубоко связанное между собой», - это слова выдающегося ученого, основоположника ученипя о биосфере, - академика В.И.Вернадского характеризуют гидросферу, водную среду нашей планеты.

Эта жидкая оболочка, покрывающая планету, наиболее отличает Землю от соседних с ней планет. Земля уникальна не только тем, что имеет так много воды в жидкой фазе, но и решающей ролью воды в формировании особенных черт планеты. Гидросфера важна для развития жизни не только в химическом смысле, велика также ее роль в поддержании относительно неизменного климата, что позволило жизни воспроизводиться в течение более трех миллиардов лет. Поскольку для жизни необходимо, чтобы преобладающие температуры были в диапазоне от 0^о до 100^о С, т.е. в пределах, которые позволяют гидросфере оставаться в основном в жидкой фазе, то можно сделать вывод, что температура на Земле на протяжении большей части ее истории отличалась большим постоянством.

Водная оболочка способствует формированию климата на Земле, ее могучая сила преобразует планету, уничтожая подчас творение рук человеческих. Поэтому Землю иногда называют водной планетой. Без воды жизнь невозможна. Тем, кто привык, что для получения воды достаточно только повернуть водопроводный кран, иногда трудно себе представить, как ценна вода для тех, кто не имеет возможности пользоваться ею в достаточных количествах. Например, женщинам в такой африканской стране, как Буркина-Фасо (бывшая Верхняя Вольта) приходится каждый день в течение двух-трех часов бродить по окрестностям в поисках какой-нибудь речушки или застойного водоема, а затем возвращаться домой, неся на голове 20-25 литров драгоценной влаги в глиняных кувшинах. Семьи, живущие на окраинах некоторых городов в развивающихся странах, зачастую тратят 10% своих доходов на покупку воды для питьевых и бытовых нужд.

Гидросфера – это одна из неотъемлемых сред обитания человека. Она поставляет ему питьевую пресную воду, продукты питания, из гидросферы человек черпает воду для полива и орошения земель, на которых выращивается жизненно важный урожай. В современном обществе без воды не может развиваться ни одна отрасль промышленности. Огромное количество пресной воды выпивают современные города.

Проблема нехватки воды возникла из-за нескольких причин. Прежде всего, это увеличение ее расхода для насущных нужд человека. Значительного количества воды требует производство продовольствия. Кроме того, в громадных количествах промышленность потребляет жизненно необходимую влагу промышленность. Индустриальные страны, пока еще не знающие недостатка в воде, бездумно разработали технологию промышленного производства современных продуктов. На производство одной тонны бумажной массы в настоящее время расходуется триста тысяч литров воды, одной тонны азотных удобрений - шестьсот литров, а на изготовление тонны пластика - свыше миллиона литров! Для выпуска одной тонны стали нужно 200-300 кубометров, резины – до 1,4 тысячи, бумаги – до 1,3 тысячи кубометров воды. Особенно много влаги требует сельское хозяйство. На производство одной тонны хлопка требуется 4-5 тысяч кубометров воды, тонны риса – 8 тысяч, пшеницы – 1,6 тысячи, ржи – 1,2 тысячи, картофеля – до 3 тысяч кубометров воды. Короче говоря, для производства суточной нормы продовольствия на одного человека требуется 6 тонн воды.

Мало кто задумывается, какого огромного расхода воды требует наша техническая цивилизация.

Для современного человека уже не в диковинку вид нашей планеты из космоса. Есть множество фото- и киноснимков, на которых видно, что большую часть площади Земли составляет вода. Причем, это вода, которая находится на ее поверхности, но есть еще масса воды, скрытая под земной оболочкой. Более 75% территории Земного шара – это водные просторы океанов, морей, рек, озер, болот, льдов. Вода проникает буквально во все возможные полости Земли. Везде она есть – где меньше, где больше. В составе гидросферы океан составляет 94%, подземные воды – 4,1%, ледники – 1, 6%, озера - 0,016%, почвенная влага – 0,005%, пары атмосферы – 0,001%, а речные воды составляют лишь 0,0001%.

Общие запасы воды на Земле в свободном состоянии составляют 1386 млн.км³, или 1,46 ^. 10⁶ триллионов т жидкой воды и льда, что в 275 раз больше массы атмосферы. Сами по себе эти цифры ничего не говорят, но если бы этой водой равномерно покрыть Земной шар, то ее слой составил бы 3700 м.

Чтобы более наглядно представить себе тот объем воды, которым располагает человечество, приведем следующий пример. Если сравнить нашу планету с таким фруктом, как апельсин, то вся вода в мире - находящаяся во взвешенном состоянии в воздухе, подземные воды, вода морей, океанов, рек, озер - представляла бы на этом апельсине каплю, осторожно нанесенную на его поверхность с помощью пипетки.

И вот что самое интересное: почти вся эта капля (97-98%) состояла бы из соленой воды морей и океанов. И лишь 2-3% представляли бы собой пресную воду, необходимую для жизни, - количество столь ничтожное, что на нашем апельсине эта вода занимала бы место меньше булавочной головки. Однако гораздо серьезнее другое: 75% пресной воды на Земле находится в виде льда, значительную ее часть составляют подземные воды и лишь 1% доступен для живых организмов. И эти драгоценные крохи мы нещадно загрязняем и беспечно расходуем, при том, что потребление воды непрерывно возрастает.

Большое экологическое значение имеют высокая плотность и вязкость воды. Плотность воды примерно в 800 – 1000 раз выше плотности воздуха. В результате водные организмы (особенно активно передвигающиеся животные) сталкиваются с достаточно мощными силами гидродинамического сопротивления, что направило эволюцию многих групп животных на формирование органов и типов движения, снижающих лобовое сопротивление. В связи с высокой плотностью водной среды ее обитатели лишены обязательной связи с субстратом, характерной для наземных форм и вызванной силами гравитации. В толще Мирового океана сложились комплексы живых организмов, свободно «парящих» в воде и самостоятельно поддерживающих круговорот веществ. Благодаря этому жизнь распространена в гидросфере по всей ее толщине, встречаясь даже в самых глубоководных океанических впадинах – на глубине до 11 км, где давление достигает 100 атм.

Основная масса гидросферы приходится на соленые воды Мирового океана, который покрывает 70,8 % поверхности Земли. Средняя высота материков составляет всего 840 метров, в то время как средняя глубина Мирового океана – 3800 метров. Здесь формируется климат планеты. Океаны занимают гигантские бассейны, глубина которых в некоторых местах удалена от поверхности моря примерно на столько же, на сколько гора Эверест поднимается над уровнем моря.

В океане и морях различают две экологические зоны: толщу воды – пелагиаль и дно – бенталь. Кромка берега, заливаемая во время приливов называется литораль. Выше этого уровня располагается часть берега, увлажняемая брызгами прибоя – супралитораль. Плавно понижающаяся материковая отмель, или шельф с глубинами до 200 м, как правило, узка и занимает только 7,6 % площади Мирового океана. Эта зона называется сублиторальной. Далее идет довольно крутой материковый склон с глубинами до 3000 м – батиаль (15,2 % площади океана). Вся остальная площадь приходится на ложе океана (абиссаль) с глубинами более 3 км. Глубоководные желобы, (ультраабиссаль) с глубинами более 6 км занимают менее 1 % площади океана. Наиболее глубокие впадины - Марианский желоб в Тихом океане - 11034 м и Пуэрто-Рико в Атлантическом океане - 8385 м.

В зависимости от плотности и давления морских и океанических вод организмы в них делятся на три экологические группы, различающиеся образом жизни.

1. Бентос - совокупность организмов, обитающих на дне морей и океанов. Они могут быть сидячими (водоросли, губки, мшанки, асцидии), роющими (кольчатые черви, двустворчатые моллюски), ползающими (иглокожие, ракообразные), свободно плавающими у самого дна (ракообразные, рыбы, головоногие, моллюски и другие). Биомасса бентоса с глубиной быстро падает, и начиная с 4000 м составляет менее 0,1 г/м².

2. Планктон - организмы, находящиеся во взвешенном состоянии в воде. Он состоит из фитопланктона, зоопланктона и бактериопланктона. Фитопланктон включает разные группы микроскопических водорослей, бактерий. Зоопланктон включает таких представителей животного мира как коловратки, брюхоногие, моллюски, ракообразные. Часто временное участие в составе зоопланктона принимают кольчатые черви, моллюски, ракообразные, иглокожие и другие организмы. Бактеориопланктон – микроскопические организмы (0,4-1 мкм), способные к фотосинтезу при более низком уровне освещенности, чем другие крупные представители фитопланктона.

3. Нектон - организмы, живущие в толще воды и способные активно перемещаться независимо от течений. Для активного передвижения необходимо обладать довольно крупным телом и развитой мускулатурой. Сюда относятся в основном рыбы, головоногие моллюски, китообразные, ластоногие и другие.

В гидросфере сосредоточена почти вся масса водорода и кислорода, а также натрия, калия, магния, бора, серы, хлора и брома, соединения которых хорошо растворимы в природных водах. В ней растворено 88% всей массы углерода биосферы.