ты и их основания — липиды — остались без изменений. Для высших наземных растений единственной возможностью оттока деградирую­щей в тепло энергии солнечного излучения без существенного по­вышения температуры их тканей мог стать только механизм фазовых (вода — пар) переходов на поверхности мезофильных клеток, то есть транспирация.

Таким образом, транспирация оказалась той «точкой», в которой произошло сопряжение двух глобальных циркуляционных структур, двух гигантских «шестеренок»: физической циркуляции воды в си­стеме «почва — атмосфера» и циркуляции биоэлементов в экоси­стемах наземных растений. Без этого сопряжения невозможно при­ведение в действие круговоротов биоэлементов в системе зеленых растений суши. А поскольку зеленые растения представляют собой начальное звено трофической цепи наземных экосистем, циркуляция воды в системе «почва — растительный покров — атмосфера», по су­ществу, «раскручивает» круговорот биоэлементов во всей системе би­оценозов суши.

Для непосредственного пользования водными ресурсами человеку удобнее всего использовать речной сток. В частности, суммарный сток с водосборов 36 самых больших рек бывшего СССР — око­ло 3524 км³ в год; почти 18 % приходится на сток самой водоносной реки России — Енисея и более 60 % в совокупности дают Енисей, Обь, Лена, Амур и Волга.

Речной сток имеет поверхностную и подземную составляющие, величина последней — в среднем около 25 % суммарного речного стока.

Структурная и функциональная организация гидросферы

Вода вездесуща и всегда присутствует вокруг нас в газообразной, жидкой, твердой либо связанной формах. Однако особое значение имеют упорядоченные, пространственно локализованные и достаточно стабильные скопления воды, которые обычно называют водными объ­ектами или системами. Они являются основными организующими элементами гидросферы.

Организация гидросферы определяется количеством водных объек­тов различного типа и их взаимодействием, то есть циклическим переносом вещества, энергии и информации, осуществляемым на раз­личных пространственно-временных уровнях.

Многообразие водных объектов гидросферы представлено на планете семью основными классами: океанами и морями, реками, озерами, болотами, ледниками, водохранилищами и каналами. Два последние класса водных объектов обязаны своим появлением преобразующей деятельности человека. Широкое распространение они получили пре­имущественно в XX веке, когда масштабы хозяйственного использо­вания воды неизмеримо возросли.

4—2711

49

50

В системе каждого океана выделяют так. называемые окраин­ные моря, то есть части океана, примыкающие к суше и зани­мающие обычно шельфовые области. Внутренние моря гидро­графически обособлены и соединяются с океаном или другим морем проливами.

Моря имеют важное экологическое значение. Они определяют не только климат на территориях в сотни тысяч квадратных километров, но и оказывают влияние на условия жизни людей, экономику, куль­туру, формирование этносов. Достаточно в этой связи упомянуть историю развития средиземноморских и черноморских стран.

Главной особенностью океанических и морских вод является их высокое солесодержание (минерализация, соленость), составляющее в среднем для Мирового океана около 35 г/л, с колебаниями в отдельных морских бассейнах от 25 до 40 г/л. Для морских вод характерно удивительное постоянство химического состава, то есть соотношение содержания основных солей (хлористого натрия, магния, кальция и т. д.). В отличие от пресных вод, температуры замерзания и наи­большая плотность морских вод совпадают. Присутствие в морской воде значительного количества солей определяет условия жизни и эволюцию гидробионтов и морских экосистем. Исследования последних 20—25 лет показали значительную сложность гидрофизической эко­логической структуры морских вод. Данная структура обусловлена формированием и взаимодействием динамических вихревых образова­ний разных пространственных масштабов (от нескольких до десятков и сотен километров в поперечнике), а по вертикали — наличием мно­гоярусных слоев воды со своими физико-химическими характеристи­ками, которые либо определяют массоэнергоперенос (внутренние вол­ны), либо являются его следствием (при конвективном, турбулентном перемешивании).

Велика, а для некоторых регионов планеты определяющая, роль морских природных ресурсов (в основном минеральных и продоволь­ственных) в жизнеобеспечении человека.

Озера — это природные континентальные водоемы с замедленным водообменом, которые занимают понижения рельефа (так называемые озерные котловины). По площади озера отличаются на три порядка — от долей до нескольких тысяч квадратных километров, по глубине — от нескольких до 1,5 тысячи метров и более (озеро Байкал — 1620 м). На нашей планете несколько десятков миллионов озер, суммарная площадь их акватории оценивается в 2,7 млн. км² (около 1,8 % от общей площади суши). Широко распространены как пресные, так и солонова­тые и соленые озера.

Удивительно разнообразие типов озер, определяемое в основном происхождением (генезисом) их котловин. Различают тектониче­ские, ледниковые, речные (старицы), приморские (лагуны и ли­маны), провальные (карстовые, термокарстовые), вулканические (в кратерах потухших вулканов), завально-запрудные (образующиеся при обвалах больших масс горных пород в речные горные долины) озера. Возраст озера определяется его происхождением: от несколь­

4*

51

ких десятков до нескольких миллионов лет (многие тектонические озера).

Основной характеристикой озер можно считать стабильность их уровневого режима, который является результирующей водного баланса и отражает соотношение прихода и расхода воды. Важная особенность озерных систем — преобладание в них процессов накопления, акку­муляции минерального и живого вещества, которое определяет эво­люцию озера.

Считается, что около 200 наиболее крупных озер планеты име­ют общемировое или национальное (для отдельных стран) значение. Наиболее известны Великие американские и африканские озера, в России — Байкал, Ладожское, Онежское, Таймыр, Ханка, Чудско- Псковское, Белое, Ильмень. Весьма характерно, что иногда озера становятся как бы национальными символами: оз. Севан для Арме­нии, оз. Иссык-Куль для Киргизии, оз. Балатон для Венгрии, озе­ра Виктория, Чад, Танганьика для нескольких африканских стран_> Это связано с большим экономическим и историческим значением таких озер.

Из всего многообразия водных объектов именно озера самые уяз­вимые в отношении антропогенных (техногенных) воздействий. Это наиболее ярко проявляется в процессах так называемого антропоген­ного евтрофирования, то есть в реакции озерных экосистем на повы­шенные нагрузки биогенными и токсическими веществами.

К озерным водоемам, по-видимому, следует относить и внутренние бессточные озера-моря, такие как Каспийское и Аральское. Они не имеют связи с Мировым Океаном и считаются морями в основном из-за их размеров и степени минерализации (солености) воды. Ант­ропогенное нарушение водного баланса Аральского моря, обусловлен­ное резким сокращением поступления пресного стока рек Амударьи и Сырдарьи из-за чрезмерного расхода воды на ирригацию, привело к катастрофическому (более чем в 4 раза) сокращению площади моря, увеличению солености воды, возникновению ветровых пылесолевых потоков, потере рыбопромыслового значения. Совокупность и масш­табность указанных процессов резко ухудшили условия жизни мил­лионов людей и квалифицируются специалистами как аральская эко­логическая катастрофа. Преодоление ее потребует колоссальных затрат и значительного времени (десятков лет) даже при правильно выбранной стратегии проведения компенсирующих и восстановительных меро­приятий.

Нарушение водного баланса Каспийского моря в большей мере, по-видимому, связано с естественными, природными причинами, ме­ханизм которых не вполне ясен (скорее всего он является много­факторным). Еще 15—20 лет назад тревогу вызывало понижение уровня моря. В последние 10 лет наблюдается устойчивое его по­вышение (на 1,2 м к 1992 г.), что оказалось еще большим бед­ствием. Например, на ряде участков Казахстанского побережья мо­ре «надвинулось» на сушу на 35—40 км. Ущерб от повышения уровня Каспийского моря уже оценивают как многомиллиардный.

52

Он еще более возрастет, если тенденция подъема воды сохранится. С Каспием связаны условия жизни миллионов людей из Казахста­на, Азербайджана, России, Туркмении, Ирана, поэтому в данном случае налицо все признаки экологической катастрофы, но только, в отличие от Арала, обусловленной не антропогенными, а природ­ными факторами.

Классическим примером осуществления комплекса мер по предот­вращению экологической катастрофы, почти наступившей в связи с загрязнением Великих американских озер, является программа, наме­ченная и выполненная США и Канадой. Реализация ее потребовала примерно 20 лет и нескольких десятков миллиардов долларов. Однако весь мир убедился в важности выбора правильной, последовательной и системной стратегии действий в различных областях человеческой деятельности — политической, экономической, технической, законода­тельной, природоохранной и экологической.

Речные системы. Реками называют однонаправленные по рельефу (сверху вниз) потоки воды, текущие в руслах и формирующиеся за счет поверхностного и подземного стока, поступающего с водосборных территорий. Каждая крупная река представляет собой целую систему питающих ее рек меньшего порядка. Археологические раскопки и исторические документы свидетельствуют, что начало нескольких древ­нейших цивилизаций связано с реками. Достаточно упомянуть назва­ния лишь нескольких великих рек — Тигр и Евфрат, Инд и Ганг, Янцзы и Хуанхэ, наконец, Нил.

Значение речных систем в полной мере сохранилось и теперь. Речные долины — по-прежнему места наибольшей концентрации на­селения, хозяйственных и промышленных объектов.

Главной особенностью речных систем является то, что в них осу­ществляется транзитный и однонаправленный перенос вещества и энер­гии. В речной экосистеме фактор движения воды — определяющий. Именно реки осуществляют связь суши с Мировым океаном, поставляя в него ежегодно миллиарды тонн минерального и живого вещества. Гидрографическое строение речных систем, то есть их топография, соотношение линейных и морфометрических элементов притоков раз­ного порядка, образует удивительно упорядоченную структуру — свою для разных типов рек. По рисунку речной сети можно получить представление о многих особенностях территории, на которой она сформировалась.

Реки классифицируют и типизируют по многим признакам. Раз­деляют равнинные и горные реки; малые (длина меньше 100 км, площадь бассейна 2000 км²), средние и крупные реки; постоянные и пересыхающие; реки снегового, снего-дождевого, дождевого и ледни­кового питания.

Основными характеристиками рек являются: объем годового стока и его многолетняя изменчивость, внутригодовое распределение стока по сезонам и месяцам, максимальный и минимальный расход воды, количество переносимых за год и отдельные периоды наносов (взве­шенных и влекомых), а также солей, поступающих в приемный во-

53

доток (другую реку) или водоем (озеро или морс). Неравномерность стока реки наиболее выражена в аридных регионах, а также у гор­ных рек с паводковым режимом. Отметим, что наиболее богатыми и продуктивными считаются дельтовые речные экосистемы, а именно зоны контакта речных и морских вод. Каждая речная система — особый мир, бассейны многих рек находятся в сфере жизненных ин­тересов целых групп стран. Достаточно упомянуть в этой связи Рейн, Дунай, Меконг, Ла-Плату. Такие реки, как Миссисипи в США, Вол­га в России, Амазонка в Бразилии, являются национальными сим­волами.

Нельзя не сказать хотя бы несколько слов о величайшей ре­ке мира. Длина Амазонки — 7 тыс. км, площадь бассейна — более

7. млн. км². Ежесекундно река в нижнем течении проносит в сред­нем 220000 м³ воды, за год — около 7000 км³, что составляет 15 % общего годового стока всех рек земного шара. Влияние ее вод ощу­щается в Атлантическом океане за 250 км от устья. Добавим, что в Амазонке и ее притоках водится более 2000 видов рыб. До сих , пор река мало изучена и хранит, по-видимому, много тайн, инте­ресных с разных точек зрения.

Россия богата реками, великими в планетарном масштабе. По протяженности, площади бассейна, величине стока в «двадцатку» рек мира входят Обь, Енисей, Амур, Лена, Волга.

Речные воды — наиболее важный источник водоснабжения и водо- обеспечения, хотя они составляют всего лишь 0,0002 % от общих запасов воды на Земле. Суммарный годовой сток рек мира — около 39 тыс. км³. Россия — одна из наиболее водообеспеченных стран мира, на ее долю приходится примерно 1/10 часть этого количества.

Речные системы в большой степени йспытывают антропогенные воздействия. Они связаны с изменением структуры землепользования в пределах водосборов, утратой многих тысяч малых рек, созданием крупных систем и каскадов водохранилищ, поступлением огромного количества загрязняющих веществ как из сосредоточенных источников (промпредприятия и города), так и рассредоточенных (сельскохозяй­ственные угодья и объекты). Многие страны участвуют в осуществлении национальных и международных программ «возрождения» больших и малых рек. Наиболее известны программы по восстановлению Дуная, Рейна, Темзы, Колорадо, Миссисипи. В России в качестве первооче­редного рассматривается проект спасения и возрождения Волги, хотя и многие другие реки Европейской части, Сибири и Дальнего Востока нуждаются в этом не меньше.

Состояние реки и ее бассейна может в антропоэкологическом смысле быть определяющим. Например, в бассейне Волги сосредоточено 40 % населения России, производится половина промышленной и хозяйст­венной продукции.

С речными системами связаны и природные катастрофы, которые по своим разрушительным последствиям стоят в первом ряду. Это наводнения. По данным ЮНЕСКО, за последнее столетие в мире от них погибло 9 млн. человек, в то время как от землетрясений и

54

ураганов — 2 млн. По некоторым оценкам, от 2 до 10 % общей площади стран, на которой проживает 1—5 % населения, подвержены перио­дическим наводнениям.

Ледники — это своеобразные, чаще всего горные или покровные системы накопления и движения воды в твердой фазе, только с очень медленными скоростями движения, измеряемыми десятками, реже сот­нями метров в год. При определенных условиях и, прежде всего, больших скоплениях, лед приобретает свойство пластичности и под воздействием силы тяжести начинает перемещаться. Ледники весьма разнообразны по форме и размерам: от долей до нескольких миллионов квадратных километров. Общая площадь современных ледников до­стигает 16 млн. км² (11 % площади суши), а общий объем — около 30 млн. км³ воды. Самый мощный ледниковый покров планеты на Антарктиде.

В ледниках законсервировано 2/3 пресных вод планеты, причем это, в отличие от водных ресурсов речных систем, не возобновля­ющиеся вековые запасы пресной воды. Вот почему к заманчивым проектам использования ледников путем их ускоренного стаивания (искусственное зачернение поверхности) для увеличения стока рек с ледниковым питанием нужно относиться крайне осторожно. Ведь ледники — это страховые запасы пресной воды для человечества. Кроме того, ледники — индикаторы общепланетарных процессов ув­лажнения. Они отражают изменения водного баланса целых регионов, обусловленные циклами геосферных процессов либо техногенных воз­действий (парниковый эффект).

Болота занимают сравнительно небольшую часть суши — около 3,5 млн. км², однако их общеэкологическое значение трудно переоце­нить. Во-первых, это особый тип экосистем, представленный весьма специфическим биотическим сообществом. Во-вторых, болота выпол­няют чрезвычайно важную водорегулирующую функцию: определяют условия формирования и качество речного стока, особенно в лесной зоне.

Болота образуются на участках суши, для которых характерно постоянное и избыточное увлажнение, вызывающее появление гид­рофильной растительности и развитие специфических почвенных процессов, чаще всего приводящих к торфообразованию. В зависи­мости от условий водного питания, болота подразделяют на е в - трофные (низинные), мезотрофные (переходные) и олиго- трофные (верховые). По типу преобладающей растительности бо­лота принято подразделять на лесные, кустарничковые, травяные, моховые.

На болотах произрастает огромное количество ценных видов ягод — брусники, морошки, клюквы, а также лекарственных трав, однако это используется пока в очень незначительной степени.

Водохранилища и каналы. Регулирование стока рек путем со­здания водохранилищ во второй половине XX столетия приобрело масштабы планетарного явления. Сейчас в мире более 30 тысяч во­дохранилищ, их суммарный полный объем составляет 6 тыс. км³,

55

что в 5 раз превышает единовременный («мгновенный») запас воды в мировой речной сети (около 1200 км³). Наибольшее число крупных водохранилищ (объемом более 1 км³) создано в России, США, Ка­наде, Бразилии, Китае, Индии, Мексике, Аргентине. Длина неко­торых из них достигает 500 км, ширина — 60 км, а глубина — 300 м. Полный объем самого крупного в мире Братского водохранилища на реке Ангаре составляет 169 км³ — это больше чем три годовых стока Днепра (около 56 км³).

Многие крупнейшие реки мира превращены в каскады водохрани­лищ, например Маникуаган, Колумбия, Колорадо, Миссури, Теннесси, Евфрат, Днепр, Волга, Ангара, Енисей, Парана, Риу-Гранди.

Создание водохранилищ позволило многим странам мира решить задачи водоснабжения и водообеспечения, гидро- и теплоэнергетики, водного транспорта, ирригации, борьбы с наводнениями. Десятки сто­лиц и крупнейших городов мира осуществляют водоснабжение из систем водохранилищ: Нью-Йорк, Лондон, Париж, Токио, Москва, Мадрид, Роттердам, София, Хельсинки, Бомбей, Хиросима, Денвер, , Бразилиа, Сан-Паулу, Мельбурн, Сидней и др.

Вместе с тем создание водохранилищ вызвало многообразные и глубокие изменения окружающей среды. Поэтому отношение специ­алистов и общественности к этим объектам неоднозначно.

Большая часть водохранилищ создана на реках, водный режим которых особенно сильно меняется при наличии непрерывных каскадов водохранилищ. Зарегулированные речные системы становятся транзит­но-циркуляционными, и в них существенно замедляется скорость водо­обмена. По оценкам ряда специалистов, в связи с созданием водохра­нилищ продолжительность полного водообмена в речных системах увеличилась к 1960 г. в 2 раза, к 1970 г. — в 3 раза, к 1980 г. — почти в 5 раз.

В водохранилищах формируется особый тип экосистем, не похо­жий ни на речные, ни на озерные. Причем эволюция водохрани- лищных экосистем проходит очень сложно и длительно, в течение десятков лет.

Кроме водохранилищ на Земле за последние полвека создано мно­го крупных каналов. Их цель — перераспределение стока рек по тер­ритории для подачи воды в районы с ее дефицитом. В настоящее время общий годовой объем воды, перераспределяемой по каналам, превышает 500 км³. Экологическое значение каналов в значительной мере определяется процессами миграции гидробионтов из одних гид­рографических бассейнов в другие и взаимодействием различных ге­нофондов водной фауны и флоры, которое было невозможным в ес­тественных условиях.

Сравнивать различные классы объектов гидросферы довольно труд­но, однако есть один универсальный показатель, интегрально отража­ющий особенности процессов, происходящих в водных объектах разного типа,— продолжительность водообмена. Для Мирового океана она со­ставляет 2500 лет, подземных вод различных горизонтов — от 1400 до 10000 лет, ледников — около 10000 лет, озер — 17 лет, почвенных

56

вод — 1 год, болот — 5 лет, водохранилищ — 0,5 года, рек — 16 суток, атмосферных вод — 8 суток. Эти цифры достаточно наглядно отражают функциональную организацию объектов гидросферы, а также их по­тенциальную уязвимость.

Гидросфера, как и другие основные сферы Земли — атмосфера и литосфера, испытывает все возрастающее антропогенное и техногенное воздействие. Оно проявляется двумя основными путями: поступлением в водные объекты загрязнений и изменением условий формирования поверхностных и подземных вод. Последствия этих воздействий наи­более остро ощущаются в крупных городах, где проживает уже поло­вина человечества.

57