Что такое вода

Как появилась вода и сколько ее на нашей планете

"Тобою наслаждаются не ведая, что ты такое",- обращался к воде французский писатель Антуан де Сент-Экзюпери. Тот самый, что написал прекрасную сказку о маленьком принце. И там вода играла не последнюю роль: принц постоянно помнил, что надо поливать свою единственную розу, оставленную на далекой родной планете.

Мы не можем прожить без воды и нескольких дней. Между тем долгие столетия люди не только не ведали, что она собой представляет, но не знали даже, сколько ее на Земле. И уже совсем неясно было, как появилась она на планете.

Вода была еще до появления человека: ведь есть все основания полагать, что жизнь и возникла в водной среде. Ну, а до возникновения жизни?

Нет, вода не случайный гость на Земле. Она - активный созидатель нашей планеты, один из ее основных "строительных материалов".

Миллиарды лет назад в холодном газопылевом облаке, со временем сгустившемся, уплотнившемся и ставшем Землей, уже содержалась вода. Скорее всего, она была в виде ледяной пыли. Это подтверждают исследования Вселенной при помощи точнейшей аппаратуры, смонтированной на спутниках и космических кораблях. Установлено, что исходные элементы для образования воды - водород и кислород - в нашей Галактике принадлежат к шести самым распространенным веществам космоса.

Целые скопления молекул воды и гидроксидных радикалов обнаружены за пределами Солнечной системы. В созвездиях Кассиопеи и Ориона найдены облака, состоящие из молекул воды. Размеры облаков колоссальны - их протяженность в 40 раз превышает длину пути от Солнца до Земли. Нередки случаи падения на Землю остатков кометных ядер - "посланцев" далеких миров. Чаще всего они представляют собой гигантские глыбы льда, смерзшегося с метаном, аммиаком и минеральными частицами. Вес упавших ледяных глыб может достигать сотен килограммов.

Многолетними исследованиями геологических процессов, происходящих на нашей планете, академик АН УССР Н. П. Семененко установил, что именно вода и составляющие ее элементы играли определяющуюу роль во всей геологической истории Земли. Исследовав содержание кислорода в составе земной коры, ученый сделал вывод, что в образовании протоземли участвовали громадные количества воды. Помимо этого, ее элементы входили в состав основных компонентов исходного облака: водород - в состав гидридов металлов, кислород - в состав оксидов.

Согласно теории советского геохимика академика А. П. Виноградова, протоземное облако постепенно уплотнялось и саморазогревалось. Источником необходимой энергии служили процессы радиоактивного распада и уплотнения первичного вещества планеты. С незапамятных времен происходят в недрах планеты глубинные физико-химические процессы. Там развиваются чудовищные давления и температуры; исходные вещества при этом испытывают сложные превращения. В результате образуются паро- и газообразные соединения, причем большинство из них состоит из воды или ее элементов.

Действительно, по геохимической модели нашей планеты, созданной Н. П. Семененко, земная кора, состоящая из окисленных пород, является своеобразным кислородным каркасом, а ядро планеты слагают гидриды нескольких металлов и частично карбид железа. В зонах самых высоких давлений и температур выделяются преимущественно водород и углеводороды. Дальше от центра планеты эти вещества взаимодействуют с окисленными породами - образуются водяной пар и углекислый газ. Эти соединения постоянно выделяются на поверхность через жерла вулканов, через всевозможные наземные и подводные трещины и разломы земной коры (рис. 1).

Рис. 1. Геохимическая модель Земли

По подсчетам Н. П. Семененко, за всю историю существования Земли на поверхность таким образом выделилось около 3,4*10⁹ км³ воды. Треть этого количества в парообразном состоянии покинула поверхность планеты и под воздействием Солнца значительная часть фотодиссоциировала на водород и кислород.

Остальная масса воды, очевидно, постепенно составила гидросферу. Появившись на поверхности планеты таким сложным путем, вода не стала инертной, бездейственной средой. Ведь вместе с парами воды выделялись не только оксиды углерода, но и соединения азота, фосфора, серы, которые вместе с кислородом, углеродом и водородом составляют химическую основу жизни. А наиболее благоприятные условия для появления и развития жизни создались как раз в водной среде. "Именно вода гидросферы явилась той обязательной, незаменимой средой, в которой происходило формирование наиболее сложных органических соединений, послуживших в дальнейшем материалом для построения тел живых существ. Вода и сейчас является хотя наипростейшим, но количественно преобладающим химическим компонентом "живой материи" - всей совокупности организмов, населяющих нашу планету",- так оценивает роль воды в возникновении биосферы крупнейший биохимик А. И. Опарин.

В настоящее время подсчет количества воды на Земле выполнен со всей точностью, доступной современной науке. Работу эту проделали советские ученые по программе Международного гидрологического десятилетия 1964-1974 гг. Окончательные результаты подсчета опубликованы в многотомном труде "Мировые водные ресурсы и водный баланс земного шара".

Установлено, что вся наша гидросфера - океаны, моря, реки, озера, болота, атмосферная влага - измеряется величиной весьма внушительной - 1,385*10⁹ км³ воды, или 1,4*10¹⁹ т. Три четверти поверхности планеты покрыто водой.

Космонавты неоднократно отмечали, что из космоса Земля выглядит голубой планетой с относительно небольшими вкраплениями суши. Голубая планета? Пожалуй, не планета, а только ее тонкая оболочка. Если распределить всю воду равномерно по поверхности земного шара, средний радиус которого 6370 км, получится пленка толщиной менее 3 км. Не так уж и много воды в общем объеме планеты. К тому же, основную часть нашего водного потенциала составляет та вода, которой не напьешься, не используешь ни в промышленности, ни в сельском хозяйстве, ни в быту. 97,75 % или 1,338*10⁹ км³,- это соленые воды океанов и морей. Остальные 2,25 % - пресные воды, однако половина их - 24*10⁶ км³ - "законсервирована" в виде гигантских ледяных шапок Антарктиды, Арктики, Гренландии, высоких гор в различных районах Земли.

Примерно столько же воды - 23,4*10⁶ км³ - скрыто от глаз людских в толще земной коры. Это подземные воды.

А объем действительно доступной пресной воды исчисляется уже не миллионами, а тысячами кубических километров. Больше всего пресной воды на земной поверхности накоплено в озерах - 176,4*10³ км³. Если бы на мгновение задержать течение всех рек земного шара, то оказалось бы, что в их руслах имеется одновременно 2120 км³ воды.

Истоки множества рек, больших и малых, находятся в болотах, которые содержат 10 300 км³ пресной воды. 13 000 т воды содержится в ближайших к земной поверхности слоях атмосферы. На высоте до 1 км концентрация водяного пара в воздухе в среднем составляет 2 %.

Вот, пожалуй, и вся вода, на которую может реально рассчитывать человечество теперь и в ближайшем будущем.