Участвуя в создании земной коры, почвы и биосферы, вода способствовала возникновению и прогрессу человеческой культуры. С древних времен люди селились и строили города в первую очередь на берегах естественных водоемов. Реки, озера и моря с древних времен служили удобными дорогами во все уголки планеты. Возникновение поливного земледелия ознаменовало новую эру в истории человечества.
Водяное колесо было первым приспособлением для использования механической природной энергии, а паровая машина в начале XVIII века породила первую промышленную революцию.
Настоящее и будущее цивилизации в еще большей мере, чем ее прошлое, зависят от воды. Постоянный рост современного производства требует огромного ее количества — в среднем до 500–600 т на 1 т продукции. Промышленность, коммунальное и сельское хозяйство развивающихся стран в начале 60-х годов потребляли 38,7 л/день в пересчете на душу населения, а США — 6800 л/день, причем на личное потребление использовалось только около 6 % этого количества.
Если темпы прироста населения и развития промышленности останутся прежними, то только потребление воды в сельском хозяйстве через 25 лет увеличится в два раза! Хватит ли людям воды в 2000 г.? На первый взгляд, ее на земле, под землей и в воздухе огромное количество: около 1 400 млн. км3. Но, во-первых, для питья, сельского хозяйства и промышленности годится не всякая вода, а лишь пресная и чистая. Во-вторых, вода всего нужнее там, где расположены заводы, крупные города. Но в последнюю четверть века уже не в тех местностях, где воды испокон веков было мало (Сахара, Средняя Азия, Ближний Восток), а в Европе и США появились города и целые районы, страдающие от ее недостатка из-за того, что суммарное потребление воды промышленностью уже стало сравнимо с речным стоком и запасами подземных вод. Одновременно с истощением водных ресурсов происходит загрязнение подземных, поверхностных и атмосферных вод бытовыми и производственными отходами и ядохимикатами. Зловещим предупрежденном многим промышленным районам мира служит положение в бассейне р. Рейн. В верхнем течении Рейна загрязнение воды столь высоко, что через поперечное сечение реки за одну секунду проходит 1 кг хлоридов, а на границе между ФРГ и Нидерландами хлоридов содержится уже 350 кг/сек. Кроме того, воды Рейна загрязнены солями железа, ртутью, свинцом, кадмием, а также фенолами, детергентами и пр.
Промышленность не только сбрасывает в реки ядовитые отходы, по и отдает меньше воды, чем забирает из источников, так как часть ее входит в состав конечного продукта или испаряется. Безвозвратное потребление воды в США в 1965 г. составило 390 тыс. л в день, а в 1985 г. должно, по подсчетам, возрасти в 20 раз!
В отдельных случаях от водного голода сегодня еще спасают подземные воды. Но они плохо изучены, мы почти не знаем, как они восполняются, как сообщаются друг с другом. Может быть, закачка в глубинные скважины ядовитых промышленных стоков, которая сейчас широко практикуется, чревата опасностью заражения огромных масс воды.
Отдельные попытки управлять распределением воды делались испокон веков. Самые простые — строительство дамб, запруд, плотин и водохранилищ. Но водохранилища, как теперь стало известно, порождают и серьезные нежелательные последствия: большое испарение воды, затопление и заболачивание земель, ухудшение водного режима в прибрежной зоне, климатические, экологические нарушения и т. д. В последнее время часто появляется соблазн восполнить где-нибудь недостаток воды переброской туда части стока другой реки с помощью капала. Однако не всегда удается предвидеть все нежелательные гидрологические, климатические, экологические и другие последствия осуществления такого проекта. Поэтому очевидно, что крупномасштабные проекты подобного рода должны приниматься с осторожностью.
Если, например, отвести часть стока реки Обь в Среднюю Азию, то уменьшится количество тепла, приносимого рекой в Северный Ледовитый океан. Льды будут дольше блокировать Северный морской путь, изменится климат в бассейне реки, уровень грунтовых вод и т. д. Поэтому подобные планы должны основываться на глубочайших и всесторонних исследованиях.
Радужные надежды возлагаются и на опреснение морской воды с помощью атомной энергии. Но и здесь необходимо продумать все возможные последствия такого вмешательства в чрезвычайно тонко отрегулированный механизм природы.
Не менее сложные научные и практические вопросы возникают в связи с загрязнением воды.
Все отходы и вредные вещества, попавшие в атмосферу, на почву и в поверхностные воды суши, в конце концов попадают в океан, превращая его в сточную яму планеты. Сейчас в океан поступает ежегодно около 10 тыс. т ядовитой для всего живого ртути и 200 тыс. т свинца, который в основном добавляется к нефтепродуктам, в первую очередь в бензин для автомобилей, как антидетонационная присадка (в виде тетраэтилсвинца).
Особенно быстро загрязняются поверхностные воды нефтепродуктами. Потери нефти из морских скважин, при авариях танкеров, очистке их приводят к тому, что в моря и океаны попадает б—12 млн. т нефти в год. Около одной пятой (!) поверхности океана постоянно покрыто нефтяной пленкой, губительной для большинства живых организмов. Если же учесть, что, скажем, концентрация в воде ДДТ даже в размере одной миллионной доли уменьшает генерацию кислорода фитопланктоном на 75 %, то станет понятным, почему содержание кислорода в атмосфере планеты, по некоторым данным, уменьшилось на несколько процентов, а в океане — на 12 %.
Жак Ив Кусто 30 лет изучал жизнь моря, проплыв тысячи километров по воде и под водой. Он с горечью отмечает, что за последние два десятилетия биологическая продуктивность океана понизилась на 30–50 % из-за загрязнения воды. Способность океана к самоочищению нарушена. Рыбные богатства быстро истощаются, уменьшается число видов морских животных и растений. Происходят сложные перестройки в морских экологических системах, в результате которых снижается продуктивность популяций ценных для человека видов животных и растении, а продуктивность сорных популяций повышается.
Одним из самых неприятных последствий загрязнения земных вод является то, что все вредные продукты через пищевую цепь в конце концов попадают в организм человека, а все последствия такого отравления еще не известны. Зато можно предвидеть последствия захоронения на дне океанов и морей контейнеров с отходами атомной промышленности. Сильные океанские течения уже сейчас иногда выносят на побережье контейнеры с радиоактивными отходами, захороненными в центре Атлантики.
Итак, для сохранения биосферы нужно научиться как можно меньше загрязнять и истощать водные ресурсы. Для этого необходимо знание законов взаимосвязей всех компонентов биосферы: леса, почвы, подземных, грунтовых и поверхностных вод, климатических условий и т. д. Надо знать водные ресурсы и особенности мирового водного баланса, хозяйственные потребности в воде, учитывать последствия освоения водных ресурсов. Пока что большинство этих проблем еще не решено. Например, в Северной Америке определены лишь запасы воды в Великих озерах, другие озера этого континента, как и большинство озер Африки и Азии, до сих пор гидрографами не изучены. Мы совершенно не представляем себе истинного водного баланса во многих странах и речных бассейнах. Между тем проблема рационального использования водных ресурсов — проблема международная, ибо все водные системы на Земле взаимосвязаны — либо непосредственно, либо через атмосферу и Мировой океан. Именно поэтому большинство стран мира включилось в выполнение программы Международного гидрологического десятилетия, разработанной при участии ЮНЕСКО. Эта программа предусматривает наиболее широкие по своим масштабам мероприятия для изучения роли природных факторов в жизни людей.
Первыми этапами решения задачи изучения и рационального использования водных ресурсов всей Земли будет определение всех видов вод и гидрологических объектов, всех потоков влаги в пределах гидросферы, атмосферы, литосферы и между ними.
Прежде всего, по мнению советского ученого Г. Ф. Хильми, необходимо разработать новый комплекс теоретических знаний, который позволил бы перейти от описания природы и учета ее ресурсов к проектированию преобразований природы. Ученый пишет, что сегодня ужо «нельзя пробовать преобразовывать природу сначала одним способом, а затем, если это окажется неудачным, переходить к испытанию другого способа. Поэтому необходима такая теория природных процессов и явлений, которая способна предвидеть ход явлений, в природных условиях никогда ранее не существовавших, а только запроектированных… Такие знания можно получить синтезом представлений, разработанных в геофизике, геохимии, географии, биоценологии, лесоводстве и других науках, используя одновременно современные представления о саморегулировании и самоорганизующихся системах».
В современных условиях речь должна идти уже не просто об использовании и освоении природных ресурсов, а о разработке новых принципов взаимодействия общества и окружающей среды, важнейшую часть которой составляет вода.
Несмотря на растущую загрязненность гидросферы, человечество располагает научными знаниями, чтобы ослабить вредные последствия уже совершившегося загрязнения, предотвратить дальнейшее. При этом важнейшее значение будет иметь опыт Советского Союза и других социалистических стран.
Этот опыт, очевидно, по смогут игнорировать и страны с иным социально-экономическим укладом. Очевидно, нужно ориентировать научно-технический прогресс на всемерное ограничение использования водоемких технологий и водоемкости продукции, максимальную очистку стоков, а в перспективе — на внедрение безводной технологии. Одновременно необходимо тщательнее продумывать крупномасштабные гидротехнические проекты, чтобы не нарушить сложившееся в биосфере равновесие.