ноги» многих веществ в их круговороте, как полезных, так и вредных. Поэтому круговорот воды надо знать досконально в первую очередь. Специалистам данные о круговороте воды расскажут очень о многом, о том, что неспециалисту покажется никак не связанным с водой. Поэтому в мире тратится много сил и средств для того, чтобы измерять уровень воды в озерах, морях, реках, расход и приход воды и многое другое. Все это необходимо для того, чтобы следить не только за циркуляцией воды как таковой, но контролировать круговорот и других веществ. Контролировать и принимать меры к тому, чтобы недостатки, нарушения в этом круговороте как-то устранить, нейтрализовать. Так, в результате вырубки лесов меняются условия кругооборота воды. Во-первых, в результате этого гумус в почве окисляется, разрушается. А гумус в нормальном состоянии является источником углерода. В лесном гумусе углерода в 4 раза больше, чем в атмосфере, тогда как в биомассе лесов его только в полтора раза больше, чем в атмосфере. При окислении гумуса высвобождается СО2 в газообразном виде, который обычно удерживается в почве. Состав почвенных вод меняется вследствие сведения лесов и распашки земель. В них уменьшается количество некоторых микроэлементов. Дело в том, что вымывание веществ из почвы зависит от путей и режима циркуляции воды. Если вода циркулирует глубоко в почве и она насыщена СО2, то это способствует обогащению ее микроэлементами. Ясно, что такие условия реализуются, если вода задерживается лесом, деревьями, а не стекает вниз, не успев просочиться вглубь. Это можно проиллюстрировать результатами очень любопытного исследования. Ученый исследовал раковины двухстворчатых моллюсков, которых одну-две тысячи лет назад использовали в пищу, а раковины выбрасывали на помойку, на кухонные кучи. Исследователь сравнил содержание в этих раковинах бария и марганца с содержанием их в современных двухстворчатых моллюсках. Оказалось, что это содержание за последние тысячи лет уменьшилось вдвое. То есть моллюски в наше время недополучают примерно половину причитающихся им марганца и бария. А все потому, что их не доставляет вода. Она циркулирует другим путем и не растворяет достаточного количества этих микроэлементов. Она не достигает тех глубин, на которые проникала раньше, при существовании лесов. Сейчас вода быстро стекает по поверхности почвы и не фильтруется через гумусовые слои. Это значит, что элементы, находящиеся в почве (это резервный фонд), оказались отрезанными, отделенными непроницаемой стеной от элементов, которые совершают круговорот и составляют обменный фонд. А причина этого — действия человека, который извел лес. В этом случае для того, чтобы хоть как-то исправить положение, надо вносить в почву указанные не доставленные водой элементы как добавки к удобрениям. Это пример тех косвенных последствий результатов деятельности человека, которые он не предвидел. К сожалению, в истории они идут сплошной чередой. Специалисты установили, что в море количество воды, которая испаряется с его поверхности, больше, чем то количество воды, которая возвращается в море в виде осадков (дождя, снега, града). Но баланс должен быть соблюден. Недостающая для этого вода втекает в море из суши, куда она выпадает в виде осадков.
Это можно трактовать и так: часть испарений моря, прежде чем попасть обратно в море, орошает сушу в виде осадков. Эта влага поддерживает экосистемы как естественные, так и искусственные, то есть агроэкосистемы, используя которые человек кормится. Были получены такие оценочные цифры. Пресные озера и реки получают ежегодно в виде осадков примерно 1 геограмм воды (это равно 104 т). Из нее одна пятая часть составляет сток, то есть уходит в море, а четыре пятых частей прихода воды за счет осадков уходит в подпочвенные водоносные слои, или, как выражаются специалисты, «горизонты». Поскольку оценки дают, что всего воды в этих пресных озерах и реках содержится четверть геограмма, один оборот воды происходит примерно за один год (сток составляет пятую часть геограмма). Оценки проведены применительно к США.
В результате деятельности человека (создание водохранилищ на реках, уплотнение пахотных земель, сведение лесов, строительство оросительных систем, покрытие земной поверхности непроницаемым для воды покрытием и т. д. и т. п.) поступление воды в глубинные слои почвы очень сильно сократилось. Нельзя рассматривать воду просто как среду обитания живых организмов. Ни в коем случае. Она вместе со всем живым, в ней находящимся, составляет единое целое. Живое не только приспосабливается к условиям, имеющимся в воде, но и меняет эти условия. Так, речные животные возвращают в круговорот элементы питания. Поэтому вынос их в море сокращается. Мало того, элементы, пропущенные через пищевую цепь насекомых, рыб и других организмов, могут перемещать эти элементы против течения воды. Имеются и другие признаки этого единства.
Глобальный круговорот углерода. Это второй круговорот, который наряду с круговоротом воды чрезвычайно важен для человека, для человечества. Прежде всего надо вспомнить о СО2. Его содержание в атмосфере нельзя изменять сколько-нибудь сильно. От него зависят условия на Земле — потепление или похолодание климата, и то и другое очень плохо. Чувствительность СО2 к изменениям в биосфере очень высокая из-за того, что его мало содержится в резервном фонде, в атмосфере Земли. Чем резерв больше, тем устойчивость больше. Резервный фонд — это своего рода буфер, что и понятно. Манипулируя количеством вещества, которое составляет малую долю от всего количества, трудно существенно изменить всю массу вещества. В случае с СО2, к сожалению, все обстоит не так — резервный фонд мал и поэтому чувствительность к воздействиям высокая. Конечно, имеются очень большие запасы углерода в океанах, а также в ископаемом топливе и вообще в земной коре. Но он там почти законсервирован. Потоки углерода между материками, океанами и атмосферой незначительные. Пока человек столь сильно не вмешивался в эти процессы, эти потоки были сбалансированы — сколько углерода уходило из атмосферы, столько же его возвращалось в нее из океанов и материков. Но человек добавил мощные источники углерода. Это прежде всего сжигание топлива (горючих ископаемых). Но имеются и другие источники. Так, потеря СО2 из почвы в результате ведения сельского хозяйства больше, чем приобретение почвой углерода из атмосферы. Известно, что СО2 фиксируется сельскохозяйственными культурами. Это для почвы дебет, прибыль (в смысле углерода). Но в результате частой вспашки СО2 высвобождается из почвы. Это потеря СО2, которая превышает его прибыль. Дать точные цифры, характеризующие все процессы, приводящие к пополнению СО2 в атмосфере, трудно. Возможно, процесс сжигания топлива равноценен процессу разрушения биотических резервуаров. Но возможно, что второй процесс менее важен.
Не вызывает сомнения, что растительность Земли путем фотосинтеза, а также карбонатная система морей являются основными источниками СО2 в атмосфере. Установлено, что организмы, составляющие зоопланктон, выделяют в воду большое количество элементов питания в растворимой форме. Это количество больше, чем то, которое высвобождается при микробном разложении трупов этих организмов. Эти выделения в воду живых организмов включают в себя растворимые органические и неорганические соединения фосфора, азота и СО2. Эти продукты непосредственно усваиваются продуцентами. Эти продукты нет необходимости подвергать разложению бактериями. По такой же схеме происходит восстановление (регенерация) и других жизненно важных элементов питания. Следующие цифры иллюстрируют рост СО2 в атмосфере. Если в 1880 г. в атмосфере содержалось 0,29 % СО2, то в 1958 г. оно достигло 0,31 %, а в 1980 г. — 0,33 %. На первый взгляд, это незначительные изменения. Но результаты их могут иметь очень губительные последствия. Оценено, что если содержание СО2 достигнет 0,58 %, что может произойти в середине будущего века, то температура повысится в среднем на 1,5–4,5 °C. А это очень серьезно. Может начаться таяние льдов в полярных шапках, изменится циркуляция атмосферы, повысится уровень Мирового океана. Правда, по мере загрязнения атмосферы промышленными выбросами она становится более мутной и количество отраженной атмосферой солнечной энергии увеличивается. Значит, ее меньше будет попадать на поверхность Земли. Это тот случай, когда говорят, что нет худа без добра: часть нагрева за счет увеличения СО2 может компенсироваться увеличением рассеянной солнечной энергии.
Мы говорим о СО2. Но у него есть предшественники, первоисточники. Это СО — окись углерода и СН4 — метан. В атмосфере содержание СО составляет 0,0001 %, а метана — 0,0016 % от общего содержания атмосферы. Эти соединения быстро обращаются, время пребывания (полного кругооборота) для СО составляет чуть больше месяца (0,1 года), а СН4 — 3,6 года. Для СО2 оно составляет 4 года.
Откуда берутся СО и СН4? Они образуются при анаэробном, или неполном, разложении органического вещества. Впоследствии оба эти соединения окисляются и образуют СО2. Но СО образуется не только в процессе естественного разложения. Примерно столько же его образуется и при неполном сгорании горючих ископаемых. Много его содержится в выхлопных газах автомобилей. Все знают, что окись углерода (СО) является для человека смертельным ядом. Он особенно опасен по понятным причинам в городах, где его концентрация может достигать 0,1 %. Результатом этого могут быть анемии и другие заболевания сердечно-сосудистой системы, которые связаны с недостатком кислорода.
Что касается метана, то он вносит свой вклад в образование озонного слоя. Он производится живыми организмами (микроорганизмами) в мелководных морях, а также болотах. Об этом мы говорили, касаясь проблемы озонного слоя.
Круговорот азота. Воздух, которым мы дышим, на 80 % состоит из азота. Это дармовой азот. Он очень нужен в почве, но в таком виде он там не усваивается. Таким образом, азот обладает огромным резервным фондом. Круговорот его в основных чертах выглядит так. В атмосферу он поступает в результате деятельности денитрифинирующих бактерий. Он возвращается в круговорот благодаря деятельности азотфиксирующих бактерий или водорослей. Они осуществляют биологическую фиксацию азота. Кроме того, азот образуется и затем поступает в атмосферу в результате ряда физически