«Вода. Самая распространенная и самая загадочная жидкость на Земле» (стр. 3 )

Самые глубокие каньоны разъела река Колорадо в Северной Америке. Крупнейший из них так и называется  - Большой Каньон (приложение, рис.12). Его глубина 2 км, длина 380 км, ширина у верхнего края 16 км. Наблюдателю открывается исполинская каменная стена, изрезанная бесчисленными ущельями, гротами, каменными амфитеатрами и выступающими карнизами. Вся эта огромная масса сложена из горизонтальных слоев горных пород различной окраски.

Водопады, стремнины, пороги – это места, где наиболее сильно проявляется разрушительная деятельность воды, текущей по поверхности Земли. Падающий с высоты поток, который несет с собой камни и гальку – могучая сила, перед ней не устоят самые твердые породы. Мало-помалу водопад отступает вверх по течению реки. Самый известный водопад Ниагара, соединяющий Великие американские озера Эри и Онтарио, «съедает» ежегодно около метра скалы, с которой он падает. За время своего существования водопад сдвинулся с места, где зародился, более чем на 10 км. Ученые подсчитали: продвигаясь с такой же скоростью. Водопад через 20 тыс. лет достигнет озера Эри,  осушит его, а затем и сам перестанет существовать.

Самые большие пещеры – карстовые – образуются, когда вода размывает и растворяет известняки, доломиты и другие мягкие горные породы. Дождевая вода проникает через трещины, расколы или щели между слоями горных пород, постепенно растворяя их стенки, унося их частицы. В результате под землей образуются пустоты. Проходят сотни, тысячи лет и образуются многокилометровые пещеры. Нередко по подземным туннелям несутся потоки воды, а в залах плещутся глубокие озера. Вода образует в пещерах различные натеки, свисающие со сводов в виде сосулек (сталактиты) или растущие из пола в виде столбов (сталагмиты). Сложные сочетания наростов создают впечатление сказочного подземного царства. Именно эти чудеса природы навеяли Павлу Бажову описание подземных владений хозяйки Медной горы.

Раздел 2. ЧЕЛОВЕК И ВОДА

2.1. Вода в истории общества

Жизнь на Земле, как считают ученые, впервые зародилась в воде и лишь потом появилась на суше. И свою зависимость от воды обитающие на суше организмы сохранили в ходе эволюции. На Земле нет ни одного  даже самого примитивного существа, в теле которого не было бы воды и которое могло бы без нее обходиться. Тело взрослого человека, в зависимости от его возраста, содержит 58-66% воды, его кровь – 79%. Если голод – это злое наваждение, то жажда – сущее проклятие. При полном водном голодании жизнь человека может оборваться уже через несколько десятков часов. Потеря 6-8% влаги от веса тела вызывает состояние, близкое к обмороку. При потере более 20% неизбежно наступает смерть.

Планета Земля исключительно богата водой и по обилию жидкой воды является уникальной в Солнечной системе. Тем не менее, на всех этапах жизни общества перед людьми возникало множество проблем, связанных с их отношениями с водной средой.

Вода удовлетворяет многие потребности человеческого общества. Различают водопользование и водопотребление. При водопользовании вода служит для судоходства, лесосплава и гидроэнергетики. Водопотребление – это использование воды на орошение сельскохозяйственных культур, водоснабжение, в промышленном производстве (в качестве сырья, очистителя, охладителя) и теплоэнергетике. Велико санитарно-гигиеническое, лечебное и эстетическое значение воды.

Применение водоснабжения и канализации насчитывает несколько тысячелетий. Вдали от поверхностных источников еще в глубокой древности стали применять земляные колодцы, позволяющие собирать почвенные воды. Для защиты от обвала возводили каменные стенки, а для подъема воды начали применять простейшие механизмы: рычаг, колесо, наклонную плоскость и др. Для полива полей вводились оросительные системы, состоящие из каналов, водоемов, многоярусных водоподъемных устройств. Для приведения в действие механизмов использовался труд рабов или животных.

Во многих древнегреческих городах имелись водопроводы, основанные на использовании подземных вод. Так, в Афинах в период наибольшего расцвета было 18 водопроводов, подводивших частью речную, частью подземную воду. В эпоху расцвета древнеримской империи была изобретена водяная мельница. В древнем Риме были специалисты городского водоснабжения. Одним из крупнейших специалистов был Марк Витрувий (I в. до н. э.), автор большого труда по строительству «Об архитектуре», в котором он касался также и вопросов техники городского водоснабжения, методики поисков подземных вод, определения их качества. О темпах расширения римского водопровода можно судить по тому, что строитель Випсаний Агриппа (63 – 12 гг. до н. э.) в течение одного года построил 130 резервуаров, 700 водоразборных колодцев и 150 бьющих фонтанов. В искусстве добывания воды древние римляне достигли большого совершенства.

«Водоприводное» и «водовзводное» дело – так на Руси называлось ремесло по «добыче и доставке» воды. История этого ремесла уходит в глубокую древность. Возникновение и рост городов вызывали необходимость их водоснабжения (приложение, рис.13), которое осуществлялось путем использования не только поверхностных, но и подземных вод. Раскопками в Новгороде в 30-х годах XX века был обнаружен хорошо сохранившийся самотечный водопровод XI века, проведенный от родников к княжескому двору. Трубы этого водопровода состояли из двух не скрепленных половин деревянных стволов диаметром 30 см. тщательно обработанных. Это был первый в Северной Европе водопровод, по которому доставлялась чистая ключевая вода. Во время раскопок в стволах еще струилась прозрачная свежая вода. На высоком техническом уровне были построены водопроводы в Московском Кремле.

До 1920 года в России очистных сооружений практически не было. В большинстве случаев делались отводные подземные каналы для сточных вод. Такие каналы уже в древней Руси появлялись в городах и крепостях, а в середине XVIII века широко использовались в Петербурге. В 1832 году общая длина подземных водостоков в северной столице достигла 95 км. Облицованные кирпичом подземные каналы под Петербургом достигали высоты 3,78 м при ширине 3,6 м, что превышало в то время размеры знаменитых водостоков Парижа.

2.2. Сокровища Нептуна

Давно известно, что на дне мирового океана находится огромное количество полезных ископаемых. Широко распространены нефтегазовые месторождения. Самые крупные находятся в Персидском заливе, Карибском море (Венесуэльский залив), Мексиканском заливе. Со дна моря добывают больше 20% всего количества получаемой нефти. Кроме того со дна моря собирают песок, гравий, ракушки, из морского грунта добывают серу. В Японии из-под воды добывают 30% угля, в Великобритании – более 10%. 

Сейчас добыча полезных ископаемых рентабельна лишь на шельфе (приложение, рис.14). Начаты исследования глубоководной части океана. Обнаружены железо-марганцевые минеральные образования, находящиеся на глубинах более 3 км и слагающие целые рудные поля. Количество кобальта в морских минеральных образованиях превышают его запасы на суше в 2000 раз, кроме того, они содержат медь и никель. Особенно перспективным оказался район в приэкваториальной части Тихого океана.

«Жидкой рудой» называют морскую воду: стоимость всех веществ, содержащихся в 1 м3 морской воды, составляет примерно 1 миллиард долларов.

Извлечение минерального сырья из морской воды началось еще в глубокой древности. Для многих стран и народов она была единственным источником поваренной соли. Китайцы научились выпаривать соль из морской воды еще 4 тысячи лет назад. И до сих пор так добывают примерно треть всей соли (приложение, рис.15). Чтобы получить 1миллион тонн соли, нужно выпарить 120 миллионов тонн морской воды. Каждый год океана поставляет суше 8 миллионов тонн соли – это груз 8 тысяч крупных кораблей. В древности в Африке и Азии в областях, удаленных от океана, соль обменивали на золотой песок того же веса. Древние римляне солью расплачивались со своими наемными солдатами. Даже в наше время в Сахаре продуктом обмена, заменяющим деньги, служит соль, а в Индонезии соль и поныне остается символом изобилия. 

Всего в морях и океанах растворено 50 000 000 миллиардов тонн соли. Если выпарить океанскую воду, то этой солью можно покрыть всю Землю слоем 45 метров, а только сушу – 153 м, то есть «ковром» толщиной с 50-этажный дом. Из океанской соли можно было бы возвести вдоль всего экватора вал шириной 1 км и высотой 280 м.

В водах мирового океана в растворенном виде содержится более 8 миллиардов тонн золота. Если из всего растворенного в Мировом океане золота отлить куб, то длина его стороны составила бы 1 км. Однако, известный в настоящее время процесс извлечения золота из морской воды настолько дорог, что заниматься этим не имеет смысла.

Лучше обстоит дело с извлечением урана. Запасы урана в морской воде оцениваются примерно в 4 миллиарда тонн, что значительно превышает разведанные мировые запасы урана на суше. Предложены различные, достаточно экономичные способы получения урана из морской воды.

Можно сказать: если запасы полезных ископаемых на суше когда-нибудь истощаться, то океан с его богатствами всегда будет к услугам человека.

2.3. Водный голод планеты

Чистой воды, пригодной для человека, растительного и животного мира становится все меньше. Ресурсы пресной воды не только ограничены, но и распределены неравномерно: огромные районы Африки, Ближнего и Среднего Востока, Южной и Северной Америки, Австралии испытывают острый недостаток в пресной воде. Это почти 1/3 населения нашей планеты. Главная причина «водного голода» - это возросшая потребность человечества в воде. Использование водных ресурсов за последние 70 лет возросло шестикратно. Ученые подсчитали, что на поверхности Земли запас пресной воды, пригодной для использования, составляет лишь 20000 км2. Это значит: чтобы нам всем хватало воды, на Земле должно быть не больше 20 млрд человек. Но уже к 2050 году население земного шара может достичь 10,9 млрд человек.

Потребляя все больше чистой воды, человек возвращает природе загрязненные стоки промышленного производства, коммунальных служб, сельскохозяйственного комплекса.

Чаще всего человек не задумывается, сколько он тратит воды. Введение индивидуальных счетчиков на воду – очень эффективная мера. В одном американском городке подсчитали, что в домах, где поставили счетчики, на одного человека расходуется 260 л воды в сутки, а где счетчиков нет – 1130 л. Каждый москвич в среднем расходует 500 л воды в сутки. Для сравнения приведем ежедневный расход воды на человека в некоторых зарубежных городах: Брюссель – 141 л, Афины – 160 л, Барселона – 235 л, Лондон – 286 л, Вена – 317 л, Иерусалим – 110 л. Сколько же человеку нужно воды? Специалисты утверждают, что достаточная суточная норма расхода воды – 200 л на человека. А сколько воды человеку необходимо употреблять? В умеренных широтах, чтобы человек нормально себя чувствовал, нужно выпивать 2-3 л воды в сутки, в жарких странах – 3-3,5 л. В пустынях эта норма возрастает до 7,5 л. Частично вода поступает в организм человека с пищей. Например, в свежем пшеничном хлебе содержится 34% воды, в куриных яйцах – 74%, , треске – 82%, грушах, яблоках, сливах – 85%, капусте и арбузах – 96%, в огурцах – 95%.