Физическая география Орленок Курков (стр. 73 из 107)
Таким образом, с точностью до порядка величин ежегодные поступления свободной воды на поверхность Земли в исторический период голоцена составляли 3,6·1017 г.
Средняя скорость поступления воды за последние 160 млн. лет, определенная из графика V(t) и по формуле:
V(t) =
, (n = 1, 2 ... 149)равна 0,01 см/год, что в пересчете на массу при средней площади юрско-меловых кайнозойских морских бассейнов, близких современным, дает примерно 3,6·1016 г/год, т.е. на порядок меньше, чем в голоцене. Следовательно, за период спонтанной дегидратации и океанизации Земли (60 млн. лет) было переброшено воды на поверхность:
3,6·1016 г/год ´ 60·106 лет = 2,2·1024 г.
Это на 0,5·1024 г больше массы современной гидросферы, равной 1,64·1024 г. Возникает вопрос: куда девалась эта огромная масса воды? Чтобы ответить на него, нужно вспомнить, что за 60 млн. лет океанизации на дне океанов образовался слой осадков со средней мощностью, равной 500 м. Поскольку их влажность, по данным бурения, в среднем равна 30%, или (по уровню) 3·104 см, то можно оценить массу захороненной в толще морских осадков воды:
300·1016 см2 ´ 3·104 см ´ 1,03 г/см3 » 0,1·1024 г.
Полученное значение составляет примерно 20% от величины избытка - 0,52·1024 г, т.е. ежегодно на увлажнение донных осадков идет 1,7·1015 г, или 5% от средних в период океанизации (3,6·1016 г) ежегодных поступлений свободной воды. Следовательно, оставшаяся часть воды 0,42·1024 г, отсутствующая в современном объеме гидросферы, была утрачена на фотолиз. Отсюда можно определить массу ежегодных потерь воды при диссоциации ее молекулы в верхних слоях атмосферы под действием жесткого корпускулярного солнечного излучения:
0,42·1024 г / 60·106 лет = 7·1015 г,
т.е. потери на фотолиз составляют около 2,5% от современных поступлений свободной воды (3,6·1017 г).
Определение порядка величин этих не известных ранее в научной литературе статьей баланса свободной воды имеет принципиальное значение при оценке общей направленности эволюции земной гидросферы, соотношения площади суши и моря, а с ними климата и природной среды в геологическом масштабе времени и исторической перспективе.
В современных схемах баланса воды на Земле объем испарившейся над океанами и морями воды многими исследователями считается равным объему вод, вернувшихся в Мировой океан с осадками, речным и поверхностным стоком, таянием ледников. Однако следует признать, что данная схема круговорота воды верна лишь в первом приближении и реализуется при условии постоянства общей массы воды на поверхности Земли и неизменной емкости впадин Мирового океана. Иными словами, эта схема соответствует закрытой термодинамической системе с замкнутым циклом. Но такая система, как известно, не производит работы, ибо находится в стабильном равновесии. Ее энтропия максимальна, чего, как мы показали выше, в условиях реальной Земли не наблюдается, ибо существует приток внутрипланетарной воды и диссипация части ее в космическое пространство. На основе найденной нами закономерности V(t) эти статьи баланса отныне определены и в существующих схемах круговорота воды на Земле.
| Приход: | Расход: |
| поступление эндогенной воды - 3,6·1017 г/год; поступление космогенной воды - 5·1010 г/год. | потери воды на фотолиз - 7·1015; потери воды на увлажнение морских осадков, биосферы, другие неучтенные потери - 1,7·1015 г. |
| Всего 3,6·1017 г/год | Всего 8,7·1015 г |
Поясним пункт “поступление космогенной воды”. Масса космического вещества, выпадающего ежегодно на Землю, оценивается в 1012 г. В пересчете на воду (5% - исходя из данных по метеоритам), это составляет 5·1010 г/год, т.е. около 0,00001% от ежегодных эндогенных поступлений. Поскольку содержание космогенного вещества в разрезах земной коры известно и не превышает современных поступлений, то из этого можно заключить, что земная гидросфера имеет исключительно внутрипланетарное происхождение - она важнейший продукт эволюции протовещества.
Полученные планетарные статьи баланса свободной воды имеют принципиальное значение для восстановления картины эволюции лика Земли в геологическом масштабе времени. Малые в годовом исчислении массы эндогенной и диссипирующей воды, являясь постоянно действующим фактором, по существу, определяют динамику эволюции поверхности Земли.
Учитывая установившийся на протяжении 60 млн. лет характер процесса дегидратации и океанизации было бы безосновательным ожидать его внезапного спада, равно как и еще большего возрастания в ближайшие сотни и тысячи лет - масштаба времени, ничтожного в сравнении с установленной общей длительностью этого процесса. Это позволяет дать прогноз относительно будущих изменений уровня океана, а с ним климата и природных условий. Без учета дегляциации полярных ледников через 10 тыс. лет уровень океана поднимется на 8 м, а через 100 тыс. лет - на 80 м.
Таким образом, новое уравнение водного баланса должно иметь следующий вид:
P + R + T - E - F = N (N>0),
где Т - эндогенные поступления воды, F - потери на фотолиз. Однако в ходе трансгрессии, которая не может быть сколько-нибудь компенсирована увеличением емкости океанских впадин (за столь короткий в геологическом отношении промежуток времени), общее потепление климата Земли неизбежно. Следовательно, полярные ледники по-прежнему будут сокращаться и эндогенная трансгрессия, как и сегодня, будет усилена эвстатической - на 63-65 м в первые же 10 тыс. лет. Заметим, что в этой оценке не учитываются темпы опусканий побережий, наблюдаемые на 13% окраин материков.
Из приведенного ясно, что современный баланс суши и моря - это краткий миг в геологической истории Земли. Он продолжает изменяться, и общее направление этой изменчивости определено - океан, углубляясь, продолжает расширять свои границы за счет суши.
Таким образом, во всех реконструкциях системы континент-океан отныне необходимо учитывать постоянно действующий фактор поступления эндогенной воды, который в кайнозойскую эру океанизации в среднем составлял 3,6·1016 г/год, или 0,1 мм/год по уровню, а в четвертичный период достиг кульминации - 3,6·1017 г/год, или 1 мм/год по уровню. Современный баланс воды на поверхности Земли можно представить в виде схемы и уравнений, представленных на рис. V.3.
Этот фактор, в конечном счете, является определяющим для оценки климатических изменений прошлого и будущего, деградации полярных ледников, изменения всей природной среды на поверхности нашей планеты.
Общее уравнение баланса
Континент: Р1 = Е1 + R P + R + T - E - F = N, N>0 Океан: Р2 = Е2 - R
Р1 + Р2 = Е1 + Е2
(108 = 62+46)´103 км3 (517 = 517) ´103 км3 (409 = 455 - 46) ´103 км3
Рис. V.3. Схема водного баланса Земли
Таким образом, вода на Земле имеет исключительно внутрипланетарное происхождение, а ее масса - 1,64·1024 г - была накоплена постепенно в ходе геологической эволюции протопланетарного вещества. Прогрессивное углубление и увеличение площади Мирового океана, устанавливаемое данными бурения “Гломар Челленджер”, компенсируется непрерывным поступлением эндогенной воды с превышением 0,78 мм/год, что и фиксируется в эндогенной составляющей подъема уровня океана. Это объясняется относительной стабильностью емкости океанических впадин в голоцене. Следовательно, можно говорить о сравнительно спокойном тектоническом режиме Земли в последние 10 тыс. лет. В эпохи тектонической активности емкость океанических впадин будет увеличиваться за счет проседаний и углубления дна, что повлечет за собой частичное понижение или приостановку подъема уровня. Однако, учитывая общее сокращение масштабов тектонической активности в области океанических сегментов в плейстоцене по сравнению с кайнозоем (она локализована гребневой зоной рифтовых хребтов, желобами островных дуг и тихоокеанской периферией), в будущем следует ожидать продолжения процесса повышения уровня океана и прилегающих морей. В ближайшие 10 тыс. лет при сохранении современных темпов дегляциации оно составит около 15 м, а при полной деградации ледников Гренландии и Антарктиды - 70 м. Вероятность последнего предопределена расширением площади океанов и, как следствие этого, возрастанием увлажненности поверхности Земли и общим потеплением климата.
В частности, в истории Балтийского моря влияние эвстатического и эндогенного факторов в подъеме уровня начинает сказываться с литоринового времени, когда восстановилась связь моря с океаном (7200 лет назад). В сочетании с тектоническим опусканием, особенно заметным в Южной Балтике, и прочностными характеристиками верхов осадочного чехла прогрессирующий подъем уровня моря во второй половине голоцена они определяют темпы разрушения и абразии берегов. Все берегозащитные работы в Южной Балтике должны строиться с учетом прогнозируемого повышения уровня моря, которое с учетом тектонического фактора составляет около 3,5 м в тысячу лет.
§ 3. Подземные воды
Подземные воды - это воды, находящиеся в верхней части земной коры (до глубины 12-16 км) в жидком, твердом и парообразном состояниях. Основная масса их образуется вследствие просачивания с поверхности дождевых, талых и речных вод. Подземные воды постоянно перемещаются как в вертикальном, так и в горизонтальном направлениях. Глубина их залегания, направление и интенсивность движения зависят от водопроницаемости пород. К водопроницаемым породам относят галечники, пески, гравий. К водонепроницаемым (водоупорным), практически не пропускающим воду - глины, плотные без трещин горные породы, мерзлые грунты. Слой горной породы, в котором заключена вода, называется водоносным.