В заключение напомню еще об одном замечательном свойстве воды. Если расплавить любое твердое тело, то его объем увеличится, а это означает, что плотность всех твердых тел больше плотности соответствующих жидкостей, то есть они тонут в своих расплавах. У воды же все наоборот! При охлаждении и превращении в твердую фазу объем воды увеличивается, а плотность уменьшается – то есть лед не тонет, а плавает в воде. В противном случае, если бы лед тонул, все наши водоемы промерзали бы зимой до самого дна и были бы безжизненными. В том числе и Ледовитый океан, который являлся бы такой же многокилометровой толщей льдов, как Антарктида.
Глава 2
Источники воды и ее виды
В Российской Федерации устанавливается государственная собственность на водные объекты.
Водный кодекс РФ, статья 34
Лицензия на водопользование является актом специально уполномоченного государственного органа управления использованием и охраной водного фонда.
Водный кодекс РФ, статья 48
Чтобы вы могли представить, сколько и какой воды имеется на нашей планете, предлагаю вашему вниманию табл. 2.1. Воды у нас столь много, что измерять ее литрами, кубометрами или тоннами крайне неудобно, и мы будем использовать меру поистине титаническую – кубический километр (км³). Всего воды на Земле около полутора миллиардов, или 1500 млн. км³ воды.
Таблица 2.1. Распределение вод на земном шаре (единица измерения – миллион кубических километров)
Примечание. Данные в таблице приведены по минимуму и максимуму, с учетом разных оценок.
Итак, мы видим, что пресные воды, то есть воды на суше и в атмосфере, составляют порядка 10 % полного планетарного ресурса. Большая их часть – и это может вызвать удивление – находится не в открытых водоемах, а в земной коре: 110–190 млн. км³! Эти воды принято делить на два типа в соответствии с глубиной их залегания. Подземные воды глубокого залегания расположены в десятках-сотнях метров от поверхности земли, они пропитывают пористые горные породы, а также образуют гигантские подземные бассейны, окруженные водонепроницаемыми слоями. Нередко вода в этих подземных полостях находится под давлением, и, если пробиться к ним с помощью буровой установки, вода брызнет вверх фонтаном. Такие фонтаны-гейзеры и родники природного происхождения хорошо известны.
Другой тип подземных вод – те, которые расположены в почве и верхних слоях земной поверхности на глубине нескольких метров. По сравнению с водами глубокого залегания у них есть один недостаток и одно преимущество. Недостаток: эти воды гораздо активнее контактируют с поверхностью земли и всем, что на нее сливают, выбрасывают или в нее закапывают; они гораздо слабее защищены от загрязнений, чем воды глубокого залегания. Преимущество: эти воды нам гораздо доступнее, они выступают в любой яме или канаве, и мы можем черпать их из колодцев.
Следующий по величине массив пресных вод (20–30 млн. км³) сосредоточен в ледниках Антарктиды, Гренландии и островов Северного Ледовитого океана. Пресную воду из атмосферы (всего 13 тыс. км³) мы получаем в виде осадков – дождя и снега. Основной запас пресной воды, употребляемой человеком, сосредоточен в озерах[7] и реках, причем надо учитывать, что, хотя реки протяженнее озер, их объем намного меньше. В живых организмах, то есть в растениях и животных (которые, напомню, на две трети состоят из воды), содержится 6 тыс. км³ воды – величина, вполне сравнимая с объемом рек. Последнее не должно удивлять: одномоментный объем рек – это статика, а если рассматривать динамику, то лишь реки России переносят за год в океан 4 тыс. км³ воды.
Так распределены водные ресурсы на нашей планете. Проанализировав данные таблицы, можно сделать вывод, что для питья, бытовых и промышленных нужд более доступными являются прежде всего воды озер и рек, снабжающие нас пресной водой не время от времени, а постоянно и с гарантией. К тому же эти запасы мы можем легко оценить и сопоставить с нашими сегодняшними и перспективными потребностями.
Доступны также и подземные воды обоих типов. Однако для крупных городов подземных вод недостаточно. В принципе, можно разведывать большие бассейны глубокого залегания и бурить скважины, но это дорого. К тому же кто гарантирует, что такой бассейн обнаружится вблизи населенного промышленного города? Будет ли вода в нем подходящей для питья, и не случится ли геологической катастрофы, если мы начнем изымать эту воду в больших количествах?
Осадки, то есть дождь и снег, также являются источниками пресной воды. Но это непостоянный, капризный источник, удовлетворяющий в основном потребности сельского хозяйства.
Значит, все-таки остаются реки и озера, и при этом реки для нас удобнее озер: воды в них меньше, но, как я уже упоминал, они гораздо протяженнее. Собственно, большая часть нашей цивилизации сосредоточена в речных долинах – обстоятельство, оставшееся неизменным со времен Древнего Египта, Аккада и Шумера.[8]
Перед тем как перейти к рассмотрению видов пресной воды, остановимся на их главном назначении: они – источник утоления жажды. Когда она настигает нас, мы не можем думать ни о чем, кроме воды. Тогда любая пресная вода – хоть из грязной речки, хоть из лужи – становится для нас питьевой. Если мы не можем удовлетворить жажду в течение нескольких дней, нас ожидает гибель. Число дней определяется погодой и климатом: жарким, сухим или влажным.
Мы, как и любые животные, находимся в состоянии непрерывного водного обмена с окружающей средой: выделяем пот и мочу и восполняем водные потери пресной влагой. Если нет возможности напиться, то вода теряется с потом и с выдыхаемым воздухом, и в результате наступает угроза обезвоживания (дегидратации) организма. На первой стадии учащается пульс, возникает слабость, затем – головокружение и одышка. При обезвоживании, составляющем всего лишь 10 % от массы тела, произойдут нарушение речи, зрения и слуха, затем – бред, галлюцинации и потеря сознания. Гибель наступает от необратимых изменений в нервной и сердечно-сосудистой системах при водопотере 15–25 % от массы тела (в зависимости от температуры окружающей среды).
Такова смерть от жажды, и она тем более трагична, когда происходит в море или в океане, полном воды, – но соленой! Однако многие, наверное, помнят о путешествии Алена Бомбара, французского исследователя, переплывшего Атлантический океан в надувной лодочке и утолявшего жажду морской водой и соком, выдавленным из рыбы. Возможно ли это? Как исключение – да! Но только как исключение, как способ спасти свою жизнь в экстремальной ситуации, ибо длительный срок мы не можем пить соленую воду.
В морской и океанской воде присутствуют сульфат и карбонат кальция, хлорид, сульфат и бромид магния, но в небольших количествах. Почти 85 % морских и океанских солей – это хлорид натрия, обычная поваренная соль. По насыщению солями вода различна в разных морях и океанах. Я ощутил это на собственном опыте, купаясь в Балтийском, Черном и Средиземном морях. Финский залив почти пресноводный: в 1 л его воды 3–4 г солей, в Черном море – 15–18 г/л, в океане – до 35 г/л, а, например, в Красном море – 40 г/л. Плавать удобно, но пить нельзя. Человеку жизненно необходимы соли калия, натрия, магния, кальция и других элементов, но в умеренных дозах. Мы не можем пить воду с содержанием солей больше 2,5 г/л.
Почему? Для сохранения в организме солевого равновесия человеку требуется 15–25 г соли в день – в основном NaCl, которую мы получаем с пищей. При избытке соль выводится с мочой через почки,[9] но для вывода одного лишнего грамма соли надо выпить 100 г воды.
Ну, теперь вы убедились, что без воды, как поется в песне, «не туды и не сюды»? Только надо уточнить – без пресной воды.
В главе 1 я упомянул о том, что пресную воду можно разделить на две группы: обычная и минеральная. Причем в рамках каждой группы вода сильно отличается по составу в связи с геологическими и географическими причинами. Эта классификация справедлива для вод естественного происхождения, но, помимо них, существуют искусственные воды, создаваемые человеком целенаправленно или в качестве отходов хозяйственной деятельности. Целенаправленно мы производим искусственные минеральные воды, опресненную воду (из морской) и дистиллированную воду, а также особые воды, насыщенные тем или иным компонентом, например серебряную. Что же касается жидких отходов, то их именуют сливами, сбросами и сточными водами. Разумеется, сточные воды нельзя отнести ни к пресным, ни к соленым морским, но в рамках этой книги нам необходимо с ними ознакомиться. Итак, если учесть все эти группы вод, то наша первичная классификация будет более или менее полной. Начнем рассмотрение с дистиллированной воды.
