Загрязняет воздух не только углекислый газ, но и производственная пыль, хорошо знакомая каждому жителю крупного города. Так, на территории Великобритании ежегодно осаждается 4,5 млрд тонн этой пыли, а в Нью-Йорке на каждую квадратную милю ежемесячно выпадает 112 тонн сажи. На Земле создано более 10 тыс. искусственных водоемов общей площадью около 500 тыс. км2, что составляет уже 1/5 общей площади всех естественных озер. Тем не менее проблема получения пресной воды для питья и промышленных целей становится достаточно острой. Например, уже к 1980 году в США используемые ныне ресурсы пресной воды могли быть исчерпаны. Надо, однако, заметить, что на всем земном шаре содержится 30,5 млн км3 пресной воды, но из них 97 % сосредоточены в горных ледниках, полярных шапках и пока человеком не используются. В резерве – и неопресненные, соленые воды морей, океанов, и солоноватые воды подземных источников. Так что человечество использует пока лишь сотые доли процентов запасов воды на земном шаре, равных примерно 1,5 млрд км3. Однако это не умаляет угрозы водного кризиса.
Человек создал новый тип осадконакопления, например промышленные отходы разного вида. Искусственная порода – цемент – ежегодно вырабатывается в количестве около ¼ млрд тонн. Появилось, как плод человеческой техники, и огромное множество других новых пород (силикатных, керамических). Человек создает искусственные алмазы, кварц, слюду. Синтетические материалы заполняют не только рынок. Они стали постоянным, растущим в процентном отношении элементом «второй природы».
Развитие промышленности неизбежно связано с нагревом окружающей среды. Сегодня это энерговыделение в ходе промышленных процессов составляет около одной сотой доли процента той энергии, которую получает Земля от Солнца. Но, как считают некоторые ученые, через 50–60 лет оно может возрасти (при существующих темпах развития промышленности) до 1 %, тогда средняя температура тропосферы возрастет на 1–2 °C, что вызовет таяние больших масс льда и нежелательные изменения климата всей планеты.
Сегодня человечество освоило всю без исключения земную поверхность. Даже в Антарктиде работают постоянные научные станции – первый признак начавшегося на наших глазах заселения суровейшего из материков. Морские и океанские просторы пересекает множество кораблей, в атмосфере летают самолеты, вертолеты, а за ее пределами – космические ракеты. Человек стал на Земле почти вездесущим. А там, где есть человек, присутствует и техника.
Человек заметно изменил облик своей планеты. Он покрыл ее поверхность городами и сельскими поселения ми, густой сетью железных и шоссейных дорог, прорыл каналы, создал искусственные водохранилища и зеленые насаждения, засеял поля. Так возникли небывалые прежде искусственные ландшафты. С помощью техники человек создал «вторую природу», т. е. мир искусственных насаждений, водотоков, бассейнов, сооружений – всего того, чем техника видоизменила окружающую среду. Эта новая среда жизни человека по-новому определяет и его взаимоотношения с естественной природой. Все говорит о том, что человек способен в дальнейшем коренным образом преобразовать природу планеты.
Глоссарий
Атмосфера Земли (от греч. atmos – пар и sphaira – шар) – газовая оболочка, окружающая Землю. Атмосферой принято считать ту область вокруг Земли, в которой газовая среда вращается вместе с Землей как единое целое. Атмосфера обеспечивает возможность жизни на Земле и оказывает большое влияние на разные стороны жизни человечества.
Атмосферное давление – гидростатическое давление, оказываемое атмосферой на все находящиеся в ней предметы. Атмосферное давление – важнейшая характеристика состояния атмосферы; в каждой точке атмосферы оно определяется весом вышележащего воздуха.
Атмосферное электричество – совокупность электрических явлений и процессов в
Атмосферные осадки – вода в жидком или твердом состоянии, выпадающая из облаков или осаждающаяся из воздуха на земную поверхность в виде дождя, росы, инея, града, снега и снежной крупы. Различают обложные осадки, связанные преимущественно с теплыми атмосферными фронтами, и ливневые осадки, связанные с холодными массами. Осадки измеряются толщиной слоя выпавшей воды в миллиметрах. В среднем на земном шаре выпадает около 1000 мм осадков в год, а в пустынях и в высоких широтах – менее 250 мм в год. Осадки – одно из звеньев влагооборота на Земле. Многолетнее, среднемесячное, сезонное, годовое количество осадков, их распределение по земной поверхности, годовой и суточный ход, повторяемость, интенсивность являются определяющими характеристиками климата, имеющими существенное значение для сельского хозяйства и многих других отраслей народного хозяйства.
Влагооборот – круговорот воды в природе (гидрологический цикл) – процесс циклического перемещения воды в земной биосфере. Постоянный обмен влагой между гидросферой, атмосферой и земной поверхностью состоит из процессов испарения, передвижения водяного пара в атмосфере, его конденсации в атмосфере, выпадения осадков и стока. Атмосферные осадки частично испаряются, частично образуют временные и постоянные водостоки и водоемы, частично просачиваются в землю и образуют подземные воды. Вода непрерывно циркулирует на земном шаре, при этом ее общее количество остается неизменным, так как моря теряют из-за испарения больше воды, чем получают с осадками, а на суше баланс обратный. Три четверти поверхности земного шара покрыты водой. Водную оболочку Земли называют гидросферой. Большую ее часть составляет соленая вода морей и океанов, а меньшую – пресная вода озер, рек, ледников, грунтовые воды и водяной пар. На Земле вода существует в трех агрегатных состояниях: жидком, твердом и газообразном. Без воды невозможно существование живых организмов. В любом организме вода является средой, в которой происходят химические реакции, без которых не могут жить живые организмы. Вода является самым ценным и самым необходимым веществом для жизнедеятельности живых организмов.
Вода – химическое соединение оксида водорода с формулой Н2O. При комнатной температуре – прозрачная жидкость без цвета, запаха и вкуса. В твердое состояние льда и снега переходит при температуре ниже нуля Цельсия, кипит при нормальном атмосферном давлении в точке ста градусов Цельсия, при этом интенсивно переходит в газообразную форму водяного пара. Около 71 % поверхности Земли покрыто водой в виде океанов, морей, озер, рек, грунтовых вод и полярных ледников. Как оксид водорода, вода является хорошим сильнополярным растворителем и в природных условиях всегда содержит в себе различные соли и газы. Вода – одно из главных условий для рождения и поддержания жизни на Земле, она служит важнейшей химической основой строения живых существ, из нее состоит около двух третей организма человека. Водная среда – гидросфера – определяет глобальные климатические зоны и формирует планетарную погоду.
Воздушные массы – части нижнего слоя атмосферы – тропосферы, горизонтальные размеры которых соизмеримы с большими частями материков и океанов. Каждая воздушная масса обладает определенной однородностью свойств и перемещается как целое в одном из течений общей циркуляции атмосферы. При этом они разделены пограничными зонами – атмосферными фронтами. Расчленение тропосферы на воздушные массы непрерывно меняется: в сложной системе воздушных течений они перемещаются из одних областей Земли в другие, меняя при этом свои свойства, исчезая и формируясь заново.
Гидросфера (от греч. Yδωρ – вода и сфера) – совокупность всех водных запасов Земли, включая ее водную оболочку. Около 97 % массы гидросферы составляют соленые океанические воды, причем средняя глубина океана составляет 3,8 км, а максимальная в тихоокеанской Марианской впадине – 11,034 км. Ледники составляют 2,2 % гидросферы, остальная часть приходится на подземные, озерные и речные пресные воды. Область биосферы в гидросфере представлена во всей ее толще, однако наибольшая плотность живого вещества приходится на поверхностные прогреваемые и освещаемые лучами солнца слои, а также прибрежные зоны. В общем виде гидросфера делится на Мировой океан, континентальные и подземные воды. Большая часть воды сосредоточена в океане, значительно меньше – в континентальной речной сети и подземных водах. Также большие запасы воды имеются в атмосфере в виде облаков и водяного пара. Часть воды находится в твердом состоянии в виде ледников, снежного покрова и в вечной мерзлоте, представляя собой криосферу. Поверхностные воды, занимая сравнительно малую долю в общей массе гидросферы, тем не менее играют важнейшую роль в жизни наземной биосферы, являясь основным источником водоснабжения, орошения и обводнения. Сверх того эта часть гидросферы находится в постоянном взаимодействии с атмосферой и земной корой. Взаимодействие этих вод и взаимные переходы из одних видов вод в другие составляют сложный круговорот воды на земном шаре. В гидросфере впервые зародилась жизнь на Земле. Лишь в начале палеозойской эры началось постепенное переселение животных и растительных организмов на сушу.
Дождь – атмосферные осадки, выпадающие из облаков в виде капель воды диаметром от 0,5 до 6–7 мм. Жидкие осадки с меньшим диаметром капель называются моросью. Капли с диаметром больше 6–7 мм разбиваются при падении на меньшие. Интенсивность дождя колеблется от 0,25 мм/ч (моросящий дождь) до 100 мм/ч (ливень). Дождь выпадает, как правило, из смешанных облаков (преимущественно слоисто-дождевых и высокослоистых), содержащих при температуре ниже нуля переохлажденные капли и ледяные кристаллы. Упругость насыщения водяного пара над каплями больше, чем над ледяными кристаллами при той же температуре; поэтому облако, даже не насыщенное водяным паром по отношению к каплям воды, будет пересыщено по отношению к кристаллам. Это приводит к росту кристаллов при одновременном испарении капель. Укрупняясь и утяжеляясь, кристаллы выпадают из облака, примораживая к себе при этом переохлажденные капли. Входя в нижнюю часть облака или под него в слои с положительной температурой воздуха, они тают, превращаясь в капли дождя. Меньшая роль в образовании дождя принадлежит слиянию облачных капель между собой.
Жидкость – одно из агрегатных состояний вещества. Основным свойством жидкости, отличающим ее от других агрегатных состояний, является способность неограниченно менять форму под действием касательных механических напряжений, даже сколь угодно малых, практически сохраняя при этом объем. Жидкое состояние обычно считают промежуточным между твердым телом и газом: газ не сохраняет ни объем, ни форму, а твердое тело сохраняет и то и другое. Форма жидких тел может полностью или отчасти определяться тем, что их поверхность ведет себя как упругая мембрана. Так, вода может собираться в капли. Но жидкость способна течь даже под своей неподвижной поверхностью, и это тоже означает несохранение формы (внутренних частей жидкого тела). Молекулы жидкости не имеют определенного положения, но в то же время им недоступна полная свобода перемещений. Между ними существует притяжение, достаточно сильное, чтобы удержать их на близком расстоянии. Вещество в жидком состоянии существует в определенном интервале температур, ниже которого переходит в твердое состояние путем кристаллизации или аморфного превращения, а выше – испарением в газообразное. Все жидкости принято делить на чистые жидкости и смеси, причем многие жидкости могут выполнять функцию растворителей.
Капля – небольшой объем жидкости, ограниченный поверхностью вращения или близкой к ней. Форма капли определяется действием сил поверхностного натяжения и внешних сил. Капли образуются: при стекании жидкости с края поверхности или из малых отверстий, при конденсации пара, при распылении жидкости и эмульгировании. Роса образуется при конденсации водяного пара на поверхностях, туман и облака – при конденсации водяного пара на пылинках воздуха. Форма капли определяется совокупным действием поверхностного натяжения и других внешних сил. Микроскопические капли, для которых сила тяжести не играет определяющей роли, имеют форму шара – тела с минимальной для данного объема поверхностью. Крупные капли в земных условиях имеют шарообразную форму только при равенстве плотностей жидкости капли и окружающей ее среды. Падающие дождевые капли под действием силы тяжести, давления встречного потока воздуха и поверхностного натяжения принимают вытянутую форму. На несмачиваемых поверхностях капли приобретают форму приплюснутого шара.
Конвекция (от лат. convectio – доставка) – перенос теплоты в жидкостях, газах или сыпучих средах потоками вещества. Различают естественную, или свободную, и вынужденную конвекцию.
Ледник – масса льда преимущественно атмосферного происхождения, испытывающая вязко-пластическое течение под действием силы тяжести и принявшая форму потока, системы потоков, купола или плавучей плиты. Ледники образуются в результате накопления и последующего преобразования твердых атмосферных осадков снега при их положительном многолетнем балансе. Общим условием образования ледников является сочетание низких температур воздуха с большим количеством твердых атмосферных осадков, что имеет место в холодных странах высоких широт и в вершинных частях гор. Однако чем больше суммы осадков, тем выше могут быть температуры воздуха. Преобразование снега в лед может идти как при отрицательной температуре, так и при температуре таяния. В первом случае – путем рекристаллизации, вызываемой давлением вышележащей толщи и уменьшением пористости снега. Во втором случае – посредством таяния снега с повторным замерзанием талой воды в толще.
Мировой океан – основная часть гидросферы, составляющая 94,1 % всей ее площади, непрерывная, но не сплошная водная оболочка Земли, окружающая материки и острова и отличающаяся общностью солевого состава. Воды Мирового океана составляют основную часть гидросферы Земли – океаносферу. Воды океана составляют более 1338 млн кубических километров. Единство океана как водной массы обеспечивается ее непрерывным движением как в горизонтальном, так и в вертикальном направлениях. В океане, как и в атмосфере, нет резких природных границ, все они более или менее постепенны. Здесь осуществляется глобальный механизм трансформации энергии и обмена веществ, который поддерживается неравномерным нагревом солнечной радиации поверхностных вод и атмосферы.