2. Гидросферные функции

В настоящее время отсутствует единая общепринятая трактов­ка понятия гидросферы. Связано это в значительной мере с раз­нообразием форм нахождения воды в природе и вычленением в водной оболочке Земли существенно разных составляющих: океа­на, жидких наземных континентальных вод и льда, атмосферных и подземных вод и др. Хотя различные типы вод находятся между собой в генетическом родстве, реальная функциональная связь между ними в каждый момент времени не может рассматриваться как однопорядковая.

То, что мегагидросфера, или планетарная водная оболочка, проникает своей верхней границей в атмосферу, не противоречит классическим представлениям о соотношении геосфер Земли рассматривались как взаимо­проникающие друг в друга.

2.1. Роль в круговороте воды

Перед атмосферными осадками, питающими реки, все другие факторы, за исключени­ем температуры, представляются более чем второстепенными. Однако постепенно стало выясняться существенное значение и других гидрологических факторов: почвы, литологии, рельефа, живого вещества, антропогенных влияний.

Огромно значение в истории воды почвенных растворов, являющихся основным субстратом жизни. Рассматри­вая связи различных форм природной воды, изучение почвенных растворов вскрывает в истории воды гранди­озное явление, связывающее разные воды (морские, речные и дож­девые). Ниже дана схема зависимости почвенных и других вод. Почва играет роль посред­ника между климатом, речным и подземным стоками. Ни одно явление водного баланса не минует почву. Поэтому необходимо самое пристальное внимание уделять гидрологической роли поч­вы, без чего не могут быть правильно поняты многие гидрологи­ческие явления и процессы.

Говоря о важности учета почвенных гидрологических функций в современных исследованиях, следует прежде всего иметь в виду разнообразие свойств реальных почв и сильное антропогенное изменение многих из них, приводящее к значительной изменчи­вости гидрологических процессов, контролируемых почвой. Особую актуальность приобретают детализация многих гидрологических исследований с учетом данных по динамике почв и дальнейшее развитие гидрологии почв в целом (см приложение 3).

Приложение 3 Глобальные функции почв

Литосферные	Гидросферные	Атмосферные	Общебиосферные
Биохимическое преобразование верхних слоев литосферы	Трансформация поверхностных вод в грунтовые	Поглощение и отражение сол­нечной радиации	Среда обитания, аккумулятор и ис­точник вещества и энергии для орга­низмов суши
Источник ве­щества для об­разования ми­нералов, пород, полезных иско­паемых	Участие в фор­мировании реч­ного стока	Регулирование влагооборота ат­мосферы	Связующее звено биологического и геологического круговоротов, пла­нетарная мембрана
Передача акку­мулированной солнечной энер­гии в глубокие части литосферы	Фактор биопро­дуктивности во­доемов за счет приносимых почвенных сое­динений	Источник твер­дого вещества и микроорганиз­мов, поступаю­щих в атмосферу	Защитный барьер и условие нормаль­ного функциониро­вания биосферы
Защита литосферы от чрезмерной эрозии и условие ее нормального развития	Сорбционный защищающий от загрязнения барьер аквато- рии	Поглощение и удержание неко- торых газов от ухода в космическое пространство; регулирование газового режима атмосферы	Фактор биологи- ческой эволюции

Участие почвы в формировании речного стока и водного баланса имеет многоплановое проявление и определяется рядом факторов, среди которых пер­востепенное значение имеют водно-физические свойства почвы (Ковда В.А., 1989).

Так, есть случаи, когда инфильтрационная и водоудерживающая способности почв изменяются параллельно (одновременно возрастают или уменьшаются). При малых значе­ниях фильтрационных и водоудерживающих показателей основная масса осадков расходуется на поверхностный сток; питание под­земных вод очень слабое, а испарение с поверхности почв отсутст­вует или незначительно (практически нечему испаряться). Пол­ный речной сток почти равен величине атмосферных осадков, но он состоит главным образом из поверхностных (паводочных) вод. В период между паводками реки сильно пересыхают, поскольку питание за счет подземных вод оказывается незначительным. При больших значениях фильтрационных и водоудерживающих показателей почв величины и соотношения элементов водного баланса сильно изменяются. Поверхностный сток уменьшается, испарение увеличивается за счет образовавшихся ресурсов поч­венной влаги, питание рек подземными водами возрастает. Более широко в природе распространено иное соотношение основных водно-физических свойств почв: при увеличении ин-фильтрационных показателей почв происходит уменьшение их водоудерживающей способности. В этом случае поверхностный сток резко уменьшается, а подземный, напротив, сильно возраста­ет. Испарение достигает максимума при средних (оптимальных) значениях водно-физических свойств почв и мало при их крайних значениях. Полный речной сток изменяется наоборот: он снижает­ся до минимума при средних значениях водно-физических свойств почв и возрастает при крайних значениях. Указан­ные изменения водного баланса рассмотрены для вариантов с одинаковыми атмосферными осадками.При выявлении основных форм участия почвы в формирова­нии общего речного стока выясняется, что главная форма этого участия – влияние почвы на соотношение грунтового и поверх­ностного питания рек. Именно от почвы зависит, какая часть ат­мосферных осадков поступит с водоразделов в реки в виде поверх­ностного стока, а какая – в виде грунтового, что в значительной мере определяет равномерность питания рек. Если почвы отличаются хорошей водопроницаемостью и в подстилающей толще имеются рыхлые и трещиноватые породы, являющиеся аккумуляторами влаги, создаются благоприятные ус­ловия для равномерного питания рек. При слабовыраженной впитывающей способности почв активизируется поверхностный сток, что может приводить ко многим нежелательным последст­виям: длительным паводкам в поймах весной и пересыханию рек в засушливый период, недостаточной влагозарядке почв, активи­зации эрозии и др.

На характер стока заметно влияет режим промерзания почв. Сухая промерзшая почва по водопроницаемости мало чем отлича­ется от непромерзшей. В сильно увлажненной промерзшей почве фильтрация снижается из-за закупорки пор кристаллами льда. Водорегулирующая способность почв также существенно зави­сит от характера произрастающей на ней растительности. Так, структура стока в лесу и на поле очень сильно различается. В лесу он значительно меньше. Это связано прежде всего с тем, что ин­фильтрация влаги в лесных почвах благодаря их благоприятным физическим свойствам в 2-3 раза выше, чем на полях. Поэтому снеговые и дождевые воды хорошо усваиваются почвой в лесу.

Почва в значительной мере определяет и баланс подземных вод. По условиям образования различаются сле­дующие основные типы подземных вод: инфильтрационные, седиментационные (образующиеся в процессе отложения морских осадков), возрожденные и магматические. От почвы зависит образование не только инфильтрационных, но и других вод. Рассматривая влияние почв на формирование грунтовых вод, необходимо обратить внимание на изменение химического соста­ва атмосферных осадков при прохождении их через почвенный профиль. Почвенный покров, тесно соприкасающийся с водой, играет значительную роль в трансформации состава выпадающих атмосферных осадков. Воз­действие почвы на химический состав природной воды имеет двоякий характер: во-первых, формирующий первичный состав фильтрующихся через нее атмосферных осадков; во-вторых, метаморфизирующий, при котором происходит качественное изме­нение ионного и газового состава воды, взаимодействующей в дальнейшем с почвой. При этом в обоих случаях химический со­став воды полностью зависит от характера почвы. Если вода фильтруется через бедные солями торфянисто-тундровые почвы, то она обогащается большим количеством органических веществ и лишь в очень малом — солями. Близкая к этому картина у подзо­листых и супесчаных почв. Значительно больше обогащают солями воду черноземные и каштановые почвы, не говоря уже о солон­цеватых (Ковда В.А., 1989).Изменение газового состава атмосферных осадков при про­хождении их через почву связано прежде всего с тем, что в ней идут процессы окисления органических веществ, вызывающих расход кислорода и выделение углекислого газа, содержание кото­рого в почвенном воздухе может достигать нескольких процентов.

2.2. Почва – фактор биопродуктивности водоемов

Эта функция является логическим следствием воздействия поч­венного покрова на химический состав поверхностных и грунтовых вод, питающих реки, а через них и на другие акватории, в том числе моря и океаны. В результате привноса почвенных соединений водоемы полу­чают большие количества биофильных макро- и микроэлементов, а также гумуса (см. приложение 4).

Соединения, поступившие с континентов в конечные водоемы стока, активно вовлекаются в продукционный процесс водных экосистем и в биохимические циклы. По подсчетам  до 95% кальция, 50% магния и 30% калия, мобили­зованных в почвах и корах выветривания при разрушении пер­вичных пород на водоразделах, извлекаются из растворов при их попадании в моря и океаны, причем это извлечение происходит главным образом при участии организмов. Активно извлекаются, кроме того, кремний, фосфор и другие элементы.

Приложение 4 Внешний годовой круговорот суммы ионов основного солевого состава вод Мирового океана (10⁹т) (по В.Н. Иваненкову и O.K. Бордовскому)

Составляющие круговорота	Поступление	Удаление
Ионный сток речной пресных подземных вод при таянии антарктических и арктических льдов материкового происхождения	3,1 1,2 0,003	---
Поступление солей при: растворении взвесей речного стока растворении частиц пыли из атмосферы растворении донных осадков десорбционных и диффузионных процессах растворении вулканических и поствулканических продуктов	0,2 0,05 0,2 0,1 0,05	- - - - -
Вынос солей на сушу при испарении океани­ческих вод	—	0,5
Осаждение и коагуляция солей	—	2,6
Осаждение солей при испарении морской воды в полуизолированньгх морских лагунах	—	0,6
Сорбция ионов донными осадками и взвесями	—	1,2

Говоря о важном значении соединений, поступающих с водо­разделов, в формировании биологической продукции водоемов, необходимо отметить следующее. В условиях слабо измененных человеческой деятельностью регионов большая часть веществ, растворенных в водах, в основном прошла через почво- и корообразование до того, как влилась в геохимическую миграцию в направлении к океану или внутриматериковым впадинам, т.е. эти вещества поступили в водоемы из природных геохимических по­токов и формы этих соединений сформировались в результате ес­тественных процессов (Ковда В.А., 1989).

Современные почвы регионов интенсивного антропогенного воздействия стали во многих случаях иначе или даже принципи­ально по-другому влиять на продукционный процесс в водоемах. Если в доиндустриальный период почвы выступали в основном как фактор положительного воздействия на продукционный про­цесс в аквасистемах, то в техногенный этап развития общества ситуация изменилась. Соединения, поступающие в водоемы из почв, в первую очередь освоенных, стали весьма часто негативно воздействовать на биологическую продуктивность гидросферы.

2.3. Почва как защитный барьер акваторий

Основное проявление защитной функции почв заключается в том, что почва благодаря своей огромной активной поверхности в состоянии поглощать многие вредные соединения на пути их миграции в водные экосистемы, а также снижать избыточное поступление биофильных элементов. Эта роль почв оказывается исключительно важной, поскольку, например, радиоактивные изотопы из водной среды поглощаются организмами гораздо ак­тивнее, чем из почвы, что может привести к быстрому наруше­нию в них обмена веществ. Коэффициенты накопления боль­шинства изучавшихся радиоизотопов у пресноводных растений достигают десятка тысяч, тогда как у наземных растений они обычно меньше единицы.

Такое резкое снижение поступления элементов в растения из почвы — наглядный пример того, что она представляет собой сильный природный сорбент, благодаря чему оказывается мощ­ным барьером для многих элементов и соединений на пути их миграции в водоемы стока. Сорбционная сила почв настолько ве­лика, что химические элементы могут поглощаться из недонасы-щенных растворов, из которых самостоятельные минералы мно­гих элементов образоваться не могут. Поэтому для ряда редких элементов (рубидия, цезия и др.) сорбция фактически единствен­ный механизм концентрации. Возможности сорбционной функции почв, к сожалению, не беспредельны. В настоящее время в связи с резко возросшими антропогенными нагрузками она уже во многих случаях не справ­ляется со своими задачами. В результате в речные воды и водо­емы поступают избыточные количества многих соединений (Ковда В.А., 1989).

Почва выполняет также важную роль сорбционного защитного экрана от загрязнения подземных вод. Известны случаи, когда при фильтрации сточных вод и детергентов (очистителей) до 95 % загрязнителей задерживалось в верхнем 15-30-сантиметровом слое почвы, отличающейся зна­чительной величиной удельной поверхности.