Вода. Биография, рассказанная человечеством - Джулио Боккалетти

Успех республики в преодолении напряжения между индивидуальной свободой и коллективными действиями зиждется на хрупком и неустойчивом фундаменте. Дестабилизируя эти фундаменты, водные события XXI века могут повлечь глубокие политические последствия. На какие компромиссы согласятся люди, чтобы добиться большей безопасности в новом неопределенном мире – на какие жертвы индивидуальной свободы они пойдут и какой выбор сделают в погоне за коллективной выгодой, – вот что будет определять, сохранится ли равновесие между свободой и общим благом. Именно это имеет основное значение для будущего каждого человека.

Вопросы, возникающие в связи с необходимостью управлять силой воды на планете, не являются в первую очередь ни техническими, ни научными, ни даже эстетическими. По большому счету это вопросы о власти; о том, кто будет решать, что происходит в каждом доме. Ответ часто обнаруживается в умах радикальных мечтателей. Мечта Сунь Ятсена сто лет назад привела к появлению ГЭС «Три ущелья». Подобные мечты и создали современный мир. Чтобы вообразить, к какому будущему могут привести современные мечтания, жизненно важно понять взаимоотношения человечества с водой, самым мощным действующим фактором климатической системы на планете. Для этого большое значение обретает совместная история людей и воды – биография воды.

УПРАВЛЯЮЩАЯ ВОДА

Задолго до образования Земли субатомные частицы, возникшие в результате первых мгновений Большого взрыва, образовали плазму из водорода и гелия. Гравитация стянула их в ядерном синтезе, который подпитывал первые звезды – печи, в которых ковались такие более тяжелые элементы, как кислород. Материал после смерти этих первых звезд содержал кислород и водород, которые вступали в реакцию. Так появилась вода.

Вот почему вода распространена по всей Солнечной системе. Сатурн, Уран, Нептун, Марс, Юпитер и множество их спутников образовались из туманности, которая содержала воду – остатки, созданные предыдущими поколениями звезд. Однако Земля не могла в начале своего существования покрываться водой так, как сегодня. Центральная часть Солнечной системы, где четыре с половиной миллиарда лет назад образовалась наша планета, была поначалу слишком горячей, чтобы на поверхности могла сохраняться жидкая вода. Поэтому любая вода на поверхности Земли должна была либо появиться там после остывания (принесенная астероидами), либо высвободиться из внутренних частей планеты в виде пара. В любом случае количество воды на Земле с тех пор было фиксированным.

Если бы вода распределилась по поверхности планеты однородным слоем, то его толщина составила бы немногим более двух тысяч семисот метров. Это число может показаться большим, однако по сравнению с радиусом Земли – около 6400 километров, в две с лишним тысячи раз больше, – она безнадежно тонка. Сегодня 97 % всей воды находится в океанах. Почти все 3 оставшихся процента – ледяные шапки и грунтовые воды. В сжиженном состоянии первые дали бы слой примерно в 60 метров, а вторые – 20. То, что осталось – менее пятидесятой доли процента, – вода, содержащаяся в озерах, реках и почвах, которая создает среду вокруг земных созданий, включая людей. Если ее распределить по планете, толщина слоя не дойдет и до полуметра. Количество водяных паров в атмосфере – важнейший параметр в нашем повествовании – еще меньше: два с половиной сантиметра, а кристаллики льда и капельки воды, образующие облака на небе, создали бы слой в толщину человеческого волоса.

Количество воды в каждом из таких резервов менялось за время существования планеты (были периоды, когда мир покрывался льдом целиком, были времена, когда льда не было совсем), однако большая часть этих перемен происходила не при людях. Гоминиды появились и размножались в период относительной стабильности климата планеты в течение последних трех миллионов лет. Однако в водной среде в это время происходили весьма существенные изменения, наиболее значительными из которых стали ледниковые периоды – изменения ледяного покрова с периодичностью примерно в сто тысяч лет.

На распространение льда влияют небольшие периодические изменения орбиты планеты вокруг Солнца и наклона ее оси, которые меняют количество энергии, достигающей Земли. Какой бы небольшой ни была реакция планеты, по человеческим меркам она весьма серьезна: 20 000 лет назад, во время максимума последнего оледенения (пика последнего ледникового периода), лед покрыл большую часть Северного полушария, от Канады до России, и большинство гор, от Альп до Гималаев. Во многих местах толщина ледяных щитов превышала километр. Лед вобрал в себя столько воды, что общемировой уровень океана находился примерно на 130 метров ниже, чем сегодня. Вопросы, почему и как относительно небольшие изменения в освещенности могут приводить к такой серьезной реакции, до сих пор вызывают серьезные споры. Однако почти во всех объяснениях ключевую роль играет сама вода. Осознание этой роли требует понимания того, как вода взаимодействует с солнечной энергией.

Солнце создает электромагнитное излучение в широком спектре длин волн, пик которого приходится на промежуток от четверти до трех четвертей микрометра, и эту полосу человеческий глаз интерпретирует как видимый свет[3]. Когда этот солнечный свет достигает поверхности Земли, он нагревает ее. Затем поверхность планеты отправляет обратно в космос инфракрасное излучение, длина волны которого намного больше[4]. Кислород и азот, составляющие более 99 % объема атмосферы, поглощают и рассеивают видимый свет (отсюда голубой цвет неба), однако для инфракрасного излучения они в значительной степени прозрачны.

Если бы атмосфера состояла исключительно из этих двух газов, тепло у поверхности практически бы не улавливалось, и планета стала бы намного, намного холоднее. Однако водяной пар в значительной степени прозрачен для видимого света, и при этом слегка изогнутая молекула воды из трех атомов оказывается особенно эффективной при перехвате и поглощении инфракрасного излучения. В результате водяной пар становится огромным одеялом над планетой, который удерживает уходящее тепло: он основной парниковый газ. Из всех форм, в которых вода существует на Земле, самая главная – водяной пар, поскольку именно его наличие в атмосфере и делает планету пригодной для жизни.

Однако вода действует не только как парниковый газ. Это также усилитель изменений. Атмосфера поглощает водяной пар до насыщения, но эта точка насыщения сама по себе зависит от температуры. Чем выше температура, тем больше воды может поглотить атмосфера: на каждый лишний градус температуры – на 7 % больше воды. Чем больше воды в атмосфере, тем она более непроницаема для инфракрасного излучения. Чем она более непроницаема, тем выше ее температура. Такая обратная связь водяного пара оказывается мощным