По количеству подземные воды стоят на втором месте, вслед за водами океанов и морей. Выдающийся русский учёный академик В. И. Вернадский писал: «Мы не знаем в природе ни одного твёрдого тела, которое бы в своём составе не заключало воды». И это действительно так.
Почвенный слой, покрывающий почти всю поверхность суши, в той или иной степени пропитан водой. Содержание воды в почве может колебаться от одного до 70 и больше процентов, но чаще всего встречаются почвы, увлажнённые до 15–25 процентов. Это означает, что по весу примерно одну пятую часть почвы составляет вода.
Вода собирается в пустотах и в мельчайших, невидимых глазом трещинах горных пород. В некоторых породах эти трещины могут составлять половину общего объёма породы, а в других, как например в граните, — всего лишь пол процента. Кроме того вода связана со многими минералами в прочные соединения и сохраняется в них в течение тысячелетий.
Вода проникает и в глубокие слои земной коры. Вода может присутствовать всюду, где есть такие условия, — температура и давление, при которых возможно существование воды. Благодаря огромным давлениям на больших глубинах вода может оставаться жидкой и при высоких температурах — до трёхсот с лишним градусов, а в растворах, которые она образует при соприкосновении с различными породами, до 400 градусов и выше. Нижней границей существования подземных вод считается приблизительно глубина в 13–14 километров. В ещё более глубоких слоях вода может находиться в виде паров. На глубинах 55–60 километров, где давление достигает 30 тысяч атмосфер, пары воды уже не существуют. Здесь вода находится в каком-то особом состоянии, о котором у нас нет пока точных представлений.
Таким образом в слое на 10–15 километров выше и километров на 50 ниже поверхности Земли вода существует во всех физических состояниях: твёрдом, жидком и газообразном.
Вода морей, атмосферная вода и подземная не живут обособленной друг от друга жизнью. В природе беспрерывно совершаются процессы, которые сопровождаются переносом огромных количеств воды из атмосферы на поверхность и в недра Земли, и обратно. С замечательным круговоротом, который совершает вода в природе, мы и познакомимся в следующем разделе.
2. Круговорот воды в природе
Вода — очень подвижная жидкость. Кроме того, в земных условиях она легко переходит из одного состояния в другое: испаряется, замерзает, плавится. Именно поэтому вода — вечный путешественник.
С поверхности рек, озёр, морей в любое время года в воздух непрерывно поднимаются невидимые водяные пары. Подхваченные ветром, они рассеиваются в безбрежном воздушном океане.
Чем выше температура воздуха, тем больше в нём может быть воды в виде пара. Однако количество водяных паров в воздухе не может расти безгранично: при любой температуре всегда наступает такой момент, когда воздух насыщается водяными парами. При 20 градусах мороза, например, в одном кубическом метре насыщенного водяными парами воздуха содержится 1 грамм паров, при нуле градусов — 5 граммов, а при 20 градусах тепла — 17 граммов.
Если в насыщенный воздух продолжают поступать водяные пары, то начинается сгущение или конденсация пара в кристаллики или в капельки воды. То же самое произойдёт, если насыщенный при определённой температуре водяными парами воздух станет остывать, — пар сгущается, и образуется облако.
Капельки воды, образующие облака, очень малы — диаметр их не превышает тысячной доли сантиметра (из одного куб. см воды их могут получиться миллиарды). Такие маленькие капельки легко удерживаются в воздухе. Этим и объясняется, почему облако, несущее иногда тонны воды, может долго находиться в атмосфере.
Но вот облако поднимается на такую высоту, что капли, находящиеся в его вершине, замерзают. Образовавшиеся кристаллики льда легко обволакиваются другими капельками и становятся тяжёлыми. Они уже не могут держаться в воздухе и быстро падают вниз. Если на пути встречаются тёплые слои воздуха, кристаллики тают, и образуются дождевые капли. Если же температура воздуха низка, идёт снег[1]).
Выпавший зимой снег в массе своей лежит до весны, пока яркие солнечные лучи не превратят его в шумные, быстро бегущие ручьи. Тысячи ручьёв, собираясь вместе, бегут к реке. Начинается весенний паводок. Бывают годы, когда снег стаивает в несколько дней. Тогда особенно сильно разливаются реки. Маленькие, часто пересыхающие в сухое летнее время речушки превращаются в бурные, грозные по своей силе потоки. А большие реки, выходя из берегов, разливаются на десятки километров.