«ИСТОРИЯ ПРИРОДНЫХ ВОД»,
НЕ ИМЕЮЩАЯ ПРОДОЛЖЕНИЯ
На последнем собрании СО РАН, которое состоялось 30 июня, произошел любопытный казус. Полномочный представитель Президента РФ в Сибирском федеральном округе А. В. Квашнин назвал воду шестым после нефти, газа, угля, руды и леса стратегическим продуктом, данным природой. Не первым, но все-таки шестым. И это неплохо. Председатель СО РАН академик А. Л. Асеев среди научных приоритетов воду даже не упомянул. Места для этого ценнейшего компонента не нашлось ни среди фундаментальных, ни среди прикладных проблем.
С.Л. Шварцев, профессор, лауреат Госпремии СССР
И это не вина, а беда недавно избранного председателя. Он жертва печальной традиции, заложенной еще во времена основания Сибирского отделения. В те годы ни институтов, ни лабораторий, ни кафедр водного профиля в университете никто не создавал. Но это было тогда. Неужели за 50 лет очередь до воды не дошла?
Если с поверхностными водами положение несколько исправлено путем создания Института водных и экологических проблем, то с подземными — просто катастрофа. В Сибирском отделении нет никакой структуры, совета, научной программы, в рамках которой научное сообщество могло хотя бы обсуждать животрепещущие проблемы, доводить их до соответствующих инстанций, координировать исследования.
Вот и на последнем собрании отделения после доклада академика А. Л. Асеева потянулись выступающие, каждый из которых защищал свое направление, ставил безусловно важные проблемы. Но за воду заступиться некому: ведь в Сибирском отделении нет ни одного члена академии соответствующего профиля. А те, кто хотя бы косвенно к этому причастен, предпочитают промолчать. Вероятно, недозрели.
Но, может быть, действительно нет фундаментальных научных проблем, связанных с водой? Может, к жизни человечества и науки она не имеет никакого отношения? Ну течет она вечно и пусть себе течет. Науке-то какое дело?
Вода — самое ценное полезное ископаемое
Эти слова принадлежат выдающемуся геологу, президенту Российской академии наук академику А. П. Карпинскому, которого не заподозришь в легкомысленном бросании слов на ветер. Действительно, месторождения подземных вод отличаются от всех других тем, что они возобновляемы, т.е. при правильном к ним отношении они вечны. Это неиссякаемый кладезь бесценной высококачественной живительной влаги, без которой не может существовать ни один живой организм. Так вот, этот бесценный источник жизни находится в огромной опасности. Дело в том, что пресной воды, пригодной для питья, на земле очень мало, всего примерно 0,1 % от общего объема всей гидросферы. И ее становится все меньше, т.к. она непрерывно загрязняется человеком. Реки практически загрязнены все, а подземные питьевые воды по некоторым оценкам уже на 40%. Поэтому проблема чистой воды по оценкам экспертов ООН является самой острой в мире.
Дефицит питьевой воды
приводит к тяжелейшим последствиям!
Уже сегодня от недостатка питьевой воды постоянно страдают 1,5 млрд человек, а еще два — периодически. Но еще большая катастрофа грозит человечеству в связи с загрязнением пресной воды. Достаточно напомнить, что по оценкам экспертов ООН около 80% населения пьет некачественную воду. Россия не является исключением, хотя и обладает уникальными водными ресурсами. Потребление некачественной воды обеспечивает, как минимум, рост заболеваний.
Материальные ущербы от несоответствия воды в системах хозяйственно-питьевого водоснабжения установленным требованиям, даже в высокоразвитых странах, достигают десятков миллиардов долларов в год вследствие заболеваний и других неблагоприятных факторов.
Удивительно, но при масштабном развитии фундаментальной науки и резком углублении знаний об окружающем мире теоретическая и научно-методическая база прогнозирования влияния изменений качества воды на природные и социальные условия обитания человека, включая заболеваемость, практически отсутствует. Все это достаточно печально. Но и это еще далеко не все.
Вода — главная,
самая уникальная стихия нашей планеты
 |
| Фото с сайта www.geizercom.ru |
Наши мудрые предки, когда еще и науки то не было, каким-то чутьем поняли, что весь окружающий мир создан взаимодействием четырех важнейших первоначал или стихий, как тогда называли: земли, воды, огня и воздуха.
Среди этих стихий, как оказалось позже, вода занимает совершенно особое положение. Последнее особенно убедительно показал наш великий соотечественник академик В. И. Вернадский, который писал: «Вода стоит особняком в истории нашей планеты. Нет природного тела, которое могло бы сравниться с ней по влиянию на ход основных, самых грандиозных геологических процессов». Эта мысль им развивается применительно к разным оболочкам Земли: 1) не только земная поверхность, но и глубинные части планеты определяются в самых существенных проявлениях наличием и свойствами воды; 2) вода создает основные механизмы земной коры, вплоть до магматической оболочки; 3) ею вызывается и отчасти создается электрическое поле планеты и ее атмосферы; 4) свойства воды создают климат и определяют термодинамику атмосферы; 5) вода определяет всю химию земной коры и среду жизни; 6) природная вода охватывает и создает всю жизнь человека, так как едва ли есть какое-нибудь другое природное тело, которое бы до такой степени определяло его общественный уклад, быт, существование; 7) вода определяет и создает всю биосферу.
За каждым из приведенных высказываний глубочайшее научное обобщение многочисленных эмпирических фактов, величайшая, сконцентрированная в емкой фразе мысль, определяющая парадигму всего нашего знания о роли воды в развитии нашей планеты и ее особого положения среди всех других стихий. Особое положение воды по В.И. Вернадскому определяется ее необычными физико-химическими и термодинамическими свойствами, строением, многообразием видов и форм ее проявления на планете, единством всех ее типов, «всюдностью», геологически вечной подвижностью, диссиметрией в распространении на земле, водным равновесием земной коры, разнообразием водообменов. Все эти и многие другие особенности, о которых написаны книги, делают воду совершенно уникальным соединением, не похожим ни на одно другое вещество (стихию) земли, которое обеспечило жизнь на нашей планете. Не зря же французский зоолог Р. Дюбуа определил, что «жизнь — это одухотворенная вода» (l'eau animee), а его соотечественник, знаменитый писатель и путешественник А. Сент-Экзюпери подчеркнул, что вода не просто источник жизни, вода — это сама жизнь.
Сегодня вся наука признает, что вода и жизнь неотделимы, т.к. жизни без воды не бывает и что именно вода — создатель жизни, хотя механизмы этого процесса до сих пор совершенно не расшифрованы.
И вот тут-то и начинается самое, пожалуй, интригующее: не только этой проблемой по большому счету никто не занимается, но (парадокс !) даже нет науки, которая бы изучала воду как самую уникальную стихию всего окружающего нас мира, стихию, породившую жизнь. Из существующих наук о воде ближе всего к выполнению этой функции стоит гидрогеология. Но в силу того, что подземная вода фактически «потеряна» не только в СО РАН, но и в РАН в целом, гидрогеология занимается в основном прикладными проблемами, а вода, как первоначало не только всего живого, но и всего окружающего мира, выпадает из поля зрения этой науки. Во всяком случае, эти исследования никак не организованы.
Эволюция в области, далекой от равновесия
 |
| Фото с сайта www.douett.com |
Вода сама по себе уникальный объект для фундаментальных исследований, но еще важнее механизмы ее взаимодействия с другими основными компонентами планеты, т.е. землей, воздухом и огнем. В этом плане опять же мы должны обратиться к В.И. Вернадскому, который показал, что взаимодействие воды с горными породами, газами и органическим веществом является главным механизмом формирования земной коры и всего окружающего мира. И что главным компонентом в этой системе опять же выступает вода. Как следует из законов термодинамики, химические элементы активны только в растворенном состоянии, поскольку активность твердых тел и самой воды равна 1, а растворенных соединений меняется в широких пределах. Поэтому состав воды выступает тем алгоритмом, который контролирует растворение и осаждение (образование) всех вторичных минеральных и органических образований. А весь окружающий нас мир является вторичным, образованным из первичного камня. Одной из наиболее интересных оказалась система вода-порода, которая привлекает ученых всего мира. Например, на последнем 12-ом международном симпозиуме по этой проблеме, который проходил в августе 2007 г. в г. Кунь-Мине (Китай), было заслушано 360 докладов ученых из 37 стран мира.
Нашими исследованиями установлено, что подземная вода всегда находится в неравновесном состоянии с теми или иными минералами глубинного генезиса. Более того, со многими из них она никогда не может достигнуть равновесия, т.к. этому мешают геохимические барьеры и, в частности, вторичные минералы, образующиеся в процессе взаимодействия воды с глубинными минералами.
Оказалось, что система вода-горная порода в любой части земной коры является равновесно-неравновесной, т.е. вода всегда растворяет одни минералы и формирует другие, состав которых меняется по мере изменения состава водного раствора.
Из установления этого принципиально нового факта следует, что система вода-порода является внутренне противоречивой, способной к самопроизвольному, непрерывному, геологически длительному развитию с образованием принципиально новых минеральных фаз и геохимических типов воды. Равновесно-неравновесное состояние — это не частный случай, а фундаментальное свойство системы вода-порода, которое отражает ее природные особенности, т.е. внутреннюю сущность и не зависит от каких-либо внешних факторов. Чрезвычайно важно при этом, что система развивается независимо ни от каких внешних факторов, только вследствие непрерывного вечного изменения состава воды, которое происходит как результат также постоянного растворения вмещающих горных пород.
Вода, взаимодействуя с эндогенной породой, создает принципиально иной окружающий мир, в корне отличный от существующего ранее. На первых этапах это выражается в образовании иного состава воды и новых минеральных продуктов, непохожих на растворяемые водой эндогенные алюмосиликаты. Важно при этом, что вода формирует эти новые образования в согласии с ее составом, структурой, средой. Поэтому смело можно сказать, что окружающий нас мир создается водой в полной гармонии с законами изменения ее внутреннего содержания, внутренней энергии. Именно вода в силу своего необычного строения способна создавать новые, более сложные продукты, новые ее геохимические типы, обеспечивая прогрессивную эволюцию в неживой, а позже и живой материи. Механизмы такой всеобъемлющей эволюции в настоящее время вырисовываются достаточно четко. Чрезвычайно важно, что новый мир создается вдали от равновесия с глубинными (эндогенными) минералами, которое в соответствии с законами синергетики обеспечивает принципиально новые возможности развития с образованием новых самоорганизующихся диссипативных структур в понимании лауреата Нобелевской премии И. Р. Пригожина.
Имеются все основания полагать, что принципиальная неравновесность подземных вод с горными породами является той движущей силой непрерывной эволюции и самоорганизации, которая, начавшись в неживой материи, постепенно усложняясь, обеспечила появление живого вещества и его дальнейшую эволюцию. При этом система вода-порода выработала механизмы аккумуляции необратимых потоков солнечной энергии и вещества горных пород, обеспечивших ее прогрессивно-поступательное развитие.
Структура воды — объект для изучения
всех естественных наук
В удивительной единой эволюции всего косного, биокосного и живого мира ( а в этом после появления синергетики сомневаться не приходится), безусловно, имеются единые механизмы, которые связаны со структурой воды. В очередной раз можно только поражаться, почему структура такого простого на первый взгляд соединения как вода, состоящего всего-навсего из кислорода и водорода, до сих пор является тайной за семью печатями (поистине вода — чудо природы!). Неизвестна структура обычной чистой воды. Но природная вода — сложнейший раствор. В. И. Вернадский, понимая воду как минерал, насчитал 485 их разновидностей только в жидкой воде и утверждал, что их не менее 1500. По современным данным их число надо увеличить, как минимум, на порядок. Убежден, что по мере развития науки число минералов воды или точнее ее структурных форм будет расти и составит многие миллиарды. Имеются серьезные основания утверждать, что все многообразие окружающего мира определяется разнообразием структур воды.
Сегодня уже ясно, что структура воды меняется не только под влиянием малейших изменений окружающей среды (температура, давление), но и изменением ее состава (химического, бактериологического, газового и т.д.). Состав же природной воды меняется непрерывно и строго закономерно в течение всей геологической истории. С усложнением состава усложняется и ее структура. И это тоже вечный процесс, который никто не может остановить так же, как движение воды в реке.
Как следует из основ синергетики, эволюционное развитие любой системы, ее возникновение и разрушение является информационным процессом, который фиксируется в структуре возникающих образований. В этом смысле вода — бездонный кладезь строго целенаправленной структурной трансформации, выступающий источником самой разнообразной информации, включая память. Церковь давно использует это свойство воды в своих интересах, а до науки эта проблема никак не доходит.
Проблема, конечно, исключительно сложная, и ее решение возможно только при тесной кооперации физиков, химиков, геологов, биологов и др. специалистов. Но начинать эту работу надо, т.к. это важнейшая фундаментальная проблема XXI века. Без ее решения невозможно плодотворное развитие многих наук современного естествознания.
Вода — связующее звено
между геологией и биологией
Между живым и косным веществом земли в теоретическом плане возникла пропасть. Утвердилось неверное мнение, что в неживой материи господствует исключительно хаос, случайность и нет никакой прогрессивной эволюции, которая имеет место только в живых системах. Геологи и биологи поэтому разговаривают на разных языках. Отсюда для происхождения жизни нет геологической основы: если нет эволюции в неживой материи, то откуда она появилась в живой природе? Ведь жизнь не может естественно возникнуть из камня. Сложившаяся ситуация и служит основой для развития «теорий» панспермии, креационизма, самосборки и т.д.
Если же включим в систему воду и поймем механизмы, которые обеспечивают ее эволюцию в результате взаимодействия с другими оболочками земли, тогда становится понятным, что такое взаимодействие подготовило почву для возникновения жизни. Жизнь в этом случае выступает как определенный этап эволюции окружающего мира. При этом можно полагать, что жизнь — это не одноразовый акт, а система преобразований материи на строго определенном этапе ее эволюции. Благоприятные условия для возникновения жизни создавались многократно и в разных частях нашей планеты.
Развитию таких нормальных научных подходов уже давно вредит примитивное представление о роли воды в становлении нашей планеты. Авторитета В. И. Вернадского оказалось мало для РАН, чтобы осознать, что вода — первоначало всего. Начало такого пренебрежительного отношения к воде положено геологией. Она пожинает плоды мнимой победы плутонизма над нептунизмом. Дело доходит до абсурда. Мы все с вами, читатель, ходим по земле, верхний слой которой сформирован водой (почвы, глина, латериты, лессы и т.д.) Так вот, до сих пор мы не знаем генезис этих образований. Например, по проблеме происхождения лессов существует более 40 гипотез, включая космическую (они падают из космоса нам на голову). Содовые почвы, озера, подземные воды вызывают ожесточенные споры. Даже источники солей, в так называемых регионах континентального засоления, захватившего 25% поверхности континентов, не установлены.
Все это происходит по простой причине: вода, которая все это созидает, по большому счету не исследуется, т.к. делать это некому. В академии наук слишком слабы существующие микроячейки. Подавляющее большинство рудных месторождений, включая такие гиганты как Джезказган, Витватерсранд, Удокан и др., образованы водой, но роль воды при этом никто не изучает. И такие примеры бесконечны.
В науке сложилась весьма необычная по своей противоречивости ситуация. С одной стороны, расходуются миллиарды долларов только на то, чтобы узнать, есть ли на Марсе вода, поскольку вода — символ жизни. С другой стороны, подземная вода, которая, как кровеносная система, пронизывает нашу землю, которая создала весь окружающий мир, включая подавляющее большинство месторождений полезных ископаемых, оказалась за бортом фундаментальной науки. Хотя для этого не нужны большие деньги.
Недостаточное внимание геологической науки к воде вредит не только геологии, т.к. многие научные ее проблемы не решаются десятилетиями, но и биологии, основа которой тоже вода. В последние годы нам удалось показать, что многие фундаментальные свойства, которые определяют геологически длительную (вечную) эволюцию воды с горными породами, имеют место и в живой материи. Среди них такие как 1) однонаправленность эволюции; 2) необратимость взаимодействия; 3) способность к захвату пространства; 4) наличие механизмов влияния дочерних систем на материнские; 6) равновесно-неравновесный характер взаимодействия и т.д. Отсюда мы сделали вывод, что биологические системы, по крайней мере ландшафтной сферы, унаследовали многие механизмы эволюции, которые имеют место в системе вода — порода, т.е. в неживой материи.
Почему-то наука, начиная с Ж.Б. Ламарка, в основном ищет различия между живым и косным веществом. Плодотворнее, на наш взгляд, искать общность эволюции тех и других. Общность же связана с водой. И именно исследование воды, ее состава и структуры может обеспечить успех. Только изучая глубоко воду и механизмы ее взаимодействия с другими стихиями земли, можно подойти к решению важнейшей для человечества проблемы происхождения и эволюции жизни.
Новые технологии недалекого будущего — водные
Мы попытались показать, что решение наиболее сложных фундаментальных проблем естествознания в целом, таких, как происхождение жизни, становление окружающего мира, сохранение жизни, экология и т.д. нельзя решить без глубокого специального изучения воды. Но есть еще не менее важная проблема — это разработка и применение новых технологий. И это не только потому, что почти нет технологий, в которых бы не участвовала вода: подавляющее большинство всех существующих технологий по своей сути водные. Проблема значительно сложнее.
Сейчас все говорят о нанотехнологиях, генных и других технологиях. Возможно, это правильно. Но неправильно, что никто не говорит о принципиально новых водных технологиях. Если вода создала жизнь и весь окружающий мир, то почему же, раскрыв механизм этого созидания, мы не сможем направить его на благо человечества, почему, постепенно его усовершенствуя, не сможем создавать принципиально новые продукты и производства? Нельзя же забывать, что информационный код спрятан в структуре воды.
Для краткости, приведу цитату из своей книги (1988 г.): «Изложенные проблемы водной самоорганизации выдвигают перед современной наукой ряд принципиально новых задач, перечислять которые в этой достаточно узкой по проблематике книге вряд ли имеет смысл. Однако на трех из них все же стоит кратко остановиться. Первое — это самоорганизация в системе вода-порода, всестороннее изучение которой позволит обеспечить решение многих геологических и биологических проблем, включая генетические связи живого и косного вещества со всеми вытекающими следствиями для глобальной самоорганизации материи. Второе — это структура воды и не только в чисто физическом ее понимании, но и геохимическом, и биологическом, что позволит не просто осознать фундаментальную роль воды в развитии окружающего мира, но и поднять на принципиально новый уровень решения многих геохимических, сельскохозяйственных (включая производство продуктов питания), медицинских, биологических и химико-технологических проблем. Мы убеждены, что новый научный прорыв в фундаментальном естествознании кроется в изучении структуры воды — самого необычного и наиболее важного вещества планеты. Третье — это проблема долголетия человека, которая, по нашему мнению, с позиций только медицины не может быть решена. Здесь также требуется развитие глубокого естественно-исторического подхода, начиная с системы вода-порода и структуры воды, поскольку человек — дальний продукт этой системы, что парадоксально только на первый взгляд.».
Вода, создавшая жизнь, просит помощи у человека
Подземная вода в Сибирском отделении не только не является приоритетом, она как объект фундаментальных исследований потеряна полностью, хотя она пронизывает всю материю земли (и др. планет), нет природного вещества, не содержащего воду в тех или иных формах ее проявления. Живые организмы ее содержат от 50 до 99%. Иначе жизнь невозможна.
Среди всех типов природных вод подземная ее ветвь занимает особое положение, т.к. она находится в тонких порах горных пород. Большая ее часть — это не свободная ( как в реке), а физически связанная вода. Термодинамические свойства ее отличаются от воды в объеме. Это обстоятельство также не стало серьезным предметом фундаментальной науки, хотя подавляющая часть воды не только в земной коре, но и живых организмах относится к типу физически связанной. Подземная вода, как никакая другая, геологически долго взаимодействует с горными породами, газами и органическим веществом и постоянно производит разнообразные продукты, что обеспечивает изменение ее состава и структуры. Поскольку эти процессы протекают везде, где есть вода, в живой и неживой материи, они являются объектом многих естественных наук. Но главным связующим звеном выступает вода.
Подземной воде особенно не повезло. Если для изучения поверхностной воды в Сибирском отделении создан институт в Барнауле, а для изучения воды в твердой фазе (мерзлота) — даже два института, то подземная вода полностью оказалась бесхозной. При всем моем глубоком почтении к мерзлоте, поскольку я сам занимался этой проблемой и знаю ее сложности, должен сказать, что без систематического продвижения фронта научных исследований воды в целом и особенно подземной, фундаментальные проблемы мерзлоты не могут быть решены. Это же касается, конечно, и других типов воды. Все исследования, касающиеся воды, должны координироваться из одного центра. Сегодня такого центра нет.
Нет и подготовки соответствующих кадров. В этом плане НГУ резко отличается от МГУ, СПбГУ и других университетов. В отличие от них в НГУ нет кафедры гидрогеологии, нет соответствующей специальности, не выпускают и специалистов. Соответственно, некому развивать это фундаментальное направление. Потеряли самый главный компонент окружающего мира, и никого это не волнует. Мои попытки ставить этот вопрос упираются в банальные преграды: нет площадей, нет кадров, нет оборудования и т.п. А что страдает от этой несуразицы геология (и не только) в целом, никому дела нет.
Отставание в изучении фундаментальных проблем воды тормозит развитие всех естественных наук. Сложившийся перекос рано или поздно надо исправлять. Лучше это делать сегодня. И я надеюсь, что новый состав Президиума СО РАН осознает свою ответственность перед наукой. И примет соответствующие меры. Без организации фундаментальных исследований в области воды Сибирское отделение не может полнокровно развиваться. Наука должна повернуться лицом к воде.
В 2013 г. Россия будет отмечать 150 лет со дня рождения выдающегося мыслителя современности Владимира Ивановича Вернадского, который обессмертил свое имя величайшей книгой «История природных вод», до сих пор не имееющей аналогов в мире. Поражают недоступные пока никому широта и глубина охвата поднятых в ней проблем геологии воды, особой роли воды в становлении и развитии жизни, всего окружающего мира, Земли в целом. Эта книга — кладезь мыслей о великой роли воды, которая определяет «основные черты строения биосферы, окружающей нас планетной среды, с которой все живое неразрывно и закономерно связано».
Может быть, хотя бы к этой дате что-нибудь изменится в Сибирском отделении?
стр. 6-7
|
