Су айналымын кім түсіндірді?

Адамзат ғасырлар бойы аспанға қарап, жаңбырдың қайдан пайда болатынын және ыстық күннен кейін ылғалдың қайда жоғалатынын ойлаған. Ежелгі халықтар бұл процестерді құдайлардың, өзен рухтарының және стихия иелерінің еркімен байланыстырған. Уақыт өте бақылаулар табиғи құбылыстарды парасатты түрде түсіндіру әрекеттеріне ұласқан. Әртүрлі дәуірдің ғалымдары атмосферада, топырақта және мұхиттарда ылғалдың қозғалысы туралы білімді бірте-бірте жинақтаған. Осылайша жаратылыстанудың негізгі тұжырымдамаларының бірі — планета бойынша ылғалдың үздіксіз саяхаты туралы түсінік дүниеге келген. Төменде осы жаңалыққа кімнің есімі байланысты екені және тақырып бойынша көзқарастар қалай өзгергені баяндалады.

Табиғаттағы судың қозғалысы туралы алғашқы болжамдар

Антика дәуірінің философтары өзендердің теңізге үздіксіз су әкелетініне қарамастан, неге кеппейтінін түсінуге тырысқан. Фалес Милетский сұйықтықты барлық болмыстың негізі деп есептесе, Анаксимандр күн жылуының әсерінен буланудың мәні жайлы пікір айтқан. Аристотель өзінің «Метеорология» трактатында будың көтерілуін және кейіннен жауын-шашынның түсуін қамтитын күрделі шеңберлі процесті сипаттаған. Дегенмен грек ойшылы ылғалдың бір бөлігі тек беттен келмей, таулардың ішінде ауадан пайда болады деп есептеген.

Ортағасырлық ғалымдар антика түсініктерінен алысқа ілгерілей алмаған. Ибн Синаны қоса алғанда, араб натурфилософтары алдыңғылардың идеяларын қайталап, түсініктеме беріп, көздерге қатысты жеке бақылауларды қосумен шектелген. Сол кезеңдегі еуропалық ғылым діни догмалардың ықпалында болғандықтан, табиғи құбылыстардың түсіндірмесі жиі жоғарғы күштердің еркіне сайып жеткізілген. Нағыз серпіліс әлдеқайда кейінірек, эксперименттік әдіс қалыптаса бастаған дәуірде орын алған.

Пьер Перро және алғашқы дәл өлшеулер

Бетбұрысты сәт француз инженері Пьер Перроның мың алты жүз жетпіс төртінші жылы жарияланған еңбегі болды. Автор ескі болжамды алдыңғылардың ой елегінен өткізуімен емес, тәжірибе жүзінде тексеруді ұйғарды. Осы мақсатта ол бірнеше жыл бойы Сена өзенінің алабына түскен жауын-шашын мөлшерін өлшеп, алынған деректерді өзеннің өз ағынымен салыстырды.

Нәтижелер сол дәуірдегі көптеген замандастар үшін күтпеген болып шықты. Жаңбыр және қар суы өзеннің байқалған ағынын қамтамасыз етуге артығымен жетті, әрі айырмашылық шамамен алты есе асып түсті. Осының арқасында Перро өзендер тек жауын-шашынмен ешбір байланысы жоқ жерасты көздерінен ғана қоректенеді деген ежелгі сенімді жоққа шығарды. Оның еңбегі табиғи циклдарды зерттеуде сандық әдістерді қолданудың алғашқы үлгісі саналады.

Инженерлік білім бұл французға философиялық болжамдарға емес, цифрларға сүйеніп, практикалық түрде ойлауға көмектесті. Дәл осы себептен ғылым тарихшылары Перроны гидрологияны жеке пән ретінде қалыптастырған нағыз пионер деп атайды. Кейінгі зерттеулер осы байқампаз бақылаушының қорытындыларын тек растай және нақтылай түсті.

Эдм Мариотт және теорияны растау

Француз физигі Эдм Мариотт алғашқы нәтижелер жарияланғаннан бірнеше жыл өткен соң өз алдындағы ғалымның ісін жалғастырды. Ол жаңбыр ылғалының топырақ арқылы сіңуін өлшеп, алынған шамаларды жерасты бұлақтарының ағу жылдамдығымен салыстырды. Мұндай тәсіл тіпті терең көздердің де түптеп келгенде бетке түскен атмосфералық жауын-шашынмен қоректенетінін дәлелдеуге мүмкіндік берді.

Мариотттың еңбегі Перроның зерттеуін бірнеше маңызды деталь арқылы толықтырды. Мына тізімде француз физигі зерттеген негізгі бағыттар келтірілген:

• құмды және саз балшықты топырақты қоса алғанда, әртүрлі грунт түрлері арқылы жаңбыр ылғалының сіңу жылдамдығы;
• нақты жердегі жауын-шашын мөлшеріне байланысты бұлақтардың ағынының тәуелділігі;
• климаттық жағдайларға сай аймақтағы жерасты суларының маусымдық деңгей ауытқулары;
• теориялық есептеулерді бірнеше француз өзендеріндегі нақты бақылаулармен салыстыру.

Осы өлшемдердің арқасында өзендердің табиғи шығу тегі туралы болжам берік тәжірибелік негіз алды. Екі француздың бірлескен еңбектері гидрологияның дәл ғылым ретінде дамуына іргетас қалады.

Эдмунд Галлей және булану рөлі

Атымен аталған кометасы арқылы бәрінен бұрын танымал болған ағылшын астрономы Эдмунд Галлей де осы құбылысты зерттеуге елеулі үлес қосты. Ғалым теңіз бетінен булану өзен алып кететін су көлемін өтей алатынын анықтауды мақсат етті. Осы үшін ол сұйықтыққа толтырылған ыдыстармен бірқатар тәжірибе жүргізіп, әртүрлі температурада оның азаю жылдамдығын өлшеді.

Галлейдің негізгі қорытындыларын бірнеше тармақ түрінде көрсетуге болады:

1. Ашық су бетінен булану астрономның замандастары бұрын ойлағаннан әлдеқайда қарқынды жүреді.
2. Алынған шамалар құрлықта қажетті жауын-шашын мөлшерін қамтамасыз ете алатын бұлт түзілуіне жеткілікті.
3. Күн жылуы бүкіл процестің басты қозғаушы күші болып табылады және ылғалдың үздіксіз көтерілу мен түсу циклін іске қосады.
4. Жел пайда болған буды айтарлықтай қашықтыққа тасымалдап, жауын-шашынды бастапқы булану орнынан алыс тарата бөледі.

Осылайша дәл Галлей булануды, конденсацияны және жауын-шашынның түсуін біртұтас жүйеге біріктіріп, логикалық тізбекті жапты. Ағылшын астрономы айналымның аса табиғаттан тыс күштердің қатысуынсыз жабық механизм екенін көрсетті.

Заманауи су айналымы моделі қалай қалыптасты

Француз және ағылшын зерттеушілерінің еңбектерінен кейін ғылыми қоғамдастық жабық циклдың идеясын бірте-бірте қабылдады. Дегенмен процестің барлық кезеңдерінің толық сипаттамасы тек көптеген кейінгі мамандардың күш-жігерінің нәтижесінде қалыптасты. Әрбір жаңа ғалым бұрын әріптестердің тиісті назарынан тыс қалған деталь қосты.

Соңғы модель мынадай негізгі буындарды қамтиды:

• күн жылуының әсерінен мұхиттардың, өзендердің, көлдер мен топырақ бетінен ылғалдың булануы;
• пайда болған будың құрлық пен теңіз үстінде ауа ағындарымен айтарлықтай қашықтыққа тасымалдануы;
• атмосферада будың конденсациялануы нәтижесінде әртүрлі тығыздық пен биіктіктегі бұлттардың түзілуі;
• жердің әртүрлі учаскелерінде жаңбыр, қар немесе бұршақ түрінде жауын-шашынның түсуі;
• ылғалдың кері өзендерге, көлдерге, теңіздерге және жерасты қабаттарына ағуы мен сіңуі.

Бұл сызба заманауи оқушыға қарапайым әрі айдан анық болып көрінгенімен, оны жасау бірнеше ғасырлық жанқиярлық еңбекті талап етті. Әрбір буын кезекті автордың беделіне сеніммен емес, жеке өлшеулермен расталды.

Жаңалықтың ғылым мен күнделікті өмір үшін маңызы

Табиғи циклды түсіну баяғыда таза теория шеңберінен шығып, көптеген практикалық қолданысқа ие болды. Заманауи мамандар жинақталған білімді әрекеттің әртүрлі саласында пайдаланады.

• Метеорологтар булану және ауа массаларының қозғалысы туралы деректерге сүйеніп, ауа райы болжамдарын жасайды.
• Гидрологтар су тасқынының көлемін есептеп, өзендер бойында қорғаныс құрылыстарын жоспарлайды.
• Агрономдар нақты аймақтың маусымдық жауын-шашынын ескере отырып, ауыл шаруашылығы дақылдарын суару режимін таңдайды.
• Экологтар орман кесудің салдарын бағалайды, өйткені өсімдік жамылғысы буланумен топырақ ылғалдылығына айтарлықтай әсер етеді.

Табиғаттағы сұйықтық қозғалысы туралы негізгі түсінікcіз планетаның су ресурстарын сауатты басқару мүмкін емес. Дәл осы себептен Перро, Мариотт және Галлейдің жаңалықтары алғашқы жарияланымдардан үш ғасырдан астам уақыт өткен соң да маңыздылығын сақтап отыр.

Бұл құбылысты зерттеу тарихы дүниенің ғылыми бейнесін қалыптастыруда бақылау мен дәл өлшеу арасындағы байланыстың қаншалықты маңызды екенін еске салады. Алғашқы қарағанда қарапайым болып көрінетін идея әртүрлі елдер мен дәуірлердің тұтас зерттеушілер тобының күш-жігерін талап етті. Антикалық болжамдардан бастап француз физиктерінің және ағылшын астрономының тәжірибелеріне дейінгі әрбір қадам адамзатты өз планетасының құрылымын түсінуге жақындата түсті. Бүгінде ылғал қозғалысы туралы білім ауа райын болжауға, өнімді сақтауға және елді мекендерді су тасқынынан қорғауға көмектеседі. Осылайша жекелеген ойшылдардың қызығушылығы қазіргі Жер туралы ғылымның негізіне айналды.