Круговорот воды в природе. Мировой водный баланс

Круговорот воды в природе – это непрерывное перемещение воды под воздействием солнечной энергии и силы тяжести. Значение круговорота воды велико, так как он не только объединяет все части гидросферы, но и связывает между собой все оболочки Земли (атмосферу, литосферу, биосферу и гидросферу).

Вода во время круговорота может быть в трех состояниях: жидком, твердом, газообразном. Она переносит огромное количество веществ, необходимых для жизни на Земле.

Под действием солнечных лучей Мировой океан и суша нагреваются. В результате этого вода переходит из жидкого состояния в газообразное (пар) и поднимается вверх. Океан поставляет 86 % влаги в атмосферу, и лишь 14 % парообразной влаги образуется за счет испарений с суши. Вода, испаряющаяся с поверхности океана, является пресной. Таким образом, океан можно считать колоссальной фабрикой пресной воды, без которой невозможно существовать жизни на Земле. Известно, что с высотой температура в атмосфере понижается. Пары воды, встречаясь со всеми более холодными слоями воздуха, начинают остывать и образовывать облака. На суше испарение воды идет не только с поверхности ручьев, рек и озер. Пары воды попадают в атмосферу и в результате вулканической деятельности, и испаряются поверхностью растений.

Часто воды, испарившиеся с океана, возвращаются в него в виде осадков, которые выпадают из облаков, расположенных над морями и океанами. Так происходит малый круговорот воды в природе (рисунок 1).

Рис. 1. Схема малого круговорота воды

При большом круговороте воды в природе часть облаков под воздействием ветра переносится на материк (рисунок 2).

Там из них тоже могут выпадать осадки в жидком или твердом виде. Часть атмосферных осадков попадает в реки. Они, впадая друг в друга, в конечном счете, несут воды в моря Мирового океана или в замкнутые водоемы типа Каспийского или Аральского морей, восполняя их потери при испарении. Другая часть воды, выпавшая на землю в виде атмосферных осадков, просачивается вниз с поверхности суши и с подземными водами стекает опять в Мировой океан или реки. Это очень важный этап в круговороте воды, так как он регулирует речной сток во времени. Если бы его не было, вода в реках была бы лишь в кратковременные периоды выпадения осадков или таяния снегов.

Третья часть воды, выпавшая на землю в виде осадков, может проникать в почву, а оттуда подниматься по корням растения и испаряться через листья. Этот этап круговорота очень важен для растений, так как с водой из почвы через корни поступают растворенные минеральные вещества, необходимые для жизнедеятельности растений.

Рис. 2. Схема большого круговорота воды

На приведенных схемах (рис. 1, 2):

z – слой испарения (индекс «о» – относится к океану, индекс «с» – относится к суше), представляющий собой отношение полного объема испарившейся воды () к площади земного шара (), мм.

, (1)

х, y – обозначают, соответственно, слои осадков и стока, которые рассчитываются также через отношение объемов к площади земного шара.

Уравнение водного баланса для океана:

z_o = x_o + y (2)

Уравнение водного баланса для суши:

x_c = z_c + y (3)

Решая совместно уравнения 2 и 3 можно получить уравнение мирового водного баланса:

z_o + z_c = x_o + x_c (4)

При исследованиях гидрологических процессов на суше важно учитывать, что суша подразделяется на две области:

- область внешнего стока (80 % суши), откуда осадки поступают в Мировой океан и которая дренируется крупнейшими реками мира.

- область внутреннего стока (20 %), являющаяся бессточной, не дающей стока в Мировой океан, например: бассейны Каспия, Арала, Балхаша, пустыни Гоби, Сахара, Калахари, и т.д. Есть там и крупные реки: Волга, Амударья [1].

Главный водораздел земного шара делит всю сушу на два склона:

1) со стоком в Атлантический и Северный Ледовитый океаны (60% суши) и

2) со стоком в Тихий и Индийский океаны.

Водораздел проходит по Америке от мыса Горн по Андам до Берингова пролива, затем по восточному нагорью Азии в широтном направлении и продолжается вдоль восточной окраины Африки и её южной оконечности [1].

Не вся вода возвращается с суши в океан одновременно. В процессе круговорота воды в природе происходит постепенное обновление вод во всех частях географической оболочки:

- подземные воды обновляются за сотни, тысячи и миллионы лет;

- покровные ледники – за несколько тысяч лет (в Антарктиде – за десятки миллионов лет);

- воды Мирового океана – за 2,5-3 тыс. лет;

- замкнутые бессточные озера – за 200-300 лет;

- проточные озера – за несколько лет;

- реки – за 12-15 суток;

- водяной пар атмосферы – за 8 суток;

- вода в организмах – за несколько часов.

Существенную роль в круговороте воды в природе с недавних пор стала играть деятельность человека. Уничтожение лесов, осушение и орошение земель, создание водохранилищ и плотин, расходование воды на хозяйственные нужды – все это в значительной мере изменило гидрологические процессы на Земле. И хотя хозяйственная деятельность мало повлияла на общий объем гидросферы, она заметно влияет на отдельные ее части. Сток одних рек уменьшился, других – увеличился, изменилось внутригодовое распределение стока.

В результате изъятия воды из вод суши во многих районах мира возросло испарение, потому что именно на испарение идет значительная часть воды, изымаемой человеком из источников. Часть воды, которую потребляет человек и которая входит в состав производимой им продукции, надолго выпадает из всеобщего круговорота, поэтому ее называют «безвозвратно изъятой». Этот термин, конечно, достаточно условен, так как эта вода не исключается полностью, но ее возвращение может произойти с большой задержкой во времени и на совершенно другой территории.

Другой проблемой является загрязнение большого объема вод в результате хозяйственной деятельности человека. Именно угроза загрязнения водных масс представляет сейчас главную опасность, гораздо большую, чем угроза физической нехватки воды. Загрязненная вода, поступающая в ходе круговорота воды в Мировой океан ведет к гибели живых организмов и нарушению биологического равновесия.