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 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.

Водные объекты и их виды

 

Водный объект – природный или искусственный водоём, водоток или иной объект, в котором постоянно или временно сосредоточены воды.

То есть, водный объект – естественное или рукотворное образование с постоянным или временным скоплением вод. Скопление вод может быть как в формах рельефа, так и в недрах.

Выделяют три группы водных объектов:

3) Водотоки – скопления вод в относительно узких и мелких углублениях поверхности Земли с поступательным движением воды в направлении уклона этого углубления. К этой группе водных объектов относятся реки, ручьи, каналы. Они могут быть постоянными (с течением воды круглый год) и временными (пересыхающими, перемерзающими).

4) Водоёмы – скопления вод в понижениях земной поверхности. Котловина и заполняющая её вода представляет собой единый природный комплекс, для которого характерно замедленное движение воды. К этой группе водных объектов относятся океаны, моря, озёра, водохранилища, пруды, болота.

Совокупность водотоков и водоемов в пределах определенной территории образуют гидрографическую сеть.

5) Особые водные объекты – ледники (движущиеся естественные скопления льда) и подземные воды.

Вода на Земле находится в жидком, твёрдом и парообразном состоянии; она включена в водоносные горизонты и артезианские бассейны.

Водные объекты имеют водосбор – часть земной поверхности или толщи почв и горных пород, откуда вода поступает к определённому водному объекту. Граница между соседними водосборами называется водоразделом. В природе водоразделы обычно разграничивают водные объекты суши, главным образом речные системы.

Каждый водный объект, относящийся к той или иной группе, характеризуется своими особенностями природных условий. Они изменяются в пространстве и во времени под влиянием физико-географических, прежде всего климатических факторов. Закономерные изменения состояния водных объектов, образующих в совокупности гидросферу, в той или иной мере отражаются на ней.

Различают поверхностные водные объекты, состоящие из поверхностных вод и покрытых ими земель в пределах береговой линии, и подземные водные объекты.

К поверхностным водным объектам относятся:

1) моря или их отдельные части (проливы, заливы, в том числе бухты, лиманы и другие);

2) водотоки (реки, ручьи, каналы);

3) -водоемы (озера, пруды, обводненные карьеры, водохранилища);

4) болота;

5) ледники, снежники;

6) природные выходы подземных вод (родники, гейзеры).

Береговая линия (граница водного объекта) определяется для:

- моря – по постоянному уровню воды, а в случае периодического изменения уровня воды – по линии максимального отлива;

- реки, ручья, канала, озера, обводненного карьера – по среднемноголетнему уровню вод в период, когда они не покрыты льдом;

- пруда, водохранилища – по нормальному подпорному уровню воды;

- болота – по границе залежи торфа на нулевой глубине.

К подземным водным объектам относятся:

1) бассейны подземных вод;

2) водоносные горизонты.

Границы подземных водных объектов определяются в соответствии с законодательством о недрах.

Существуют и такие природные образования переходного характера, которые не обладают признаками водного объекта, но обладающие «возможностью» вредного воздействия. Примером таких образования являются, в частности, «дышащие» озёра. Суть явления заключается в неожиданном и быстром (иногда в одну ночь) появлении и исчезновении «большой воды» во впадинах рельефа, болотистых и луговых низменностях (иногда площадью до 20 км²).

«Дышащие» озёра наблюдаются в Ленинградской области, Прионежье, в Новгородчине, Архангельской области, в Вологодчине, в Дагестане. Внезапно возникающие возле населённых пунктов и различных коммуникаций озёра подтопляют их.

В зависимости от круга водопользователей водные объекты подразделяются на:

1) Водные объекты общего пользования – общедоступные поверхностные водные объекты, находящиеся в государственной или муниципальной собственности.

Каждый гражданин вправе иметь доступ к водным объектам общего пользования и бесплатно использовать их для личных и бытовых нужд, если иное не предусмотрено Водным кодексом Российской Федерации, другими федеральными законами. Полоса земли вдоль береговой линии водного объекта общего пользования (береговая полоса) предназначается для общего пользования. Ширина береговой полосы водных объектов общего пользования составляет двадцать метров, за исключением береговой полосы каналов, а также рек и ручьев, протяженность которых от истока до устья не более чем десять километров. Ширина береговой полосы каналов, а также рек и ручьев, протяженность которых от истока до устья не более чем десять километров, составляет пять метров.

2) Особо охраняемые водные объекты – водные объекты (или их части), имеющие особое природоохранное, научное, культурное, а также эстетическое, рекреационное и оздоровительное значение. Их перечень определяется законодательством об особо охраняемых природных территориях.

Водные объекты составляют основу водных ресурсов. Для изучения водных объектов и их режима применяются гидрологические методы измерения и анализа.

 

ГИДРОЛОГИЯ ПОДЗЕМНЫХ ВОД

 

Вода в недрах Земли находится в жидком, твердом и газообразном состоянии. Она или свободно циркулирует по трещинам и порам горных пород и почв, подчиняясь силе тяжести, или находится в физически и химически связанном состоянии с минеральными частицами почв, грунтов и горных пород.

Вопрос о происхождении подземных вод издавна привлекал к себе внимание исследователей. Долгое время существовали две теории, отрицавшие одна другую:

1) теория инфильтрации, в которой утверждается, что скопление подземной воды есть результат просачивания атмосферных осадков в почву и грунт,

2) теория конденсации доказывающая, что источником происхождения подземных вод является водяной пар атмосферы, который вместе с воздухом попадает в холодные слои земной коры и там конденсируется.

К настоящему времени можно считать установленным, что основным видом питания подземных вод зоны активного водообмена является инфильтрация (просачивание) атмосферных осадков. Часть подземных вод образуется путем конденсации и сорбции.

Единой точки зрения по вопросу формирования запасов подземных вод в глубоких недрах земной коры в настоящее время нет. Различные взгляды отражены в трех основных гипотезах происхождения подземных вод [2]:

1) Магматическое и метаморфическое происхождение. Воды возникают на больших глубинах из диссоциированных ионов Н и О₂ или паров воды, поднимающихся из магматической или метаморфической зоны. На земную поверхность эти воды могут выходить в виде минеральных источников с высокой температурой.

2) Седиментационное происхождение. К таким водам относятся воды древних морей, лагун, озер, накапливающиеся в осадочных толщах. Эти воды, погребенные последующими отложениями, сохраняются в глубоких закрытых пластах в течение длительного геологического времени.

3) Поверхностное (атмосферное) происхождение.

⇐ Предыдущая1234Следующая ⇒

Поделиться: