А.Е. Аствацатуров
Инженерная экология Учеб. пособие. – Ростов н/Д: Издательский центр ДГТУ. 2006
Глава 2. Краткие сведения об экологии
2.3. Биогеохимические циклы
2.3.2. Круговорот воды
Круговорот воды в природе
занимает особое положение в науках о Земле как процесс, непосредственно
связанный с существованием жизни на планете. Такое важное явление, как
круговорот воды, вызвала появившаяся на Земле жидкая вода, справедливо
оцененная в далекой древности как одно из начал всего существующего в мире.
Каков же этот процесс, ставший активным фактором формирования условий жизни и
климата на нашей планете?
Рис.2.3. Круговорот
осадков в гидросфере
Огромная масса воды на Земле
представляет собой гигантское хранилище тепла, постоянно поступающего в атмосферу.
Под воздействием солнечного тепла вода нагревается и испаряется с колоссальной
поверхности планеты, а захватываемые и переносимые мощными воздушными потоками
пары воды затем конденсируются и возвращаются на землю
в виде осадков (рис.2.3). Такой круговорот осадков имеет важное значение
в механизме циркуляции атмосферы, а следовательно, и в формировании климата и
условий погоды на Земле.
Солнечная энергия, получаемая
океаном, способствует активному испарению воды, которая затем
перераспределяется в системе "атмосфера - гидросфера". Водяной пар,
непрерывно поступающий в атмосферу, создает наряду с углекислым газом так
называемый "парниковый эффект", который состоит в том, что некоторые
газы, в основном углекислый (значительно в меньшей степени метан, закись азота
и другие газы), и пары воды, находясь в атмосфере, затрудняют отдачу тепла с
поверхности Земли в окружающую среду и действуют как стекло или пленка в
теплице. Роль водяного пара в парниковом эффекте значительна, ибо эти пары
перехватывают и поглощают инфракрасное (тепловое) излучение Земли, создавая как
бы мощное покрывало планеты. Таким образом, связь гидросферы с атмосферой
оказывает существенное влияние на изменение климата планеты, и в этих процессах
важны тепловые свойства воды (определяющим здесь является аномальная удельная
теплоемкость воды). Благодаря высокой удельной теплоемкости воды, на
континентах нет резких перепадов температур зимой и летом. Вместе с тем,
колебания теплозапасов в мировом океане, изменения интенсивных океанских течений
и массы морских льдов неизбежно ведут к глобальным изменениям погоды. В этой
связи изучение взаимодействия океана и атмосферы является одной из важнейших
задач современной метеорологии и смежных с ней наук.
Круговорот воды, несмотря на постоянную зависимость
от климатических условий, сам в значительной мере воздействует на формирование
климатических условий на Земле.
Вода на планете находится в
непрерывном движении и изменении своего состояния, постоянно происходит
водообмен между различными составными частями гидросферы. Благодаря мировому
круговороту, происходит неуклонное обновление запасов воды с различной скоростью.
Так, воды мирового океана обновляются за 2 млн. лет, почвенная влага примерно
за 1 год, вода в реках за 12 суток (т.е. 30 раз в год), а пары в атмосфере за 9
суток (т.е. 40 раз в год).
Круговорот воды между сушей и океаном через
атмосферу состоит из несметного количества частных круговоротов и
"фильтросистем", включая и биосферный фильтр. Пройдя циклы
круговоротов и систем фильтров, вода в конечном счете снова оказывается в
главном своем хранилище - Мировом океане. Огромную роль в процессе возобновления
запасов воды играет сформировавшаяся в результате эволюции система очистки
(природные фильтры), через которые воды гидросферы постоянно пропускаются с
различной скоростью. Примером таких очистных природных массивов могут служить:
земная кора, через которую проходит значительная часть воды гидросферы,
обновляясь и снова включаясь в природные воды; атмосфера, в которую вода
поступает в парообразном состоянии и в новом качестве возвращается обратно в
гидросферу в виде осадков; наконец, биосфера, пропускающая огромное количество
воды через систему всех живых организмов Земли.
Биосфера нашей планеты включает в
себя биосферу суши и океана, основную массу которых составляют
фотосинтезирующие организмы. Водные растения непрерывно очищают воду,
проходящую через их поверхность, а на суше растения транспирируют воду, т.е.,
получая ее из почвы, отдают в атмосферу в виде пара при испарении с крон
(рис.2.4). Системой транспирации на суше являются леса, поверхность листвы
которых специалисты оценивают следующим образом: на каждый квадратный метр
поверхности почвы лес создает 5,7 м листовой поверхности, зрелый еловый лес -
11 м, влажные тропические леса 22 м, саксауловый лес пустыни - 0,1 м, мхи и
лишайники тундры - 2 м (при оценке следует также учесть, что почвенная влага от
осадков проходит в основном через микроорганизмы и грибы, которые также очищают
воду и значительно влияют на повышение интенсивности биосферной очистки). В
океанской воде заросли водорослей всех видов и одноклеточные водоросли создают
суммарную площадь поверхности очистки, равную 100 м2 в слое толщиной
100 м, по современным оценкам морские организмы (с учетом мельчайших
планктонных организмов) пропускают через себя в течение одного года объем воды,
равный двум Мировым океанам.
Рис.2.4. Схема круговорота воды
Круговорот воды, пронизывающий
глобальный комплекс "суша - Мировой океан - атмосфера", представляет
собой чрезвычайно сложную систему, в которую входят отдельные (составные)
круговороты с природными очистными системами (см.рис.2.4).
Непрерывный круговорот воды в природе весьма важен как процесс,
обеспечивающий сушу пресной водой, от которой зависит жизнь и хозяйственная
деятельность человека.
Пресными считают воды с минерализацией до 1 г/л,
солоноватыми – до 1-3 г/л, солеными – до 3-36 г/л, рассолами - с минерализацией
более 35 г/л. Основные запасы пресной воды сосредоточены в гигантских кладовых
планеты: ледниках и различных снежно-ледниковых массивах, а также под землей -
около 99,2% запасов пресной воды на Земле. В качестве главного источника
пресной воды на протяжении длительного исторического периода человек использует
речные воды, скорость возобновления которых около 12 дней.
Следующий крупный источник пресной воды - это
подземные воды, использование которых по объему составляет не более 20% от
количества воды, получаемой из рек, по причине, связанной с тем, что извлечение
подземных вод сложнее и дороже, чем забор поверхностной речной воды. Почти не
используются пресные воды болот. Специалисты считают неверным представление о
болотах как о "гнилой" воде, эта вода стерильна из-за довольно
высокого содержания фенолов. Благодаря этому качеству в прошлом болотную воду
брали в виде запаса питьевой воды на корабли.
|