В.В. Братков, Н.И. Овдиенко
Геоэкология
Учебное пособие. - М., 2005.
Глава 2. Гидросфера
2.1. Природные процессы в гидросфере
При рассмотрении процессов накопления, сохранения и
динамики воды в земном пространстве три понятия являются центральными и
неразрывно связаны друг с другом: гидросфера, круговорот воды и водный баланс.
Суть этих понятий: 1) гидросфера — одна из геосфер Земли, объединяющим
веществом которой является несвязанная вода; 2) круговорот воды (влагооборот или водообмен)
— это динамическая характеристика гидросферы, совокупность процессов, присущих
гидросфере и связывающих её воедино; 3) водный
баланс — количественное выражение круговорота воды.
В ходе геологической истории
Земли формировались следующие круговороты воды,
или влагообороты.
Геокосмический круговорот возник с началом образования Земли как планеты. Он
представляет собой водообмен между Землёй и Космосом. Поступление воды и
составляющих её элементов из межпланетного пространства на Землю происходит
вместе с метеоритным
веществом и космической пылью, и обратно — из сферы притяжения Земли в Космос
путём диссипации водорода (в сильно разрежённой верхней
атмосфере под действием ультрафиолетовых лучей,
когда скорость движения атомов водорода превышает 1/4 второй космической
скорости: 11,2 : 4 =
2,8 км/сек).
Атмосферно-океанический круговорот
существует, по-видимому, с архея, когда произошло разделение поверхности Земли
на первичный мелководный океан и отдельные острова суши. Этот круговорот в
основном слагался из процессов: испарения влаги с поверхности
океана, переноса её с облаками и выпадения
осадков снова преимущественно в океан. Такой тип круговорота продолжается и
ныне: мы наблюдаем его, когда влагооборот
осуществляется, не покидая акватории океанического пространства.
Атмосферно-континентально-океанический
круговорот стал развиваться по мере
становления и развития материков. Такой круговорот слагается из процессов:
испарения влаги с поверхности океана и материков, облакообразования,
переноса облаков, выпадения осадков в других местах суши или океана и стока
(поверхностного и подземного) с суши в океан.
Такой круговорот, в ранние геологические эпохи господствовавший на планете, ныне наблюдается в регионах, где развит
ледниковый покров, а органический мир лишь
начинает развиваться.
Атмосферно-литосферно-биосферно-океанический круговорот стал зарождаться с началом формирования органического
мира и особенно после выхода растительности из
океана на сушу. С развитием биосферы стало возрастать её участие в процессе круговорота
воды, и в настоящее время этот тип круговорота воды на планете имеет доминирующее значение. Он представляет собой
непрерывный процесс перемещения воды на Земле, происходящий под воздействием
солнечной энергии и силы гравитации, и охватывает гидросферу, атмосферу,
литосферу и живые организмы.
Скорость влагооборота в разных участках гидросферы различна. В атмосфере
водяной пар заменяется 40 раз в год, или каждые 9
суток, здесь наблюдается наиболее высокая
скорость обмена влаги. На испарение годового количества выпадающих из атмосферы осадков затрачивается 20% поступающей на
Землю энергии, но столько же выделяется при конденсации соответствующего
количества водяного пара. Поэтому круговорот
влаги сопровождается круговоротом тепловой
энергии.
Общее количество воды в реках
меняется каждые 16 дней; в болотах — 5 лет; в озёрах — 17 лет; в подземных
водах — 1400 лет; в океанах и морях — каждые 2600–3000 лет, причём полное
перемешивание воды происходит за 63 года.
Наиболее медленно протекает
обмен воды в ледниках: в горных районах каждые 1600
лет, а в ледниковых щитах — каждые 15000–20000
лет.
Интенсивность влагооборота представляет собой частное от деления общего количества выпадающей за год воды на всю поверхность Земли на среднее
содержание воды в атмосфере в газообразном, жидком и твёрдом виде. Интенсивность общего влагооборота Земли в
современную эпоху характеризуется числом 38. Если принять эту величину за единицу,
то по широтам северного полушария интенсивность влагооборотов
будет иметь следующие значения:
Широта
|
0–10°
|
10–20°
|
20–30°
|
30–40°
|
40–50°
|
50–60°
|
60–90°
|
Интенсивность влагооборота
|
1,03
|
0,54
|
0,46
|
0,60
|
0,92
|
1,10
|
0,89
|
Отсюда видно, что минимальные значения интенсивности
влагооборотов на разных широтах характерны для тропического и субтропического
поясов (в связи с уменьшением годового количества осадков в этих широтах) и
максимальные — для умеренного пояса (благодаря увеличению годового количества
осадков и влиянию западно-восточного переносов воздушных
масс) и экваториального пояса (большое количество осадков при значительном испарении).
Водный баланс Земли представляет собой равенство,
связывающее количество воды в виде осадков, поступающих на земную поверхность,
и количество воды, испаряющееся с поверхности суши и Мирового океана за определённый
промежуток времени, чаще всего в среднем за многолетний период (рис.3).
Рис.
3. Схема
круговорота воды на Земле
Цифры на рисунке — значения соответствующих
элементов мирового водного баланса в мм, без скобок — в км3; 1 —
атмосферные осадки; 2 — поверхностные воды; 3 — испарение
В процессе циркуляции атмосферы
осуществляется перенос влаги, что является причиной образования атмосферных
осадков и способствует глобальному перераспределению атмосферной влаги.
Основной процесс, происходящий над
океаном — испарение воды, за счёт чего поддерживается на определённом уровне
содержание водяного пара в атмосфере. При этом более 86% влаги поступает в
атмосферу вследствие испарения её с поверхности Мирового океана и только 14% —
за счёт испарения с суши. Важной особенностью океанического звена круговорота
воды является перенос огромных её масс морскими течениями, которые имеют существенное
влияние на климат соответствующих акваторий и участков суши, вблизи которых они
протекают. Эти течения переносят воды на три порядка больше, чем все реки суши.
Связанный с течениями водообмен в 50 раз интенсивнее водообмена, обусловленного
атмосферными осадками, выпадающими на поверхность океана.
Круговорот воды на материках
протекает с участием вод рек, озёр и болот, ледников, а также подземных вод.
Реки возвращают в океан ту часть воды, которая переносится атмосферой с океана
на сушу. Подземные воды играют важную роль в формировании речного стока, так
как благодаря им реки получают устойчивое питание, и это обеспечивает
относительную стабильность их водного режима и бесперебойность действия
материкового звена круговорота воды. Подземные воды вовлекают в круговорот
также литосферу. С речным звеном тесно связано и озёрное, поскольку на Земле
мало крупных озёр, не связанных с реками. За счёт испарения воды с поверхности
озёр атмосфера ежегодно получает около 500-600 км3 дополнительной
воды, что составляет около 3% общего расхода воды на испарение с суши. Ледники
и снежники покрывают около 16 млн. км2 земной поверхности и также играют
важную роль в водном балансе земного шара.
К биологическим процессам, имеющим
значение в круговороте воды, относится транспирация. В среднем расход на
транспирацию составляет почти половину суммарного испарения с суши (около 30–35
тыс. км3 в год), что равно почти 7% от испарения с земной поверхности,
включая и Мировой океан.
|