Гидросфера. Круговорот воды на Земле

Гидросфера – это совокупность всех вод Земли. Все многообразие природных вод в жидком, твердом и газообразном состоянии можно разделить на 4 части:

  1. воды мирового океана (океаны, моря, заливы, проливы);
  2. воды суши (внутренние воды) – реки озера, ледники, болота;
  3. воды атмосферы (облака, водяной пар);
  4. воды в составе живых организмов.

В количественном отношении, бесспорно, лидирует мировой океан, на который приходится 1 338 000 тыс. км3 или 96,4 % всей воды на Земле.

На суше находится 49675 км3 или около 3,6 % воды планеты в виде снега и ледники, рек, озер, водохранилищ, болот, подземных вод. Практически вся вода атмосферы (90 %) сконцентрирована в нижней части тропосфера на высоте 0-5 км. Всего же здесь находится 13 тыс. км3 воды или 0,001 %. В организмах ее и того меньше – около 0,0001 % от воды Земли (около 1 тыс. км3).

Имеется несколько гипотез происхождения воды. В последнее время принято считать, что основные массы воды поступили в результате дегазации магмы. При формировании первичной базальтовой коры из мантии образовалось 92% базальтов и 8% воды. Современные лавы тоже содержат водяных паров от 4 до 8%. В настоящее время ежегодно путем дегазации образуется до 1 км3 воды. Эти воды называются ювинильными  (юными). Также вода поступает и из космоса.

Один из важнейших процессов в географической оболочке – круговорот воды (влагооборот). При влагообороте осуществляется перенос вещества и энергии в географической оболочке посредством воды. Различают малые и большой круговорот. К малым круговоротам относят региональные влагообороты: материково-атмосферный; океанско-атмосферный; океанско-атмосферно-материковый.

В большом круговороте все малые круговороты являются его звеньями. В большом круговороте можно выделить следующие основные звенья: Материковое; Атмосферное; Океаническое. Круговорот осуществляет перенос влаги и тепла, он связывает земные оболочки и играет исключительно важную роль в образовании комплексной природной оболочки Земли.

 

Круговорот воды на Земле

Круговорот воды, или влагооборот, на Земле – один из важнейших процессов в географической оболочке. Под ним понимают непрерывный замкнутый процесс перемещения воды, охватывающий гидросферу, атмосферу, литосферу и биосферу. Наиболее быстрый круговорот воды происходит на поверхности Земли. Он совершается под действием солнечной энергии и силы тяжести. Влагооборот складывается из процессов испарения, переноса водяного пара воздушными потоками, конденсации и сублимации его в атмосфере, выпадения осадков над Океаном или сушей и последующего стока их в Океан. Основной источник поступления влаги в атмосферу – Мировой океан, меньшее значение имеет суша. Особую роль в круговороте занимают биологические процессы – транспирация и фотосинтез. В живых организмах содержится более 1000 км3 воды. Хотя объем биологических вод небольшой, они играют важную роль в развитии жизни на Земле и усилении влагооборота: почти 12% испаряющейся влаги в атмосферу поступает с поверхности суши за счет транспирации ее растениями. В процессе фотосинтеза, осуществляемого растениями, ежегодно разлагается 120 км3 воды на водород и кислород.

В поверхностном круговороте воды на Земле условно выделяют малый, большой и внутриматериковый круговороты. В малом круговороте участвуют только Океан и атмосфера. Испаряющаяся с поверхности Океана влага в большей своей части выпадает обратно на морскую поверхность, совершая малый круговорот.

Меньшая часть влаги участвует в большом поверхностном круговороте, переносясь воздушными потоками с Океана на территорию суши, где возникает ряд местных влагооборотов. С периферийных частей континентов (их площадь около 117 млн. км2) вода вновь поступает в Океан путем поверхностного (речного и ледникового) и подземного стока, завершая большой круговорот.

Территории, не имеющие стока в Мировой океан, называют областями внутреннего стока (бессточными по отношению к Океану). Их площадь более 32 млн. км2. Вода, испарившаяся с замкнутых территорий суши и вновь выпадающая на нее же, образует внутриматериковый круговорот. Крупнейшие области внутреннего стока – Арало-Каспийская, Сахара, Аравия, Центрально-Австралийская. Воды этих областей обмениваются влагой с периферийными областями и океаном в основном путем переноса ее воздушными течениями.

Механизм влагообмена океан – атмосфера – суша – океан в действительности гораздо сложнее. Он связан с общим глобальным обменом вещества и энергии, как между всеми геосферами Земли, так и между всей планетой и Космосом. Глобальный влагооборот Земли – незамкнутый процесс, так как в том объеме, в котором вода выделяется из земных недр, она уже не возвращается обратно: при обмене веществом с космическим пространством преобладает процесс безвозвратной потери водорода при диссипации молекул воды над его приходом. Однако количество воды в гидросфере не уменьшается за счет поступления воды из недр.

Количественно круговорот воды на Земле характеризуется водным балансом. Водный баланс Земли – равенство между количеством воды, поступающей на поверхность земного шара в виде осадков, и количеством воды, испаряющейся с поверхности Мирового океана и суши за одинаковый период времени. В среднем годовое количество осадков, так же как и испарение, равно 1132 мм, что в объемных единицах составляет 5 77 060 км3 воды.

круговорот воды

Схема влагооборота воды в природе (по Л. К. Давыдову):

1 – испарение с поверхности океана; 2 – выпадение осадков на поверхность океана; 3 – выпадение осадков на поверхность суши; 4 – испарение с поверхности суши; 5 – поверхностный, нерусловой сток в океан; 6 – речной сток в океан; 7 – подземный сток в океан или  в бессточную область.

 

В истории Земли неоднократно отмечались крупные изменения воднобалансовых характеристик, что связано с колебаниями климата. В периоды похолоданий происходит изменение мирового водного баланса в сторону большей увлажненности континентов за счет консервации воды в ледниках. Водный баланс Океана становится отрицательным, и уровень его понижается. В периоды потеплений, наоборот, отрицательный водный баланс устанавливается на континентах: растет испарение, увеличивается транспирация, тают ледники, сокращается объем озер, увеличивается сток в Океан, водный баланс которого становится положительным.

 

Средний годовой  водный баланс Земли (по Р.  К.  Клиге и др.)

Элементы баланса

Объем воды км3/год

Слой воды, мм

% от расхода

Земной шар в целом

Испарение

-577060

-1132

100

Атмосферные осадки

+577060

+1132

100

Мировой океан

Испарение

-507150

-1402

100

Атмосферные осадки

+457230

+1264

90,2

Речной сток

+44180

+122

8,7

Ледниковый сток

+3850

+11

0,8

Подземный сток

+2500

+7

0,5

Невязка баланса

+610

+2

0,1

Территория суши

Атмосферные осадки

+119830

+804

100

Испарение

-69910

-469

58,3

Речной сток

-44180

-296

36,7

Ледниковый сток

-3850

-26

3,2

Подземный сток

-2500

-17

2,1

Невязка баланса

610

-4

0,5

 

Повышение температуры воздуха почти на 1°С в XX столетии вызвало нарушение мирового водного баланса: для Мирового океана он стал положительным, а для суши отрицательным. Потепление привело к возрастанию испарения с океанической поверхности и увеличению облачности как над океанами, так и над континентами. Атмосферные осадки над Океаном и в прибрежных районах суши увеличились, но сократились во внутриконтинентальных областях. Значительно усилилось таяние ледников. Такие изменения в мировом водном балансе приводят к повышению уровня Мирового океана в среднем на 1,5 мм/год, а в последние годы до 2 мм/год.

Поскольку на испарение затрачивается тепло, которое освобождается при конденсации водяного пара, то водный баланс связан с тепловым балансом, а влагооборот сопровождается перераспределением тепла между сферами и регионами Земли, что весьма важно для географической оболочки. Наряду с энергетическим обменом в процессе влагооборота происходит обмен и веществами (солями, газами).

 

Приращение запасов водной массы основных звеньев поверхностной гидросферы (но Р. К. Клиге и др.)

Элементы гидросферы

Изменение объема вод, км3/год

%

1890-1900

1985-1990

1890-1900

1985-1990

Мировой океан

+520

+1013

+100

+100

Ледники

-500

-1616

-96

-160

Подземные воды

-40

+593

-8

+57

Озера

-20

-68

-4

-7

Водохранилища

+20

+78

+8

+8

 

Различные части гидросферы на поверхности Земли имеют неодинаковый период водообмена. Из таблицы видно, что самые короткие периоды водообмена у влаги атмосферы (8 суток), наиболее длительные – у наземных и подземных ледников (10 тыс. лет).

 

Период водообмена отдельных частей гидросферы на поверхности Земли (по монографии «Мировой водный баланс и водные ресурсы Земли», с дополнениями)

Виды природных вод

Объем, тыс. км3

Средний период условного возобновления запасов воды

Вода  на поверхности литосферы

Мировой океан

1338000

2650 лет

Ледники и постоянный снежный покров

25800

9700 лет

Озера

176

17 лет

Водохранилища

6

52 дня

Вода в реках

2

19 дней

Вода в болотах

11

5 лет

Вода в верхней  части литосферы

Подземные воды

23400

1400 лет

Подземные льды

300

10000 лет

Вода в атмосфере и живых организмах

Вода в атмосфере

13

8 дней

Вода в организмах

1

Несколько часов

 

Некоторые элементы круговорота воды поддаются управлению человеком, но лишь в приграничных слоях гидросферы, литосферы и атмосферы: накопление воды в водохранилищах, снегонакопление и снегозадержание, искусственные дожди и др. Но подобные меры должны быть весьма осторожными и продуманными, так как в природе все взаимосвязано и изменения в одном месте могут повлечь нежелательные последствия в другом регионе.

Значение воды в природе, жизни и хозяйственной деятельности исключительно велико. Землю делает Землей именно вода, она участвует во всех физико-географических, биологических, геохимических и геофизических процессах, происходящих на планете. А. де Сент-Экзюпери написал о воде: «Нельзя сказать, что ты необходима для жизни: ты сама жизнь»: а Индире Ганди принадлежит изречение: «Цивилизация – это диалог между человеком и водой».

Пресная вода употребляется для промышленного и бытового водоснабжения, для орошения и обводнения. Вода используется при получении электричества, в судоходстве, велико значение водных рубежей в военных действиях и во многом другом.

До недавнего времени господствовало убеждение, что человечеству навсегда хватит воды. Быстрый рост населения планеты, развитие промышленного производства и сельского хозяйства вызывают возрастающие темпы водопотребления, которые уже достигают около 5 тыс. км3/год. 80% используемой воды связано с сельским хозяйством, и в первую очередь с орошением 240 млн. га земель.

Поскольку запасы пресной воды в связи со стремительными темпами ее потребления резко сокращаются в количественном и качественном отношении, необходима организация рационального использования вод и их охрана. Это одна из важнейших экологических проблем на Земле.

использование воды

Литература.

  1. Любушкина С.Г. Общее землеведение : Учеб. пособие для студентов вузов, обучающихся по спец. "География" / С.Г. Любушкина, К.В. Пашканг, А.В. Чернов; Под ред. А.В. Чернова. - М. : Просвещение, 2004. - 288 с.

Статьи о Мировом океане

Статьи о водах суши

 
 
Баннер