Периоды возобновления запасов воды на земле

Вид воды	Средний период возобновления
Мировой океан	2 500 лет
Подземные воды	1 400 лет
Почвенная влага	1 год
Полярные ледники и постоянный снежный покров	9 700 лет
Подземные льды (зоны многолетней мерзлоты)	10 000 лет
Запасы воды в озерах	17 лет
Наиболее крупные ледники горных районов	1 600 лет
Воды в руслах рек	16 дней
Биологическая вода	Несколько часов
Атмосферная влага	8 дней

Особенно остро в настоящее время стоит вопрос о ликвидации последствий загрязнения и сохранении чистоты природных резервуарах воды на нашей планете. В последние же годы загрязнение в значительной степени коснулось и атмосферной воды. Теперь атмосферные осадки далеко не так уж чисты, как прежде, в начале и даже в середине ХХв. Они способствуют “вымыванию” из атмосферы на земную поверхность отходов производства, поступивших в воздух из заводских и фабричных труб, и образуют “вторичное” загрязнение пресной воды гидросферы суши.

1.2.Круговорот воды на земном шаре.

На долю пресной воды суши. которую использует человек для своих потребностей, приходится очень небольшая часть общих водных ресурсов земного шара. Однако до конца первой половины ХХ в. этой воды хватало даже в высокоразвитых промышленных странах. Пресная вода казалась неиссякаемым природным богатством. Это было связано с еще одним необыкновенным ее свойством, проявляющимся в результате процессов круговорота,- постоянным возобновлением пресной воды за короткое время. Круговорот воды в природе представляет собой непрерываемый процесс, постоянно действующий механизм, который не остановится, пока на нашей планете есть солнечная энергия, гидросфера и атмосфера, а подстилающая поверхность разделена на океаны и континенты.

Научно-техническая революция, бурный технический прогресс за относительно короткое время нарушили сложившиеся веками естественное равновесие во всех звеньях круговорота или гидрологического цикла, изменив качество циркулирующей воды, при сохранившемся механизме влагооборота. это привело к тому, что в наши дни может возникнуть вопрос о “водном кризисе”, или о “водном голоде” при том же количестве возобновляемой, но уже загрязненной пресной воды

Благодаря работам ученых появилась возможность количественно оценить самое подвижное звено круговорота воды в природе - его атмосферную ветвь, которая стала более точно определяться только после организации регулярных наблюдений в свободной атмосфере на аэрологических станциях. Схема этого процесса дана на рис. 1, на котором можно рассмотреть круговорот воды между океаном и сушей, состоящий из атмосферной и наземной его ветвей. Как видно из рисунка, часть водяного пара, испарившегося с океана, Е₀ поступает в атмосферу, а затем выпадает в виде осадков на поверхность океана Р₀ . Остальная часть водяного пара океанического происхождения выносится на материк атмосферными воздушными течениями. Из этого переносящегося в горизонтальном направлении (адвективного) потока влаги а на ближайшей к океану части материка могут образоваться облачность и выпадать осадки Р_а . В дальнейшем по мере перемещения водяного пара над сушей к адвективной влаге будет добавляться влага, испарившаяся с суши и внутренних водоемов Е = Е_с + Е_в . Она перемешивается с водяным паром, поступившим с океана. Из этой влаги затем могут образоваться осадки, состоящие из адвективного Р_а и местного Р_м водяного пара, то есть Р_с = Р_а+ Р_м . После осуществления на материке процессов влагооборота часть адвективной С’ = а - Р_а и местной С” = Е - Р_м влаги выносится за пределы материка на другой его склон - С = С’ + С”. Соотношение С’ и С” зависит от интенсивности процессов круговорота над материком или отдельными его регионами.

Рис. 1.1 Схема круговорота воды в природе.

Е₀ - испарение с поверхности океанов; а - адвекция испарившегося с поверзности океана водяного пара на сушу; Р₀ - осадки на поверхность океана; Р_с - осадки на поверхность суши (Р_с = Р_а + Р_м ); Р_а - часть от общих осадков, обусловленная океаническим водяным паром; Р_м - часть от общих осадков, обусловленная испарением с суши; Е_с - испарение с суши; Е_в - испарение с поверхности внутренних водоемов; Е - общее испарение (Е=Е_с +Е_в ) ; С’ - транзит океанической влаги (C’ = а - Р_а) ; С” - атмосферный сток влаги, обусловленный испарением с суши (С” = Е - Р_м) ; С - общий вынос водяного пара с континента (С = С’+С”) ; Q_р - поверхностный и подземный сток в реки;

Q - речной сток в океан; Q_п - подземный сток в океан (бессточное море).

Осадки, выпавшие на сушу, формируют очень важную для человека воду - речной сток: поверхностный и подземный стоки в реки Q_р, речной Q и подземный Q_п стоки в океан или в бессточное море.

Влагооборот в атмосфере земного шара
Осадки Р, м3/год	577 . 1012
Влагосодержание атмосферы w, м3	12,9 . 1012
Число смен водяного пара в атмосфере при наличии испарения N=P/w	45
Продолжительность одной смены	365/458,1
Средняя скорость зонального переноса водяного пара vx км/сут.	220
Время одного оборота водяного пара вокруг Земли (при средней длине широтного круга l = 24 000 км) t = l/vx , сут.	109,4
Число смен влаги за один оборот вдоль средней параллели (l = 24 000 км) при влагосодержании атмосферы, обусловленном переносом с океана (адвекцией) и испарением K=tN/365	13,5
Влажность воздуха, поступающего с океана, %	80
Влажность воздуха, при которой осадки не образуются, %	Около 40
Соотношение между влажностями воздуха (не образующей осадкии исходной)	0,5
Число смен пара в атмосфере (1 смена за 8,1 сут.) при отсутствии испарения N’=P/0,5w	90
Число смен влаги за один оборот ее вдоль средней параллели (l=24 000 км) при влагосодержании, обусловленном только адвекцией водяного пара (испарение отсутствует )	0,5
Отношение осадков при реальном испарение к осадкам при его отсутствии в течение одного оборотавдоль средней параллели (l = 24 000 км)	27

На поверхность нашей планеты выпадает за год 577 . 10¹² м³/год атмосферных осадков. При этом водные ресурсы самой атмосферы составляют всего 12,9 . 10¹² м³. Это означает, что влага в процессе выпадения осадков и повторного их испарения успевает за год совершить несколько циклов влагооборота. Число смен водяного пара в атмосфере (при наличии испарения) равно 45. Если бы не испарения, то из воздуха, поступившего с океана на материк, выделялось бы только половина (0,5) содержащейся в нем влаги. В дальнейшем же при неизменной температуре воздуха водяной пар выносился бы без выпадения осадков. Это подчеркивает важность всех звеньев круговорота при возобновлении пресной воды на поверхности Земли. Установлено, что при относительной влажности воздуха ниже 40% осадки либо совсем не выпадают, либо незначительны. Полное обновление водяного пара в атмосфере земного шара происходит за 8,1 дня. Влага за один оборот водяного пара вдоль параллели длиной 24 000 км меняется 13,5 раз, что позволяет оценить условия использования водяного пара при испарении с поверхности земного шара и горизонтальном переносе водяного пара в атмосфере.

Таблица 1.3