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: гидросфера - одна из геосфер Земли, объединяющим веществом которой является несвязанная вода; круговорот воды (вла­гооборот или водообмен) - это динамическая характеристика гидросферы, совокупность процессов, присущих гидросфере и связывающих ее воедино; 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 водобмен между Землей и космосом. Поступление воды и составляющих ее элементов из межпланетного пространства на Землю происходит вместе с метеоритным ве­ществом и космической пылью, и обратно - из сферы притяжения Земли в космос путем дис­сипации водорода (в сильно разреженной верхней атмосфере под действием ультрафиолето­вых лучей, когда скорость движения атомов водорода превышает 1/4 второй космической скорости: 11,2 : 4 = 2,8 км/с).

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 ее с облаками и выпадения осадков снова преимущественно в океан. Такой тип круговорота продолжается и ныне и наблюдается, 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 ее 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 озерах - 17 лет; в подземных водах - 1400 лет; в океанах и морях - каждые 2600...3000 лет, причем 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 15 000...20 000 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 твердом видах. Интенсивность общего влагооборота Земли в современную эпоху характеризуется числом38. Если принять эту величину за единицу, то по широтам северного полушария интенсивность влагооборотов будет иметь следующие значе­ния:

Широта 0...100 10...20⁰ 20...30⁰ 30...400 40...50⁰ 50...600 60...900

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 переноса 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 определенный промежуток времени, чаще всего в среднем за многолетний период.

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 счет чего под­держивается на определенном уровне содержание водяного пара в атмосфере. При этом бо­лее 86% влаги поступает в атмосферу вследствие испарения ее с поверхности Мирового океана и только 14% - за счет испарения суши. Важной особенностью океанического звена круговорота мл является перенос огромных ее масс морскими течениями, которые имеют существенное влияние на климат соответствующие акваторий и участков суши, вблизи кото­рых они протекают 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, озер и болот, ледников, а также подземных вод. Реки возвращаю в океан ту часть воды, которая переносится атмосфе­рой с океан на сушу. Подземные воды играют важную роль в формировании речного стока, так как благодаря им реки получают устойчиво 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 озерное, поскольку на Земле мало крупных озер, не связанных с реками. Засчет испарения воды с поверхности озер атмосфера ежегодно получает около 500...600 км³ до­полнительной воды, что составляет около 3% общего расхода воды на испарение с суши. Ледники снежники покрывают около 16 млн. км² земной поверхности 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 суши (около 30...35 тыс. км³ в год), что равно почти 7% от испарения с земной поверх­ности, включая и Мировой океан.