Кругообіг води

Надзвичайно важлива властивість кругообігу води полягає в тому, що він, взамодіючи з літосферою, атмосферою і біосферою, зв'язує воєдино усі частини гідросфери : океан, річки, грунтову вологу, підземні води, атмосферну воду.

Рушійні сили кругообігу води - теплова енергія і сила тяжіння. Під впливом тепла відбувається випар, конденсація водяної пари і інші процеси, а під впливом сили тяжіння - падіння крапель дощу, течія річок, рух грунтових і підземних вод. Часто ці дві причини діють спільно: наприклад, на атмосферну циркуляцію впливають як теплові процеси, так і сила тяжіння. У кругообігу води виділяються наступні основні ланки: атмосферна, океанічна, материкова, яка включаючає літогенну, грунтову, річкову, озерну, льодовикову, біологічну і господарську. Кожна з цих ланок грає в кругообігу свою особливу роль.

Жодна з перерахованих ланок кругообігу води не є замкнутою системою. Замкнута, але, враховуючи процеси дисоціації молекул води і дисипації атомів водню в космос, не цілком строго, система кругообігу води відноситься лише до земної кулі в цілому. В той же час в практичній роботі приймається умовно замкнутим водний баланс, наприклад, для окремих річкових басейнів або озер.

Атмосферна ланка

Атмосферна ланка кругообігу характеризується перенесенням вологи в процесі циркуляції повітря і, як вже було сказано, утворенням атмосферних опадів. Загальна циркуляція атмосфери має чудову властивість - порівняльну стійкість з року в рік, але при істотній сезонній мінливості.

Розрахунки показують, що середній шар опадів складає на суші 765 мм, в океані - 1140 мм, а в цілому для усієї земної кулі - 1030 мм, т. е. дещо більше 1 м В об'ємі відповідні величини рівні: для суші - 113,5 тис. км3 (22%), для океану - 411,6 тис. км3 (78%), для усієї земної кулі - 525,1 тис. км3.

Ці об'єми води кількісно характеризують інтегральний результат кругообігу води на Землі, але вони складаються з великого числа інших процесів, що беруть участь в кругообігу.

Безпосередня роль циркуляції повітря в кругообігу води полягає в перерозподілі атмосферної вологи по земній кулі. На материках опадів випадає більше, ніж атмосфера отримує вологу за рахунок випару з суші. Різниця, що приблизно досягає 40 - 43 тис. км3 в рік, заповнюється за рахунок перенесення вологи атмосфери з океану на сушу. Цей процес має велике значення, оскільки він збільшує водні ресурси материків. Без такого прибутку вологи водні ресурси, використовувані людиною на суші, були б значно бідніші.

Океанічна ланка

Для океанічної ланки кругообігу найбільш характерний випар води, в процесі якого безперервно відновлюється зміст водяної пари в атмосфері. Досить сказати, що більше 86% вологи поступає в атмосферу за рахунок випару з поверхні океану і менше 14% - за рахунок випару з суші.

Витрата води на випар розподіляється нерівномірно по акваторії океану. Це можна добре бачити по різниці між випаром і осіданнями. У екваторіальній зоні витрата води на випар із-за великої хмарності менше річної суми опадів. У помірних широтах випаровується води також менше, ніж випадає опадів, але головна причина тут інша - недолік тепла. У тропічній і субтропічній зонах з поверхні океану випаровується вологи більше, ніж випадає. Відбувається це тому, що в зоні пасатів хмарність буває рідше, тепла тут багато, а опадів випадає відносно менше.

Важлива риса океанічної ланки кругообігу води - перенесення величезних мас морських вод. В. Г. Корт (1962) розрахував кількість води, щорічно переносимої течіями четы-рех океанів. На підставі цих даних складена таблиця. 3.

Ці дані характеризують інтенсивність внутрішнього океанічного водообміну під впливом течій. Вичислені мною цифри останньої графи говорять про те, скільки років в середньому необхідно, щоб усі води цього океану і Світового океану в цілому перемішалися або змінилися. Для Світового океану на це вимагається приблизно 60 років; найменш інтенсивний водообмін Тихого океану (більше 100 років), для Атлантичного океану вимагається близько 50 років, для змішення вод Індійського - 40 років, стільки ж років в середньому вимагається і для повного перемешива-ния вод Північного Льодовитого океану.

Таблиця 3

Об'єм водних мас, які переносяться течіями в океанах, і інтенсивність їх водообміну

Океани	Площа, млн. км2	Об'єм, млн. км3	Річна витрата водних мас, що переносяться млн. км3	Інтенсивність водообміну ((число років)
Тихий Атлантичний Індійський Північний Льодовитий	180 93 75 13	725 338 290 17	6,56 7,30 7,40 0,44	110 46 39 38
Світовий океан	363	1370	21,70	63

Океанічним течіям належить велика кліматоформуюча роль, тому їх вплив на кругообіг води в основному позначається через клімат. Морські течії переносять води на три порядки більше, ніж усі річки світу, а обумовлений ними водообмін в 50 разів інтенсивніший за водообмін, викликаний атмосферними опадами, що випадають на поверхню океану, і випаровуванням. З цієї причини внутрішній океанічний водообмін набагато інтенсивніший за зовнішній, обумовленого кругообігом прісної води.

Літогенна ланка

Літогенна ланка кругообігу води, іншими словами, участь підземних вод в кругообігу води, дуже різноманітно. Глибинні підземні води, головним чином розсоли, украй слабо пов'язані з верхніми шарами підземних вод і з іншими ланками кругообігу води. Накопичення глибинних підземних вод в деяких областях відбувалося протягом багатьох мільйонів років. Дуже повільно просочуючись углиб і поповнюючись за рахунок дегазації мантії, на глибинах (найчастіше більше 1-2 км) утворилися величезні скупчення води. Але їх участь в кругообігу води виражена дуже слабо. Глибинні підземні води, якщо порівнювати з кругообігом води - явищем природи дуже динамічним, практично стабільні. Нх об'єм дуже трохи міняється протягом коротких періодів часу. Вони зазвичай сильно мінералізовані, аж до міцних розсолів, що і служить головною ознакою слабкого обміну.

Прісні підземні води залягають переважно в зоні активного водообміну, у верхній частині земної кори, дренованої річковими долинами, озерами і морями. Саме завдяки інтенсивному водообміну, відносно частим переходам через фазу конденсації атмосферної вологи ці води слабо мінералізовані, практично прісні.

Явищу природного дренажу підземних вод належить виключно важлива роль в кругообігу. Завдяки ньому одна з ланок кругообігу придбаває регулюючі властивості - річки отримують стійке живлення. Без цього джерела водний режим річок був би ще мінливіший - вода в річках з'являлася б лише під час дощів або при сніготаненні, а в решту часу річки пересихали б. Річки з таким режимом поширені в зоні сухого степу і в пустелі. Тут підземні води отримують дуже слабке живлення, швидко вичерпуються і їх участь в живленні річок дуже не-значно. Тому такі порівняно великі річки, як Малий і Великий Узень в Заволжье, течуть лише нетривалий час навесні. З цієї ж причини ваді Сахари, омурамбо пустелі Калахарі і крики Австралії протягом декількох років бувають сухими і перетворюються на стрімкі потоки під час рідко випадних тут інтенсивних злив. Використання водних ресурсів таких річок можливе лише шляхом створення водосховищ великої місткості, що збирають паводочные води і в якійсь мірі замінюючих підземні води, що володіють, як правило, високою природною регулирующси здатністю.

Розподіл підземних вод по території і інтенсивність їх відновлення пов'язані з геологічною будовою і географічною зональністю. Обидва ці чинники тісно переплітаються, і не завжди можливо розділити їх вплив. Комплекс компонентів природи (клімат, грунтовий покрив, рельєф, рослинність) чинить істотний вплив на формування підземного стоку.

Геологічна будова помітно впливає на місцевий кругообіг води і на водний баланс при істотних його відхиленнях від звичайних умов. Великий вплив робить карст. У закарстованных районах гірські породи (зазвичай вапняки або гип-сы) інтенсивно вилуговуються, внаслідок чого створюються порожнечі, підземні тунелі, печери, в яких вільно циркулює вода, що просочилася з поверхні.

В умовах повністю закарстованной, легко проникній території вода швидше просочується углиб, в меншому об'ємі затримується у верхніх шарах гірських порід і тим самим краще зберігається від випару. Це сприяє підвищенню стоку в основному за рахунок стійкої частини підземного походження.

Приблизно такий же вплив на водний баланс, особливо на литогенное ланку кругообігу води, роблять добре проникні для води вулканічні туфы. Вірменське нагір'я, складене такими гірськими породами, відрізняється майже повною відсутністю поверхневого стоку, оскільки при випаданні опадів і при сніготаненні уся вода швидко просочується углиб і живить підземні води. У цих умовах формуються щедрі джерела підземних вод.

Грунтова ланка

До литогенному ланки відноситься також і грунтове, оскільки грунтова вода пов'язана з самою верхньою частиною земної кори. В той же час є усі підстави для виділення грунтових вод, або, як частіше прийнято називати, грунтової вологи, в особливу ланку кругообігу. Грунтова волога відрізняється від підземних вод деякими особливостями. По-перше, грунтова волога пов'язана з біологічними процесами в набагато більшій мірі, чим підземні води. Грунтовий покрив, до якого приурочена грунтова волога, представляє не чисто мінеральну масу, що складає гірські породи, а містить більшу або меншу кількість гумусу. По-друге, грунтова волога більшою мірою, чим підземні води, пов'язана з характером погоди. Під час дощів або при сніготаненні відбувається інфільтрація, що збагачує грунт вологою, але в сухий час вона швидко витрачається на випар. З цієї причини зміст вологи в грунті на більшій частині суші буває нестійким. Випар відбувається не лише з поверхні грунту; грунтова волога витрачається також на транспірування, яке представляє виключно важливий процес життєдіяльності рослин, причому корені рослин поглинають вологу з тієї глибини, на яку вони поширюються. Таким чином, грунтова волога є одним з важливих чинників життєдіяльності рослин.

У тих випадках, коли грунтової вологи недостатньо, а інші компоненти родючості грунтового покриву, а також теплові ресурси атмосфери є в надлишку, застосовується штучне зрошування, завдання якого - забезпечити достаточ-ным кількістю грунтової вологи сільськогосподарські культури.

Грунтовою вологою, крім того, живляться підземні води. Просочування грунтової вологи углиб - друге джерело витрачання ресурсів грунтової вологи. Живлення підземних вод дуже інтенсивно відбувається в місцях великого зволоження грунту, особливо в лісах, де грунтовий покрив сильно розпушений кореневою системою рослин і тому має високі інфільтраційні властивості, що водопроводять.

Хоча одноразовий об'єм грунтової вологи відносно невеликий, але вона швидко змінюється і, як ми бачили, грає велику роль в кругообігу води, в біогенних процесах і в господарському житті. Грунтова ланка кругообігу чинить великий вплив не лише на формування підземних вод, але також і на водоносність і водний режим річок. Одним словом, грунт - свого роду посередник між кліматом, метеорологічними чинниками, з одного боку, і явищами гідрологічного режиму (підземних вод, річок і озер) - з іншою.

Річкова ланка

Річкова ланка кругообігу води вивчена краще за інших. І це не випадково. Людина здавна селилася уздовж річок, просувалася по річках в невідомі країни, пив річкову воду, їв рибу, вы-ловленную в річках. З розвитком продуктивних сил людина стала використовувати річкові води для зрошування, а надалі - як джерело енергії, спочатку зводячи на них примітивні млинові колеса, а потім гідроелектростанції аж до сучасних потужністю в декілька мільйонів кіловат.

Древні культури багатьох народів нерозривно пов'язані з річками: єгипетською - з Нілом, ассірійською і вавілонською - з Євфратом і Тигром, індійською - з річками Інд і Ганг.

Люди залежали від режиму річок - страждали від їх повеней і в той же час використовували розливи для зрошування полів. Але усе це служило поштовхом до пізнання властивостей і закономірностей водного режиму. Вже в XX ст. до н.е. в Стародавньому Єгипті проводилися спостереження над рівнями води Нілу. У Асуані зберігся прадавній нилометр. Нилометр пізнішого часу існує на ове Рода в рисі м. Каїра. Ці споруди знаходилися у веденні жерців, що віщали народу, який очікується урожай. Такий зв'язок між рівнями води в річці і урожаєм не випадковий: при високих паводках розливши річки поширювався на велику площу і був тривалішим, що обіцяло високий урожай, при низьких паводках урожай знижувався. З початку мусульманської епохи на каїрському кілометрі щорічно відзначалася висота паводку. Так збереглися зведення про паводочных підйоми рівнів Нілу майже за 12 століть.

Роль річок в процесі кругообігу полягає в поверненні океану тієї частини води, яка переноситься у вигляді пари атмосферою з океану на сушу. З цієї причини з океану випаровується більше води, чим випадає у вигляді опадів, на величину, відповідну річному стоку усіх річок в океан. В той же час з суші випаровується в цілому менше води, чим випадає атмосферних опадів на її поверхню.

Усі джерела живлення річок діляться на дві групи: поверхневі і підземні. Поверхневий стік, або вода, що стікає в русла річок по поверхні грунту, може бути різного походження. Від танення снігового покриву утворюється сніговий стік, при выпа-дении дощів - дощовий. У особливу групу виділяється високогірний сніговий (т. е. від танення багаторічних снігів) і льодовиковий стік. На околицях полярних льодовикових щитів Гренландії і Антарктиди утворюються своєрідні річки, поточні серед крижаного поля в руслах з льоду. Вони з'являються на період короткого полярного літа і живляться за рахунок абляції поверхні крижаних щитів.

Усі види поверхневого стоку утворюють на річках паводки, тривалість яких міняється в значних межах.

З точки зору інтересів людини поверхневий стік з території полів, лугів, лісів більше негативне явище, чим позитивне. По-перше, він джерело безповоротних втрат води для сільськогосподарських полів, що особливо відчутно в районах недостатнього зволоження. По-друге, в процесі набрякання води по поверхні відбувається змив грунту, утворюються промоїни і яри; у горах виникають грізні грязе-каменные потоки - сіли; ерозія завдає величезної шкоди господарству. По-третє, поверхневий стік, як вже було сказано, утворює паводки, що викликають розливи річок і повені, що завдають великого збитку господарству.

Озерна ланка

Озерна ланка кругообігу води нерозривно пов'язана з річковою. Озер, не пов'язаних з річками, дуже мало: вони або проточні, або в них впадають річки.

Що найхарактерніше для озер як для однієї з ланок кругообігу води? По-перше, випар, який з поверхні озер більше, ніж з суші, що їх оточує. Відбувається це тому, що бувають періоди, коли грунт на поверхні сухий, і волога, що витрачається на випар, відсутня. Вода ж в озерах завжди є, і випар з них не припиняється.

Наприклад, з Каспійського моря випаровується щорічно шар майже метрової потужності, а в прибережних районах, переважно посушливих, уся вода, що випала у вигляді опадів, 200-300 мм, т. е. у 3-5 разів менше, ніж з поверхні води. У районах краще зволожених (на півночі або в екваторіальній зоні, де в грунтовому покриві майже завжди є волога) різниця у кількості води, що випаровується з суші і з поверхні озер, зменшується.

Атмосфера отримує щорічно приблизно 500-600 км3 додаткової води за рахунок випару з озер, але порівняно із загальною кількістю води, що витрачається на випар, ця добавка дуже незначна.

Головна роль проточних озер в кругообігу води - регулювання річкового стоку, його вирівнювання в часі. Прикладами можуть служити р. Нева, стік якої добре зарегульований цілою системою озер, у тому числі найбільшими в Європі - Ладозьким і Онежським. Река Ангара майже ідеально зарегульована якнайглибшим у світі і найбільшим в Азії оз. Бай-ал. Інший класичний приклад - стік р. Святого Лаврентія, зарегульований системою Великих озер.

Проте водорегулююче значення ще більшою мірою мають штучні озера - водосховища. За новітніми даними, на земній кулі створено близько 1350 водосховищ, що мають об'єм більше 100 млн. м3.

Важлива особливість озер і водосховищ полягає в тому, що вони є більш менш замкнутими екологічними системами, в яких протікає складний комплекс взаємозв'язаних процесів, : механічного характеру (течія, хвилювання, рух наносів), фізичного (термічні, льодові явища), хімічного і біологічного. У водоймищах високої міри проточності ці процеси наближаються до умов річок. Але великі озера з відносно слабкою проточністю (наприклад, такі, як Байкал, Ньяса, Танганьика, Вікторія, Верхнє, Мічіган), що мають більший об'єм водної маси в порівнянні з її припливом, відрізняються своеоб-разием екосистем.