3. Круговорот воды в природе и водные ресурсы Земли.

3.1. Распределение суши и воды

Поверхность Земли, покрытую водами морей и океанов, принято называть Мировым океаном. На долю Мирового океана приходится 361 млн. км², или 71 % общей площади поверхности земного шара, равной 510 млн. км², а на поверхность суши—149 млн. км², или 29%. Суммарная площадь всех внутренних водоемов суши составляет менее 3% ее площади, ледников – около 10%.

Вода и суша на земном шаре распределены неравномерно: большая часть суши расположена в северном полушарии, где она занимает 39% его поверхности, и только 19% —в южном. Такое неравномерное распределение воды и суши оказывает большое влияние на общую циркуляцию атмосферы и круговорот воды.

Сведения о распределении воды в различных частях гидросферы земного шара приводятся в табл. 3.1.

Общие запасы воды на Земле составляют около 1386 млн. км³, из них 96,5% приходится на воды Мирового океана. Большое ко­личество воды содержится в земной коре, однако здесь она хими­чески и физически связана с минералами и горными породами. Объем этих вод оценивается лишь приближенно вследствие не­достаточной геологической и гидрологической изученности зем­ного шара.

Так, по А. П. Виноградову, во всей мантии Земли содержится 13-15 млрд. км³ воды, т.е. в 10-12 раз больше, чем в Мировом океане, а В.И.Вернадский оценивает все воды земной коры в 1,3 млрд. км³, что примерно соответствует объему воды в Мировом океане. При этом только 60 млн. км³ воды находится в несвя­занном состоянии, что составляет 1,7% мирового объема воды. Суммарные запасы пресных вод на земном шаре оцениваются в 35 млн. км³ (2,3 % общего объема воды на Земле), из них бо­лее 68 % содержится во льдах Антарктиды и Гренландии и 30 % — в подземных водах. Количество пресной воды, доступное для использования в настоящее время, составляет около 0,3% суммарного объема воды на Земле.

Таблица 3.1

Объем воды и активность водообмена различных частей гидросферы земного шара

Часть гидросферы	Объем воды			Продолжительность условного водообмена
	тыс. км3	% от общего объема	% от объема пресных вод
Мировой океан	1 338 000	96,5	—	2500 лет
Подземные воды (гравитационные и капиллярные)	23400	1,70	30,06	1 400 лет
Ледники	26064	1,74	68,7	9700 лет
Подземные воды зоны многолетней мерзлоты	300	0,0022	0,86	10 000 лет
Озера	176	0,0013	0,26	17 лет
Почвенная влага	16,5	0,001	0,047	1 год
Воды атмосферы	12,9	0,001	0,037	8 сут
Болота	11,5	0,0008	0,033	5 лет
Реки	2,12	0,0002	0,006	16 сут

3.2. Влагооборот

На земном шаре непрерывно происходит круговорот воды (влагооборот), который, взаимодействуя с атмосферой, литосферой и биосферой, связывает в единое целое все части гидросферы, т. е. океан, воды атмосферы, реки, озера, подземные воды, ледники и т. д. Движущими силами его являются тепловая энергия и сила тяжести. Под воздействием тепловых процессов происходит испа­рение, конденсация водяных паров, таяние, замерзание и другие фазовые переходы воды. Под влиянием силы тяжести происходит выпадение атмосферных осадков, движение поверхностных и под­земных вод и т. д.

Под воздействием солнечной радиации с поверхности Мирового океана и суши в среднем за многолетний период испаряется боль­шое количество воды, равное 577-Ю³ кмЭ/год, или ИЗО мм слоя по отношению ко всему земному шару. Водяные пары, поступив­шие в атмосферу, перемещаются вместе с воздушными массами, при благоприятных условиях конденсируются и выпадают в виде атмосферных осадков. Объем их, согласно общему закону сохра­нения материи, равен объему испарившейся воды. Такой круго­ворот воды в целом для земного шара представляет собой замкну­тую систему, в которой испарение с поверхности земного шара тождественно равно атмосферным осадкам, выпадающим на него. М. И. Львович в круговороте воды выделяет три основных звена: океаническое, атмосферное и материковое. В последнее он вклю­чает звенья меньших размеров: литогенное, почвенное, речное, озерное, ледниковое, биологическое и хозяйственное. Ни одно из перечисленных звеньев круговорота воды не представляет собой замкнутой системы. Только круговорот воды на земном шаре, связывающий в единое целое все части гидросферы, может рас­сматриваться как замкнутая система. Однако для практического использования условно принимают некоторые отдельные звенья круговорота воды как замкнутые системы.

Рис. 3.1. Схема круговорота воды.

Числа на рисунке — значения соответствующих элементов мирового водного

баланса: без скобок — в мм, в скобках — в км³.

1 — осадки, 2 — речной сток, 3 — испарение.

Так, очень часто рассчитывают количественные характеристики круговорота воды (составляющие водного баланса) для отдель­ных материков, территорий, бассейнов рек, озер и т. д.

Схематически круговорот воды можно представить следующим образом (рис. 3.1). Большая часть воды, испарившейся с поверх­ности Мирового океана, вновь поступает непосредственно на его поверхность в виде атмосферных осадков, завершая тем самым малый (океанический) круговорот воды, в котором участвуют океан и атмосфера. Меньшая часть воды, испарившейся с поверх­ности Мирового океана, перемещается с воздушными массами на сушу и частично выпадает на нее в виде осадков. Часть атмосфер­ных осадков испаряется с суши, попадает в общий воздушный поток, движущийся в глубь материка, и вновь выпадает в виде осад­ков, тем самым завершая малый внутриматериковый круговорот воды, в котором участвуют суша и атмосфера. Такие малые, внутриматериковые, круговороты воды могут повторяться несколько раз, способствуя переносу больших объемов воды в глубь материков.

Большой круговорот воды на земном шаре, в котором участвуют Мировой океан, атмосфера и суша можно представить следующим образом. Вода, испарившаяся с поверхности Мирового океана и перенесенная воздушными потоками на сушу, выпадает на нее в виде атмосферных осадков и частично стекает обратно в Миро­вой океан. Большая часть поверхности суши (78%) имеет общий уклон по направлению к морям и океанам. Реки этой периферий­ной области суши дают сток в Мировой океан. Меньшая часть по­верхности суши (22 %) является областью внутреннего стока и имеет уклон внутрь материков, в замкнутые котловины, часто к крупным бессточным озерам. Поверхностные и подземные воды этих областей стекают и обычно аккумулируются в крупных озе­рах, испаряются с их поверхности и попадают в Мировой океан в общем потоке водяных паров. Наиболее значительные из таких областей – это Арало-Каспийский бассейн на территории СССР, бассейн озера Чад в Африке, Большой бассейн в Северной Аме­рике, многие районы Центральной Азии.

В действительности влагооборот на земном шаре происходит значительно сложнее, чем по рассмотренной выше схеме, которая не включает некоторые важные детали этого процесса. В формиро­вании атмосферных осадков, выпадающих на материк, участвует как влага, поступающая с океана (внешняя), так и влага, испа­ряющаяся с суши (внутренняя), которые полностью перемеши­ваются над континентом. Общее количество осадков х, выпавших на поверхность какой-то ограниченной области, будет состоять из «внешних» осадков х_А, сконденсировавшихся из поступившего извне водяного пара, и «внутренних» осадков х_е, сконденсировав­шихся из влаги, испарившейся с поверхности этой ограниченной области (рис. 3.2), т. е.

х= х_А + х_е (3.1)

Часть водяных паров, как поступивших извне, так и образо­вавшихся в данной области, выносится воздушным потоком за ее пределы. Количество их В равно сумме А—х^ и Е—хе. Величину Е—хе=с иногда называют атмосферным стоком. Следова­тельно, испарение с этой области Е можно представить в виде:

е= х_е+с (3.2)

Из схемы, изображенной на рис. 3.2, следует, что в среднем за многолетний период будет справедливо уравнение

= + (3.3)

где , , — нормы соответственно осадков, испарения и речного стока.

Подставив (3.1) и (3.2) в (3.3), получим

= + (3.4)

Рис. 3.2. Схема внутриматерикового влагооборота.

Зная значения х и х_А, можно определить коэффициент влаго­оборота К, представляющий собой отношение общего количества осадков х, выпавших на данную территорию суши, к тому количе­ству «внешних» осадков х_а, которое сконденсируется из водяного пара, поступившего извне (преимущественно с океана), пока он не будет вынесен за пределы этой территории, т. е. К=х/х_А

А. И. Бурцев и О. А. Дроздов предложили следующую фор­мулу, дающую удовлетворительные результаты для площадей до 10 млн. км²:

К = х/х_А = 1 + ЕL/(2и ) (3.5)

где Е—испарение с поверхности ограниченной области; L – ее линейный размер; u – средняя скорость воздушного потока; - среднее влагосодержание воздуха на наветренной стороне области.

Как видно из (3.5), коэффициент влагооборота возрастает с увеличением длины ограниченной области, так как при малых ее площадях (длинах) почти вся сумма осадков будет относиться к категории внешних, тогда как для больших ограниченных обла­стей общая сумма осадков будет включать как внешнюю, так и внутреннюю составляющие. Следовательно, коэффициент влаго­оборота для малых ограниченных областей (малых внутренних осадков) будет близок к единице (в пределе при x_E = 0, х=x_A и К = х/х_A == 1,0), • а для больших областей (при значитель­ных x_е) — больше единицы. Приближенные расчеты К. И. Кашина и X. П. Погосяна (табл. 3.2) дают представление о влагообороте в бассейне р. Оки и Европейской территории СССР (ЕТС) в це­лом. Количество переносимой влаги над рассматриваемой терри­торией, содержащейся в атмосфере, было рассчитано ими по сред­ней скорости ветра и суммарному содержанию влаги в столбе воздуха сечением 1 км² и высотой 5 км для каждого сезона года. Из приведенных данных следует, что в течение года лишь относи­тельно небольшая часть влаги, переносимой воздухом, выпадает в виде осадков, а большая ее часть выносится за пределы этой территории, в основном в восточном направлении. Эти данные косвенно указывают на незначительность внутренних осадков и малое значение коэффициента влагооборота, особенно для от­носительно малых территорий (например, для бассейна р. Оки). Они показывают также, что водохозяйственные мероприятия на ограниченных территориях, видимо, не окажут существенного влия­ния на внутриматериковый влагооборот.

Таблица 3.2