1.1.4. Круговорот воды на земном шаре

Круговорот воды на земном шаре – замечательная особенность гидросферы Земли и природных условий планеты в целом. Круговорот воды создает основной механизм перераспределения на Земле вещества и энергии, объединяет в единое целое не только водные объекты, но и разные части планеты. Круговорот воды на Земле – основа возобновляемости водных ресурсов.

В последнее время в России вместо термина «круговорот воды» стали применять широко распространенный в западных странах термин «гидрологический цикл». Будем считать эти два понятия синонимами.

В круговороте воды на земном шаре (глобальном гидрологическом цикле) проявляется единство природных вод Земли и их связь с атмосферой, литосферой, биосферой. В. И. Вернадский писал: «Любое проявление природной воды – глетчерный лед, безмерный океан, река, почвенный раствор, гейзер, минеральный источник - составляют единое целое, прямо или косвенно, но глубоко связаны между собой, с земной атмосферой и с живым веществом».

Физической причиной круговорота воды на земном шаре служат солнечная энергия и сила тяжести. Солнечная энергия – это причина нагревания и последующего испарения воды. Неравномерное распределение по Земле солнечной энергии приводит к неравномерному распределению атмосферного давления, вызывает воздушные потоки – ветры, переносящие испарившуюся влагу (водяной пар) и создающие ветровые течения в океане. Неравномерное распределение солнечной энергии приводит также к неравномерному распределению плотности воды в океане и, как следствие, к возникновению плотностных течений.

Сила тяжести вынуждает сконденсировавшуюся в атмосфере при благоприятных условиях влагу выпадать в виде атмосферных осадков, а также все поверхностные и подземные воды стекать сначала к дренирующим местность рекам, а в конечном счете, к океану. Естественно, что стекание вод под действием силы тяжести объясняется наклоном поверхности Земли и слоев в земной коре, что, в свою очередь, создается тектоническими и геоморфо­логическими процессами.

В круговороте воды на земном шаре проявляются закономерности сохранения вещества и водного баланса. В уравнениях полного баланса Земли в целом, и океана и суши, в частности, не учитывались ничтожные объемы водообмена Земли с космическим пространством, а также затраты воды в процессе фотосинтеза и несущественное поступление воды вследствие дегазации мантии. Эти величины заведомо во много раз меньше возможных ошибок расчета других составляющих мирового водного баланса. Заметим попутно, что наибольшую точность имеют данные об атмосферных осадках на территории суши, о речном стоке, подтверждаемые прямыми наблюдениями. Наименьшую точность имеют данные об испарении и осадках в Мировом океане.

1.1.5. Глобальный круговорот воды (гидрологический цикл)

В глобальном круговороте воды выделяют два звена: океаническое звено, представляющее собой многократно повторяющийся цикл: испарение с поверхности океана – перенос водяного пара над океаном – осадки на поверхность океана – океанические течения – испарение и т. д.; материковое звено, представляющее собой многократно повторяющийся цикл: испарение с поверхности суши – перенос водяного пара – осадки на поверхность суши – поверхностный и подземный сток – испарение и т. д. Оба звена связаны между собой переносом водяного пара с океана на сушу и, наоборот, поверхностным и подземным стоком с суши в океан.

С океана ежегодно испаряется в среднем 505 тыс. км³, возвращается в виде атмосферных осадков 458 тыс. км³. Испаряется с океана, таким образом, больше, чем возвращается с осадками.

Разность в 47 тыс. км³ составляют воды, которые переносятся с океана на сушу в виде водяного пара. Таким образом, в океаническое звено круговорота воды на Земле вовлечено 458 тыс. км³ воды в год.

На поверхность суши ежегодно выпадает в среднем 119 тыс. км³ атмосферных осадков. Они слагаются из воды, испарившейся с поверхности суши (72 тыс. км³), и влаги, принесенной с океана (47 тыс. км³) в год. Важно отметить, что из 72 тыс. км³ испаряющейся ежегодно с поверхности суши воды 30 тыс. км³ (42%) приходится на транспирацию растительным покровом.

Водообмен между сушей и океаном составляет, как уже сказывалось, 47 тыс. км³ в год. Переносимая с океана влага возвращается в него с равным ей по величине материковым стоком. Материковый сток (47 тыс. км³ воды в год) слагается из поверхностного (44,7 тыс. км³ в год) и подземного, не дренируемого реками (2,3 тыс. км³ в год). Поверхностный сток, в свою очередь, включает водный сток рек, впадающих в океан (41,7 тыс. км³ в год), и ледниковый сток (3,0 тыс. км³ в год). Последний представляет собой разгрузку покровных ледников в виде откалывающихся от него айсбергов и поступление непосредственно в океан талой воды из покровных ледников. Наибольшую часть ледникового стока дает Антарктида (2,3 тыс. м³ в год).

По данным аэрологических измерений установлено, что полный перенос влаги на сушу равен 101 тыс. км³ в год. В обратном направлении – с суши на океан – переносится около 54 тыс. км³ в год. Полагают, что из этих 54 тыс. км³ воды одна часть (19 тыс. км³) – результат испарения океанической воды, выпавшей над сушей в виде осад­ков, а другая – 35 тыс. км³ – та же океаническая вода, прошедшая над сушей «транзитом».

При исследовании гидрологических процессов на суше очень важно учитывать, что суша подразделяется на две части — области внешнего стока, откуда выпавшие атмосферные осадки так или иначе поступают в Мировой океан, и области внутреннего стока (бессточные области), не дающие стока в Мировой океан. На долю областей внешнего стока приходится 80 % площади суши, на долю областей внутреннего стока (бессточных) – 20 %.

Главный водораздел земного шара делит всю сушу на два склона: первый – со стоком рек в Атлантический и Северный Ледовитый океаны и второй – со стоком рек в Тихий и Индийский океаны. Главный водораздел проходит по Южной и Северной Америке от мыса Горн по Андам, Скалистым горам до Берингова пролива, по восточному нагорью Азии, пересекает его в широтном направлении, а затем продолжается вдоль восточной окраины Африки к ее южной оконечности. К бассейну Северного Ледовитого океана относится 15 % всей площади суши, Атлантического – 34, Тихого – 17, Индийского – 14 %.

К наиболее обширным областям внутреннего стока (бессточным областям) относятся: в Европе – водосборный бассейн Каспийского моря; в Азии – обширная Туранская низменность, включающая водосборные бассейны Аральского моря и оз. Балхаш, пустыни Алашань, Гоби, Такла-Макан, часть Аравийского полуострова и др.; в Африке – пустыни Сахара, Ливийская, Нубийская, Калахари, водосборы озер Чад, Рудольф и др.; в Северной Америке – пустыня Большого Бассейна, включая район Большого Соленого озера и др.; в Южной Америке – водосборы озер Титикака – Поопо, полупустынные плато Патагонии и др.; в Австралии – западная и центральная части материка (более 50 % всей его площади).

В областях внешнего стока ежегодно выпадает 110 тыс. км³ осадков, а испаряется 63 тыс. км³. Разница (47 тыс. км³) и составляет материковый сток в океан. В областях внутреннего стока выпадает в общей сложности 9 тыс. км³ осадков в год, и весь этот объем воды в конечном счете испаряется.

Все крупнейшие реки мира дренируют области внешнего стока, но и в областях внутреннего стока (бессточных областях) имеются довольно крупные реки с суммарным стоком около 1 тыс. км³ в год. Среди этих рек Волга, Амударья, Сырдарья, Или. На долю Волги приходится около ¼ стока всех рек бессточных областей. Реки в бессточных областях несут свои воды в замкнутые бессточные озера, где эти воды и испаряются.