Na⁺; 3) SO²' и Ca²⁺; 4) SO²', HCOj и Ca²⁺; 5) HCO~ и Ca²⁺; 6) HCO~ и Na⁺. Осадки первой группы характерны для приморских районов севера России, районов Черного моря. Осадки второй группы отме­чены на северо-востоке Европы. В центре европейской части России выпадают осадки третьей группы, а в южной ее части и на Северном Кавказе — четвертой. Для горных районов Кавказа характерны осад­ки пятой группы, для района Каспийского моря — шестой.

Атмосферные осадки над океанами характеризуются повы­шенными концентрациями хлоридов натрия и наиболее высокой минерализацией. При движении внутрь материка эти осадки посте­пенно теряют свой морской генезис. На расстоянии примерно 100 км от берега содержание хлоридов натрия в атмосферных во­дах становится минимальным. Внутри континента преобладающи­ми компонентами атмосферных вод становятся гидрокарбонаты и сульфаты кальция.

С высотой количество аэрозолей в воздухе сокращается, по­этому уменьшается и минерализация атмосферных вод. Это явление четко наблюдается в горных и особенно в высокогорных районах. Наименьшая минерализация атмосферных осадков наблюдается в Антарктиде, где составляет всего несколько миллиграммов на литр.

4. Наземная гидросфера

Вода в жидком и твердом состоянии, распространенная на поверхности земли, образует наземную гидросферу. Главное место в ней занимает Мировой океан. Это самый большой водный резер­вуар Земли. На материках в наземную гидросферу включаются во­ды рек, озер, водохранилищ, водоемов, болот. К ним также должны быть отнесены воды живых организмов, которые, как было показа­но выше, играют огромную роль в жизни нашей планеты. Кроме того, в наземную гидросферу следует включить ледяной и снеж­ный покров материков.

Из сказанного следует, что наземная гидросфера представля­ет собой прерывистую оболочку Земли. Объем воды и льда распре­делен на поверхности нашей планеты весьма неравномерно. Миро­

46

Океан	Тихий	Атлантиче­ ский	Индийский	Северный Ледовитый
Площадь, млн км2	178,68	91,66	76,17	14,75
Объем воды, млн км3	710,36	329,66	282,65	18,07
Средняя глубина, м	3976	3597	3711	1225

47

\

Материк \ j \ Уровень океана

A

Шельф Ложе /\Г\ океана

Острова

У

Срединные Материковый j

хребты склон j

Рис.6. Схематический профиль дна океана (по А.В. Гембемо, 1979 г.)

Основными элементами рельефа дна океанов являются: шельф, материковый склон, материковое подножье и ложе океанов (рис.6). Шельф находится на глубине 100-200 м, и на его долю приходится примерно 7 % общей территории океанов. Материко­вый склон начинается от основания шельфов и опускается на глу­бину 1,5-3,5 км, ниже, до глубины примерно 4 км, идет материко­вое подножье. Ложе океана, абиссальные равнины находятся на глубине 4-5,5 км, еще глубже располагаются глубоководные впади­ны, или желоба (5-11 км).

Особую роль в жизни океанов играют срединные океаниче­ские хребты, вытянутые вдоль океанов и имеющие общую протя­женность более 60 тыс. км. С ними связаны многочисленные разло­мы, области поглощения океанических вод и выходы на дне океанов термальных субаквальных источников.

Движение и перемешивание океанских масс обусловлено как экзогенными, так и эндогенными факторами, главными среди кото­рых являются неравномерное нагревание и охлаждение земной по­верхности. Циркуляционные процессы перемешивания океаниче­ских вод развиваются вслед за прохождением атмосферных фрон­тов. Глубина перемешивания океанических вод может изменяться от нескольких десятков метров до 1,5-2 км. Эндогенные процессы мо­гут быть вызваны тектоническими процессами, сейсмическими яв­лениями и подводными оползнями. В океане функционируют разно­образные подводные течения: теплые и холодные, поверхностные и глубинные. Они обеспечивают постоянно действующий водообмен между холодными и теплыми зонами Земли.

Химический состав океанических вод является своеобраз­ным стандартом стабильности земных процессов. Он образовался

48

многие миллионы лет тому назад и является интегральной гидрогео­химической характеристикой взаимодействия различных оболочек Земли: литосферы, атмосферы, биосферы и гидросферы.

Средняя минерализация океанических вод 35 г/л. Эта вели­чина принимается в качестве границы между солеными водами и рассолами. Состав вод обычно хлоридный магниево-натриевый. В приповерхностной зоне под действием природных климатических условий наблюдается колебание этой величины от 30,76 г/л (припо­лярная зона) до 36,43 г/л (субтропическая зона Атлантического океана). Опреснение вод Северного Ледовитого океана связано с поступлением в него больших масс речных вод, наличием ледяного покрова и слабой испаряемостью. В экваториальной части Атланти­ческого океана сказывается влияние интенсивного испарения.

Температура океанических вод в приповерхностном слое от­ражает влияние климатических условий. В придонном слое она ко­леблется в пределах 1-2 °С, в приполярной области может опускать­ся до -0,7 °С.

Моря Мирового океана. Эта группа водных бассейнов за­нимает примерно 10 % территории Мирового океана, а объем их вод еще меньше, до 3 %. Моря имеют гидравлическую связь и с матери­ками, и с океанами. Вместе с тем их гидродинамический и гидрохи­мический режимы весьма различны. Самым большим и самым глу­боким является Коралловое море у восточных берегов Австралии. Его площадь достигает 4,07 млн км², а глубина - 1038 м. Самое не­большое море — Мраморное (12 тыс.км²), а самое мелкое - Азовское море (средняя глубина 7 м, максимальная -13 м).

По расположению и физико-географическим условиям моря делятся на три группы: 1) внутренние, находящиеся внутри матери­ков и между материками; 2) окраинные, расположенные по окраи­нам океанов; 3) островные, окруженные со всех сторон островами и имеющие тесную гидравлическую связь с океанами.

Воды на поверхности суши. Распределение вод на поверх­ности суши крайне неравномерно и регулируется, прежде всего, ландшафтно-климатическими условиями. Эти воды образуют реки, озера, водоемы, болота, а также снежные и ледяные покровы. Сум­марный объем воды в жидкой фазе на поверхности суши составля­

49

ет 253 тыс.км³, из них 70 % вод - пресные. Вода в твердой фазе «законсервирована» в ледниках, их объем примерно 32 млн км³. Основная масса льда образует ледяные покровы в Антарктиде и Гренландии. Объем льда в высокогорных ледниках не превышает 46 тыс.км³. В наземной гидросфере функционируют также воды биогенного происхождения. Живые организмы на 50-99 % состоят из воды и потребляют для своей жизнедеятельности значительные ее объемы.

Реки. Реки на Земле выполняют важную водообменную функцию - по их руслам воды суши стекают в Мировой океан. Этот сток составляет примерно 44600 км³ в год. На нашей планете насчи­тывается более 20 млн рек при общей их длине 67 млн км. Реки, сливаясь друг с другом, образуют речные системы. Они собирают влагу в речные артерии с водосборных площадей в десятки, сот­ни, тысячи, сотни тысяч и даже несколько миллионов квадратных километров.

Наиболее важными характеристиками рек являются густота речной сети (протяженность всех водотоков на единицу площади, норма стока (расход или количество воды, протекающее в единицу времени), модуль стока (расход, отнесенный к единице водосборной площади). Количественные значения указанных характеристик в значительной степени зависят от физико-географических условий и гидрогеологической обстановки. Речной сток растет, и густота реч­ной сети в условиях гумидного климата увеличивается по сравне­нию с аридным. В горах количество выпадающих осадков растет с высотой, поэтому с высотой увеличивается модуль речного стока, а с понижением отметок рельефа - норма стока.

На Земле насчитывается 86 крупных речных систем. Они об­разуются такими реками как Амазонка, Миссисипи, Волга, Енисей, Лена и др. Водосборная площадь самых крупных водных артерий Земли занимает 67,6 ■ 10⁶ км², т.е. примерно половину территории суши. Самой большой водосборной площадью обладает р. Амазонка (6,9 • 10^б км²). Крупные речные системы могут протекать по не­скольким ландшафтно-климатическим зонам, обеспечивая, таким образом, транзитный перенос стока из более обводненных областей гумидного климата в менее обводненные области аридного или по­

50

лярного климата. На величину стока рек влияет множество факто­ров: залесенность и заболоченность водосборной территории, озер- ность, глубина эрозионного вреза и степень дренированности водо­сборов, геологическое строение областей стока и проницаемость почвенно-покровных отложений. Все эти и другие стокообразующие факторы (рис.7) представляют интерес не только для гидрологов, но и для гидрогеологов. Их изучение имеет большое значение для по­нимания условий формирования подземных вод.

Водное питание рек осуществляется за счет атмосферных осадков, выпадающих в виде дождей, снеговых и ледниковых вод и подземных вод. Кроме того, реки могут пополнять свои ресурсы за счет вод конденсационного происхождения, вод, образовавшихся при таянии наледей, а также проникших из водосборных площадей соседних речных бассейнов. Реки обычно имеют смешанное водное питание, причем в течение года их роль может меняться. В нашей стране для северных рек наиболее важную роль играет снеговое пи­тание, в средней полосе более существенен вклад атмосферных осадков. Реки, начинающиеся в предгорьях Кавказа, Тянь-Шаня, Алтая и Памира, основное питание получают при таянии ледников. Реки активно дренируют подземные водоносные системы. Доля под­земного питания рек составляет 20 % и более в их водном балансе. В отличие от других источников питания, которые функционируют сезонно, подземные воды поступают в речные системы практически непрерывно на протяжении всего года. Б.И. Куделин (1964) разрабо­тал методику расчета подземного питания рек и составил карту под­земного стока рек СССР. По этой методике стали определять наибо­лее динамичную часть ресурсов подземных вод, которая разгружа­ется в реки.

На рис. 8 представлено расчленение гидрографа по видам Питания, принятое в России. Для более надежного обоснования границ различных видов водного питания следует использовать Метеорологические и гидрогеологические материалы. Переход с одного вида водного питания на другой фиксируется на схеме точ­ками перелома. Наиболее сложным при этом представляется разде­ление подземной и поверхностной составляющих в период высо­ких паводков и половодий.

51

Рис.7. Схема бассейна и водосбора реки: а - в плане; б - поперечный разрез по линии АВ

1 - граница поверхностного водосбора (поверхностный водораздел); 2 - граница подземного водосбора (подземный водораздел); 3 - бессточная область; 4 - водоупор; 5 - атмосферные осадки; 6 - поверхностный сток; 7 - инфильтрация воды; 8 - подземный сток

A F С' СЕ

Г

Рис.8. Обобщенная схема расчленения гидрографа по видам питания [11]

1-5 - линии, разделяющие снеговое и подземное питание в период половодья; 6 - ледостав;

7 - ледоход; 1,11 и 111 - снеговое, дождевое и подземное питание соответственно

На рис. 8 область схемы, соответствующая подземному пи­танию, расположена ниже линии 1-5, а поверхностная состав­ляющая - выше этой линии при различном взаимодействии по­верхностных и подземных вод. При отсутствии гидравлической связи речных и грунтовых вод, что характерно для горных рек, граница стока проводится по линии 1. При существовании гид­равлической связи речных и грунтовых вод, что свойственно рав­нинным рекам, увеличение речного стока вызывает уменьшение притока грунтовых вод до его полного исчезновения (линии 3, 4). Точка С' соответствует максимальной величине стока поверхно­стных вод и минимальной грунтовых. При высоких паводках по­следние могут вообще отсутствовать. Продолжительность отсут­ствия грунтового потока может быть оценена по времени добега- ния волны по руслу от истоков к замыкающему створу. Грунто-

53

вые воды будут добегать вместе с паводочной волной AF. В верх­нем течении реки подземные воды поступают в русло реки (линия GE), и их приток увеличивается вплоть до окончания па­водка в замыкающем створе (точка D). Продолжительность отсут­ствия подземного стока в период высокого паводка определяется по датам полного выклинивания подземных вод при подъеме па­водка и начала поступления подземных вод при его спаде (линия FG). Для малых и средних рек граница раздела поверхност­ного и подземного питания рек проводится по прямой линии 2. Для выделения напорной составляющей подземных вод проводится ли­ния, параллельная оси времени Т (ее размерность - дни, месяцы, годы), с учетом расхода разгрузки напорных вод, питающих реки. Расчленение гидрографа рек на генетические составляющие не все­гда представляется однозначным, поскольку физико-географи­ческая и гидрогеологическая обстановки в пределах водосборной площади реки могут быть весьма сложными.

По условиям речного стока наиболее обводненным конти­нентом является Южная Америка - 661 мм в год. Для сравнения речной сток на других континентах следующий, мм в год: Европа 306, Азия 332, Африка 151, Северная Америка 339. Среднее значе­ние речного стока для всей суши 314 мм в год.

Речные воды обычно обладают небольшой минерализацией, до 200-300 мг/л. Так, минерализация вод в Амазонке составляет

3. мг/л, в Ниле 171,1 мг/л, Днепре 259,2 мг/л. В составе речных вод обычно преобладают гидрокарбонаты кальция, в условиях арид­ного климата появляются сульфаты кальция, хлориды натрия, и ми­нерализация вод увеличивается до 1 г/л и более. Химический состав речных вод связан с ландшафтно-климатическими условиями и, прежде всего, с видами водного питания. Реки, в которые сбрасыва­ются коммунальные и промышленные стоки, загрязнены и иногда настолько сильно, что распознать участие природных процессов в создании их химической основы весьма трудно.

Озера и водохранилища. Территория, занятая под озерами, составляет 2,1 млн км , в них заключено 176 тыс.км³ воды. Это во много раз превышает количество воды, необходимое для образова­ния всех речных потоков суши.

54

В мире насчитывается около 12 млн озер, из них 10 наиболее крупных занимают 1/3 суммарной площади и заключают в себе 90 % объема воды всех озер Земли. К таким гигантам относятся, напри­мер, Каспийское море (площадь 390 тыс.км², максимальная глубина 1025 м, объем 78200 км³), Ладожское озеро (соответственно 12782 км², 230 м, 837 км³), оз.Верхнее в США (соответственно 82680 км²,406 м, 11600 км³).

Происхождение озер весьма разнообразно. Многие из них возникли в результате древнего и современного оледенения (Канада, север Европы и др.). Понижение рельефа, где аккумулируются озер­ные воды, могут иметь и другое происхождение: тектоническое, вулканическое, эрозионное, ветровое и др. Поэтому озера широко распространены в различных ландшафтно-климатических зонах, в том числе в аридных областях (юг Западной Сибири, Казахстан). Озерные котловины выполняют важную роль в регулировании стока и его аккумуляции.

Примерно 70 % озер являются пресными и содержат около 55 % объема озерных вод. Самый большой ресурс озерных вод со­держится в оз.Байкал (23 тыс.км³). Это самое крупное хранилище пресных вод в мире. В пресноводных озерах состав вод примерно одинаков (НСО3 -Са²⁺, SOj^- - НСО, -Mg²⁺-Ca²⁺). В соленых озе­рах концентрируются хлориды натрия и сульфаты кальция. В услови­ях интенсивного испарения и непроточности озера могут становиться самосадочными. В них образуется рапа и соли выпадают в осадок. Так, на дне озер накапливается галит (NaCl), гипс (CaSOi • 2Н₂0), ми­рабилит (Na₂S04S04^_- ЮН₂0), сода (Na₂C0₃ • 10Н₂О). Самосадочные озера широко распространены в нашей стране (Прикаспий, Пред­кавказье, юг Западной Сибири и Забайкалье).

Водохранилища функционально предназначены для решения каких-либо технических задач: обеспечения работы гидроэлектро­станций, накопления водных ресурсов для орошения земель и хо­зяйственно-питьевого водоснабжения. Суммарная площадь водо­хранилищ достигает 0,4 млн км², в них находится примерно б тыс.км³ воды. Крупным водохранилищем является Братское на р.Ангаре, его полный объем 169 км³, а полезный 48,2 км³. Оно зани­мает площадь 5500 км². Водохранилища, сооруженные на равнинах,

55

занимают огромные территории, до 3-6 тыс.км². Они затапливают наиболее плодородные почвы, изменяют микроклимат, повышают уровень грунтовых вод, подтапливают промышленные и жилые зо­ны, в некоторых случаях изменяют геодинамический режим недр и являются причиной возникновения так называемых наведенных землетрясений, а также оползней на склонах. Таким образом, экс­плуатация водохранилищ приносит не только пользу (обводнение, орошение, водоснабжение, получение электроэнергии), но приводит к негативным последствиям. Подача и отбор воды из водохранилищ регулируются искусственно. В отличие от озер, уровенный, тепло­вой и химический режимы в водохранилищах зависят не столько от природных факторов, сколько от техногенных.

Болота. К болотам относят переувлажненные земли со сло­ем торфа обычно более 30 см, со специфической растительностью, малой проточностью и восстановительной обстановкой. Болота об­водняются за счет поверхностных и подземных вод. Содержание влаги в торфе достигает 97 % и более, поэтому торф можно называть водной массой, содержащей неразложившееся органическое веще­ство. Мощность торфяной залежи не превышает нескольких метров, а максимальное ее значение достигает 28 м. Площадь болот на Земле 2,58 млн км², а запасы воды в них оцениваются в 11,5 тыс.км³.

Самые крупные болота находятся в Западной Сибири, к ни^ относятся, например, Васюганские болота, в которых запасы торфа, приведенные к влажности 20 %, составляют 102 млрд т. Болота ши­роко распространены и в других природных зонах, например, в тун­дре, во влажной зоне тропиков.

По условиям формирования выделяются три основных типа болот: низинные, переходные и верховые. В их водном питании в различных соотношениях принимают участие атмосферные осадки и подземные воды. Осушение болот, которое широко проводится в Западной Европе, Белоруссии и Канаде, приводит к изменению ландшафта осушаемых территорий, ухудшению их водного баланса.

Вода в живых организмах наземной биосферы. Значитель­ную часть массы живых организмов составляет вода. В сухопутных организмах ее содержание никогда не опускается ниже 50 %, а в ор­ганизмах, обитающих в воде, иногда достигает 99,5 %. Зеленая мас­

56

са растительности суши по оценке В.И. Вернадского [6] примерно Ю¹ -10¹⁴т. Масса воды в них 85-95 %, что примерно соответствует 10 тыс.км³ воды. Животный мир суши и Мирового океана также содержит значительные объемы биологической воды, которые можно оценить в 20-30 тыс.км³. Между биосферой и окружающей средой существует непрерывный водообмен. Жизненные функции организмов требуют того или иного количества воды, которое за год превышает их собственную массу в сотни и тысячи раз. На этом основании В.И. Вернадский полагал, что через живые орга­низмы за 300-400 лет проходит объем воды, равный объему воды В Мировом океане [6]. При этом следует иметь в виду, что вода, после биологического цикла обработки в живых организмах, при­обретает новые физико-химические свойства и состав. Живой мир образует на нашей планете почти сплошной покров, что позволя­ет говорить о воде организмов как о своеобразной водной обо­лочке Земли. Роль этой оболочки особенно возросла после появ­ления человека. «Напор жизни» стал настолько силен, что жизнь превратилась в природную силу, по своему воздействию сопоста­вимую с геологической [6]. Эта новая сила не всегда действует в унисон с природными процессами, но нередко нарушает сущест­вующее равновесие, изменяет водный баланс и режим террито­рии, нередко образуя новые ландшафты. В больших объемах поя­вились «окультуренные» воды, созданные руками человека и ра­нее никогда не существовавшие.

Ледники. Ледяной покров постоянно существует на Антарк­тиде, в Гренландии, на Шпицбергене и других островах Северного Ледовитого океана. Ледяные покровы образовались также в некоторых горных странах (Гималаи, Памир, Тянь-Шань и др.). В ледниковых по­кровах суши аккумулируется речной сток за 600 лет. Ледники - это естественные холодильники Земли, в которых хранятся огромные ресурсы холода. Оледенение Антарктиды началось примерно 38 млн лет тому назад, а Арктики - 2,7 млн лет тому назад. Оледе­нения многократно возникали в истории нашей планеты и были свя­заны с резкими похолоданиями климата. Самое древнее оледенение произошло в архее (2,7 млрд лет назад). Оледенения повторялись в архее-протерозое еще четыре раза, а в палеозое - три раза.

57

Потепление климата, первые признаки которого наблюдают­ся в настоящее время, по прогнозу ученых, может привести к ряду неблагоприятных последствий. Первое из них - сход ледяного по­крова в Северном Ледовитом океане, - возможно, произойдет в се­редине 50-х гг. нынешнего века. Второе событие связано с таянием ледяного покрова в Гренландии. Прогнозируется, что этот остров освободится ото льда к концу XXI в., что приведет к повышению уровня Мирового океана на 7 м. Третье событие растянется на мно­гие столетия и произойдет, видимо, через тысячу лет. К этому вре­мени Антарктида освободится ото льда и уровень Мирового океана поднимется еще на 70 м. С этим человечество столкнется, если не научится управлять погодой и не уменьшит выброс углекислого газа в атмосферу, потому что рост его содержания в воздухе может при­вести к «парниковому эффекту».

Самые большие скопления льда образовались на Антаркти­ческом материке. Мощность ледникового покрова изменяется от нескольких метров на окраинах до 3-4 км в центре материка. Мак­симальная его мощность достигает 4720 м. На российской станции «Восток» несколько лет тому назад было завершено бурение сква­жины на глубину 3621 м. Она нескольких десятков метров не дошла до подошвы ледяного панциря, под которым залегает огромное под­ледное озеро. Специалисты Санкт-Петербургского горного институ­та планируют в ближайшее время вскрыть это озеро и установить причины его образования. Оно могло сформироваться в результате таяния льда на границе каменного ложа и подошвы ледяного покро­ва под тяжестью вышележащей массы льда или из-за подтопления ложа ледника морскими водами. Предполагается, что озеро должно быть пресноводным, поэтому первая гипотеза кажется более вероят­ной. Интересные данные были получены при бурении скважины. Температура льда на глубине 15-20 м составляла минус 55 °С, а вблизи забоя минус 3 °С. Изучение керна скважины подтвердило существование нескольких периодов потепления и похолодания в плиоцен-четвертичное время.

В Антарктиде наблюдается радиальное растекание льда от центра ледяного купола. Наибольшая скорость движения льда за­фиксирована в шельфовых ледниках, окружающих материк. Она

58