3.2. Характеристика гидросферы

Водные объекты на Земле и занимаемая ими площадь. Мировой океан с морями и заливами и расположенные на суше реки, озера, водохранилища и болота, а также ледники и снежники – это водные объекты. Из всей площади поверхно­сти Земли (510 млн км²) водами Мирового океана покрыто 361 млн км² (71 %), а площадь суши составляет 149 млн км². Таким образом, более 2/3 поверхности нашей планеты по­крыто водной оболочкой, состоящей из океанов и морей.

Общая площадь водных объектов на поверхности суши (ледни­ков, озер, водохранилищ, рек, болот) составляет 21,5 млн км², или 14,4% от площади суши. Большая часть приходится на ледники –16,3 млн км². На остальные водные объекты суши (реки, озера и др.) останется всего 5,2 млн км².

Таким образом, общая площадь водных объектов на поверхно­сти Земли составляет 382,5 млн км², т. е. 75 % или 3/4 поверхности планеты. Объем воды на Земле. Общий объем воды в водных объектах на земном шаре около 1390 млн км³, при этом на долю Мирового океана приходится 96,4% (см. табл. 3.1). Из водных объектов суши наибольшее количество воды содержат ледники – 25,8 млн км³ (1,86% всех вод на Земле). Основные запасы льда приходятся на ледники Антарктиды и Гренландии. На горные ледники остается всего 0,2 %.

Таблица 3 1. Запасы воды на земном шаре

Виды природных вод	Площадь		Объем тыс км3	Доля в мировых запасах %			Средний период условного возобновления запасов воды
	млн км2	% пло- щади суши		от общих запасов воды	от запасов пресных вод
Вода на поверхности литосферы
Мировой океан	361	–	1 338 000	96,4		_	2650 лет
Ледники и постоянный снежный покров	16,25	10,9	25 780	1,86		70,2	9700 лет
Озера	2,1	1.4	176	0,013		–	17 лет
в том числе пресн ysные	1,2	0,8	91	0,007		0,25	–
Водохранилища	0,4	0,3	6	0,0004		0,016	52 дня
Вода в реках	–	–	2	0,0002		0,005	19 дней
Вода в болотах	2,7	1,8	11	0,0008		0,03	5 лет
Вода в в верхней части литосферы
Подземные воды	–	–	23 400	1,68		_	1400 лет
в том числе пресные подземные льды зоны многолетне- мерзлых пород
пресные	–	–	10 530	0,76		28,7
подземные льды зоны многолетне-мерзлых пород	2,1	14	300	0,022		0,82	10 000 лет
Вода в атмосфере и в организмах ооорганизмах организмах
Вода в атмосфере			13	0,001		0,04	8 дней
Вода в организмах			1	0,0001		0,003	Несколько
							часов
Общие запасы воды
Общие запасы воды		–	1 388 000	100		–	–
в том числе пресной		–	36 730	2,65			–

Примечание: По данным монографии «Мировой водный баланс и водные ресурсы Земли» (1974), в редакции [В.Н. Михайлов и др., Гидрология, МГУ, 2005]

Некоторый объем воды находится в живых организмах биосфе­ры (растениях и животных). Этот объем «биологической воды» немно­гим более 1 тыс. км³. В атмосфере в среднем постоянно присутствует около 13 тыс. км³ влаги в виде водяного пара, капель воды, кристалликов льда. 90 % воды находится в самом нижнем слое атмосферы на высотах 0 – 5 км. Объем атмосферной влаги дает слой воды на поверхности Земли, равный всего 25 мм.

Большое значение имеет оценка количества пресной воды на Земле. Всего на планете 36,7 млн км³ пресных вод (2,65 % общего объема вод) (см. табл. 3.1). Главные аккумуляторы пресной воды – ледники, пресные подземные воды, подземные льды многолетней мерзлоты, пресные озера. Из общего количества пресных вод, на твердую фазу (лед) приходится 71 %, на жидкую фазу – 29%.

Гидрологический цикл (круговорот воды) на земном шаре представляет основной механизм возобновления пресных водных ресурсов. В глобальном гидрологиче­ском цикле проявляется единство природных вод Земли и их связь с атмосферой, литосферой, биосферой.

Энергетической основой круговорота воды на земном шаре служат солнечная энергия и сила тяжести. Солнечная энергия – это причина нагревания и последую­щего испарения воды. Солнечная постоянная равна 1,98кал/см²мин (1381,6 дж/м²с). Водяной пар, охлаждаясь, конденсируется. За 1,5 суток Солнце дает Земле столько же энергии, сколько дают электростанции всех стран в течение года ( За год 5.71*10¹⁸ мДж).

Сила тяжести вынуждает сконденсированную в атмосфере влагу выпадать в виде атмосферных осадков на земную поверхность, стекать поверхностными и подземными путями по склонам во временные водотоки, реки и озера, и, наконец, в океаны, а также в водоемы областей внутреннего стока (непосредственно не связанные с океаном). В табл. 3.2 приведены годовые величины стока вод, – в объемных едини­цах (км³), а также в миллиметрах слоя. В глобаль­ном круговороте воды (рис. 3.1) выделяют два звена:

• океаническое звено, представляющее собой непрерывно повторяющийся цикл: испарение с поверхности океана, перенос водяного пара над океаном, выпадение осадков на поверхность океана, испарение и т. Д. (А на рис. 3.1);

• материковое звено, также представляю­щее собой непрерывно повторяющийся цикл: испарение с поверх­ности океана и суши, перенос водяного пара на сушу, выпадение осадков на поверхность су­ши, поверхностный и подземный сток, испарение и т. Д..

Таблица 3.2. Средний годовой водный баланс Земли

Сток рек=41,7 тыс км³/год= 41,7*10³/31,54=

Часть Земли	Пло­щадь млн км2	Осадки			Испарение			Сток, тыс.км3/год
								речной у (сток рек)	леднико­вый ул (айсберги, плюс ледниковое питание рек)	подземный w (по контуру материков)	суммарный Y=y+ ул +w (материковый сток)		Уравнение водного баланса
		тыс.км3/год		мм год	тыс.км3/год		мм год						тыс.км3/год
Весь земной шар	510	X	577	1130	Z	577	1130	-	-	-	-		X = Z 577=577
Мировой океан	361	Xok	458	1270	Zok	505	1400	41,7	3,0	2,2	47,0 130мм		Xok + Y= Zok 458 + 47=505
Суша	149	Xc	119	800	Zc	72	485	41,7	3,0 -	2,2 2,2 -	47,0 315мм -		Xc=Y + Zc 119=47+72 Xc’’=Zc’’
в том числе: области внеш­него стока	119	X’c	110	924	Z’c	63	529	41,7	3,0	2,2	47,0 395мм		X’c=Y + Z’c 110=47+63
области внут­реннего стока	30	X’’c	9	300	Z’’ c	9	300	–	–	–	–		X’’c = Z’’ c 9 = 9

Пример: Х Весь земной = 577*10³ км³ равно 0.00113 км =1,13 м= 1130 мм

510*10⁶ км²

Р

ис 3.1. Схема глобального круговорота воды [В.Н. Михайлов и др., Гидрология, МГУ, 2005]. Пояснение к рис. 3.1: А – океаническое звено, Б, Б'– материковое звено с поверхностной Б и подземной Б' частями, I– океан (zok – испарение, хok – осадки), II – области внешнего стока суши (zc' – испарение, xc'– осадки, у – поверхностный сток, w – подземный сток), III – области внутреннего стока суши (zc'' испарение, хc"– осадки, у' – поверхностный сток, w' – подземный сток), г– пере­нос влаги в атмосфере, р~ океанические течения, u и u'- инфильтрация, подъем и испарение вод в грунтах [19].

Оба звена связаны между собой переносом водяного пара с океана на сушу и, наоборот, поверхностным и подземным стоком с суши в океан.

Океаническое звено. С мирового океана ежегодно испаряется за год в среднем 505 тыс. км³, возвра­щается в океан в виде атмосферных осадков 458 тыс. км³ (табл. 3.2). Таким образом, объем воды, испаряющейся с поверхности океана больше, чем количество выпадающих осадков.

Уравнение водного баланса мирового океана можно записать в следующем виде (см. последний столбец табл. 3.2):

Xok+Y=Zoк, (3.1)

458 47 505

где Zoк - испарение с поверхности океана; Xok - осадки, выпа­дающие на поверхность океана; Y – суммарный сток с материков в океан.

Разность (Zoк - Xok = 505-458), равная 47 тыс. км³ за год, составляет то количество воды, которые переносятся с океана на сушу в виде водяного пара. Оно возвращается обратно в океан в виде материкового стока (Y=47 тыс. км³).

Материковое звено (табл. 3.2, рис. 3.1) можно описать следующим уравнением водного баланса:

Xc=Y + Zc, (3.2)

119 47 72

где Xc – количество осадков на суше; Zc – испарение с суши; Y – сток с суши (материковый сток). Из (3.2) следует Y= Xc – Zc вновь возвращается в океан в виде стока с суши (Y =47 тыс. км³). Эта величина и есть возобновляемые водные ресурсы.

Водные ресурсы – запасы поверхностных и подземных вод, находящихся в водных объектах, которые используются или могут быть использованы человеком. В такой трактовке водные ресурсы – категория не только природная, но и социально-историческая.

Важно отметить, что из 72 тыс. км³ испаряющейся ежегодно с поверхности суши воды, 30 тыс. км³ (42 %) приходится на испарение расти­тельным покровом (транспирацию).

Таким образом, водообмен между материками и океаном выражается в следующем:

1. часть испарений с океана переносится атмосферными потоками на материки, где, наряду с континентальным паром, образует атмосферные осадки;

2. равный объем воды возвращается с материков в океан в виде материкового стока (47 тыс. км³ воды в год).

Материковый сток слагается из поверхностного стока (44,7 тыс.км³ в год) и подземного стока (2,2 тыс. км3 в год). Последний, минуя реки, поступает в океан по контуру материков и островов.

Поверхностный сток, в свою очередь, включа­ет:

• сток рек, впадающих в океан (41,7 тыс. км³ в год),

• ледниковый сток (3,0 тыс. км³ в год), представляющий собой массу льда айсбергов, откалывающихся от полярных ледников (лед айсбергов постепенно тает в относительно теплых водах океана).

Наибольшая масса льда поступает в океан с побережья покрытой льдом Антарктиды (2,3 тыс. км³ в год), затем от покровных ледников Гренландии и других полярных островов.

Рис. Макросклоны области внешнего стока

Суша подразделяется на две ча­сти (табл. 3.2):

• области внешнего стока, 80 % площади суши, откуда выпавшие атмосферные осад­ки стекают в Мировой океан;

• области внутрен­него стока (или бессточные области), 20 % площади суши, не дающие стока в Мировой океан.

Область ВНЕШНЕГО СТОКА суши – с нее реки несут воды в мировой ОКЕАН. Здесь выделяются два макросклона, разграниченнные «главным водоразделом Земли»:

1 – макросклон со стоком рек в Атлантический и Северный ледовитый океан, всего 49% площади суши (34 % площади в Атлантический и 15 % площади в Северный ледовитый) .

2 – макросклон со стоком рек в Тихий и Индийский океан, всего 31% (17% площади суши в Тихий и 14 % площади суши в Индийский).

К наиболее обширным областям внутреннего стока (бессточ­ным областям) относятся: в Европе – водосборный бассейн Каспийского моря; в Азии – обширная Туранская низменность, пустыни Алашань, Гоби, Такла-Макан, часть Аравийского полу­острова и др.; в Африке – пустыни Сахара, Ливийская и др.; в Северной Амери­ке – пустыня Большого Бассейна; в Южной Америке – водосборы озер Титикака – Поопо, полупустынные плато Патагонии и др.;

в Австралии – за­падная и центральная части материка.

В областях внешнего стока ежегодно выпадает 110 тыс. км³ осадков, а испаряется 63 тыс км³. Разница (47 тыс. км³), как уже указывалось, 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. Реки этих областей впадают в замкнутые моря и бессточные озера, испаряющие всю поступающую в них воду. Заметим, что моря, не связанные с океаном (Каспийское, Аральское и др.), в действительности следует относить к озерам.

Все крупнейшие реки мира (Амазонка, Янцзы, Миссисипи, Енисей, Лена, Обь, Конго, Нигер, Макензи и др.) – находятся в областях 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 1/4 стока всех рек бессточных областей.

Водные ресурсы – запасы поверхностных и подземных вод, находящихся в водных объектах, которые используются или могут быть использованы человеком. В такой трактовке водные ресурсы – категория не только природная, но и социально-историческая.

Наиболее ценными водными ресурсами являются запасы пресных вод (это самое узкое понятие водных ресурсов). Ресурсы пресных вод складываются из так называемых статических (вековых) запасов воды и из непрерывно возобновляемых водных ресурсов.

Статические (вековые) запасы пресных вод не подвержены заметным ежегодным изменениям. Это водные объемы озер, ледников, подземных вод (см. табл. 3.1).

Возобновляемые водные ресурсы – это те воды, которые ежегодно восстанавливаются в процессе круговорота воды на земном шаре. Их измеряют в единицах водного стока (м³/с, м³/год, км³/год) (см. табл. 3.2, раздел 3.5.1).

Что же, собственно, представляют возобновляемые водные ресурсы? Возобновляемые водные ресурсы можно описать с помощью уравнения водного баланса. Вспомним, что в целом для суши атмосферные осадки Xc и испарение Zc составляют соответственно 119 и 72 тыс. км³ воды в год (табл. 3.2).

Избыток осадков над испарением (119 – 72 = 47 тыс. км³ в год) образует суммарный сток с суши (материковый сток Yc), который и является суммарным объемом возобновляемых водных ресурсов мира. Таким образом, общие возобновляемые водные ресурсы определяются из уравнения водного баланса как Yc= Xc – Zc.

Таблица 3.3. Водные ресурсы частей света*

Часть света	Вековые запасы пресной воды, тыс км3	Возобновляемые водные ресурсы (речной сток)		Водообеспеченностъ территории, тыс м3 /год на 1 км2
		км3/год	%
Европа	1400	3210	7,2	306
Азия	3455	14 400	32,3	332
Африка	2390	4600	10,3	153
Северная Америка	4357	8200	18,4	239
Южная Америка	3000	11 800	26,4	654
Австралия и Океания	–	2400	5,4	267

Всего 44610 км³/год (без Антарктиды)

* По монографии «Мировой водный баланс и водные ресурсы Земли» (1974).

В настоящее время талые воды айсбергов практически не используются человеком. Наиболее доступна для водопользования составляющая водных ресурсов, представленная стоком рек (41,7 тыс. км³ воды в год, или 35 % годового количества атмосферных осадков суши). Сток рек – действительно ежегодно возобновляемый природный ресурс, который можно (до некоторых пределов, конечно) изымать для хозяйственного использования. В противоположность ему статические (вековые) запасы вод в озерах, ледниках, водоносных горизонтах нельзя изъять на хозяйственные нужды без нанесения ущерба рассматриваемому водному объекту.

Возобновляемые водные ресурсы (речной сток) распре­делены по земному шару неравномерно. Наиболь­шую величину стока имеют Азия (32 %) и Южная Америка (26%), наименьшую – Европа (7%) и Австра­лия с Океанией (5 %, табл. 3.3). Водообеспеченность территории в расчете на 1 км² наибольшая в Южной Америке и наименьшая – в Африке. Население в рас­чете на одного жителя в наибольшей степени обеспечено речной водой в Южной Америке и на островах Океании, в наименьшей – население Европы и Азии (здесь сосредоточены 77 % населения планеты и лишь 37 % мировых запасов ежегодно возобновляемых пресных вод).

Возобновляемые водные ресурсы России

Таблица 3.4. Средние многолетние (1930–2000) возобновляемые

водные ресурсы России (по данным В. И Бабкина, ГГИ)

ономический район		Плошадь территории, тыс км2		Средний годовой объем, км3/год
Район			Общие ресурсы 1936- 2012гг
Северный Северо-Западный Центральный Центрально- Черноземный Волго-Вятский Поволжский Северо-Кавказский Уральский Западно-Сибирский Восточно-Сибирский Дальневосточный		1466 211 485 168 26 563 355 824 2427 4123 6216		522 116 117 21 160 286 73 138 583 1144 1865
Российская Федерация		17 075		4344

Сравнение оценок возобновляемых водных ресурсов России за 1936 – 1960 гг (4197 км³/год) и 1985 – 2003 гг. (4512), сделанное

Государственным гидрологическим институтом в 2004 г., указывает на то, что водные ресурсы страны возросли с 4197 до 4512 км³/год, т. е. на 315 км³/год, или на 7,5%. Этот рост, по мнению гидрологов, вызван изменением водного баланса вследствие потепления климата.

Среднемноголетние современные водные ресурсы (ресурсы речного стока) страны (1936- 2012гг) оцениваются в 4344 км3 /год.

Водные ресурсы испытывают значительные изменения во времени. Для крупнейших рек бассейна Северного Ледовитого океана (Печора, Енисей, Лена) характерной является повышенная водность в последние десятилетия. Выше нормы был сток р.Волги, хотя последние годы были относительно маловодными. Существенное снижение водности в последние два десятилетия произошло в бассейнах Дона, Верхней Оби и Иртыша.

Территориальное распределение водных ресурсов:

Водные ресурсы неравномерно распределены и между федеральными округами страны. Наиболее обеспечено водными ресурсами население и хозяйство наименее освоенных регионов Российской Федерации, тогда как в Центральном и Южном округах обеспеченность водными ресурсами явно недостаточна.