4.3. Круговорот теплоты на земном шаре и роль в нем природных вод

Энергетической основой движения вод на Земле служат в пер­вую очередь солнечная радиация и тепловые процессы, а во вторую – сила тяжести. Поэтому прежде чем проанализировать закономерности круговорота воды на земном шаре, рассмотрим особенности круговорота теплоты на Земле и роль в нем гидро­сферы.

Единственным внешним источником поступления теплоты на Землю служит Солнце – излучаемая им коротковолновая радиация. Современная средняя величина солнечной постоянной принимает­ся равной 1367 Вт/м². Учитывая шарообразность Земли, можно по­лучить, что на верхнюю границу атмосферы поступает 1/4 часть указанной величины, т.е. 341,8 Вт/м². С учетом площади поверх­ности Земли (510 млн км²), что величина приходящей к пла­нете коротковолновой солнечной радиации составляет 5,50·10²⁴ Дж/год.

Тепловой баланс атмосферы и земной поверхности очень сло­жен.

Обычно принимают, что планетарное альбедо Земли равно 30 %. Это означает, что 30 % коротковолновой солнечной радиации отра­жается Землей и уходит обратно в мировое пространство. Осталь­ная часть солнечной радиации (70 %) поглощается атмосфе­рой и земной поверхностью.

Земля в течение длительного времени сохраняет свое тепловое равновесие; это означает, что в мировое пространство должно уходить то же количество теплоты, что и поглощается Землей (239,3 Вт/м²), но уже в виде длинноволнового излучения.

Поглощаемая Землей солнечная радиация (239,3 Вт/м²) расхо­дуется, по оценкам специалистов, следующим образом: 66 % по­глощается земной поверхностью, а остальные 34 % – атмосферой.

Большая часть радиационного баланса земной поверхности (84 %) тратится на испарение воды. Это количество теплоты (около 88 Вт/м²) составляет 37 % всей поглощенной Землей солнечной радиации.

Затраты такого большого количества теплоты на испарение воды, безусловно, оказывают регулирующее влияние на тепловые процес­сы на Земле, и в этом проявляется важнейшая роль гидросферы в формировании климата планеты. Испарение воды – это основа круговорота воды на Земле.

Важно отметить, что огромное количество теплоты, затрачен­ной на испарение воды, полностью возвращается в атмосферу при конденсации водяного пара. Эта "возвращаемая" теплота обогрева­ет атмосферу и становится причиной ее активности, особенно в тро­пиках.

На суше на испарение воды затрачивается около 54 % энергии радиационного баланса, а на поверхности океана – уже более 90 %.

Океан, имея температуру поверхностного слоя в среднем более высокую, чем атмосфера (приблизительно на 3 °С), играет важней­шую роль в глобальном теплообмене и обогревает атмосферу.

Чтобы избыток теплоты в низких и дефицит теплоты в высоких широтах в целом для Земли балансировались, необходимо существование постоянно действующего механизма передачи теплоты из экватори­альной зоны к полюсам. Осуществляют этот меридиональный пе­ренос теплоты в основном океанские течения. Физической причи­ной течений служит неоднородность распределения плотности воды, а она, в первую очередь, различиями в температуре разных частей океана.

Следует добавить, что в результате неравномерного распределе­ния теплоты на земном шаре складывается неравномерное распре­деление атмосферного давления, температуры воздуха и испаряемо­сти, а также атмосферных осадков.

Заметим, что испаряемость (потенциально возможное, т.е. не лимитируемое запасами воды испарение в данном месте при суще­ствующих атмосферных условиях) и температура в целом повторя­ют кривую распределения по широте радиационного баланса, от которой они зависят. Обращает на себя внимание и такой факт. В условиях арктического, субарктического, антарктического и суб­антарктического, а также частично умеренного и экваториаль­ного климата осадки превышают теоретически возможное испа­рение (испаряемость); здесь наблюдается избыток влаги и рас­положены области с избыточным увлажнением. В условиях субтропического, тро­пического, субэкваториального и частично умеренного и экватори­ального климата отмечаются, наоборот, превышение испаряемости над осадками и дефицит влаги; здесь расположены области с не­достаточным увлажнением