4.5. Круговорот содержащихся в воде веществ

К числу наиболее распространенных веществ, содержащихся в воде и участвующих вместе с водой в ее глобальном круговороте, относятся растворенные в воде соли, взвешенные вещества и газы. Для этих веществ есть, однако, и другие способы переноса, помимо водного.

Круговорот солей. С поверхности океана в атмосферу при выбро­се волнением и физическом испарении ежегодно выносится в сред­нем 5,0 млрд т солей, возвращается обратно 4,5 млрд т с атмосфер­ными осадками и пылеватыми частицами. Разница (0,5 млрд т) – это соли, которые переносятся в атмосфере с океана на сушу. Значительно больше солей поступает ежегодно с суши в океан (4,53 млрд т). Основным источником этих солей служит процесс растворения горных пород поверхностными и подземными водами.

Общее количество солей, растворенных в водах Мирового оке­ана, равно, по В. Н. Степанову (1983), 46,5·10¹⁵ т. При объеме вод в океане 1338 млн км³ это дает среднюю соленость воды око­ло 35 ‰.

Круговорот наносов. Наносы – это содержащиеся в водных объек­тах твердые, в основном минеральные, частицы, поступающие в воду в результате эрозии земной поверхности и вымывания из грунта и переносимые водой во взвешенном или влекомом состоянии.

Круговорот наносов на земном шаре может проявляться лишь в геологическом масштабе времени, когда в разных районах плане­ты сменяется характер эрозионно-аккумулятивного цикла. В каждый же конкретный момент времени можно говорить лишь о направленном поступлении наносов с суши в Ми­ровой океан.

Основным переносчиком продуктов эрозии на поверхности суши служат сток талых и дождевых вод по склонам, сток вод в верхних звеньях русловой сети речных бассейнов.

Круговорот газов. Из газов, участвующих в круговороте веществ в природе, наибольшее значение имеют кислород О₂ и диоксид (двуокись) углерода СО₂.

Содержание кислорода в воде – главное условие жизнедеятель­ности водных организмов. Приходные составляющие баланса кис­лорода в воде – это поступление (растворение) кислорода из атмос­феры, продукция кислорода в процессе фотосинтеза; расходные составляющие баланса О₂ – это биохимическое потребление кисло­рода (БПК) при разложении органического вещества, химическое потребление кислорода (ХПК) при химическом окислении, потери кислорода при дыхании организмов и удалении в атмосферу.

Фотосинтез, в результате которого образуется органическое вещество, поглощается СО₂ и выделяется кислород, идет под дей­ствием солнечного света и в присутствии хлорофилла в зеленых организмах в соответствии с формулой

6СО₂ + 6Н₂О → С₆Н₁₂О₆ + 6О₂↑ (20)

Разложение белковых веществ, с другой стороны, приводит к образованию следующих основных продуктов распада:

Белок → CО₂ + NH₄ + H₂S + ... + H₂О (21)

В отличие от кислорода диоксид углерода СО₂ частично взаи­модействует с водой и растворенными в воде карбонатами, образуя угольную кислоту и включаясь в карбонатную систему.

Диоксид углерода поступает в водные объекты при окислении органического вещества (дыхание водных организмов, различные виды биохимического распада и окисления органического веще­ства), при подводных вулканических извержениях, с речным сто­ком. Количество СО₂ уменьшается в водных объектах прежде всего вследствие процесса фотосинтеза. СО₂ расходуется также на раство­рение карбонатов и химическое выветривание минералов.

Изменяется содержание СО₂ также вследствие взаимодействия водных объектов и атмосферы. И гидросфера, и атмосфера взаимно регулируют содержание СО₂ в воде и воздухе. Полагают также, что океан служит огромным планетарным "насосом" для СО₂: он по­глощает его в высоких широтах, где в связи с низкой температурой воды существенно возрастает растворимость газов, и отдает атмос­фере в низких, куда по глубинным горизонтам поступает вода из приполярных районов.

Количество диоксида углерода на протяжении истории Земли неуклонно уменьшалось, в то время как содержание кислорода увеличивалось. Уменьшение содержания СО₂ сопровождалось по­нижением температуры воздуха: при снижении концентрации СО₂ с 0,06 до 0,03 ‰, т.е. в 2 раза, температура понизилась на 2,5 °С. С мелового периода средняя температура на Земле снизилась на 11 °С.

Изменения содержания СО₂ в атмосфере уже привели и могут привести в дальнейшем к существенным изменениям климата и со­стояния гидросферы.