2. Водные ресурсы Земли

Гидросфера – это совокупность всех вод Земли, включая глубинные, почвенные, поверхностные, океанические, атмосферные. Гидросфера является составной частью биосферы.

Вода занимает 70% поверхности земного шара. Примерный объем водных ресурсов Земли 1800млн. км³. В сферу деятельности человека включены все компоненты гидросферы, но далеко не в равных долях. Распределение запасов воды в гидросфере: пресноводные озера 0,009%, соленые озера и внутренние моря 0,008%, русла рек 0,0001%, подземные 0,625%, ледники 2,15%, атмосфера 0,001, мировой океан 97,2%.

Более 98% всех водных ресурсов планеты представлены водами с повышенной минерализацией, малопригодной для хозяйственной деятельности.

На долю пресных вод планеты приходится около 28 млн. км³, из них основная часть сосредоточена в вековых естественных запасах. Допустимые для хозяйственного использования пресные воды гидросферы составляют около 4,2млн. км³ или 0,3% объема гидросферы. Причем распространены эти ресурсы неравномерно: большая часть их находится в малоосвоенных районах, что создает дефицит пресных вод в исторически развитых районах.

Вода находится в постоянном движении, и ее количество меняется во времени и пространстве. Водные ресурсы характеризуются вековыми запасами и возобновляемыми ресурсами. Вековые запасы представляют собой пресные воды суши единовременно находящиеся в озерах, реках, ледниках, а также в водоносных слоях горных пород. Возобновляемые водные ресурсы - это те воды, которые ежегодно возобновляются в процессе круговорота воды на Земле. Скорость водообмена, т.е. возобновления воды в ходе круговорота различна для разных объектов: мировой океан -2500 лет, подземные воды - 1400 лет, почвенная вода - 1 год, полярные ледники - 9700 лет, подземные воды вечной мерзлоты - 10000лет, воды озер - 17 лет, воды в руслах рек - 16 дней, влага в атмосфере - 8 дней, вода в организме - несколько часов.

Круговорот воды на Земле, называемый также гидрологическим циклом, включает в себя:

- выпадение атмосферных осадков;

-появление поверхностного стока ;

- инфильтрация в грунты и подземные воды;

-испарение;

- перенос водяного пара в атмосфере;

- конденсация пара;

- повторное выпадение осадков.

Изучением поверхностных и подземных вод занимается наука гидрология. Годовой сток рек и подземных вод составляет около 41000 км³, или 8% общего объема, совершающего круговорот на Земле. Этот объем составляет 36,4% от размера выпадающих осадков на поверхности суши.

По условиям залегания различают два основных типа подземных вод – безнапорные и напорные. Горизонты безнапорных вод не имеют сплошного непроницаемого покрытия. В таких горизонтах устанавливается свободный уровень воды, глубина которого соответствует поверхности водоносных пород. Воды первого от поверхности сплошного водоносного горизонта называются грунтовыми.

Напорные воды заключены между водонепроницаемыми слоями. Подземные слои породы часто залегают наклонно, что заставляет грунтовые воды медленно протекать подобно огромным рекам. Слои пористого материала, по которым они движутся, называются водоносными горизонтами. Напорные воды зачастую называют артезианскими, независимо от того, изливаются эти воды на поверхность или нет.

Вода, попадающая на землю в виде осадков, имеет два пути: профильтровываться через слой почвы в подземные воды, либо стекать по поверхности почвы в поверхностные водоемы (поверхностный сток). Под действием силы тяжести грунтовые воды могут двигаться по водоносному слою до тех пор, пока не выйдут на поверхность, образуя естественные родники. Все пруды, озера, ручьи, реки и другие водоемы под открытым небом называются поверхностными. Гидрометрическая служба занимается измерением уровней, скоростей, глубин и расходов воды (дебита) в межень, половодье, паводок. Например, река Дон имеет дебит в межень -300-400м³/с, в паводок-до 1500-2000м³/с.

Чтобы обеспечить более стабильное водоснабжение, строят плотины, создавая водохранилища, где вода удерживается в периоды повышенного стока и откуда она может быть спущена, когда её не хватает. Водохранилища аккумулируют сток половодий и паводков, при их помощи речной расход воды становится более равномерным как в течение года, так и от года к году. Полезный объём водохранилищ в СНГ составляет примерно 550км³, что позволяет регулировать около 10% речного стока. На Дону построены Цимлянское водохранилище и ГЭС. Положительные стороны создания водохранилищ: дешевая электроэнергия, большая масса воды, возможность обеспечения необходимых глубин и судоходства во все периоды. Отрицательные стороны: отбираются огромные площади пахотных земель и леса, меняется зачастую непредсказуемо климат, создание больших застойных зон с плохим качеством воды, зарастающей водной растительностью, плохое влияние на рыбное хозяйство.

Мировой водохозяйственный баланс показал, что на все виды водопользования тратится 2200 куб. км воды в год. На разбавление стоков уходит почти 20 % ресурсов пресных вод мира. Расчеты на 2000 г. в предположении, что нормы водопотребления уменьшаются, а очистка охватит все сточные воды, показали, что все равно ежегодно потребуется 30-35 тыс. куб. км пресной воды на разбавление сточных вод. Это означает, что ресурсы полного мирового речного стока будут близки к исчерпанию, а во многих районах мира они уже исчерпаны. Ведь 1 куб. км очищенной сточной воды «портит» 10 куб. км речной воды, а неочищенной – в 3-5 раз больше. Количество пресной воды не уменьшается, но её качество резко падает, она становится не пригодной для потребления.

Человечеству придется изменить стратегию водопользования. Необходимость заставляет изолировать антропогенный водный цикл от природного. Практически это означает переход на замкнутое водоснабжение, на маловодную, а затем на «сухую» или безотходную технологию, сопровождающуюся резким уменьшением объемов потребления воды и очищенных сточных вод.