Вода на земном шаре.

Круговорот большой, малый, звенья круговорота.

Вода на земном шаре

Вода — весьма распространенное на Земле вещество. Почти 3/ 4 поверхности земного шара покрыты водой, о бразующей океаны, моря, реки и озера. Много воды находится в газообразном состоянии в виде паров в атмосфере; в виде огромных масс снега и льда лежит она круглый год на вершинах высоких гор и в полярных странах. В недрах земли также находитcя вода, пропитывающая почву и горные породы.

Природная вода не бывает совершенно чистой. Наиболее чи­с той является дождевая вода, но и она содержит незначительные к оличества различных примесей, которые захватывает из воздуха.

Количество примесей в пресных водах обычно лежит в преде­лах от 0,01 до 0,1% (масс.). Морская вода содержит 3,5% (масс.) рас творенных веществ, главную массу которых составляет хлорид натрия (поваренная соль).

Вода, содержащая значительное количество солей кальция и магния, называется жесткой в отличие от мягкой воды, на­пример дождевой. Жесткая вода дает мало пены с мылом, а на стенках котлов образует накипь.

Чтобы освободить природную воду от взвешенных в ней частиц, е е фильтруют сквозь слой пористого вещества, например, угля, обожженной глины и т. п. При фильтровании больших количеств воды пользуются фильтрами из песка и гравия. Фильтры з адер­живают также большую часть бактерий. Кроме того, для обезза­раживания питьевой воды ее хлорируют; для полной стерилизации воды требуется не более 0,7 г хлора на 1 т воды.

Фильтрованием можно удалить из воды только нерастворимые п римеси. Растворенные вещества удаляют из нее путем перегонки (дис тилляции) или ионного обмена.

Вода имеет очень большое значение в жизни растений, животн ых и человека. Согласно современным представлениям, само происхождение жизни связывает ся с морем. Во всяком организме вода представляе т собой среду, в которой протекают химические процессы, обеспечивающие жизнедеятельность организма; кроме т ого, она сама принимает участие в целом ряде биохимических реакций.

Круговорот большой, малый

Солнечная энергия на Земле вызывает два круговорота веществ: большой (геологический), наиболее ярко проявляющийся в круговороте воды и циркуляции атмосферы, и малый, биологический (биотический), развивающийся на основе большого и состоящий в непрерывном, циклическом, но неравномерном во времени и пространстве, и сопровождающийся более или менее значительными потерями закономерного перераспределения вещества, энергии и информации в пределах экологических систем различного уровня организации.

Оба круговорота взаимно связаны и представляют как бы единый процесс. Подсчитано, что весь кислород, содержащийся в атмосфере, оборачивается через организмы (связывается при дыхании и высвобождается при фотосинтезе) за 2000 лет, углекислота атмосферы совершает круговорот в обратном направлении за 300 лет, а все воды на Земле разлагаются и воссоздаются путем фотосинтеза и дыхания за 2 000 000 лет.

Взаимодействие абиотических факторов и живых организмов экосистемы сопровождается непрерывным круговоротом вещества между биотопом и биоценозом в виде чередующихся то органических, то минеральных соединений. Обмен химических элементов между живыми организмами и неорганической средой, различные стадии которого происходят внутри экосистемы, называют биогеохимическим круговоротом, или биогеохимическим циклом.

Существование подобных круговоротов создает возможность для саморегуляции (гомеостаза) системы, что придает экосистеме устойчивость: удивительное постоянство процентного содержания различных элементов. Здесь действует принцип функционирования экосистем: получение ресурсов и избавление от отходов происходят в рамках круговорота всех элементов.

Движущие силы круговорота воды

Чрезвычайно важное свойство круговорота воды заключает­ся в том, что он, взаимодействуя с литосферой, атмосферой и биосферой, связывает воедино все части гидросферы: океан, реки, почвенную влагу, подземные воды, атмосферную воду.

Движущие силы круговорота воды - тепловая энергия и сила тяжести. Под влиянием тепла происходят испарение, конденсация водяных паров и другие процессы, а под влиянием силы тяжести - падение капель дождя, течение рек, движение почвенных и подземных вод. Часто эти две причины действуют совместно: например, на атмосферную циркуляцию влияют как тепловые процессы, так и сила тяжести. В круговороте воды выделяются следующие основные звенья: атмосферное, океаническое, материковое, включающее литогенное, почвенное, речное, озерное, ледниковое, биологическое и хозяйственное. Каждое из этих звеньев играет в круговороте свою особую роль.

Ни одно из перечисленных звеньев круговорота воды не пред­ставляет собой замкнутой системы. Замкнутая, но, учитывая процессы диссоциации молекул воды и диссипации атомов во­дорода в космос, не вполне строго, система круговорота воды относится лишь к земному шару в целом. Вместе с тем в прак­тической работе принимается условно замкнутым водный баланс, напри­мер, для отдельных речных бассейнов или озер.

Атмосферное звено

Атмосферное звено круговорота характеризуется переносом влаги в процессе циркуляции воздуха и, как уже было сказано, образованием атмосферных осадков. Общая циркуляция ат­мосферы обладает замечательным свойством — сравнительной устойчивостью из года в год, но при существенной сезонной из­менчивости.

Расчеты показывают, что средний слой осадков составляет на суше 765 мм, в океане - 1140 мм, а в целом для всего зем­ного шара - 1030 мм, т. е. немногим более 1 м. В объеме со­ответствующие величины равны: для суши - 113,5 тыс. км³ (22%), для океана - 411,6 тыс. км³ (78%), для всего земного шара — 525,1 тыс. км³ .

Эти объемы воды количественно характеризуют интеграль­ный результат круговорота воды на Земле, но они слагаются из большого числа других процессов, участвующих в кругово­роте.

Непосредственная роль циркуляции воздуха в круговороте воды заключается в перераспределении атмосферной влаги по земному шару. На материках осадков выпадает больше, чем атмосфера получает влаги за счет испарения с суши. Разни­ца, приблизительно достигающая 40 - 43 тыс. км³ в год, вос­полняется за счет переноса влаги атмосферы с океана на сушу. Этот процесс имеет большое значение, так как он увеличивает водные ресурсы материков. Без такой прибыли влаги водные ресурсы, используемые человеком на суше, были бы значитель­но беднее.

Океаническое звено

Для океанического звена круговорота наиболее характерно испарение воды, в процессе которого непрерывно восстанавли­вается содержание водяного пара в атмосфере. Достаточно ска­зать, что более 86% влаги поступает в атмосферу за счет ис­парения с поверхности океана и менее 14% - за счет испаре­ния с суши.

Расход воды на испарение распределяется неравномерно по акватории океана. Это можно хорошо видеть по разности меж­ду испарением и осадками. В экваториальной зоне расход во­ды на испарение из-за большой облачности меньше годовой суммы осадков. В умеренных широтах испаряется воды также меньше, чем выпадает осадков, но основная причина здесь дру­гая - недостаток тепла. В тропической и субтропической зонах с поверхности океана испаряется влаги больше, чем выпада­ет. Происходит это потому, что в зоне пассатов облачность бы­вает реже, тепла здесь много, а осадков выпадает относитель­но меньше.

Литогенное звено

Литогенное звено круговорота воды, другими словами, уча­стие подземных вод в круговороте воды, весьма разнообразно. Глубинные подземные воды, главным образом рассолы, крайне слабо связаны с верх­ними слоями подземных вод и с другими звеньями круговоро­та воды. Накопление глубинных подземных вод в некоторых областях происходило в течение многих миллионов лет. Весьма медленно просачиваясь вглубь и пополняясь за счет дегазации мантии, на глубинах (чаще всего более 1-2 км ) образовались огромные скопления воды. Но их участие в круговороте воды выражено весьма слабо. Глубинные подземные воды, если срав­нивать с круговоротом воды — явлением природы весьма дина­мичным, практически стабильны. Нх объем весьма незначительно меняется в течение коротких периодов времени. Они обычно сильно минерализованы, вплоть до крепких рассолов, что и слу­жит главным признаком слабого обмена.

Пресные подземные воды залегают преимущественно в зо­не активного водообмена, в верхней части земной коры, дрени­руемой речными долинами, озерами и морями. Именно благо­даря интенсивному водообмену, относительно частым перехо­дам через фазу конденсации атмосферной влаги эти воды слабо минерализованы, практически пресны.

Явлению естественного дренажа подземных вод принадле­жит исключительно важная роль в круговороте. Благодаря ему одно из звеньев круговорота приобретает регулирующие свой­ства - реки получают устойчивое питание. Без этого источника водный режим рек был бы еще более изменчив - вода в реках появлялась бы лишь во время дождей или при снеготаянии, а в остальное время реки пересыхали бы. Реки с таким режимом распространены в зоне сухой степи и в пустыне. Здесь подземные воды получают очень слабое пита­ние, быстро иссякают и их участие в питании рек весьма не­значительно. Поэтому такие сравнительно большие реки, как Малый и Большой Узень в Заволжье, текут лишь непродолжительное время весной. По этой же причине вади Сахары, омурамбо пустыни Калахари и крики Австралии в течение нескольких лет бывают сухими и превращаются в стремительные потоки во время редко выпада­ющих здесь интенсивных ливней. Использование водных ресур­сов таких рек возможно лишь путем создания водохранилищ большой емкости, собирающих паводочные воды и в какой-то мере заменяющих подземные воды, обладающие, как правило, высокой естественной регулирующси способностью.

Распределение подземных вод по территории и интенсив­ность их возобновления связаны с геологическим строением и географической зональностью. Оба этих фактора тесно перепле­таются, и не всегда возможно разделить их влияние. Комплекс компонентов природы (климат, почвенный покров, рельеф, растительность) оказывает существенное влияние на формирование подземного стока.

Геологическое строение заметно влияет на местный кругово­рот воды и на водный баланс при существенных его отклоне­ниях от обычных условий. Большое влияние оказывает карст. В закарстованных районах горные породы (обычно известняки или гип­сы) интенсивно выщелачиваются, в результате чего создаются пустоты, подземные туннели, пещеры, в которых свободно цир­кулирует вода, просочившаяся с поверхности.

В условиях полностью закарстованной, легко проницаемой территории вода быстрее просачивается вглубь, в меньшем объ­еме задерживается в верхних слоях горных пород и тем самым лучше сохраняется от испарения. Это способствует повышению стока в основном за счет устойчивой части подземного проис­хождения.

Примерно такое же влияние на водный баланс, особенно на литогенное звено круговорота воды, оказывают хорошо про­ницаемые для воды вулканические туфы. Армянское нагорье, сложенное такими горными породами, отличается почти пол­ным отсутствием поверхностного стока, так как при выпаде­нии осадков и при снеготаянии вся вода быстро просачивается вглубь и питает подземные воды. В этих условиях формируются обильные источники подземных вод.

Речное звено

Речное звено круговорота воды изучено лучше других. И это не случайно. Человек издавна селился вдоль рек, продвигался по рекам в неведомые страны, пил речную воду, ел рыбу, вы­ловленную в реках. С развитием производительных сил человек стал использовать речные воды для орошения, а в дальнейшем - в качестве источника энергии, сначала возводя на них при­митивные мельничные колеса, а затем гидроэлектростанции вплоть до современных мощностью в несколько миллионов ки­ловатт.

Древние культуры многих народов неразрывно связаны с реками: египетская - с Нилом, ассирийская и вавилонская - с Евфратом и Тигром, индийская - с реками Инд и Ганг.

Люди зависели от режима рек - страдали от их наводне­ний и вместе с тем использовали разливы для орошения полей. Но все это служило толчком к познанию свойств и закономер­ностей водного режима. Уже в XX в. до н.э. в Древнем Егип­те проводились наблюдения над уровнями воды Нила. В Асуа­не сохранился древнейший нилометр. Нилометр более позднего времени существует на о-ве Рода в черте г. Каира. Эти соору­жения находились в ведении жрецов, вещавших народу, какой ожидается урожай. Такая связь между уровнями воды в реке и урожаем не случайна: при высоких паводках разлив реки распространялся на большую площадь и был более продолжи­тельным, что сулило высокий урожай, при низких паводках урожай снижался. С начала мусульманской эпохи на каирском километре ежегодно отмечалась высота паводка. Так сохрани­лись сведения о паводочных подъемах уровней Нила почти за 12 столетий.

Роль рек в процессе круговорота заключается в возвраще­нии океану той части воды, которая переносится в виде пара атмосферой с океана на сушу. По этой причине с океана ис­паряется больше воды, чем выпадает в виде осадков, на вели­чину, соответствующую годовому стоку всех рек в океан. В то же время с суши испаряется в целом меньше воды, чем выпа­дает атмосферных осадков на ее поверхность.

Все источ­ники питания рек делятся на две группы: поверхностные и под­земные. Поверхностный сток, или вода, стекающая в русла рек по поверхности почвы, может быть разного происхождения. От таяния снежного покрова образуется снеговой сток, при выпа­дении дождей - дождевой. В особую группу выделяется высо­когорный снеговой (т. е. от таяния многолетних снегов) и лед­никовый сток. На окраинах полярных ледниковых щитов Гренландии и Антарктиды образуются своеобразные реки, текущие среди ле­дяного поля в руслах изо льда. Они появляются на период ко­роткого полярного лета и питаются за счет абляции поверхно­сти ледяных щитов.

Все виды поверхностного стока образуют на реках паводки, продолжительность которых меняется в значительных пределах.

С точки зрения интересов человека поверхностный сток с территории полей, лугов, лесов больше отрицательное явление, чем положительное. Во-первых, он источник безвозвратных по­терь воды для сельскохозяйственных полей, что особенно ощу­тимо в районах недостаточного увлажнения. Во-вторых, в про­цессе отекания воды по поверхности происходит смыв почвы, образуются промоины и овраги; в горах возникают грозные грязе-каменные потоки - сели; эрозия наносит огромный вред хо­зяйству. В-третьих, поверхностный сток, как уже было сказано, образует паводки, вызывающие разливы рек и наводнения, на­носящие большой ущерб хозяйству.

Водный баланс Земли. Роль воды в формировании ландшафтов