II. КУРУГОВОРОТ ВОДЫ И СОДЕРЖАЩИХСЯ В НЕЙ ВЕЩЕСТВ

Общий объём воды на зеином шаре 1,39·10⁹ км³.

На долю поверхностных вод суши без ледников приходится только 0,01% от общего объёма вод. Пресные воды составляют 2,64%, из них 99% сосредоточено в ледниках и подземных водоносных горизонтах. Доля вод в речной сети очень мала, но он возобновляется в среднем в течение 19 дней, следовательно, объем речной воды, стекающей за год, будет в 19 раз (365:19) больше. Средний период возобновления воды в остальных водных объектах намного больше.

Площадь Мирового океана занимает 71% земного шара, поверхностные воды су­ши - 4%, или 15% площади суши.

Наблюдается тенденция уменьшения запасов вод на суше и их увеличения в Ми­ровом океане. За 1890-1990 гг. уровень Мирового океана повысился на 15 см.

В глобальном круговороте водывыделяют два звена:

- океаническое звено,представляющее собой многократно повторяющийся цикл: испарение с поверхности океана - перенос водяного пара над океаном - осадки на поверхность океана - океанические течения - испарение и т.д.;

- материковое звено,представляющее собой многократно повторяющийся цикл: испарение с поверхности суши - перенос водяного пара - осадки на поверх­ность суши - поверхностный и подземный сток - испарение и т.д.

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

На суше выделяют области внешнего (80% территории) и внутреннего (20%) сто­ка. Сток в океан происходит только с территории первой области. Вторая область включает обширные бессточные территории, встречающиеся на всех материках кроме Антарктиды. В круговороте воды эти территории связаны с остальной частью суши только атмосферным переносом влаги.

Осадки на любом участке суши складываются из "внешних" осадков, сконденси­ровавшихся из водяного пара, принесенного извне, и "внутренних" (или "местных") осадков, сконденсировавшихся из влаги, испарившейся с поверхности данного кон­кретного участка суши. Этот многократно повторяющийся процесс называется внутри-материковым влагооборотом. Часть выпавших осадков переходит в воды поверхност­ного и подземного стока. Суммарный сток с заданной территории равен разности меж­ду количеством влаги, принесенной на нее по воздуху извне, и унесенный за ее преде­лы.

С океана ежегодно испаряется в среднем 505 тыс. км³ воды. Возвращается в океан в виде атмосферных осадков 458 тыс. км³. Остальные 47 тыс. км³ переносятся на сушу в виде пара.

На поверхность суши в области внешнего стока выпадает 110 тыс. км³ осадков; из них 47 тыс. км³ за счет влаги принесенной с океана, и 63 тыс. км³ за счет влаги, испа­ряющейся с суши. В испарении с суши 42% приходится на транспирацию растений. В океан с суши стекает 47 тыс. км³, в том числе 42 тыс. км³ — речной сток, 3 тыс. км³ — сток льда и 2 тыс. км³ - сток подземных вод, не дренируемых реками.

На поверхность области внутреннего стока выпадает 9 тыс. км³ осадков и столько же испаряется. Принос влаги извне с воздушными массами равен ее выносу.

Отношение всех осадков, выпавших на данную территорию, к влаге, принесенной извне, называется коэффициентом влагооборота(К_вл).

Чем большее число раз влага, поступившая извне на данную территорию суши в воздушных массах, выпадет на ее поверхность и снова испарится, тем больше будет вклад местных осадков в их общую сумму, и, следовательно, К_вл будет выше. Отсюда наибольшие значения К_вл свойственны обширным территориям с высокой величиной испарения, что характерно для экваториального пояса. Для всей суши коэффициент влагооборота К_вл = 110/47 = 2,34. Для отдельных материков К_вл меняется от 1,14 (Авст­ралия) до 1,68 (Южная Америка).

Соотношение между различными источниками поступления воды на выделенную поверхность (либо в выделенный объем суши или водного объекта), источниками удаления воды с этой поверхности (из этого объема) и изменением запасов воды на по­верхности (в объеме) называется водным балансомвыделенной поверхности (объема). Источники поступления (прихода) и удаления (расходования) воды называются состав­ляющими, или элементами водного баланса.

Водный баланс может быть составлен для земного шара в целом, для суши, от­дельных материков, стран, административных областей и районов, речных бассейнов, отдельных водных объектов и их частей. При составлении водного баланса суши в це­лом или для отдельных ее участков рассматривают обычно определенный слой лито­сферы, например, слой от земной поверхности до первого водоупора или до самого нижнего водоносного горизонта, участвующего в круговороте воды.

Водный баланс может определяться за год, отдельные сезоны, фазы водного ре­жима, отдельные сутки в среднем за многолетний период или за отрезки времени кон­кретных лет.

Водный баланс может быть записан в виде уравнения, представляющего частный случай уравнения сохранения вещества. Основные природные составляющие водного баланса: атмосферные осадки, испарение, отток (сток) и приток воды поверхностным и подземным путем, изменение запасов воды в выделенном объеме (или площади).

Водный баланс может быть выражен в единицах объема (м³, км³) или в виде тол­щины слоя воды (в мм), получаемого путем деления объема на площадь рассматривае­мой территории.

Средний годовой водный баланс Земли в целом и отдельно для Мирового океана и суши приведен в табл. 2.2.

Таблица 2.2

Средний годовой водный баланс Земли

Часть Земли	Площадь, млн. км2	Осадки x	Испарение z	Сток
тыс. км3	мм	тыс. км3	мм	речной yp	ледниковый yл	подземный w
тыс. км3	мм	тыс. км3	мм	тыс. км3	мм
Весь Земной шар
Мировой океан						41,7		3,0		2,2
Суша в том числе:						41,7		3,0		2,2
область внешнего стока						41,7		3,0		2,2
область внутреннего стока

 

Уравнение водного баланса: для всего земного шара х = z, для Мирового океана x_ок + y_р + y_л + w = z_ок для всей суши х_с = у_р + у_л + w + z_c, для внешней области стока x'_с = y_р + y_л + w + z_c', для области внутреннего стока х_с" = z". Здесь х, х_ок, х_с, х_с', х_с" - со­ответственно осадки на всю поверхность земного шара, океана, всю сушу, область внешнего и внутреннего стока; z, z_ок, z_c, z_c', z_с" - аналогичное значение испарения, у_р, у_л, w - сток в океан соответственно рек, льда, подземных вод.

Водный баланс участков суши, с учетом хозяйственной деятельности, кроме ука­занных составляющих, может включать безвозвратный забор воды из водных объектов, переброску стока из других территорий. Земледелие, вырубка лесов, создание водохра­нилищ также влияют на соотношение природных составляющих водного баланса.

Круговорот наносов.Наносы — это твердые вещества, содержащиеся в водных объектах и переносимые водой во взвешенном или влекомом состоянии. Основной ис­точник поступления наносов в водные объекты — смыв почвы с поверхности водосбо­ров талыми и дождевыми потоками (эрозия) и в меньшей мере размыв дна и берегов водных объектов под действием течения и волн. Реками наносы выносятся в океан. Здесь они дополняются продуктами размыва морских берегов и взмучивания дна вол­нами на мелководье, а также частицами растительных и животных организмов.

Годовой сток взвешенных наносов рек мира 15,7 млрд. т. в год. Сток влекомых наносов рек мира 5-10% общего твердого стока.

Круговорот солей.Подземные воды при своем движении растворяют горные по­роды и являются основными источниками формирования солевого состава рек и водо­емов суши. С речными водами в Мировой океан выносится 3,1 млрд. т. солей за год, 1,2 млрд. т. солей поступает в него непосредственно с подземными водами, 0,2 млрд. т. образуется в результате растворения речных взвесей.

С поверхности океана с испаряющимися частицами воды, а также с брызгами ежегодно уходит 5 млрд. т. солей, из которых 4,5 млрд. т. тут же возвращается обратно, а 0,5 млрд. т. уносится на сушу. Таким образом, запас солей в океане ежегодно попол­няется на 4 млрд. т., т.е. около одной десятимиллионной доли их общего количества в нем.

Круговорот газов.Из газов, участвующих в круговороте веществ в природе, наи­большее значение имеют кислород O₂ и диоксид углерода (углекислый газ) СО₂.. Важ­нейший фактор круговорота этих газов - процесс фотосинтеза:

6СО₂ + 6Н₂О → С₆Н₁₂О₆ + 6O₂,

в результате которого поглощается СО₂., создается органическое вещество (продукция) и выделяется О₂. Вследствие жизнедеятельности фитопланктона океана продуцируется 154 млрд. т. в год (примерно столько же, сколько растительностью суши). Расходова­ние О₂ происходит в результате биохимического и химического разложения (окисле­ния) органического вещества (деструкция), сопровождающегося выделением СО₂.

С дождевыми и речными водами в океан поступает 3,6 млрд. т. О₂. На окисли­тельные процессы в океане, а также потребление живыми водными организмами рас­ходуется 151 млрд. т. О₂.. Избыток в 6,6 млрд. т. океан ежегодно отдает атмосфере.

Источниками поступления СО₂ в океан кроме процесса разложения органических веществ служат речные и дождевые воды, дыхание водных организмов, извержение подводных вулканов. В океане в высоких широтах СО₂ благодаря повышенной раство­римости при низких температурах воды поглощается из атмосферы. При перемещении этих вод в низкие широты вследствие повышения температуры воды океан отдает СО₂ в атмосферу. Заметным фактором поступления СО₂ в атмосферу является хозяйствен­ная деятельность.