Полная версия

Главная arrow Экология arrow Науки о Земле

  • Увеличить шрифт
  • Уменьшить шрифт


<<   СОДЕРЖАНИЕ   >>

ГИДРОСФЕРА

ГИДРОСФЕРА

Гидросфера (от higros - влажный и яркшга - шар), - прерывистая водная оболочка Земли, располагающаяся между атмосферой и твёрдой земной корой (литосферой) и представляющая собой совокупность океанов, морей и поверхностных вод суши. В более широком смысле в состав гидросферы включают также подземные воды, лёд и снег Арктики и Антарктики, а также атмосферную воду и воду, содержащуюся в живых организмах. Основная масса воды гидросферы сосредоточена в морях и океанах, второе место по объёму водных масс занимают подземные воды, третье - лёд и снег арктических и антарктических областей. Поверхностные воды суши, атмосферные и биологически связанные воды составляют доли процента от общего объёма воды гидросферы (табл. 24). Химический состав гидросферы приближается к среднему составу морской воды.

Таблица 24

Виды вод гидросферы

Виды вод

Название

Объём, млн км3

Количество по

отношению к общему объёму гидросферы, %

Морские воды

Морская

1370

94

Подземные (за исключением почвенной)воды

Грунтовая

61,4

4

Лёд (Арктика, Антарктика, Гренландия, горные ледниковые области)

Лёд

24

2

Поверхностные воды суши: озёра, водохранилища, реки, болота, почвенные воды

Пресная

0,5

0,4

Атмосферные воды

Атмосферная

0,015

0,01

Воды, содержащиеся в живых организмах

Биологическая

0,00005

0,0003

Жизнь на Земле зародилась в гидросфере. Лишь в начале палеозойской эры началось постепенное переселение растительных и животных организмов на сушу. Поверхностные воды, занимая сравнительно малую долю в общей массе гидросферы, тем не менее играют важнейшую роль в жизни нашей планеты, являясь основным источником водоснабжения, орошения и обводнения. Воды гидросферы находятся в постоянном взаимодействии с атмосферой, земной корой

и биосферой. Взаимодействие этих вод и взаимные переходы из одних видов вод в другие составляют сложный круговорот воды на земном шаре.

Водные ресурсы - пригодные для использования воды; практически все воды гидросферы, т. е. воды рек, озёр, каналов, водохранилищ, морей и океанов, подземные воды, почвенная влага, вода (льды) горных и полярных ледников и водяные пары атмосферы. К водным ресурсам относят также водные объекты - реки, озёра, моря, поскольку в некоторых целях (судоходство, гидроэнергетика, рыбное хозяйство, отдых и туризм) они используются без изъятия воды.

Представление о количестве водных ресурсов складывается из стационарных запасов различных частей гидросферы (табл. 25) и из запасов, непрерывно возобновляемых в процессе круговорота воды. К числу таких ресурсов относится объем воды речного стока, распределение которого по частям света приведено в табл. 26.

Таблица 25

Активность водообмена стационарных водных ресурсов Земли

(по М. И. Львовичу)

Части гидросферы

Объём воды, тыс. км3

Активность

водообмена,

число лет

Мировой океан

1 370 000

3 000

Подземные воды

(60 000)*

(5 000)*

В том числе зоны активного обмена

(4 000)*

(330)*

Ледники

24 000

8 600

Озёра

230

10

Почвенная влага

82

1

Речные (русловые) воды

1,2

0,032

Пары атмосферы

14

0,027

Вся гидросфера

1 454 327,2

2 800

*В скобках - приблизительные данные.

Речные водные ресурсы состоят из двух неравноценных, различимых по происхождению частей: подземной и поверхностной. Первая устойчива, поэтому, как правило, не требует регулирования. Вместе с тем она в общем виде характеризует возобновимые запасы подземных вод зоны активного водообмена. Глубинные подземные воды (ниже уровня дренажа реками) слабо участвуют в современном круговороте воды, носят застойный характер и поэтому чаще всего сильно минерализованы. Поверхностный (паводочный) сток весьма изменчив и для использования, как правило, требует регулирования.

Речной сток по частям света

Части света

Объём годового стока, км3

Слой стока, мм

Европа

2950

300

Азия

12 860

286

Африка

4220

139

Сев. Америка (с Центр. Америкой)

5400

265

Южная Америка

8000

445

Австралия, включая Тасманию,

Н. Гвинею и Н. Зеландию

1920

218

Антарктида (и Гренландия)

2800

164

Вся суша

38 150

252

В том числе:

внутренние (бессточные) области

750

24

периферийная часть суши

37400

320

Таблица 27

Балансовая оценка водных ресурсов

Элементы баланса (источники водных ресурсов)

Вся суша

Территория России и стран СНГ

км3

ММ

км3

ММ

Атмосферные осадки

109 400

730

10 960

500

Полный речной сток

38 150

260

4350

198

Подземный сток

12 000*

81

1020*

46

Поверхностный (паводочный) сток

26 150

179

3330

152

Валовое увлажнение территории

82 250

551

7630

348

Испарение

72 400

470

6610

302

  • *Устойчивый речной сток, включая зарегулированный озёрами и водохра-
  • ?т •>

нилищами: 15 000 км' - вся суша, 1 300 км - Россия и страны СНГ.

Валовое увлажнение территории в общем виде характеризует годовой возобновимый запас почвенной влаги.

Из стационарных запасов гидросферы менее 2 % относится к пресным водам. Но если исключить воды (льды) полярных ледников, пока недоступных для использования, то на долю пресных вод приходится всего лишь 0,3 % стационарного объёма гидросферы. Речные водные ресурсы под влиянием высокой активности (в среднем сменяются

каждые 11 сут., табл. 28), как правило, пресные. Пресными же являются и проточные озёра и большая часть подземных вод зоны активного водообмена. Эти источники водных ресурсов наиболее широко используются в разнообразных целях (водоснабжение, орошение, отдых и туризм, рыболовство и рыборазведение, гидроэнергетика, внутреннее судоходство). Россия богата водными ресурсами по абсолютным величинам, но по удельным запасам на единицу площади показатели ниже средних мировых, особенно по подземному стоку (55 %) и почвенной влаге (63 %).

Таблица 28

Водный баланс Земли

Элементы баланса

Объём, км3

Слой, мм

Суша (площадь всей суши 149 млн км2)

Часть суши, имеющая сток в океан

Осадки

102 000

870

Речной сток

38 150

320

Испарение

65 900

550

Часть суши, не имеющая стока в океан (бессточные области)

Осадки

7400

230

Испарение

7400

230

Мировой океан (площадь 361 млн км2)

Осадки

411 000

1140

Приток речных вод

38 150

100

Испарение

448 000

1240

2

Земля в целом (площадь 510 млн км“)

Осадки

520 000

1020

Испарение

520 000

1020

Теоретически водные ресурсы неисчерпаемы, так как при рациональном использовании они непрерывно возобновляются в процессе круговорота. Ещё в недалёком прошлом считалось, что воды на Земле за исключением отдельных засушливых районов так много, что людям не надо беспокоиться о том, что её может не хватить. Однако потребление воды растет такими темпами, что человечество всё чаще сталкивается с проблемой, как обеспечить будущие потребности в ней. Во многих странах и районах Европы, Америки уже ощущается недостаток водных ресурсов, усиливающийся с каждым годом. Большую опасность для истощения водных ресурсов представляет быстро возрастающее загрязнение речных, озёрных и в значительной мере морских вод, вызванное сбросом в них сточных вод.

На все виды водоснабжения на Земле в год расходуется 6000 км воды, но одновременно сбрасывается в реки и озёра около 630 км3 сточных вод, для обезвреживания которых требуется свыше 5500 км ЧИСТОЙ речной ВОДЫ, ЧТО составляет /8 часть мировых ресурсов речного стока. Если продолжать сброс сточных вод в реки, то даже при существенном улучшении качества их предварительной очистки в будущем на эти цели могут потребоваться все мировые ресурсы речного стока.

Во избежание качественного истощения водных ресурсов необходимо проведение комплекса целенаправленных мер, среди которых важное место принадлежит всемерному сокращению, а впоследствии и полному прекращению использования рек, озёр и водохранилищ для удаления и обезвреживания сточных вод. Это возможно осуществить путём их повторного использования (орошение земледельческих полей, применение после очистки на некоторых предприятиях), а также путём всемерного снижения водоёмкости производства, т. е. уменьшения расхода воды на единицу продукции и перевода некоторых водоёмких производств на сухую технологию.

Расширенное производство водных ресурсов, т. е. увеличение наиболее доступных для использования за счёт труднодоступных или потенциальных водных ресурсов, широко применяется в практике водного и сельского хозяйства. Это достигается преобразованием водных ресурсов, например, путём умножения ресурсов почвенной влаги мелиоративными и агротехническими средствами, а также устойчивого речного стока за счёт поверхностного (паводочного) стока путём регулирования водохранилищами. Важное значение приобретает искусственное магазинирование подземных вод (устройство крупных постоянно пополняемых подземных водохранилищ с большим транзитом воды).

Водный баланс - количественная характеристика всех форм прихода и расхода воды в атмосфере, на земном шаре и его отдельных участках. Водный баланс является количественным выражением круговорота воды на Земле. Расчётом составляющих водного баланса широко пользуются в гидрологии и в метеорологии для изучения водного режима.

Составляющие водного баланса: осадки, испарение и сток - измеряются на метеорологических и гидрологических станциях. Для определения испарения, стока и других параметров широко используются расчётные методы.

Для комплексной, балансовой оценки водных ресурсов служит система уравнений водного баланса суши: Я = и + Я; Р = и + Ъ + Е; IV = -Р-Я-и + Е, где Я - полный речной сток; и - подземный сток в реки; 51 - поверхностный сток (паводочный); Р - атмосферные осадки; Е- испарение; Ж- валовое увлажнение территории.

С помощью этих уравнений удаётся оценить различные источники водных ресурсов взаимосвязано, в соответствии со свойственным природе единством вод, обусловленным круговоротом воды (табл. 27).

Водный баланс суши характеризуется основной зависимостью: количество атмосферных осадков, выпадающих на данной территории, равно сумме испарения, стока и накопления (или расхода) воды в верхних слоях литосферы. Для всего земного шара за годичный период и для средних многолетних условий его отдельных территорий последний член водного баланса равен нулю.

В водном балансе атмосферы над определённой частью земной поверхности расход воды на выпадение осадков равен сумме испарения с земной поверхности, поступления или выноса водяного пара в результате его горизонтального переноса воздушными течениями и изменения количества воды в атмосфере (последняя часть обычно мала по сравнению с другими частями водного баланса). Водный баланс атмосферы сильно зависит от условий атмосферного влагооборота, в ходе которого водяной пар переносится из одних районов в другие. Хотя испарение с поверхности суши составляет около /3 от количества осадков на континентах, фактически большая часть осадков, выпадающих на суше, формируется из водяного пара, принесённого воздушными течениями с океанов. Это объясняется тем, что циркуляция атмосферы уносит с континентов на океаны значительную часть водяного пара, образованного местным испарением. Разность между испарением и осадками на континентах, равная разности между приходом и расходом водяного пара в атмосфере над континентами, одновременно равна величине речного стока с континентов в океаны.

Если рассматривать водный баланс для всей земной поверхности в целом, так же как и для всей атмосферы, то годовая сумма осадков равна величине испарения, которая соответствует, по современным данным, приблизительно 102 см/год (см. табл. 28).

Влагооборот на Земле - непрерывный процесс перемещения воды в географической оболочке Земли, сопровождающийся её фазовыми преобразованиями. Слагается влагооборот, главным образом, из испарения воды, переноса водяного пара на расстояние, его конденсации, выпадения осадков, просачивания выпавшей воды - инфильтрации и стока. Вода испаряется с поверхности водоёмов, почвы и растительности и поступает в атмосферу в виде водяного пара. В атмосфере водяной пар путём турбулентной диффузии распространяется вверх, а воздушными течениями переносится из одних мест Земли в другие. При понижении температуры влажного воздуха как адиабатически, так и вследствие отдачи тепла водяной пар конденсируется, переходя в жидкое или твёрдое состояние; образуются облака и туманы. Частично процесс конденсации водяного пара приводит к возникновению наземных гидрометеоров. Облака также переносятся воздушными течениями. При выпадении осадков из облаков вода возвращается на поверхность Земли, вновь испаряется и т. д. При этом часть выпавшей на сушу воды посредством стока переходит в водоёмы. Наряду с теплооборотом и общей циркуляцией атмосферы влагооборот является одним из основных климатообразующих процессов.

Общее количество воды на земном шаре в современную геологическую и, во всяком случае, историческую эпоху остаётся постоянным. При этом средний уровень Мирового океана и среднее влагосо-держание атмосферы также не испытывают изменений. Это означает, что для всего земного шара за длительный период осадки равны испарению. Средняя высота слоя осадков для всего земного шара за год равна 1020 мм, что соответствует 520 тыс. км3 воды (приблизительно в 7 раз больше количества воды в Чёрном море). 21 % этого количества (110 тыс. км3) выпадает над сушей и 79 % (410 тыс. км3) над океанами. Почти половина всех осадков выпадает в зоне между 20° с. ш. и 20° ю. ш.; на обе полярные зоны приходится всего 4 % осадков. Для Мирового океана испарение больше количества осадков, а для суши -меньше. С поверхности Мирового океана в среднем за год испаряется слой воды высотой 1240 мм (450 тыс. км3); из них 1140 мм возвращается в океан в виде осадков и 100 мм - стока с суши. С поверхности суши в среднем за год испаряется слой воды в 780 мм (73 тыс. км3), осадков же на сушу выпадает 1100 мм; кроме этого,, суша теряет 320 мм через сток (38 тыс. км3), что несколько более /2 количества воды в Чёрном море. Для отдельных зон и областей Земли соотношения составляющих влагооборота могут сильно отличаться от средних условий: существуют области, где сумма осадков намного больше или меньше испарения.

Вода, испаряющаяся с поверхности океанов, выпадает в виде осадков не только над океанами, но и над материками, куда водяной пар переносится воздушными течениями. Большая часть осадков на суше имеет океаническое происхождение. Вновь испарившись, эта вода может снова выпасть над тем же материком или той же областью материка - так называемый внутренний влагооборот. Осадки внутреннего влагооборота составляют небольшую часть всей суммы осадков; например, для Европейской части России всего 10 %.

 
<<   СОДЕРЖАНИЕ   >>