Воды суши

Водные объекты суши изучаются специальной наукой - гидрологией суши, которая подразделяется на гидрологию рек, озероведение, болотоведение, гляциологию и мерзлотоведение и гидрогеологию. Водами суши занимаются и другие науки: гидрофизика, гидрометрия, гидрохимия, гидробиология, гидравлика и др.

Реки - это транспортная система ландшафта. Материал, снятый со склонов и снесенный с берегов рек, транспортируется ими в море. В устье реки, где падает скорость течения и осаждается приносимый рекой материал, образуется дельта

Жизнь на нашей планете "замешана" на воде. Вода входит в большем или меньшем количестве (чаще в большем) в состав всего живого. Любой живой организм не может без нее существовать. Посудите сами. Организм человека содержит около 65 % воды, наземных позвоночных - 60 - 65, рыб - около 80, водорослей - 95 - 99, растений суши - 50 - 75 %.

В становлении человека, в его истории и культуре роль воды огромна. Освоение пространств Земли происходило в основном по рекам и морям. Но еще важнее значение воды в истории развития земледелия. Орошение и обводнение были надежной основой для производства сельскохозяйственных культур, что в свою очередь способствовало формированию мощных государственных образований древности. Недаром самые значительные древние цивилизации возникали у великих рек.

Значение воды как одной из основ бытия понимали вавилоняне, египтяне, индийцы, персы, финикийцы и греки. Более того, во многих философских и религиозных системах древности она называлась первичным элементом, началом всех начал. Интересно, что представление о воде как об элементе сохранилось до 80-х годов XVIII в.

Горные реки

Позднее вместе с развитием хозяйства потребность в воде нарастала. В XX в. остро встали вопросы о дефиците пресной воды на Земле и о загрязнении морских и пресных вод суши отходами хозяйственной деятельности.

"Нет народов, которые не любили бы и не почитали воду. И обитатели атоллов, заброшенных в пространство Тихого океана, и жители пустынь, и мы, живущие на обширных равнинах северного полушария, - все одинаково поклоняются воде и любуются ею. Ее вид и звук успокаивают и вселяют надежду. Шум и блеск водопада, рассветные плёсы, мощные спины великих рек, вечные ритмы прибоя и хрустальный родник возле родного дома одинаково прекрасны", - говорил американский писатель Генри Бестон.

Почти вся вода на Земле принадлежит Мировому океану только 2,5 % составляют пресные воды суши.

Поток, зародившийся у вечных снегов на Кавказе

Так начинаются и великие, и малые реки. Исток Прута

Районы горных экваториальных лесов обильны текучими водами

Реки, набравшие силу... Типичная таежная река севера Сибири

Изменение уровня океана по Р. Ф. Фейрбриджу

Воды суши - составная часть ландшафтной оболочки Земли вместе с литосферой, Мировым океаном, воздушными массами, почвенным покровом и биологическими сообществами.

Общий объем воды на Земле постоянен, а количество ее в океане, атмосфере и на суше в процессе глобального круговорота "океан - атмосфера - суша - океан" меняется непрерывно. В процессе круговорота вода непрерывно находится в движении, переходя из парообразного состояния в жидкое, твердое, и наоборот. Основная причина круговорота - солнечная радиация. Под ее воздействием происходит испарение с океана, морей, вод суши, с поверхности почв, растений и животных организмов. Процесс глобального влагооборота зависит от ряда переменных факторов: солнечной активности, состава и циркуляции атмосферы, теплового баланса суши и вод океана, изменчивости мощных морских течений, а в последнее время и от хозяйственной деятельности человека. Под влиянием этих причин возникает неравномерная увлажненность суши. Водный баланс Земли менялся в различные эпохи ее развития. Показатель этих изменений - уровень Мирового океана. Его изменения за последние 20 тыс. лет представлены на рисунке. Из рисунка видно, что за сравнительно небольшой промежуток времени уровень Мирового океана претерпел значительные (до 100 м) колебания. В близкое к нам время, в позднеледниковый теплый период (7,5 тыс. лет назад), уровень Мирового океана стал сравнительно постоянным, что свидетельствует об устойчивости глобального влагооборота в историческое время.

Реки Земли - первые дороги человечества

С 1910 - 1920 гг. проявляется тенденция к повышению уровня Мирового океана. За последние 50 лет он поднялся на 10 см. За это же время в крупнейших водохранилищах накоплено более 5 тыс. куб. км воды, которые повысили бы уровень океана еще на 1,5 см. Увеличение объема воды в океане может происходить только за счет водных запасов суши.

Повышение уровня Мирового океана происходит одновременно с повышением температуры воздуха. Палеогеографические исследования Г. П. Калинина и Р. П. Клиге позволили сделать вывод, что увеличение температуры воздуха на 1° сопровождается повышением уровня океана на 7 - 8 м. По их мнению, повышению уровня океана соответствует понижение запасов вод суши. Запасы пресных вод, равномерно распределенные по поверхности Земли, дают слой 235 мм. 65 % этих запасов приходится на ледники Антарктиды, Гренландии, ледники гор, льды многолетней мерзлоты и пр. Ледники скупо отдают воду, но при повышении общепланетарной температуры их таяние ускоряется. Воды на суше существуют в виде рек, озер, болот, ледников и подземных вод. Их возникновение и существование обусловлены сложным взаимодействием комплекса природных географических факторов.

Изучение водного баланса земного шара имеет уже вековую историю. За сто лет в разных странах было выполнено около сорока расчетов баланса и его элементов. В разработке этой проблемы активно участвовали и отечественные ученые: А. И. Воейков, А. А. Каминский, М. И. Львович, М. И. Будыко, А. А. Соколов и др. Последняя разработка советских ученых - "Мировой водный баланс и водные ресурсы мира" - опубликована в 1974 г. Это капитальный вклад советской науки в программу Международного гидрологического десятилетия.

Ледостав на речке средней полосы

Разлив Оки в Мещере

Суммарный сток (приток) воды в Мировой океан составляет в среднем 47 тыс. куб. км, из которых 44,7 тыс. куб. км приходится на поверхностный речной сток с включением в него поступления воды с материков в виде айсбергов в размере 2,7 тыс. куб. км и 2,2 тыс. куб. км - стока подземных вод, не дренируемых реками. Сток из внутренних (бессточных) областей земного шара (например, Аральский и Каспийский бассейны) в 47 тыс. куб. км не включен, так как уравнение водного баланса для этих областей имеет вид Р=Е, т. е. осадки равны испарению, и, следовательно, сток рек этих областей имеет только местное значение.

Самый большой по объему сток с территории Азии - 31 %, а с территории Южной Америки - 25 %. Относительная характеристика стока, выраженная в модулях стока (л/с кв. км), достигает максимума 51,1 л/с кв. км в Океании, а следующая по значению величина модуля стока - 21 л/с кв. км - относится к Южной Америке.

Самый низкий сток в Австралии - 1,44 л/с кв. км и в Африке - 4,8 л/с кв. км. Это понятно: острова Океании малы, влажность воздуха там высока и влаги испаряется немного. Пространства Африки и Австралии огромны, климат на значительных территориях сух, и испарение очень велико. Таким образом, показания в модулях стока дают относительные характеристики увлажненности континентов и регионов.

Водный баланс СССР в целом для страны благоприятен, но в некоторых республиках, например в Туркмении, Узбекистане, Казахстане, Молдавии и частично на Украине, он несколько напряжен. Хозяйство этих республик уже сейчас испытывает недостаток в воде.

Общий водный баланс

Общий водный баланс

Водный баланс СССР

Малые реки... Горынь

Для решения водной проблемы Среднеазиатских республик предлагается перебросить часть стока богатых водой рек северных и сибирских районов нашей страны в южные и юго-восточные. Однако проблема переброски стока северных рек очень сложна, так как отвод кажущихся излишков стока может оказаться губительным для чувствительных ландшафтов Севера. Общая величина речного стока на территории СССР - 4714 куб. км, или 10 % от суммарного стока со всей суши Земли.

А теперь обратимся к объектам гидрологии, ее составляющим. Первый из них -река, которую можно назвать действующим, чаще всего круглогодично, естественным стоком атмосферных осадков.

Реки питаются дождевыми, талыми и подземными водами, т. е. атмосферными осадками, принявшими тот или иной вид. Река, как правило, отражает особенности климата и ландшафта, по которому протекает.

За год над сушей выпадает 109 тыс. куб. км осадков. Реки земного шара за год выливают в океан 37 тыс. куб. км, остальная вода испаряется. Речной сток выносит с суши в море за год 10 куб. км взвешенных и растворенных веществ. Климатические условия определяют приход влаги в реки и их потери с территории речных бассейнов. Типы водного режима рек СССР в соответствии с климатическими и ландшафтными зонами исследованы советскими гидрологами М. И. Львовичем, Б. Д. Зайковым, П. С. Кузиным.

Доказательством географической сущности рек является густота речной сети и водоносность рек в разных географических зонах. Для этого достаточно сравнить зону пустынь и тропических лесов.

Уровень воды в реках и речной сток изменяются в течение года и от года к году. Доказана также связь многолетних колебаний речного стока с циклами солнечной активности. Циклические колебания солнечной деятельности с продолжительностью в 11 лет создают циклы колебаний атмосферной циркуляции, а следовательно, и режима стока на различных континентах Земли.

Типы водного режима рек СССР

Суммарный объем годового стока рек, в км3
Европа                 2130
Азия                   10790
Африка                 4185
Северная Америка       6630
Южная Америка          11760
Австралия и Океания      301

Днепрогэс им. Ленина в Запорожье

Таким образом, реки - продукт климата и природных условий их бассейнов. На крупных реках, пересекающих несколько географических зон, сезонные явления паводков, межени, ледоходов и т. п. сложно налагаются друг на друга. Такие реки переносят запасы тепла в холодные районы или, наоборот, запасы холода - в теплые районы.

Объем речных вод составляет всего 0,002 % от общих запасов воды на Земле, однако значение их для жизни на суше трудно переоценить. Эти воды ежегодно возобновляются, однако изменчивость речного стока заставляет искусственно его регулировать.

Если осуществить перераспределение водных ресурсов, то это повлечет за собой изменение водного баланса больших территорий, химических и биологических свойств вод, условий стекания и потерь осадков, режима речных систем, грунтовых вод и окружающих ландшафтов. Естественно, что при решении таких грандиозных задач особенно важны долгосрочные и сверхдолгосрочные прогнозы изменения водных ресурсов под влиянием природных причин и деятельности человека.

Появление первых научных гидрологических прогнозов в России относится к концу XIX в. Тогда они были связаны с судоходством и прогнозировали уровни в реках и глубины на перекатах, а также предсказывали наводнения. Гидрологические прогнозы подразделяются по заблаговременности и, как выражаются прогнозисты, по целевому назначению. Таким образом, выделяются прогнозы: водного и ледового режимов краткосрочные, заблаговременно-стью до 15 суток, долгосрочные, сверхдолгосрочные, для целей водного транспорта, гидроэнергетики, ирригации.

Крупнейшее водохранилище создано на таежной реке Зее

Мингечаурское водохранилище в Азербайджанской ССР - прекрасная зона отдыха

Пример комплексного использования реки различными отраслями народного хозяйства - Иртыш. Это самая полноводная река Казахстана, большую часть которого занимают степи и пустыни. В верховьях этой реки созданы два крупных водохранилища: Усть-Каменогорское и Бухтар-минское. Ниже по течению построены Хайрузов-ская, Тишинская, Ульбинская гидроэлектростанции. На пойменных лугах во время разливов нерестится рыба, а после схода воды здесь косят траву, пасут скотину. Многокилометровый канал доставляет воды из Иртыша к угольщикам Джезказгана. Ишимский и Богуславский водопроводы подают воду на орошение целины. Крупные водопотребители иртышской воды - промышленные центры: Усть-Каменогорск, Семипалатинск, Ермак и др. Кроме того, Иртыш - крупная судоходная река.

Любое водохозяйственное мероприятие: водоснабжение, энергетика, орошение, осушение, а также гидротехнические сооружения на транспорте в первую очередь требуют оценки количества воды, которое необходимо использовать или пропустить в данном сооружении. Таким образом, прогноз водного режима самым тесным образом связан с оценкой водных ресурсов.

Шесть тысяч лет назад была построена первая плотина на Ниле. Она позволила древним египтянам освоить некоторые прежде сухие земли Нильской долины. Первые водохранилища в Месопотамии, Египте, Китае, а позднее в Средней и Малой Азии создавались для орошения земель и предотвращения наводнений. До наших дней сохранилось водохранилище Карнальбо на реке Альбаррегас в Испании объемом 10 млн. куб. м, первая плотина которого была построена во II в. до н. э. В Рос

Размещение крупнейших водохранилищ мира

сии при Петре I были составлены проекты соединения рек Москвы и Волги, Волги и Дона, Днепра и Западной Двины, бассейнов Каспийского и Белого морей, Вышневолоцкой, Мариинской и Тихвинской водных систем. Первое водохранилище было создано в 1703 - 1709 гг. М. И. Сердюковым на Вышневолоцкой системе, соединившей Волгу с Балтийским морем. Современные водохранилища решают комплексные задачи: энергетики, промышленного и бытового водоснабжения, судоходства, орошения земель, рыбоводства, создания зон отдыха. По данным Мирового реестра плотин на 1974 г., самое большое число плотин находится в США (5 тыс.), Японии (1,9 тыс.), Индии (1 тыс.). Общий объем воды в водохранилищах по этим данным составляет 5 тыс. куб. км. В мире свыше 13 тыс. водохранилищ с объемом более 1 млн. куб. м воды каждое.

Река в тропиках

В СССР насчитывается более 3 тыс. водохранилищ с общим объемом воды 848 куб. км.

Основная масса водохранилищ Земли сосредоточена в умеренном и субтропическом поясах. Крупнейшие водохранилища созданы на самых больших реках мира. Самый зарегулированный сток имеют реки Волга, Днепр, Тахо, Тигр и Евфрат, Миссисипи и Миссури. В наше время зарегулирована водохранилищами 1/10 всех рек Земли. Водохранилища заметно изменяют окружающую природу. Подъем уровня реки плотиной может вызвать заболоченность, засоленность, изменения прибрежной растительности и микроклимата. В самом водохранилище создаются условия и водный режим озерного типа, характеризующийся особыми колебаниями уровня, скоростями течения, водообменом, термикой, гидрохимией, гидробиологией, ледниковым режимом и формированием берегов.

Озера нередко образуются в высоких горных районах. Клухорское озеро на Кавказе

Как правило, во влажном климате много озер. Озеро в Уганде

Дельта реки Селенги при впадении в озеро Байкал

Распространение твердого стока реки Селенги в озере Байкал

Озером обычно называют заполненное водой углубление суши. Озер на Земле несметное множество. Их общая площадь на земном шаре - 1,3 млн. кв. км. Эти водоемы несут на себе следы географической зональности, ведь водная масса озера - продукт климата. Но озера и сами влияют на ландшафты и климат прилегающих территорий; их влияние сказывается на скоростях и повторяемости ветров, на температуре и влажности воздуха.

По происхождению водной массы озера бывают двух типов: те, что некогда были частью Мирового океана, - реликтовые, или остаточные, озера (Каспийское море) и возникающие в результате наполнения котловин водой атмосферных осадков - это озера наземного происхождения. Выделяют озера пресные и соленые.

Причины возникновения озерных котловин очень многочисленны. По классификации Б. Б. Богословского, выделяются озерные котловины: 1) тектонические, 2) ледниковые, 3) водноэрозионные и водноаккумулятивные, 4) провальные (карстовые, термокарстовые, суффозионные), 5) вулканические, 6) завальные, 7) эоловые, 8) вторичные, возникающие на месте заросших озер и на болотах. Как правило, во влажном климате озер много, они полноводны, пресны и проточны, а в сухом климате, при прочих равных условиях, озер мало, они маловодны, часто бессточны, нередко солены.

Запас воды в крупных озерах мира составляет 86,5 тыс. куб. км пресных вод и 81,3 тыс. куб. км соленых вод.

Пожалуй, больше всего озер в Финляндии (9,4 % от площади всей страны) и в Швеции (8,6 %).

Многочисленны процессы, происходящие в озерах в неразрывной связи с их ландшафтными особенностями. Изучает их озероведение, или лимнология. Основоположник лимнологии Ф. Форель в 1901 г. писал: "Всякое озеро может быть рассматриваемо как известная географическая единица, само по себе и в отношении к окружающей его местности". Современная лимнология изучает термические и оптические свойства вод, гидромеханику и гидрохимию озер.

Важнейшая проблема лимнологии - изучение роли ряда новых веществ, появляющихся в водоемах культурных ландшафтов и включающихся в озерные процессы. По существу это проблема сохранения "чистой воды", так как озера - важнейшие резервуары чистой воды на нашей планете. Сброс бытовых и промышленных вод ведет к глубоким необратимым изменениям режима этих водоемов. Поэтому в наше время особенно важны гидрохимические исследования природных вод. Без этих исследований невозможно использование озерных вод в водоснабжении, орошаемом земледелии, нельзя выяснить характер круговорота отдельных ингредиентов в гидросфере. Проводится изучение водоемов по величине минерализации, ионному составу, жесткости и агрессивности воды, совершенствуются методы гидрохимических анализов и методик расчетов минерализации, изучается гидрохимический режим озер и водохранилищ, исследуются генетические особенности их гидрохимии, процессы загрязнения и самоочищения.

Подземные воды находятся в толще земной коры во всех физических состояниях: в газообразном, гигроскопическом, пленочном, капиллярном, твердом и гравитационном.

Подземные воды играют важнейшую роль в питании и регулировании стока, водоснабжении, в особенности там, где недостаточно поверхностных вод, и, наконец, многие из них, содержащие полезные компоненты, применяются в медицине. В залегании, движении, круговороте подземных вод еще много неясного.

Образуются подземные воды большей частью в результате просачивания атмосферных осадков и поверхностных вод, а частично за счет конденсации водяного пара, проникающего из более глубоких земных слоев или атмосферы. Под землей грунтовые воды могут двигаться и быть стоячими. Запасы грунтовых вод, особенности их залегания в значительной степени обусловлены законами географической зональности.

Почвенная влага, используемая растениями, посезонно и ежегодно возобновляется за счет атмосферных осадков и первого горизонта подземных вод. Запасы почвенной влаги на Земле определены в 16 500 куб. км.

Озеро в поздней стадии зарастания

Подземные воды первого от поверхности горизонта используются человечеством с древнейших времен, а воды глубоких горизонтов, за исключением их естественных выходов на поверхность, стали использоваться со второй половины XIX в. Во многих развитых странах и странах орошаемого земледелия уже ощущается острая нехватка грунтовых вод. Подземные ресурсы еще недостаточно изучены, и это затрудняет разработку перспективных планов их использования, составление водных и воднохозяйственных балансов.

Последний объект гидрологии суши, который мы рассмотрим, - болото. Болото представляет собой участок суши, избыточно увлажненный пресной или соленой водой. Здесь происходит накопление отмершего растительного вещества, которое не полностью разлагается в специфических условиях болота и превращается в торф.

Возникают болота при зарастании водоемов, увлажнении суши, близком залегании водоупорных горизонтов и многолетней мерзлоты, при повышении уровня грунтовых вод. Болота бывают низинные и верховые. Низинные располагаются в пониженных частях рельефа и питаются грунтовыми или речными водами. Верховые болота питаются непосредственно атмосферными осадками и преобладают во влажном климате.

Самое большое количество болот на Земле сосредоточено в районах избыточного увлажнения. Общая их площадь составляет 2 680 тыс. кв. км.

В СССР общая площадь болот составляет 2,1 млн. кв. км, или 9,5 % всей территории, при этом в европейской части заболочено 12 %, а в азиатской - около 9 %. Больше всего болот в зоне тундры и тайги. Торфяные болота представляют хозяйственную ценность: торф идет на топливо, удобрения, в химическую промышленность. В ряде районов СССР - на Дальнем Востоке, в Белоруссии, на Украине и в Прибалтике - ведутся работы по осушению заболоченных земель. Осушение болот надо проводить с большой осмотрительностью. Дело в том, что они являются своеобразными губками, регулирующими сток местности, и находятся в сложных связях с лесной растительностью и грунтовыми водами, предохраняя леса от усыхания и деградации. Кроме того, болота - ценный источник ягод (клюквы, голубики, черники, морошки и т. д.). В некоторых случаях болота - острова реликтовой флоры.

Карстовый родник 'Волшебный колодец' в Северной Эстонии

Оценка и предсказание количественных и качественных характеристик водных объектов требуют разработки надежных математических моделей. Задачи современной гидрологии суши - выявить закономерности поведения гидрологических объектов, найти оптимальную методику такого управления, предсказать воздействие на окружающую природную среду таких созданных человеком сооружений, как плотины, мелиоративные системы, каналы. Новые возможности исследования процессов глобального водообмена дает привлечение в гидрологию космических методов исследования. При помощи спутниковой информации уже решаются задачи определения влагосодержания атмосферы и запаса воды в облаках, распределения снежного покрова и запасов воды в снеге, влажности почв, исследуются возможности прогнозирования гидрологических явлений. Но особенно важно понять гидрологические процессы на суше в единстве со всем комплексом природной среды. Любое частное мероприятие на гидрологическом объекте - будь то строительство плотины, канала, бурение скважин для добычи пресной воды или осушение болот - всегда вызывает к жизни новые процессы в других компонентах географической оболочки. Понимать и учитывать это в практической деятельности - задача географов.