Круговорот воды

Солнце, в котором сосредоточено 99,9% всей массы солнечной системы, подобно колоссальному атомному реактору, излучает в мировое пространство огромное количество лучистой энергии. Только одна двухмиллиардная часть этой энергии доходит до Земли, и все же она - главный источник жизни на планете.

На каждый квадратный сантиметр поверхности, перпендикулярной солнечным лучам, на границе с земной атмосферой за 1 минуту поступает от Солнца количество тепла, равное двум калориям (эта величина называется солнечной постоянной).

Земля как небесное тело не только поглощает солнечное излучение, но и отражает его и сама излучает накапливаемое тепло в мировое пространство. Количество тепла, приходящего на Землю, равно количеству тепла, отраженного Землей в космос.

Из общего количества солнечной энергии, поступающей на Землю, 23% тратится на испарение воды с поверхности океанов и морей, а также суши, и снова высвобождается при конденсации водяного пара.

Таким образом, круговорот влаги сопровождается также круговоротом тепловой энергии, а испарение выступает в роли связующего звена водного и теплового балансов Земли. Испарение морской воды является первой фазой круговорота воды.

Солнце, океан и атмосфера представляют собой гигантский, вечно действующий перегонный аппарат, а соленая морская вода (Мировой океан) служит единственным источником всей пресной воды на Земле: часть испарившейся воды в виде пара переносится воздушными течениями - ветрами - на сушу, при благоприятных условиях - охлаждении воздуха и наличии в нем ядер конденсации, т. е. мельчайших твердых частиц,- пар конденсируется, превращаясь в водяные капельки или ледяные кристаллы, образуются облака, из которых на сушу выпадают дождь или снег, осадки просачиваются в почву, пополняя запасы почвенных и подземных вод, стекают по поверхности земли, образуя ручьи и реки, наполняют озера, увеличивают запасы воды в ледниках и в конечном счете вода снова без остатка возвращается в океан.

Любопытно, что древние греки, не имевшие представления о круговороте воды, отводили в своих мифах очень важную роль Океану, прародителю всех богов. Жена Океана Тетис родила ему три тысячи дочерей - океанид, морских нимф, и три тысячи сыновей - речных божеств. Таким образом, Океан стал родоначальником всех морей, рек и других водоемов на Земле.

Круговорот воды объединяет в единую физическую систему все водные ресурсы планеты, где бы они ни находились,- в атмосфере, океане, земной коре, биосфере. Это дает основание говорить о единстве природных вод на Земле (впервые эту мысль высказал крупнейший советский гидролог В. Г. Глушков).

В круговороте воды участвует лишь часть гидросферы, а именно 577 тыс. км³ из 1386 млн. км³, или 0,04% запасов воды на Земле, и тем не менее этот процесс навсегда обеспечил человечество пресной водой (повторяем, за счет соленой морской воды!).

Благодаря этому процессу вода является единственным возобновимым материалом на нашей планете. Она находится в постоянном движении, все время расходуется и восстанавливается.

Продолжительность полного возобновления (смены) массы воды в водных объектах различна:

Более всего замедлен обмен вод (вернее, обмен массы льда) в полярных ледниках. Масса этих ледников расходуется главным образом за счет сползания льда в океан.

С поверхности океана испаряется ежегодно 505 тыс. км³ воды. Исходя из объема океана - 1338 млн. км³,-можно установить, что полностью океанические воды возобновляются приблизительно через каждые 2500 лет. За счет морских течений и внутреннего обмена воды Мирового океана в среднем совершают полный оборот (преимущественно в пределах ложа океана) за 63 года.

Подземные воды, дренируемые реками или непосредственно стекающие в моря и океаны, как и горные ледники, возобновляются примерно за полторы тысячи лет. Такой медленный водообмен связан главным образом с медленным движением подземных вод в водоносных пластах и горных ледников из области питания (фирнового бассейна) до области стаивания.

Через пески подземные воды движутся со скоростью 4-12 м/сут, через суглинки - 3-5 м/сут, языки ледников движутся еще медленнее - за сутки они обычно проходят не более 1 м, в то время как скорость течения речных вод в открытых руслах в десятки тысяч раз больше (40-60 км/сут).

Ежегодно возобновляемый запас подземных вод в верхней части земной коры (в так называемых зонах активного и сравнительно активного водообмена, залегающих на глубине не более нескольких сотен метров от поверхности земли) составляет около 13 000 км³.

Биологическая вода, содержащаяся во всех живых организмах, легко выделяется из них и сменяется всего за несколько часов, или 1000-2000 раз в год. Благодаря этому биологическая вода, несмотря на ее сравнительно небольшой общий объем (1120 км³), является важным звеном в процессе влаго оборота в природе.

Растения испаряют (транспирируют) огромное количество воды, например: с 1 га посева пшеницы за вегетационный период испаряется около 2000 м³ воды, капусты - 8000 м³, взрослые лиственные деревья (ива, ольха, клен) испаряют 12-15 тыс. м³. В среднем на транспирацию расходуется до 30 тыс. км³ воды в год. Это более 40% испарения со всей суши.

Если не считать биологическую воду, то быстрее всего возобновляется влага, содержащаяся в атмосфере: через каждые 8 дней.

Наконец, примерно в 2 раза медленнее, один раз в 16 дней, или 23 раза в год, возобновляется вода в руслах рек - процесс, представляющий наибольший интерес при подсчете ресурсов пресных вод, или, как обычно говорят, водных ресурсов.