Круговорот воды в природе

   Круговорот воды в природе (гидрологический цикл) — процесс циклического перемещения водыв земной биосфере. Состоит из испарения, конденсации и осадков.

   Моря теряют из-за испарения  больше воды, чем получают с  осадками, на суше — положение обратное. Вода непрерывно циркулирует на земном шаре, при этом её общее количество остаётся неизменным.

   Три четверти поверхности  земного шара покрыты водой.  Водную оболочку Земли называют  гидросферой. Большую ее часть  составляет соленая вода морей  и океанов, а меньшую — пресная вода озер, рек, ледников, грунтовые воды и водяной пар.

   На земле вода существует  в трех агрегатных состояниях: жидком, твердом и газообразном. Без воды невозможно существование  живых организмов. В любом организме  вода является средой, в которой  происходят химические реакции,  без которых не могут жить  живые организмы. Вода является  самым ценным и самым необходимым  веществом для жизнедеятельности  живых организмов.

                                                         Понятие

   Постоянный обмен влагой  между гидросферой, атмосферой  и земной поверхностью, состоящий  из процессов испарения, передвижения  водяного пара в атмосфере,  его конденсации в атмосфере,  выпадения осадков и стока,  получил название круговорота  воды в природе. Атмосферные  осадки частично испаряются, частично  образуют временные и постоянные  водостоки и водоемы, частично — просачиваются в землю и образуют подземные воды.

                                                            Виды

Различают несколько видов круговоротов воды в природе:

Большой, или мировой, круговорот — водяной пар, образовавшийся над поверхностью океанов, переносится ветрами на материки, выпадает там в виде атмосферных осадков и возвращается в океан в виде стока. В этом процессе изменяется качество воды: при испарении соленая морская вода превращается в пресную, а загрязненная — очищается.

Малый, или океанический, круговорот — водяной пар, образовавшийся над поверхностью океана, сконденсируется и выпадает в виде осадков снова в океан.

Внутриконтинентальный круговорот — вода, которая испарилась над поверхностью суши, опять выпадают на сушу в виде атмосферных осадков.

   Скорость переноса различных видов воды изменяется в широких пределах, так и периоды расходов, и периоды обновления воды также разные. Они изменяются от нескольких часов до нескольких десятков тысячелетий. Атмосферная влага, которая образуется при испарении воды из океанов, морей и суши и существует в виде облаков, обновляется в среднем через восемь дней.

   Воды, входящих в состав живых организмов, восстанавливаются в течение нескольких часов. Это наиболее активная форма водообмена. Период обновления запасов воды в горных ледниках составляет около 1 600 лет, в ледниках полярных стран значительно больше — около 9 700 лет.

   Полное обновление вод Мирового океана происходит примерно через 2 700 лет.За 10 миллионов лет фотосинтез перерабатывает массу воды равную всей гидросфере.

   МАТЕРИКОВОЕ ЗВЕНО ГЛОБАЛЬНОГО ГИДРОЛОГИЧЕСКОГО ЦИКЛА

   Совокупность различных по размеру и интенсивности местных взаимосвязанных циклов влагооборота, сопровождающегося массо- и энергообменом между гидросферой, атмосферой, биосферой и литосферой в пределах материка. Материковые звенья совместно с океаническим звеном образуют единый глобальный гидрологический цикл (см.), охватывающий всю географическую оболочку земли. Каждое из звеньев гидрологического цикла состоит из внешнего влаго- и солеобмена территории с соседними и внутреннего влагообмена в ее пределах. Особенности внешнего и внутреннего влагооборота любого материка проявляются в структуре водного баланса их территории, в пространственно-временной изменчивости его элементов и в конечном счете в особенностях гидрологического режима водных объектов, включая режим компонентов состава их вод. Главным источником водных ресурсов суши служит адвективная влага, поступающая с воздушными массами с океана на каждый из континентов. Величина А в табл. представляет собой годовой слой атмосферных осадков, которые выпали бы на его поверхность в среднем за многолетний период при условии конденсации всей проносящейся над материком влаги океанического происхождения. Адвекция влаги, т.е. потенциальная влагообеспеченность материков, различается почти в 4 раза: в соответствии с влагонасыщенностью океанического воздуха она наиболее велика для материков, расположенных преимущественно в низких широтах — Австралии, Южной Америки и Африки. В пределах широтных макрозон (внутритропическая, умеренных широт) с увеличением линейных размеров территории величина А заметно снижается, причем тем больше, чем более влагонасыщены сформировавшиеся над океаном воздушные массы. Однако не вся влага (по-видимому, и соли), поступившая на континент с океана, выпадает в виде осадков — от 17 до 76% ее объема проходит над материками транзитом и уносится в океан в виде так называемого атмосферного стока.

   Показателем способности того или иного материка улавливать приходящую на него влагу служит коэффициент влагоперехвата а = Р _А / А. Его величина определяется не столько размером территории континента, сколько высотой горных хребтов, через которые приходится переваливать воздушным массам с образованием осадков. Особенно сильно перехватывают влагу Южная и Северная Америка и Азия, где высота горных систем Анд, Кордильер и Гималаев существенно превышает толщину нижнего 5-километрового слоя атмосферы, содержащего около 90% всей влаги. Поэтому слой адвективных осадков в Южной Америке более чем вдвое выше, чем в Австралии, потенциально в полтора раза более влагообеспеченной. По этой же причине различия в реальной влагообеспеченности адвективной влагой (в сравнении с потенциальной) между европейской и азиатской частями Евразии сокращается почти вчетверо, между Африкой и Северной Америкой — более чем в 10 раз. Наибольшее поступление солей океанического происхождения SА на единицу территории характерно для Южной Америки и минимально в Австралии и Азии. Материкам-перехватчикам океанической влаги свойственна малая интенсивность внешнего обмена атмосферной влагой и потому большие значения коэффициента внутриматерикового влагооборота k = P / P _А. Он характеризует число циклов оборота местного водяного пара, образующегося на материке при испарении воды с его поверхности. Величина k наиболее тесно связана с величиной коэффициента а и практически не зависит от осредненных для континента величин энергетических факторов местного влагооборота.

   В масштабах континентов, т.е. крупных территорий, расположенных во многих климатических поясах, роль теплобалансовых показателей нивелируется, и на первый план выступает степень изолированности каждого из материковых звеньев гидрологического цикла от глобального, которая зависит от орографических особенностей континента — его размеров и доминирующих высот горных цепей. Различия в интенсивности влагооборота материковых звеньев приводят к тому, что слой суммарных осадков Р (океанического и местного происхождения) в Азии и в обеих       Америках примерно на 30% больше потенциальной их влагообеспеченности, в то время как в Европе, Африке и особенно в Австралии он существенно меньше последней. Интенсификация материкового влагооборота из-за испарения особенно сильна в Южной Америке. Между коэффициентом внутриматерикового влагооборота k и коэффициентом речного стока h с материка имеется отчетливая прямая зависимость, т.е. чем интенсивнее влагооборот, тем большая часть атмосферных осадков превращается в сток. Это еще более усиливает дифференциацию материков по величине стока рек. Потенциально самая водообильная Австралия из-за наименьшей способности перехватывать поток атмосферной влаги представляет собой континент с наименьшими водными ресурсами, а потенциально почти в 1,5 раза менее водообеспеченная Южная Америка из-за замедленного атмосферного влагооборота обладает в 18 раз большим поверхностным стоком. Аналогичное явление видно при сравнении потенциальной и реальной водообеспеченности Африки и Евразии. Между средними величинами минерализации воды и ее стока с материков обнаруживается связь гиперболического вида, аналогичной формы и зависимость между средней минерализацией речных вод и коэффициентом внутриматерикового влагооборота k: в результате многократного оборота влаги в местном гидрологическом цикле возрастает не только разбавление речных вод атмосферными осадками, но увеличивается и разбавляющая способность последних из-за понижения их собственной минерализации. Так, минерализация атмосферных осадков в центре Амазонии примерно втрое ниже средней минерализации осадков океанического происхождения. Примерно такая же минерализация в одной из рек на плато Кунделунгу в бассейне Конго, т.е. районе Африки с особенно интенсивным местным влагооборотом. Из-за гиперболической формы связи средней минерализации речных вод с величиной водного стока наибольшее значение модуля ионного стока S имеет Европа, территория со средними величинами (в сравнении с другими материками) минерализации и стока речных вод (см. табл.).

   Величина S ниже и в гораздо более водообильной Южной Америке (благодаря малой средней минерализации речной воды) и в Австралии, где средняя минерализация речных вод, стекающих в океан, более чем вдвое превышает среднюю минерализацию европейских рек. В табл. даны значения коэффициента химической денудации материков, показывающего долю солевого стока с них, которая формируется вследствие растворения континентальных минералов. Наиболее велик вклад солей океанического происхождения в химический сток в океан с Южной Америки (26%). Очевидно, в будущем с ростом водопотребления на материках, где доминирует транзит влаги в атмосфере, главным направлением пополнения водных ресурсов станет перехват этой влаги путем стимулирования осадков, на материках с интенсивным местным влагооборотом — межбассейновое перераспределение речного стока в сочетании с глубоким его регулированием при помощи водохранилищ.

Гидрологический цикл совершается за счёт большей части (более 90%) энергии солнечного излучения, поступающего на поверхность Земли. Основные его процессы – испарение и конденсация.

Под воздействием солнечного излучения вода испаряется (больше всего – из океанов: примерное  годовое количество осадков над  океаном 112 см, тогда как над сушей  – 72 см) и в виде водяных паров  поступает в атмосферу, а после конденсации в виде осадков возвращается на Землю. На суше часть её вновь сразу испаряется, часть стекает по поверхности, часть впитывается. Вместе с водой циркулируют и все вещества, содержащиеся в ней.

Количество воды оказывает  влияние на облик всей экосистемы. Минимальное количество осадков  отмечается в пустынных областях (0,25 см в год и менее), максимальное – в Гималаях (до 1232 см в год). Однако важно не только общее количество осадков, но и их распределение в  течение года.

Благодаря гидрологическому циклу вода является неисчерпаемым  природным источником. Однако человек  опаснейшим образом вмешивается  в этот цикл:

- ускоряет отток воды  с суши (спрямление водотоков,  вырубка лесов и т.д.), в результате  чего происходит высыхание территорий, усиливается эрозия почвы;

- загрязняет воду до  такой степени, что она становится  непригодной для использования;

- усиливает парниковый эффект  за счёт огромных выбросов  в атмосферу углекислого газа  и окислов азота, в результате  чего происходит таяние ледников  и затопление части суши.

Основной причиной круговорота  воды является солнечная энергия, поступающая  на всю земную поверхность.

Солнечная энергия обусловливает  как процессы, происходящие в атмосфере  и гидросфере (испарение, осадки, ветры, течения и пр.), так и все  явления органической и неорганической жизни на Земле. Такие явления, как  испарение воды и образование  облаков, выпадение осадков в  виде дождя и снега, таяние ледников и течение рек, высыхание почвы  и водоёмов, представляют собой закономерные звенья общего круговорота воды на земном шаре. Количество воды, испаряющейся в течение года с поверхности  земного шара, составляет 577 тыс. км³.

Под влиянием солнечного тепла  с поверхности океанов и морей  непрерывно испаряется большое количество воды. Эта масса влаги, поднимаясь в атмосферу в виде пара, переносится  воздушными течениями за сотни и  тысячи километров на материки.

Попадающие в атмосферу  пары при определённых условиях сгущаются  и конденсируются, образуя облака, которые дают осадки, выпадающие на земную поверхность в виде дождя, снега, града. Осадки просачиваются  в почву и питают грунтовые  воды, стекают по склонам местности, образуя ручьи и реки, а остальная  часть их снова испаряется.

Атмосферные осадки, стекающие  через реки и подземные потоки в моря и океан, вновь испаряются с их поверхности; затем происходит перенос водяных паров и снова возвращение их на поверхность суши в виде различного рода осадков и т.д.

Большой круговорот включает местный, или внутриматериковый, влагооборот, происходящий непосредственно на суше, когда часть выпавших осадков испаряется и снова конденсируется (превращается в облака), затем опять выпадает в виде дождя или снега на поверхность Земли. Эта влага, прежде чем вернуться в океан, совершает несколько оборотов, снабжая влагой территории, далеко отстоящие от океана.

Продвижение влаги вглубь материка можно проследить на примере  европейской территории России и  Западной Сибири, представляющих в климатическом отношении единое целое. Весь этот район обеспечивает влагой, поступающей со стороны Атлантического океана и Балтийского моря. Западные и северо-западные ветры переносят водные пары на юго-восток – в Нижнее Поволжье и на восток – в Западную Сибирь. При этом чем дальше воздушные потоки проходят вглубь материка, тем меньше в них остаётся влаги. Некоторое пополнение влаги происходит за счёт испарения с поверхности суши, где основная роль принадлежит лесу и земледельческим культурам, испаряющим в период вегетации сравнительно большое количество влаги. Водоёмы суши (реки и озёра) большой роли во внутриматериковом влагообороте не играют, т.к. они имеют незначительную общую площадь по сравнению с материком.

Итак, поступление влаги  в климатически замкнутую часть  материка зависит от подачи влаги  с океанов и морей и её распределения  внутри самого материка под воздействием тех или иных метеорологических  факторов, а также от распространённости растительного покрова и наличия  водоёмов.

Круговорот воды в пределах бессточных областей суши является относительно самостоятельным, хотя и связанным  с общим влагооборотом на земном шаре. Незначительный влагообмен бессточных областей суши с Мировым океаном объясняется тем, что вода с бессточных областей попадает в него не путём непосредственного стока реками, а в результате переноса влаги в парообразном состоянии воздушными течениями в периферические области суши или непосредственно на моря и океаны. Гидросфера – это планетарная динамическая система, которой присущи многоплановые, в том числе и экологические, функции, выполняемые ею в разных аспектах, прежде всего исходя из понимания экологии как науки о взаимоотношениях живых организмов между собой и окружающей средой.

Вместе с тем экологическому функционированию гидросферы свойственны  и другие, не менее значимые, проявления. Они выражаются в её взаимосвязи  и взаимодействии не только с биосферой, но и с другими оболочками Земли. Отсюда следует, что экологические  функции гидросферы – одна из наиболее существенных её сторон, оказывающих  влияние на планету в целом.