Круговорот воды

Круговорот воды, или гидрологический цикл – это самый значительный по переносимым массам и по затратам энергии круговорот на Земле. Он хорошо сбалансирован в масштабе земного шара и осуществляется под действием солнечной энергии и при активном участии растений и животных. За год в него вовлекается всего 0,04% массы гидросферы, но это соответствует кругообращению 16,5 млн м воды за секунду (т.е. более 520 тыс км ) и более 40 млрд МВт солнечной энергии.

Различают малый и большой круговорот воды. При малом круговороте вода, испарившаяся с поверхности океана (около 450 тыс км в год), возвращается в него в виде осадков (примерно 410 тыс км в год). При большом круговороте вода, испарившись с поверхности океана, частично возвращается в него в виде осадка, а частично переносится на сушу, где также выпадает в виде атмосферных осадков, питая реки и водоемы, но в конечном счете вновь возвращается в океан речным и подземным стоком.

В настоящее время мировой водный баланс сдвинут в сторону океана. Последний получает больше воды, чем ее испаряется на 430-550 км /год. Результатом этого является постепенное повышение уровня океана (примерно на 15 см за последнее столетие). Считается, что около 75% этой дополнительной влаги океан получает в результате таяния ледников.

Важнейшая черта океанической части круговорота воды – перенос больших масс морских вод. При этом количество воды, которая ежегодно переносится течениями четырех океанов, характеризует интенсивность внутреннего океанического водообмена под влиянием течений. Известны данные о том, сколько лет в среднем необходимо для того, чтобы все воды каждого из океанов сменились. Для Мирового океана для этого требуется примерно 60 лет; наименее интенсивен водообмен Тихого океана (более 100 лет), для Индийского океана необходимо около 50 лет, а для Атлантического и Северного ледовитого океана – 40 лет.

Для пресных вод характерна более высокая активность водообмена. Так, речные воды сменяются в среднем каждые 11-12 дней. Вот почему речная вода в естественных условиях всегда практически пресна и служит одним из основных источников водных ресурсов, т.е. круговорот воды является по существу глобальным опреснителем вод. Если учесть, что с реками связаны большая часть озер и все водохранилища, общая активность обмена поверхностных вод суши составляет около 7 лет. Озерные воды возобновляются через 17 лет, а подземные только за 1400 лет.

Наиболее замедленной частью круговорота воды являются полярные ледники (8000 лет), что связано с медленным движением ледников и таянием льда.

Для круговорота воды в пределах биоценоза наиболее важное значение имеют процессы перехвата, транспирации, инфильтрации и стока, входящие в элементы малого круговорота.

Вода атмосферных осадков, прежде чем попасть на поверхность земли, перехватывается растениями. Достигая почвы, вода просачивается в нее (процесс инфильтрации) или образует поверхностный сток. Если вода атмосферных осадков достигает грунтовых вод, она включается в их состав. Подземный сток связывает почвенную влагу с поверхностными водами и гидросферой в целом. Почвенная влага используется растениями, а часть ее путем испарения растениями (транспирации) вновь попадает в атмосферу.

Транспирация зависит от доступной влаги в почве, температуры воздуха и почвы, влажности их, силы ветра, вида растений, их физиологического состояния и т.д. Транспирация растениями вносит существенный вклад в круговорот воды. В некоторых районах транспирация даже превышает испарение воды со свободной поверхности водных объектов.

Эвапотранспирация – это суммарная отдача воды из экосистемы в атмосферу. Она включает как физически испаряемую воду, так и влагу, транспирируемую растениями.

В атмосферу в умеренных широтах возвращается через транспирацию 2000-3000 м воды с 1га растительного покрова в год; в теплых широтах – до 4-6 тыс т и более. На территории Украины за год транспирация составляет 80-100 км , это 1/3 годового количества осадков. Растительность мира за год транспирирует 30000 км воды. Это – 27-30% всей влаги, получаемой за счет осадков. Для сравнения можно указать, что на бытовые расходы уходит около 2,5% от общего количества осадков.

За сутки 1 га леса транспирирует 10-5-т воды, 1га пшеницы – 25-45т воды. Для выращивания 1т сухой массы необходимо 200-1000т воды, при этом на фотосинтез расходуется 0,05-0,3% воды от всей прошедшей через растение.

Таким образом, транспирационный ток (почва - корни растений –листья - атмосфера) представляет собой основной путь воды через живое вещество в ее большом круговороте планеты.

В целом круговорот воды характеризуется тем, что в отличие от углерода, азота и других элементов вода не накапливается и не связывается в живых организмах, а проходит через экосистемы почти без потерь; на формирование биомассы экосистемы используется лишь около 1% воды, выпадающей с атмосферными осадками.

Круговорот воды в целом играет основную роль в формировании природных условий на нашей планете. С учетом транспирации воды растениями и поглощения ее в биогеохимическом цикле, весь запас воды на Земле распадается и восстанавливается за 2 млн лет.

В настоящее время человек оказывает существенное влияние на гидросферу и водный баланс планеты. Антропогенные преобразования вод континентов уже достигли глобальных масштабов, нарушая естественный режим даже крупнейших озер и рек земного шара. В результате деятельности человека возрастает поверхностный сток и сокращается пополнение фонда грунтовых вод. Истощение воды невозможно в масштабах всей гидросферы, но оно реально в региональном плане. Дефицит чистой питьевой воды испытывают государства Северной Африки, Ближнего Востока, Азии. От нехватки воды страдает более 20% населения Земли.