3. /. Круговорот воды на планете

На Земле происходит постоянный перенос воды в масштабе всей планеты, главным образом между океаном и сушей. Вода, с содержащимися в ней растворенными веществами, испаряется и воздушными течениями переносится на десятки, сотни и тысячи километров.

Общий объем воды, выпадающий из атмосферы на поверхность Земли, составляет более 500 тыс. км3, таково же количество и испаряющейся воды. При этом на континентах выпадает 109 тыс., а испаряется 72 тыс. км3. Разница в 37 тыс. км3 приходится на долю полного речного стока. С поверхности Мирового океана испаряется 448 тыс. км3, выпадает же осадков 441 тыс. км3. Разница восполняется стоком речных вод.

В гидросфере абсолютно преобладают воды Мирового океана (80% массы), много меньше лоровых вод илов и горных пород (18,8%), ледяных покровов материков (1,2%). Воды атмосферы составляют 0,002% (Перельман, 1982). Общее количество воды в наружных оболочках Земли (земной коре и гидросфере), поданным А. П. Виноградова, 1 трлн 600 млрд т. Количество воды, захватываемое годовой продукцией фотосинтезирующих организмов, 837 млрдт (Сытник и др., 1987).

Водный баланс Земли позволяет количественно представить

грандиозный процесс круговорота воды и служит первичной основой для оценки водных ресурсов планеты. Для океанического звена круговорота воды наиболее характерно испарение влаги, благодаря которому непрерывно восстанавливается содержание водяного пара в атмосфере. Более 86% влаги поступает в атмосферу за счет испарения с поверхности океана и лишь около 14% — за счет испарения с суши.

Расход воды на испарение распределяется неравномерно по поверхности океана. Это хорошо видно по разности между испарением и осадками. Так, в Атлантическом океане осадки и речной сток составляю! 72 500 и 16 300 км - в год. Испарение же достигает 96 600 км3 в год. Еще больше эта разница в Индийском океане, где осадки и речной сток приносят 84 000 и 6 000 км3 в год соответственно, испаряется же 115 400 км3. В Тихом океане картина обратная: на осадки и речной сток приходится 206 700 и 10 000 тыс. км3 в год, испарение составляет лишь 200 400. Еше контрастнее эта разница в Северном Ледовитом океане: осадки и речной сток - 3 600 и 4 400, испарение - 1 700 тыс. км3 в год. Следовательно, в экваториальной зоне расход воды на испарение из за большой облачности меньше суммы годовых осадков. В умеренных широтах воды испаряется также меньше, чем выпадает осадков, но основная причина здесь другая - недостаток тепла. В тропиках и субтропиках с поверхности океана влаги испаряется больше, чем выпадает.

Пары воды в атмосфере конденсируются и, захватывая газы атмосферы. вулканические газы и вещества антропогенной природы, выпадают в виде осадков на сушу. Основная масса воды, извлекая растворимые соединения из породлитосферы, стекает реками в океан. Небольшая ее часть связывается с рыхлыми осадками и погребается вместе с ними, надолго покидая основной цикл. Осадки в процессе метаморфизации. т. е. превращения и погружения в глубь Земли иод воздействием давления и высокой температуры, теряют воду. Она поднимается по порам и изливается в виде горячих источников или пластовых вод на поверхности Земли. Иногда она может выбрасываться с парами при вулканической деятельности.

Имеются данные о том, сколько лет в среднем необходимо, чтобы все воды каждого из океанов и Мирового океана в целом перемешались или сменились. Для Мирозого океана на это требуется примерно 60 лет, для Тихого океана, где водообмен наименее интенсивен, — более 100 лет, для Атлантического — около 50, для И ндийского — 40 лет; столько же примерно требуется и для полного перемешивания вод Северного Ледовитого океана (Л ьвович, 1974).

Гораздо большая активность обмена (на 3-5 порядков выше) характерна для пресных иод. Особенно интенсивен водообмен в реках. Единовременный объем воды в их руслах составляет примерно 1 200 км3, суммарный же годовой сток — 38 800 км3. Следовательно, обмен русловых речных вод происходит каждые 0,031 года, т. е. каждые 11 сут, или 32 раза за год. Однако поскольку с реками связаны большая часть озер и все водохранилища, общая активность обмена поверхностных вод суши будет составлять 7 лет. Благодаря высокой активности обмена речных вод обеспечиваются основные потребности человечества в пресной воде.

Очень высока также активность атмосферной влаги. При объеме в 14 000 тыс. км3 она обеспечивает более 500 000 тыс. км3 осадков в год. Смена всего объема атмосферной влаги на Земле происходит каждые 10 сут, или 36 раз в течение года.

Циркуляция воды между Мировым океаном и сушей - важнейшее звено поддержания жизни на земной поверхности и основное условие взаимодействия растений и животных с неживой природой. В то же время вода в геологическом круговороте является величайшей трансформирующей силой, приводящей к постепенному разрушению литосферы и переносу ее составных частей в глубины морей и океанов (рис. 6.3) На основе круговорота воды работает и биотический круговорот — безостановочный планетарный процесс закономерного циклического, неравномерного во времени и пространстве, перераспределения вещества, энергии и информации, многократно входящих в непрерывно обновляющиеся экологические системы биосферы (Реймерс, Яблоков, 1982).

В пределах отдельных экосистем происходят процессы, усложняющие большой круговорот воды и составляющие его биологическую часть. Перехватывая влагу, растительность способствует испарению в атмосферу части осадков раньше, чем они достигнут поверхности земли. Вода, достигшая почвы, просачивается сквозь нее и либо превращается в одну из форм почвенной влаги, либо присоединяется к поверхностному стоку. Из глубоких слоев почвы влага всасывается корнями растений, часть ее достигает листьев и трапспири- руется в атмосферу.

Суммарная отдача воды из экосистемы в атмосферу называется эвапотранспирацией. Она включает как физически испаряемую воду, так и влагу,транспирируемую растениями. Р. Риклефсом (1979) сделана попытка оценить роль транспирации растений в гидрологическом цикле на основании органической продуктивности растительности суши. Первичная продукция наземных экосистем составляет примерно 1,1*1017 г сухого вещества в год. На каждый грамм продукции транспирируется 500 г воды. Следовательно, наземная растительность транспирирует ежегодно 55 • 1018 г воды, что почти соответствует

Рис. 6.3. Круговорот воды и его главные компоненты в глобальном масштабе (по: Риклсфс, 1979).

Количество воды во всех фондах и перемещающиеся массы воды (цифры в скобках), 1018 г в год

обшей эвапотранспирации с суши. Хотя эти цифры, по-видимому, несколько преувеличивают уровень транспирации, однако они ясно показывают, что в круговороте воды растения играют громадную роль. Риклефсом же сделана попытка оценить процесс перехвата осадков растительностью. В штате Нью-Гемпшир была произведена экспериментальная вырубка деревьев в бассейнах небольших рек. Удаление растительности увеличило сток воды в реки, дренирующие расчищенные участки, более чем на 200%. В нормальных условиях этот излишек в виде водяного пара транспирировался бы непосредственно в атмосферу.

Если количество воды, просочившееся в почву, превышает ее алагоемкость, она достигает уровня грунтовых вод и входит в их состав. Через подземный сток подземная влага связана с гидросферой.

Следовательно, для круговорота воды в пределах экосистем наи - более важны процессы перехвата, эвапотранспирации, инфильтрации и стока.

В отличие от углерода, азота и других элементов, круговорот воды характеризуется тем, что вода не накапливается и не связывается в живых организмах, а проходит через экосистему почти без потерь. На формирование биомассы экосистемы используется лишь около 1% воды, выпадающей с осадками (Шилов, 1997).