Круговорот воды в природе и водные ресурсы земли

Важнейшей особенностью природных условий Земли является круговорот воды. Он осуществляет в глобальном, региональном и местном масштабе обмен веществом и энергией, служит основой единства природы, обеспечивает возобновление части природных ресурсов и играет решающую экологическую роль. Движение воды на планете сопровождается переносом растворенных и взвешенных веществ, теплоты, кинетической энергии. Вода — причина процессов выветривания, основа денудационных и эрозионно-аккумулятивных процессов. Вполне справедливыми, поэтому выглядят слова, приписываемые Леонардо да Винчи: «Вода — это движущая сила природы».

ВОДА НА ЗЕМНОМ ШАРЕ

Распределение суши и воды на земном шаре. Площадь поверхности Земли 510 млн км². Из этой площади водами Мирового океана покрыто 361 млн км² (71%), а площадь суши составляет 149 млн км². В Северном полушарии соотношение воды и суши 61:39, в Южном – 81:19. Таким образом, более ²/з поверхности нашей планеты покрыто водной оболочкой, состоящей из океанов и морей; причем особенно существенно вода преобладает над сушей в Южном полушарии.

Общая площадь водных объектов на поверхности суши (ледников, озер, водохранилищ, рек, болот) составляет 21,5 млн км², или 14,4% площади суши (табл. 3.1). Если не учитывать ледники, то наостальные водные объекты суши останется всего 5,2 млн км² (3,5% площади суши).

Таким образом, общая площадь водных объектов на поверхности Земли составляет: 361 млн км² (океаны и моря)+ 21,5 млн км² (водные объекты суши, включая ледники) = 382,5 млн км², т.е. 75% поверхности планеты.

Количество воды на земном шаре. Общий объем воды в водных объектах на земном шаре около 1390 млн км³, при этом на долю Мирового океана приходится 96,4% (см. табл. 3.1). Из водных объектов суши наибольшее количество воды содержат ледники — 25,8 млн км³ (1,86% всех вод на Земле). Из этого количества воды на долю ледников Антарктиды, Гренландии и островов Арктики приходится соответственно 89,8; 9,7 и 0,3%. На горные ледники остается всего 0,2%.

Большие сложности представляет оценка содержания воды в земной коре (литосфере). Часть подземных вод, представленная капил­лярными и гравитационными водами, находящаяся на глубинах с абсолютными отметками под поверхностью суши до минус 2000 м и участвующая в круговороте воды в природе, должна быть отнесена к гидросфере. Она оценивается гидрологами в 23,4 млн км³, или 1,68% общего объема вод на Земле (см. табл. 3.1) Некоторые исследователи приводят несколько большие величины: М.И. Львович — 60 млн км³, А.Ф. Макаренко — 86,4 млн км³. К водам, находящимся в литосфере, относят также подземные льды зоны много летней («вечной») мерзлоты объемом 300 тыс. км³ (0,022% объема всех вод) (см. табл. 3.1).

Некоторый объем воды находится в живых организмах биосферы (растениях и животных). Считают, что масса живого вещества Земле 1,4 ´ 10¹² т. Если принять, что содержание воды в живых организмах в среднем 80%, то получим массу воды в организмах, равную 1,12 ´ 10¹² т, что и дает объем «биологической воды» немногим более 1 тыс. км³.

В атмосфере в среднем постоянно присутствует около 13 тыс. км³ и в виде водяного пара, капель воды, кристалликов льда. При этом 90% воды находится в самом нижнем слое атмосферы — на высотах 0—5 км. Объем атмосферной влаги мог бы дать слой воды поверхности Земли, равный всего 25 мм.

Таблица 3.1. . Запасы воды на земном шаре
Виды природных вод	Площадь	Объем, тыс. км3	Доля в мировых запасах, %	Средний период условного возобновле- ния запасов воды
от общих запасов воды	от запасов пресных вод
млн км2	% площади суши
Вода на поверхности литосферы
Мировой океан		–	1 338 000	96,4	–	2650 лет
Ледники и постоянный снежный покров	16,25	10,9	25 780	1,86	70,2	9700 лет
Озера	2,1	1,4		0,013	–	17 лет
в том числе пресные	1,2	0,8		0,007	0,25	–
Водохранилища	0,4	0,3		0,0004	0,016	52 дня
Вода в реках	—	—		0,0002	0,005	19 дней
Вода в болотах	2,7	1,8		0,0008	0,03	5 лет
Вода в верхней части литосферы
Подземные воды в том числе пресные Подземные льды зоны многолетне-мерзлых пород	—   —   2,1	—   —	23 400   10 530	1,68   0,76   0,022	–   28,7   0,82	1400 лет   –   10 000 лет
Вода в атмосфере и в организмах
Вода в атмосфере Вода в организмах	—   —	—   —		0,001   0,0001	0,04   0,003	8 дней   Несколько часов
Общие запасы воды
Общие запасы воды в том числе пресной	—   —	—   —	1 388 000   36 730	2,65	—	—   —

Примечание. По данным монографии «Мировой водный баланс и водные ресурсы Земли» (1974) с некоторыми округлениями и уточнениями, в частности, по Атласу снежно-ледовых ресурсов мира (1997). О периоде условного возобновления запасов воды см. разд. 3.4.

Важное значение имеет оценка количества на Земле пресной воды — наиболее ценных для человека природных ресурсов. Всего на планете 36,7 млн км³ пресных вод (2,65% общего объема вод) (см. табл. 3.1). Главные аккумуляторы пресной воды — ледники, подземные воды, подземные льды в зоне многолетней мерзлоты, пресные озера. Из общего количества пресных вод на Земле на твердую фазу (лед) приходится 71%, на жидкую фазу — 29%.

Изменение количества воды на земном шаре. За большую часть Земли, по мнению геологов, в результате дегазации мантии выделялось в среднем не более 0,5—1 км³ воды в год. Полагают, что и в настоящее время из недр Земли поступает приблизительно столько же воды.

Сметеоритами и космической пылью на Землю ежегодно попадает в виде льда около 0,5 км³ воды, т.е. величина в сравнении с полным объемом вод на планете ничтожная. Приблизительно столько же воды рассеивается с Земли в космическое пространство.

Объемы потерь и дополнительного поступления воды, о которых только что шла речь, весьма невелики, и поэтому можно считать, что в течение достаточно длительного с геологической точки зрения периода времени (миллионы лет) количество воды на земном шаре оставалось приблизительно неизменным.

Очевидно, однако, что с течением времени происходит периодическое перераспределение воды в самой гидросфере, причем главными элементами такой изменчивой системы оказываются и океан и ледники. В межледниковые периоды ледники тают и увеличивают объем воды в Мировом океане, в ледниковые периоды происходит обратный процесс — влага в виде льда аккумулируется в ледниках, уменьшая объем Мирового океана. Ряд исследователей полагают, что в ледниковые эпохи уровень Мирового может понизиться на 110—120 м ниже современного, а в межледнековье — подняться на 10—15 м выше современного. Если бы растаяли все покровные ледники Земли, то уровень Мирового океана, по оценке В.М. Котлякова, поднялся бы по сравнению с современным на 64 м. Это привело бы к затоплению огромных прибрежных территорий площадью около 12 млн км² (8% поверхности суши).

За последние 18 тыс. лет уровень Мирового океана повысился не менее чем на 100 м, что соответствует приращению объема вол в Мировом океане на огромную величину — 37,5 млн км³, или 2,8%. В последние 5—6 тыс. лет уровень Мирового океана в целом стабилизировался при небольшой тенденции к повышению. Стабилизировался в целом и объем воды в водных объектах суши. Однако более детальные исследования свидетельствуют о том, что небольшое перераспределение воды между водными объектами разных типов все же происходит.

По данным Р.К. Клиге (1985), за 82 года (1894-1975) произошло некоторое перераспределение воды между сушей и Мировым океаном (табл. 3.2): объем воды в водоемах суши (в основном за счет ледников и подземных вод) уменьшился на 25,91 тыс. км³, а Мирового океана, наоборот, увеличился на эту же величину. Это должно было сопровождаться повышением уровня Мирового океана с интенсивностью около 0,91 мм/год.

Таблица 3.2. Изменение запасов воды в различных частях гидросферы за 1894-1975 гг.

(по Р.К. Клиге, 1985)

Часть гидросферы	Изменение запасов воды
за весь период, тыс. км3	км3 в год
Озера Подземные воды Горные ледники Ледники на Арктических островах Ледники Гренландии Ледники Антарктиды Водохранилища Суша в целом Мировой океан	-2.71 -8,86 -1,89 -0,492 -3,03 -11,48 +2,54 -25,91 +25,91	-33 -108 -23 -6 -37 -140 +31 -316 +316

Более новые данные (Р.К. Клиге, 2000) указывают на то, что объем вод в Мировом океане в настоящее время увеличивается на 610 км³ в год, что должно давать прирост его уровня с интенсивностью 1,7 мм/год. Ускорение повышения уровня Мирового океана подтверждается данными наблюдений (см. разд. 3.2).