Круговорот воды в природе
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). Вследствие шарообразной формы Земли и ее вращения вокруг оси вся поверхность Земли, естественно, не может быть одновременно перпендикулярна солнечным лучам. Поэтому в среднем на 1 см2 поверхности Земли приходится лишь одна четвертая часть солнечной постоянной, т. е. 0,5 кал/мин. Поверхность Земли поглощает солнечное излучение и нагревается лучами Солнца. 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, вечнодействующий 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 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. км8 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 ООО 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 влагооборота 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.