Природные системы в гидросфере

Существующие природные системы свободных вод в гидросфере приведены в таблице 2.

Рассмотрим основные особенности природных систем свободных вод в гидросфере.

Вода в атмосфере

В высоких слоях атмосферы нет физико-химических условий, благоприятствующих накоплению воды, поэтому основная масса воды атмосферы (не менее 95%) сосредоточена в нижнем слое до 20 км. Вода в атмосфере находится в газообразном, жидком и твёрдом состоянии. В атмосфере содержится небольшая часть воды гидросферы, но это наиболее подвижная и, следовательно, наиболее активная часть гидросферы, оказывающая воздействие не только на атмосферу, но также на состояние и развитие литосферы и биосферы.

Таблица 2

Природные системы свободных вод в гидросфере

Поверхностные воды

Мировой океан содержит основную массу поверхностных вод гидросферы Земли и занимает площадь 361,1 млн. км². Океанические воды характеризуются солёностью. Солёность — это полная масса всех солей в граммах, содержащихся в 1 кг воды. В.И. Вернадский [1965] пишет, что солёность океанической воды очень часто рассматривают как результат накопления солей, выносимых в океан реками в течение миллиардов лет. Но если сравнить порядок распространённости отдельных химических соединений в океанической и речной воде, легко убедиться, что это два разных типа воды: в океанической воде 88,7% солей — это хлориды и ничтожная часть — карбонаты, в речной воде карбонатов до 80%. Главная масса солей океанической воды создавалась искони и создаётся поныне или из надземных вулканических извержений, сопровождающихся всегда ливнями, или выходами вулканов и фумаролл на морском дне. Речная вода не в состоянии своим излиянием в океаны изменить первоначальное сходство порядкового состава океанической воды и растворимых частей продуктов вулканических процессов. Средняя солёность океанических вод 35‰. Наибольшая солёность наблюдается между 20–25° широты, где наибольшее испарение. Однако самую большую солёность имеют Красное море и Персидский залив (42‰), наиболее низкую солёность (7‰) — Балтийское море (рис.4). Общее количество растворённых в океанических водах химических соединений составляет 48000 трлн.т. Если бы удалось извлечь из океанических вод эти растворённые элементы и распределить их равномерно по поверхности земной коры, то они покрыли бы эту поверхность слоем в 45 м. В водах Мирового океана содержится столько золота (при среднем содержании его 0,00001 г в 1 м³ воды), что если бы его извлекли, то на каждого жителя Земли его пришлось бы более 3 т.

Рис. 4. Солёность вод Мирового океана

Мировой океан определяет лицо биосферы: огромная масса его вод формирует климаты планеты, служит источником большей части атмосферных осадков. Более половины кислорода поступает в атмосферу из океана благодаря обитающим в океане зелёным растениям. Мировой океан, наряду с лесами, — регулятор содержания углекислоты в атмосфере.

Для океанических вод характерна система поверхностных течений, образующихся под воздействием господствующих ветров. Вокруг субтропических антициклонов образуются циркуляционные кольца течений: в северном полушарии по часовой стрелке, в южном — против (из-за воздействия силы Кориолиса). Вокруг субарктических (Исландского и Алеутского) минимумов образуются циркуляционные кольца против часовой стрелки (рис.5).

Рис. 5. Система поверхностных течений Мирового океана (1 — тёплые, 2 — холодные )

К поверхностным водам относятся также ледникии постоянно залегающий снежный покров, занимающие площадь 16227 тыс. км². Из них на долю Антарктиды приходится 13977 тыс. км², Гренландии — 1801 тыс. км², арктических островов — 225 тыс. км² и горных районов — 224 тыс. км².

Современное состояние ледника определяется ходом процесса обмена массой и энергией ледника с окружающей средой — атмосферой, земной корой, а в ряде случаев и океаном. Различают внешний и внутренний массоэнергообмен ледника. Внешний определяется процессами на дневной поверхности ледника: аккумуляцией, таянием и стоком, а также радиационным балансом и обменом тепловой энергией между ледником и прилегающим слоем воздуха. Внутренний массоэнергообмен зависит от процессов, протекающих внутри ледника и на его ложе; источниками тепла здесь служат геотермический поток, энергия движения и преобразования льда, перемещение и замерзание воды в ледниковой толще. Большое значение для массоэнергообмена имеют внутриледниковая и подледниковая абляция (убыль льда при таянии), а также экзарация (ледниковая эрозия), перенос и отложение моренного материала.

Суммарный объём ледниковых покровов в 50–70 раз больше объёма воды, принимающего участие во влагообороте. Это существенный для человека резерв пресной воды. В настоящее время наблюдается сокращение объёма оледенения и площади ледников в связи с увеличением содержания в воздухе углекислого газа, так как благодаря этому усиливается парниковый эффект.

Воды озёр также относятся к поверхностным водам. Озёра занимают площадь 2058,7 тыс. км². Они располагаются в одиночку или группами, насчитывающими от десятка до тысяч озёр. К одиночным озёрам относятся такие крупные, как Байкал, Балхаш, Онежское, Балатон и др. Многочисленные группы образуют озёра в Фенноскандии, Северо-Американские Великие озёра, озёра приальпийских предгорий, Великие Африканские озёра; территории с многочисленными озёрами называются озёрными областями.

К поверхностным водам относят также воды болот, занимающих площадь 2682,6 тыс. км². Болота образуются обычно при равнинном рельефе, чаще на поверхности осадочного чехла плит платформ в условиях замедленного поверхностного стока и избыточно влажного климата. Заболачиванию способствует наличие близкого водоупора в условиях обильного застойного или слабопроточного увлажнения грунта в течение большей части года.

Наиболее обширные площади болот расположены на равнинах в тундре и тайге северного полушария в районах с многолетней мерзлотой, служащей водоупором. Таковы болота Западно-Сибирской низменности и Лаврентийской равнины. Имеются болота также на востоке Индо-Гангской низменности и в Южной Америке — в Амазонии и в депрессии Пантанал.

Воды в руслах рек. Реки представляют собой естественные водные потоки, текущие в выработанных ими руслах, как правило, постоянные (лишь иногда в засушливых зонах на отдельных участках временно пересыхающие), питающиеся за счёт стока с их водосбора. В питании рек принимают участие дожди, снега, ледники и подземные воды. Главная характеристика рек — величина их стока (расход, годовой объём), которая при одной площади водосбора может быть очень различной, в зависимости от источников питания и их сочетания, которые в разных регионах связаны с географической широтой, рельефом, климатическими особенностями. Реки, в отличие от других малых составляющих гидросферы, — это быстрые транспортёры воды. Вода в них возобновляется намного быстрее, чем в любой другой составляющей гидросферы. Поэтому, имея сравнительно небольшой мгновенный запас воды в своих руслах, реки в течение года доставляют к устьям массу воды в 30–40 раз бóльшую.

Реки разнообразны по своим размерам, глубинам и скоростям течения. Такой гигант, как Амазонка, имеет длину, почти равную радиусу Земли, а количество воды, проносимое за секунду через поперечное сечение в устье, составляет почти 200 тыс. м³. Площадь бассейна Амазонки лишь немного меньше площади такого материка, как Австралия. Одной из самых необычных рек можно назвать безымянную реку на юго-востоке Северной Америки, она вытекает из озера Окичоби и через 160 км впадает в Мексиканский залив. Ширина её местами достигает 80 км, а средняя глубина составляет всего 15 см, течение в реке почти не ощущается, так как падение от истока до устья реки равно всего 4,5 м.

Подземные воды

К подземным водам относятся воды, находящиеся в горных породах верхней части литосферы в жидком, твёрдом и парообразном состоянии. Природные системы подземных вод связаны с процессами вертикального перемещения вод в толще грунтов: это гравитационные воды, для которых характерно просачивание по трещинам под действием силы тяжести сверху вниз, и капиллярные воды, которые поднимаются по капиллярам в грунтах снизу вверх.

Природные комплексы подземных вод распространены на территории 134800 тыс. км². Есть страны, где потребность в воде полностью (Саудовская Аравия) или частично (Тунис, Дания, Бельгия) обеспечивается за счёт подземных вод. Очень велика роль подземных вод в водообеспечении жителей пустынь и районов развития многолетней мерзлоты. В ряде стран ближнего зарубежья значительная часть используемых водных ресурсов покрывается за счёт подземных вод: в Азербайджане 60%, в Узбекистане — 50%, Туркмении и Армении — 40%.

Из различных систем подземных вод рассмотрим две — почвенную влагу и подземные льды — как имеющие наибольшее значение в формировании природных ландшафтов.

Почвенная влага как природная система занимают площадь в 82000 тыс. км². Водный режим почвы в основном определяется атмосферными осадками — годовым количеством осадков, распределением осадков в течение года, их формой (например, при ливневых дождях вода не успевает проникнуть в почву, стекает в виде поверхностного стока) и испаряемостью. Получаемая почвой влага расходуется на почвенный сток, испарение, отсасывание корнями растений и др.

Подземные льды являются аналогами подземных вод в зоне многолетнемёрзлых пород. Они занимают площадь около 21000 тыс. км², располагаясь преимущественно в субарктическом и арктическом поясах, и только в Восточной Сибири проникают далеко на юг в умеренные широты.