Гидрологический круговорот воды.

Гидрологический круговорот охватывает верхнюю часть гидросферы, в процессе участвуют атмосферная влага, вода на поверхности Земли и та часть подземных вод, формирование которых происходит под воздействием гидрографической сети, внутренних водоемов, морей и океанов на уровне шельфа и континентального склона.

Условное начало круговорота - испарение с поверхности океанов, морей, континентов и островов за счет постоянного притока большого количества лучистой энергии. Основное поступление влаги – за счет испарения с поверхности океана с практически неограниченными запасами воды.

Выделяют малый гидрологический круговорот: испарение с океанов и морей и осадки над океаном

и большой гидрологический круговорот, включающий перенос влаги с океана на сушу.

Более 1/3 объема океанической влаги проносится над континентом транзитом и вновь возвращается в океан. Остальная часть образует осадки, которые достигнув земной поверхности, стекают по ней, просачиваются в почву и горные породы, увеличивают объем льда в ледниках. Атмосферные осадки, талые воды, подземные воды, стекающие в реки, образуют общий речной сток, который сбрасывается реками в океан, а также выделяют прямой подземный сток в океан (субмаринные выходы на шельфе и океаническом склоне). Значительная часть ледникового стока Антарктиды и Арктических островов поступает прямо в океан.

Вода, испарившаяся с поверхности континентов, пройдя многократный оборот над сушей, выносится в океан в виде атмосферной влаги. Расчеты и наблюдения показали, что ежегодно с океана на сушу поступает и выпадает в виде атмосферных осадков 66 тыс.км³ воды.

Вынос воды с континентов состоит из следующих элементов:

1. общий речной сток - 42 тыс.км³, в том числе подземный сток в реки - 13 тыс.км³

2. ледниковый сток 3 тыс.км³

3. прямой подземный сток в океаны и моря - 2 тыс.км³

4. атмосферный сток влаги - 19 тыс.км³

Всего: 66 тыс.км³

В пределах большого кругооборота выделяется внутриконтинентальный: влага, испарившаяся с континентов, в значительной мере возвращается на его поверхность в виде осадков континентального происхождения. Такие обороты повторяются много раз – чем больше, тем дальше вглубь континента. Избыток влаги, испарившейся над континентом и не выпавший в виде атмосферных осадков на его территории, образует атмосферный сток влаги в океан.

Вклад испарения с суши в формирование общей суммы атмосферных осадков составляет 10- 30-40% (максимально в Европе, Африке, Америке, минимально- в Австралии). В Азии более 40, т.к. западные ветры наряду с океанической влагой содержат влагу, испарившуюся с поверхности Европейского континента. В засушливых районах при влажности воздуха менее 40% осадки не выпадают, влага выносится за пределы территории.

Испарение протекает интенсивнее в теплых экваториальных районах и уменьшается к полюсам, усиливается на ветру, уменьшается при увеличении солености воды. Большую роль в испарении играет растительность: австралийский эвкалипт при благоприятных условиях ежедневно перекачивает до 1,5ц воды, береза в умеренных широтах ежегодно испаряет 7 тыс.л.воды.

Важным следствием гидрологического круговорота воды является ее возобновляемость. Имея данные об единовременном объеме морских, речных и подземных вод и величинах их ежегодного пополнения, можно рассчитать сроки, необходимые для полного возобновления запасов различных видов воды. Скорости их перемещения и расходования неодинаковы. Сроки их возобновления изменяются в широких пределах. Полная смена влаги в атмосфере составляет 8-10 дней, в руслах рек- в среднем 16 дней, в водохранилищах- до 180 дней, в малых озерах- 1-2 года, в крупных озерах- несколько сотен лет, в ледниках- наибольший срок возобновления около 10 тыс.лет, т.к.при больших запасах влаги ежегодно возобновляются лишь 0,01% всего запаса. Аккумуляция воды в ледниках изымает из активного кругооборота воды около 2/3 всего запаса пресных вод на Земле. В болотах полная смена воды происходит в течение 5 лет, почвенная влага сменяется за 1 год, в Мировом океане полное возобновление за 2500 лет, в подземной гидросфере- за 10 тыс.лет. Возобновляемость запасов подземных вод в верхней части земной коры в среднем около 1,4 тыс.лет, в зоне активного водообмена, тесно связанной с атмосферой и поверхностными водами около сотни лет, десятилетия, годы, а иногда- месяцы. С этой зоной связан основной запас пресных подземных вод.

В ежегодном гидрологическом обороте участвуют 577 тыс.км³, т.е. 0,05% единовременного мирового запаса вод, находящихся в сфере гидрологического круговорота.

Ежегодный объем воды, вовлекаемый в кругооборот, равен годовой величине испарения со всей территории земного шара, которая в среднемноголетнем масштабе уравновешивается количеством выпадающих атмосферных осадков.

 

Мировой водный баланс (М.И.Будыхо, А.А.Соколов)

Поверхность	Площадь, млн.км^2	Осадки, тыс.км^3	Испарение, тыс.км^3	Сток, тыс.км^3
1. Земной шар				-
2. Мировой океан
3. Суша
3а)Область внешнего стока
3б)Область внутреннего стока				-

 

На сушу с океана переносится 66 тыс.км³ , 19 тыс.км³ возвращается с суши в океан в виде атмосферных осадков.

Осадки (66) - испарение (19) = 47 тыс.км³. Т.е. количество осадков над Мировым океаном меньше испарения с его поверхности на 47 тыс.км³ и компенсируется поступлением воды в океан за счет речного, подземного и ледникового стока.

В результате климатического круговорота воды непрерывно восполняются запасы подземных вод. На земной поверхности происходит разделение выпавших атмосферных осадков (Х) на три составные части: одна часть этих осадков (V₁) тут же снова испаряется в атмосферу, вторая часть (V₂) образует поверхностный сток, а третья часть (V₃) проникает через почву в горные породы и образует подземный сток. Следовательно,

Х= V₁ + V₂ + V₃

Соотношение между этими тремя составляющими различно и зависит от конкретных природных условий: характера рельефа, типа горных пород, их пористости и трещиноватости, температуры воздуха, характера растительности и т.д.

Так, Г.В.Богомолов приводит следующие величины инфильтрации атмосферных осадков (в % от количества годовых осадков): лессовидные породы-15-20; глины и суглинки-10-12; песчаные породы-22-28; трещиноватые породы-35-45; закарстованные породы-50-60.

А по наблюдениям С.А.Шварцева инфильтрация во влажных тропических странах в пористых латеритах достигает 65%/

Гидрологический круговорот кроме продуцирования и воспроизводства воды на Земле (особенно пресной) определяет климатообразование, формирование рельефа, почв, перенос растворенного (3,2 млрд.тонн/год по О.А.Алекину) и твердого взвешенного (18,5 млрд.тонн/год по А.П.Лисицину) материала.

Воды криолитозоны

По взаимоотношению подземных вод с ММП, Толстихин предложил выделить: надмерзлотные, мерзлотные, подмерзлотные воды. Позднее к ним были добавлены внутримерзлотные воды и воды таликов (рис.).

Надмерзлотные воды по условиям залегания соответствуют верховодке, т.е. они залегают в толще г.п., ограничены сверху поверхностью Земли, а снизу – верхней границей ММП. Эти воды периодически полностью промерзают, а потом оттаивают (деятельный слой). Это приводит к криогенным явлениям: морозное пучение грунтов, образование бугров пучения, наледей, термокарста. Надмерзлотные воды подразделяются на 3 группы: 1) сезонно-промерзающие, 2) отчасти замерзающие, 3) незамерзающие воды многолетних таликов.

Межмерзлотные воды – подземные воды, залегающие и движущиеся в толще ММП. Межмерзлотные воды связаны с водоносными слоями, зонами трещиноватости и закарстованности, ограниченными и сверху и снизу толщами ММП. Они во всех случаях имеют гидравлическую связь с над- и подмерзлотными водами, образуя с ними единую водоносную систему. Межмерзлотные воды обычно образуют потоки пластовых, трещинных, трещинно-карстовых п/в, естественными границами в разрезе и плане которых являются толщи ММП. Они имеют сравнительно благоприятные условия современного водообмена и представлены обычно пресными и слабоминерализованными водами с t° от долей С° до первых С°. Высокоминерализованные могут быть с -t° (криопэги) – они связаны с зонами разгрузки подмерзлотных рассолов и соленых вод, с пластами засоленных горных пород.

Подмерзлотные воды – подземные воды, залегающие под мерзлой толщей. По условиям залегания являются артезианскими. Отличает их то, что мерзлота затрудняет условия их питания и разгрузки, стабилизирует их режим, и ограничивает площадь их простирания. Могут быть как пресными, так и солеными и рассолами с высокой концентрацией.

Внутримерзлотные воды – ограничены со всех сторон мерзлыми г.п. Это редко встречаемая категория подземных вод, свойственная интенсивно промерзшим г/г структурам. Как правило, эти воды выключены из водообмена, не имеют гидравлической связи с др.типами п/в. Они имеют застойный гидродинамический режим и отличаются переохлаждением (-t°). Внутримерзлые пресные и слабоминерализованные воды с +t° образуют с ММП неустойчивую термодинамическую систему. При протаивании и разрушении мерзлоты они переходят в межмерзлотные воды, при промерзании- переходят в твердое состояние или в переохлажденные высокоминерализованные воды с избыточными «пластовыми» давлениями.

Подмерзлотные и межмерзлотные воды могут находиться в жидком состоянии и при отрицательных температурах. Это криопэги - переохлажденные воды с минерализацией более 30г/л.

Артезианский бассейн (АБ) – г/г структура, которая состоит из фундамента и перекрывающего его водоносного чехла. АБ заполнены водами инфильтрационного, элизионного, седиментационного генезиса. Артезианские бассейны инфильтрационного типа.

Артезианские бассейны элизионного типа.

Билет № 7