КАТЕГОРИИ: Архитектура-(3434)Астрономия-(809)Биология-(7483)Биотехнологии-(1457)Военное дело-(14632)Высокие технологии-(1363)География-(913)Геология-(1438)Государство-(451)Демография-(1065)Дом-(47672)Журналистика и СМИ-(912)Изобретательство-(14524)Иностранные языки-(4268)Информатика-(17799)Искусство-(1338)История-(13644)Компьютеры-(11121)Косметика-(55)Кулинария-(373)Культура-(8427)Лингвистика-(374)Литература-(1642)Маркетинг-(23702)Математика-(16968)Машиностроение-(1700)Медицина-(12668)Менеджмент-(24684)Механика-(15423)Науковедение-(506)Образование-(11852)Охрана труда-(3308)Педагогика-(5571)Полиграфия-(1312)Политика-(7869)Право-(5454)Приборостроение-(1369)Программирование-(2801)Производство-(97182)Промышленность-(8706)Психология-(18388)Религия-(3217)Связь-(10668)Сельское хозяйство-(299)Социология-(6455)Спорт-(42831)Строительство-(4793)Торговля-(5050)Транспорт-(2929)Туризм-(1568)Физика-(3942)Философия-(17015)Финансы-(26596)Химия-(22929)Экология-(12095)Экономика-(9961)Электроника-(8441)Электротехника-(4623)Энергетика-(12629)Юриспруденция-(1492)Ядерная техника-(1748) |
Круговорот воды
Вода содержится в атмосфере, гидросфере, литосфере в твердом (лед), жидком и парообразном (пар) состояниях. В жидкой фазе различа- ют атмосферную (наземную, или поверхностную) и подземную воду. Во- да является универсальным растворителем и имеет наибольшие величины поверхностного натяжения, диэлектрической постоянной, теплоты паро- образования и теплоты плавления. Нагретая у экватора вода морскими течениями переносит тепло в по- лярные области и регулирует таким образом температуру по всей планете. Солнце за 1 мин испаряет с поверхности океанов около 1 млрд т во- ды. Каждую минуту пар, вбирая колоссальное количество энергии Солн- ца, отдает ее атмосфере Земли. За счет этой энергии дуют ветры, проис- ходят бури и штормы. Жизнь гидросферы во многом зависит от круговорота воды в приро- де, который можно представить следующей зависимостью: О = С + V ис + V ин, где О − атмосферные осадки; С − сток; Vис − испарение; Vин − инфильт- рация. Атмосферные осадки разделяются на два типа: 1) осадки, выпадающие на поверхность из облаков в виде дождя, ту- мана, снега, града, крупы; 2) осадки, образующиеся непосредственно на поверхности горных пород вследствие понижения температуры воздуха до точки росы: роса, иней, изморозь, гололед. Их общее количество ежегодно составляет 580 тыс. км3. Систематические наблюдения за атмосферными осадками очень важ- ны для сельского хозяйства. С помощью приборов они проводятся с сере- дины ХIX в. В результате были установлены определенные закономерно- сти, в частности чередование водообильных лет (дожди, наводнения) с маловодными (засухи). Для определения атмосферных осадков приме-
няется специальный прибор – дождемер. Количество осадков измеряется толщиной слоя воды (в мм) в год и изменяется в широких пределах. Мак- симум осадков приурочен к экваториальной зоне и достигает 4 000 мм в год. Некоторые районы Индии получают 12 000–14 000 мм в год. Ми- нимальное количество осадков, в среднем до 100 мм в год, характерно для пустынь Африки, Аравии и Австралии. Некоторые районы Чили получа- ют только 1–17 мм. Неравномерно распределяются осадки и в течение го- да. Так, в г. Черапунджи (Индия, штат Мегхалая) в июне 1958 г. за один день выпало рекордное количество осадков – около 2 100 мм. Вместе с тем в декабре и январе их совсем здесь не было. Величина осадков сильно меняется и на территории России: на Чер- номорском побережье Кавказа выпадает 120–3 000 мм, в Москве 500–600 мм. В нечерноземной зоне России годовое количество осадков в среднем равно 400–600 мм, причем на питание подземных вод идет от 110 мм (верховья Волги и Западной Двины) до 20 мм (бассейн р. Нары, юго- восток Рязанской области). На европейской части России выпадает 480– 500 мм осадков в год. Из них стекает 170–180 мм, остальная часть идет на испарение и снова включается во влагооборот или остается в почве. Под- считано, что влагооборот на юге России осуществляется 4 раза в год, а в целом на всей территории европейской части России – 2,5 раза в год. Сток – это количество воды, стекающей по дневной поверхности в открытые водоемы и водотоки. Он составляет всего 6% общего количест- ва выпадающих атмосферных осадков. Сток зависит от рельефа местно- сти, состава горных пород и климатических условий. О величине стока Q судят по расходу воды в заранее выбранных сечениях реки. Он определя- ется по формуле
Q = FV,
где F – площадь водного сечения реки, м3/с; V – скорость течения реки, м/с. Если бы процесс стока воды с континентов прекратился, то за один
год их поверхность покрылась бы слоем воды 28 см. Различают сток поверхностный и подземный. Сток является одним из важнейших элементов круговорота воды в природе. Некоторые факторы речного стока: влияние озер и болот, леса, агротехнических и водных ме- лиораций на режим стока – тесно связаны с подземными водами. Суммарный сток рек бывшего СССР определялся цифрами 4 714– 4 750 км3/год, причем на долю подземного стока приходилось около 880 км3/год. Сток Дона составляет 30 км3/год, Кубани – 10…12 км3/год. Очень интересны данные о стоке Волги. За период с 1890 по 1969 гг. при среднем стоке в устье 243 км3/год он снизился на 45 км3/год, а с 1977 г. стал возрастать. Уровень Каспийского моря в последние годы стал подниматься: по сравнению с 1977 г. море «накопило» около 450 км3 воды. Очевидно, это связано с наблюдаемым в последние годы увеличе- нием осадков. Во время паводков увеличивается питание подземных вод за счет рек. Обычно чем больше выпадает атмосферных осадков, тем меньше ис- парение и больше сток. В ряде засушливых районов на юге России, в Средней Азии осадков выпадает так мало, что реки летом не имеют сто- ка и пересыхают. В связи с большим объемом орошения поверхностный сток во многих районах бывшего СССР уменьшился. Многолетний сред- ний речной сток в замкнутых речных бассейнах является функцией мно- голетних величин осадков и испарения. Принято выделять средний (ус- редненный), годовой, сезонный, максимальный и минимальный стоки. Поверхностное питание основных рек СССР составляло 65–80%, в том числе снеговое 50–60%, дождевое 15–20%, а питание подземными водами также снегового и дождевого происхождения – 20 … 25%. В дальнейшем эти данные были существенно уточнены (табл. 6). В гидрологии подземные воды, участвующие в подземном стоке, разделяют на воды верхних зон интенсивного водообмена, связанные с дневной поверхностью (почвенные воды), и воды первого водоносного горизонта. Эти воды объединяют в верхний почвенно-грунтовый сток. Воды зоны интенсивного водообмена, т. е. грунтовые воды, связан- ные с дневной поверхностью на ограниченнных площадях, но полностью дренируемые вместе с частью напорных вод гидрографической сетью, со- ставляют глубокий грунтовый и подземный стоки. Они имеют наиболее
важное значение с точки зрения оценки постоянных запасов подземных вод для водоснабжения. Материалы, полученные стоковыми станциями бывшего СССР, при- ведены в табл. 2. Этот подземный сток в России весьма существен, в лес- ной зоне он составляет 45–60% от общего стока. Испарение – это переход вещества из жидкого или твердого со- стояния в парообразное. Испарение – это количество воды, фактически испаряющееся в единицу времени с поверхности Земли. В год с по- верхности океана в тропиках испаряется слой воды толщиной в 1,5 м, а в полярных странах – 0,5 м. Со всей поверхности нашей планеты еже- годно испаряется в атмосферу 511 тыс. км3 воды, 74% ее возвращается обратно в виде осадков. Часто величину испарения определяют приближенно как разность между количеством осадков Qос и величиной стока С. Всего в атмосфере содержится 13 тыс. км3 воды, что в 11 раз больше, чем в реках. И этот объем полностью обновляется каждые 9 суток, т. е. примерно 40 раз в год. Следует различать испарение и испаряемость. Под испаряемостью понимается способность водной поверхности испарять то или иное количе- ство воды за единицу времени. Это максимально возможное испарение с водной поверхности при существующих метеорологических условиях. Обе эти величины – испарение и испаряемость – подвержены суточ- ным и годовым колебаниям: днем и летом они больше, чем ночью и зи- мой. Испарение следует учитывать при решении вопросов оросительных и осушительных мелиораций. В тундре испарение составляет 70–120 мм, а испаряемость – 200 … 300 мм, в степи соответственно 240–550 и 600– 1 100 мм, в пустыне – 50 … 100 и 1 500–2 000 мм. Годовое испарение и испаряемость в засушливых районах больше количества годовых осадков. Испарение влаги растениями называется транспирацией. При обра- зовании 1 г растительной ткани испаряется 300–400 г воды. За вегетатив- ный период травы и культурные растения испаряют с 1 га 229–254 мм, пшеница – 200 … 300 мм, хвойные деревья – 102 … 154 мм, подсолнеч-
ник – менее 0,1 мм. Инфильтрация представляет собой просачивание атмосферной и по- верхностной воды под действием силы тяжести по порам и пустотам пород в грунт до уровня грунтовых вод (УГВ). Только часть атмосферных осадков достигает УГВ и идет на питание подземных вод. Так, в засушливом Север- ном Кавказе на глубину 0,7 м проникает 299,7 мм атмосферных осадков, а на 1,7 м – только 62,3 мм; в зоне избыточного увлажнения Белоруссии на глубину 1 м проникает 593,7 мм, а на 2 м – 403,3 мм. Большое влияние на инфильтрацию оказывает состав почв и подпочв (например, лесные поч- вы хорошо впитывают воду). Наиболее интенсивно этот процесс происходит в песчаных грунтах. Так, в Нидерландах инфильтрация воды в дюны достигает 708 мм/год (до 83% от атмосферных осадков). В магматических и метаморфических породах этот процесс резко снижается: инфильтрация в эффузивных по- родах Южной Африки составляет всего 25 мм/год. Для определения водного баланса существуют специальные форму- лы, предложенные разными исследователями. По М. А. Великанову, уравнение общего водного баланса имеет вид, где левая часть обозначает приход вод, а правая – расход: N + K1 + Σy1 + Q1 = V + Σy2 + Q2 + (m – n), где N – годовое количество осадков; K1 – конденсация; Σy1 – приток поверхностный и подземный; V – испарение; Σy2 – отток поверхностный и подземный; m – приход (накопление) влаги; n – расход запасов влаги. Слагаемые водного баланса выражаются обычно в мм в год или в м3 на 1 га. Вполне очевидно, что для подсчета баланса подземных вод какого- либо участка необходимы длительные стационарные наблюдения за его параметрами, т. е. атмосферными осадками, испарением, конденсацией, подземным стоком и особенно инфильтрацией. Рассмотренные процессы образуют неразрывную цепочку кругово- рота воды в природе – непрерывное замкнутое движение воды, обуслов- ленное солнечной энергией и действием силы тяжести. Некоторые ученые считают, что вода в породах и минералах нахо- дится в земной коре до глубины 4–5 км. На глубине около 5 км вода нахо- дится в сверхкритическом состоянии, при котором резко возрастает рас- творимость пород и их проницаемость. При этом движение растворов на глубинах, превышающих 1 км, преобладает в направлении снизу вверх, и лишь в верхней километровой зоне движение вод может быть направле- но как снизу вверх, так и сверху вниз. Так как вода содержится и в атмосфере, и в гидросфере, и в литосфе- ре, и в биосфере в жидком, твердом и парообразном виде и является уни- версальным растворителем, скорость передвижения воды из одной фазы в другую, из одной сферы в другую зависит от многих причин. Причинами непрерывного круговорота воды являются как энергия Солнца, так и энергия, сосредоточенная внутри Земли. В соответствии с причинами и скоростями движения воды в природе выделяют ряд круго- воротов второго порядка. Так, В. И. Вернадский выделял три круговорота: 1) большой гидро- логический круговорот; 2) водообмен между подземными водами верхних горизонтов и подземными водяными парами; 3) полузамкнутый водооб- мен при геологических процессах – переход донных вод морей в подзем- ные пластовые воды и медленное их вытеснение и замещение водами ат- мосферного происхождения. Некоторые ученые выделяют также климатический, геологический, метаморфический, гидрогеологический круговороты. 1. В климатическом (гидрологическом) круговороте участвуют воды атмосферы, гидросферы, биосферы и частично литосферы. Он обусловлен солнечной энергией и заключается в движении воды в результате процессов испарения, конденсации, выпадения атмосферных осадков, биологических процессов, поверхностного и частично подземного стоков. В этом кругово- роте можно выделить большой, малый и внутренний круговороты. При большом круговороте испаряющаяся с поверхностей океанов и морей вода переносится воздушными массами на континенты. Здесь она в виде атмосферных осадков, а затем в виде поверхностного и частично подземных стоков снова поступает в моря и океаны. При малом круговороте испарившаяся с поверхности морей и океанов вода выпадает в виде атмосферных осадков снова на поверхность морей и океанов. При внутреннем круговороте вода, поступающая в виде пара в атмо- сферу при испарении и транспирации на суше, выпадает в виде атмо- сферных осадков вновь на поверхность суши. (Транспирация – испарение воды растением, где основной орган – лист, а ток воды с минералами движется от корней к листьям. За вегетационный период пшеница испа- ряет0 с 1 га 2 млн кг воды, капуста – 8 млн кг воды.) Климатический круговорот без учета приноса из космоса и расхода в космос может быть представлен в виде равенства Zм + Zс = Xм + Xс. Количество воды, испарившееся с поверхностей морей и океанов (Zм), а также суши (Zс), равно количеству атмосферных осадков, выпав- ших на поверхность морей, океанов (Xм) и суши (Xс). Полный климатический круговорот в атмосфере (12,3 тыс. км3) про- исходит в среднем за 9–10 суток. В годовом круговороте участвует около 519 тыс. км3 воды, или около 0,03–0,04% от общих запасов. На основной площади суши (117 млн км2) имеет место сток в моря и океаны. Лишь 33 млн км2 представляют бессточные области, где в основном вода рас- ходуется на испарение. С климатическим круговоротом связано формиро- вание горизонтов подземных вод. 2. Геологический круговорот имеет большую длительность. Начина- ется он с процесса осадкообразования во внутриконтинентальных морях, озерах, лагунах. Образующиеся на их дне осадки обладают большой по- ристостью. Поры насыщены водой этого водоема. В дальнейшем при поднятии участка на месте водоема образуется суша, но вместе с осадка- ми остаются и воды бассейнов (седиментационные воды). 3. Метаморфогенный круговорот связан с гидратацией и дегидрата- цией минералов в земной коре при магматических, метаморфических и других геологических процессах. 4. Гидрологический круговорот соответствует второму круговороту, по В. И. Вернадскому, и заключается в водообмене между различными по происхождению подземными водами и подземными водяными парами [11]. Сюда же относится, в частности, водообмен между водоносными го- ризонтами при гидравлической связи.
Дата добавления: 2014-01-07; Просмотров: 676; Нарушение авторских прав?; Мы поможем в написании вашей работы! Нам важно ваше мнение! Был ли полезен опубликованный материал? Да | Нет |