Современная экологическая обстановка в отдельных странах и регионах оставляет желать лучшего. Миссия нашего сайте — обеспечить русскоязычных жителей планеты Земля актуальной информацией о защите окружающей среды, экологической безопасности и экологии в целом.

Полезные ресурсы и публикации:
- Обратитесь yarterem.ru в фирму "Терем", чтобы построить деревянные дома под ключ. Недорого!
-

А.Е. Аствацатуров
Инженерная экология

Учеб. пособие. – Ростов н/Д: Издательский центр ДГТУ. 2006

Предыдущая

Глава 5. Гидросфера и загрязнение природных вод

5.1. Водные ресурсы Земли

Гидросфера (от греч. hydro – вода + sphaira – шар) – водная оболочка Земли, объединяющая все свободные воды, способные передвигаться под влиянием солнечной энергии и гравитационных сил, а также переходить из одного состояния в другое. Круговорот воды гидросферы образует взаимосвязанную, замкнутую систему океан – атмосфера – суша.

Мировой водный баланс и водные ресурсы Земли включают в себя массивы жидкой (солевой и пресной), твердой (пресной) и газообразной (пресной) воды. По приблизительным подсчетам объем Мирового океана равен 1338 млн. км3, т.е. в Мировом океане сосредоточено около 97% массы воды на Земле*. Остальные 3% приходятся на ледники, подземные воды, воды рек, озер и испарения в атмосферу. Из этого количества воды наибольшие запасы аккумулированы в ледниковых массивах Антарктики и Арктики, объем ледников с учетом снежного покрова планеты равен 24,06 млн. км3. Это огромные запасы пресной воды, которые в настоящее время используются крайне мало. Запасы подземных вод составляют примерно 23,4 млн. км3 (из них 10,5млн. км3 – пресные воды), которые также практически мало используются из-за трудностей, связанных с добыванием этих вод. На долю озер приходится 176,4 тыс. км3 (в том числе около 55% воды в проточных озерах, а 45% – в бессточных озерах с разным содержанием солей). В атмосфере в виде пара содержится 12,9 тыс. км3 воды. Общий объем пресной воды на планете равен 35,029 млн. км3 (табл.5.1).

Для того чтобы получить общую картину масштабов гидросферы, отметим, что площадь поверхности нашей планеты, покрытая только океанами и морями, составляет 361,2 млн. км2. На долю ледников приходится 16,3 млн. км2 (11% суши), озер и рек – 2,3 млн. км2 (1,7% суши), а болот и других мелких бессточных водоемов – 3 млн. км2 (табл.5.2).

Таблица 5.1

Запасы воды на Земле

Составляющие

гидросферы

Объем, тыс. км3

Доля мировых запасов, %

от общих запасов воды

от запасов пресной воды

Мировой океан

1338000,0

96,5

-

Подземные воды

23400,0

1,70

-

Пресные воды

10530,0

0,76

30,1

Ледники и снежный покров

24064,1

1,74

68,7

Подземные льды

300,0

0,022

0,86

Воды озер:

176,4

0,013

-

пресные

91,0

0,0007

0,26

соленые

85,4

0,0006

-

Воды болот

11,47

0,0008

0,03

Воды в руслах рек

2,12

0,0002

0,006

Биологическая вода

1,12

0,0001

0,003

Воды атмосферы

12,90

0,001

0,04

Общие запасы воды

1385984,61

100,0

-

Таблица 5.2

Площадь гидросферы и ее составляющих на поверхности Земли, млн. км2 (по К. С. Лосеву)

Мировой океан

Мировой океан, оледенение

Мировой океан, озера и реки

Мировой океан, оледенение, озера и реки, болота

Мировой океан, оледенение, озера и реки, болота, снежный покров

361,2

377,5

379,8

382,8

443

Таким образом, при общей поверхности планеты в 510 млн. км2 площадь, занимаемая гидросферой, составляет более 380 млн. км2 – более 75% поверхности (см.табл.5.2). Всего площадь гидросферы (без снежного покрова) около 383 млн. км2. Причем большая часть Мирового океана находится в южном полушарии, где он занимает 81% площади, в северном полушарии на его долю приходится 61% поверхности.

Вода Мирового океана, как уже отмечалось, представляет собой сложный раствор солей (в среднем 35 г солей на 1 кг воды). Эти соли вместе с другими веществами находятся в воде в виде ионов. Основную массу химических элементов, растворенных в воде морей и океанов, составляют 9 главных ионов. Академик В.И.Вернадский, исходя из предположения о том, что соотношение главных ионов морской воды существует в течение огромного периода времени, близкого к миллиарду лет, предлагал принять это соотношение за константу. В табл.5.3 приводятся главные ионы воды.

Соленость воды меняется в зависимости от глубины и по акватории, например, в Северном Ледовитом океане, она составляет 31%, в Красном море - 42%.

Таблица 5.3

Главные ионы морской воды

Ион

Концентрация, мг/кг

Процент от общей массы

Cl -

18980

55,4

Na+

10560

30,61

SO42-

2650

7,68

Mg2+

1270

3,69

Ca2+

400

1,16

K+

380

1,10

HCO3-,CO32-

140

0,41

B2-

65

0,19

H3BO3-

5

0,07

Сумма

34450

99,95

Огромна роль Мирового океана в регулировании содержания углекислого газа в атмосферном воздухе. По данным МГГ* (1957-1958), концентрация СО2 в отдельных регионах была неравномерна, ее колебания достигали 6×10-6 (шесть частей на миллион), при этом ежегодное увеличение концентрации углекислого газа в воздухе оценивалось в начале 60-х гг. в 0,72×10-6 – это около половины поступления СО2 в атмосферу в результате сгорания ископаемого топлива.

Вторая половина поглощается растительными организмами путем фотосинтеза. Такое поглощение в объеме более 5/6 происходит на поверхности Мирового океана и менее 1/6 - на суше. Проникая (диффундируя) в морскую воду, углекислый газ усваивается микроскопическими водорослями, развивающимися в верхних слоях океана.

Основную массу гидросферы образует Мировой океан. Большая часть акватории Мирового океана – 52,6% – относится к глубинам от 4000 до 6000 м, 38,7% – занимают акватории с глубиной от 200 до 4000 м, и 7,5% – площадь мелководных участков до 200 м (средняя глубина океана – 3800 м, наибольшая – 11022 м).

Поскольку вода – самый мощный поглотитель тепловой энергии Солнца, то, естественно, масштабы, приведенные выше, обусловливают главную роль Мирового океана в регулировании климата на планете. Мировой океан отражает от своей поверхности около 8% солнечной радиации. Благодаря высокой удельной теплоемкости воды на континентах не происходит резкого перепада температур. Гигантский терморегулятор – океан – не позволяет перегреваться континентам летом и переохлаждаться зимой.

Воды океана нагреваются в основном в экваториальном поясе (около полосы от 150ю.ш. до 300с.ш.). В переносе тепла от экватора к полюсам важную роль играют океанические течения, содержащие громадное количество теплоты. Средняя скорость поверхностных течений составляет около 0,1-0,2 м/с, а на отдельных участках доходит до 3 м/с (Гольфстрим).

Средняя температура всей толщи Мирового океана равна 5,70С без учета Арктического бассейна. Это на 22,70С выше средней по массе температуры атмосферы.

По океанам средняя температура толщи вод составляет: в Индийском – 6,70С, в Атлантическом – 5,60С, в Тихом – 4,70С.* Самая теплая поверхность воды отмечена в Тихом океане (19,40С), а самая холодная – под слоем льда Северного Ледовитого океана (0,750С).

Температурные контрасты, вызываемые циркуляцией атмосферы, контрасты солености и неравномерного нагрева поверхности воды, гравитационные силы и их "перепады" от притяжения Луны и Солнца и другие факторы вызывают огромное множество перемещений водных масс Мирового океана.

Проблема объяснения современной циркуляции вод Мирового океана в настоящее время не может считаться решенной даже на уровне весьма качественных гипотез. Это было отмечено на первом съезде советских океанологов в 1977 г. Подземные воды образуют гидросистемы в виде пластов, содержащих поры, трещины и другие пустоты, заполняемые водой. Эти пласты располагаются между водоупорными слоями. По вертикальному разрезу земной коры различают три основные зоны, отличающиеся между собой периодами обмена с поверхностными водами, составляющими гидросферы. Зона интенсивного обмена, расположенная до глубины 0,5 км, с периодом полного обмена с поверхностными водами в пределах 1-100 лет. Зона затрудненного водообмена – на глубине 1,5-2 км – с периодом обмена в десятки и сотни тысяч лет. Зона пассивного обмена на глубине более 2 км, с периодом полного возобновления в миллионы лет. Минерализация вод увеличивается от 1% в верхней зоне, до 3,5% в самых глубоких слоях земной коры.

По аналогии с другими составляющими гидросферы подземные воды представляют равновесие системы "вода – газы", содержащей кислород и азот (активная зона обмена), а также газы, находящиеся в почве, и углекислый газ. Глубже можно встретить сероводород, метан и углекислый газ в большом количестве.

Подземные воды, пожалуй, самая неизученная часть гидросферы. Не случайно, что оценка массы этих вод неоднозначна и исходит из определения запасов воды в слоях глубиной от 2 до 5 км. Вместе с тем, практика бурения глубоких скважин (в частности, и самой глубокой в мире на Кольском полуострове в нашей стране, глубина которой достигла 12 км) показывает, что вода в недрах Земли в жидком виде может существовать и глубже 10 км. По мере углубления под действием высокой температуры в недрах земной коры образуется парообразная вода, а затем и пароводяная смесь, переходящая в особое состояние своего рода водяной плазмы.

Следующая по массе составляющая гидросферы – ледниковые и снежные массивы в твердом состоянии. Основная масса льда (около 2,6×1022 г воды) сосредоточена в современных ледниках, в том числе в Антарктическом ледниковом покрове – 2,4×1022г, в Гренландском – 0,2×1022г, остальное – в арктических, горных и других снежно-ледовых покровах. Снежно-ледовые поверхности постоянно занимают на суше и море 102,6 млн. км2 или около 8%, а в зимние периоды северного полушария доходят до 20% площади поверхности Земли. Основная масса льда сосредоточена в полярных и прилегающих (субполярных) областях нашей планеты – в Арктике и Антарктике. Эти огромные области, круглый год скованные морозами, имеют существенное различие, заключающееся в том, что на Северном полюсе под ледяным трехметровым слоем расположена многокилометровая толща воды океана, а в Антарктиде под ледяным панцирем толщиной 3-4 км находится материк (это самый высокий материк планеты, что в сочетании с географическим положением определяет суровость климата, где температура достигает -800С, а скорость ветра до 80 м/с).

Средняя температура воздуха зимой в Центральной Арктике составляет –360С, а в самые теплые месяцы – около 00С. Климат Антарктики значительно суровей условий в Арктике, так как условия в Арктике зимой примерно такие, как в Антарктике летом*. На первый взгляд, это парадоксально, так как летом Антарктика получает приблизительно на 7% больше солнечного тепла, чем Арктика (Земля в своем вращении вокруг Солнца в июне находится в афелии, а в декабре в перигелии). Объясняется это явление следующим. У Южного полюса существует материк, самый высокий над уровнем моря из шести континентов Земли (средняя высота Антарктики 2000 м, а следующая по высоте Азия – 900 м), при этом толщина материкового льда в Центральной части, вблизи геометрического центра материка, составляет 3000-4000 м. Высота поверхности ледяного панциря в Центральной Арктике, в акватории Северного Ледовитого океана, составляет всего несколько метров и практически соответствует уровню моря. Благодаря разности высот Антарктика в среднем должна быть холоднее Арктики на 130С (на вершинах ледяных гор и того выше на 25-280С). Кроме того, Северный Ледовитый океан свободно сообщается с Атлантическим океаном на обширном пространстве между северной частью Европы и Гренландией. Мощные потоки теплой воды Атлантики проникают подо льды Северного Ледовитого океана, смягчая климат Арктики. Не менее важно то, что в Северный Ледовитый океан впадают крупнейшие реки Северной Америки и Евразии, неся дополнительное тепло в Арктику. Температура воды в Северном Ледовитом океане зимой подо льдом примерно -10С (при солености 30 %), а на глубине более 100 м – около 10 С.

Важную роль в тепловом режиме планеты и стоке рек играет сезонный снежный покров, который в среднем занимает свыше 40 млн. км2. Среди малых по массе составляющих гидросферы это, прежде всего, воды озер, суммарная масса которых оценивается в 2,8×1020 г.* Площадь всех озер (соленых и пресных) на нашей планете несколько больше 2 млн. км2. К крупнейшим озерам мира относится Каспийское море, площадь которого составляет 371 тыс. км2. Наибольшее скопление крупных озер находится в Северной Америке, где в областях древнего оледенения и тектонических разломов земной коры образовались Великие озера. Самое крупное пресноводное озеро в мире с площадью 82,1 тыс. км2 – озеро Верхнее. Но по объему воды (11,6 тыс. км3) и максимальной глубине (406 м) озеро Верхнее уступает Байкалу (24,0 тыс. км3 и 1741 м) и Танганьике (18,9 тыс. км3 и 1435 м). Далее по величине площади следуют озеро Виктория в Африке – 69,0 тыс. км2 и печально-трагической судьбы Аральское море – 51,0 тыс. км2 . Самое крупное в Европе Ладожское озеро имеет площадь 17,7 тыс. км2 , наибольшую глубину 230 м, затем Онежское озеро – 9,7 тыс. км2. Самые глубокие озера мира – Байкал с глубиной 1741 м. и Танганьика в Африке – 1435 м. По солености озера весьма разнообразны, а по концентрации растворенных веществ они ближе к подземным водам, чем к океану. Самым соленым озером считается озеро Виктория в Африке, вода в котором превосходит океанскую по солености в 11 раз, а озеро Балхаш в Казахстане отличается редким качеством, западная часть озера пресная, а восточная солоноватая.

Воды озер содержат разные газы, вместе с атмосферным кислородом, азотом, углекислым газом имеется сероводород, метан и другие газы.

В нашей стране насчитывается 2,85 млн. озер: с площадью поверхности от 100 до 1000 км2 – 131 озеро, с площадью более 1000 км2 – 27 озер и с площадью от 1 до 100 км2 – около 50 тыс. озер.

Болота – малая составляющая гидросферы, характеризующаяся специфическим подбором растительности, приспособленной к повышенной увлажненности и недостатку кислорода в воде. Общая площадь болот и увлажненных земель - около 3 млн. км2, из которых на территорию нашей страны приходится до 2 млн. км2. Масса воды в болотах приблизительно оценивается равной 1×1020 г.

Почвенные воды гидросферы обеспечивают влагой растительный покров и внутрипочвенные организмы. По данным ученого-гидролога М.И.Львовича, масса почвенной воды составляет 1,0-0,8×1013г.

Реки мира в отличие от других составляющих гидросферы весьма разнообразны по своим характеристикам. Такие великаны, как Нил и Амазонка (длиной более 6 тыс. км каждая) вместе взятые, имеют длину, почти равную диаметру нашей планеты, за ними по длине следует Миссисипи с Миссури и Янцзы. Однако по площади бассейна реки Обь с Иртышем уступают лишь двум рекам мира – Амазонке и Миссисипи с Миссури, а по расходу воды в устье за этими двумя гигантами следуют реки Конго – 41 тыс. м3/с, Янцзы – 34 тыс. м3/с (табл.5.4).

Таблица 5.4

Десять крупнейших рек мира (по К.С.Лосеву)

Река

Длина, км

Площадь бассейна, тыс. км2

Расход воды в устье, м3

Континент

Амазонка

(с Мараньоном)

6437

6915

200000

Южная

Америка

Миссисипи

(с Миссури)

5971

3268

18000

Северная

Америка

Нил

6671

2870

3000

Африка

Янцзы

5800

1808

34000

Азия

Обь

(с Иртышем)

5410

2990

12800

Азия

Хуанхэ

4845

771

1500

Азия

Меконг

4500

810

14800

Азия

Амур

4444

1855

10900

Азия

Лена

4400

2490

16800

Азия

Конго

4370

3820

41000

Африка

Скорость течения воды в реках разная: от 0,5-1,0 м/с на равнинах до 10 м/с в горных потоках, а на водопадах и того выше.

Речные воды, обычно пресные (за редким исключением, связанным с питанием рек подземными солеными водами), на поверхности суши создают разнообразную речную сеть. Так, крупных рек длиною более 1000 км на Земле более полусотни с общей протяженностью их русел 180 тыс. км. На территории нашей страны насчитывается около 150 тыс. рек с длиной 10 км.

На территории нашей страны размещение водных ресурсов крайне неравномерно, более 4/5 всего речного стока приходится на бассейны крупнейших рек Сибири и Дальнего Востока – Оби, Енисея, Лены, Амура и др., тогда как наиболее заселенная часть Европейской России, а также засушливые районы Средней Азии и Казахстана имеют сравнительно небольшие ресурсы вод.

Однако с помощью косвенных методов гидрологами подсчитано, что в руслах всех рек мира (при среднем уровне воды) одновременно сосредоточено около 2120 км3 воды. Ежегодно реки выносят в океан свыше 45 тыс. км3 воды. Это относительно небольшой объем, составляющий около двух объемов вод Байкала или Великих Американских озер. Распределение речных вод по континентам весьма неравномерно. Так, в Европе и Азии, где проживает около 70% населения мира, сосредоточено лишь 39% мирового запаса речной воды.

Пресные источники на протяжении длительного исторического периода вполне удовлетворяли потребности человеческого общества в питьевой воде. Однако во второй половине ХХ в. быстрый рост населения и развитие научно-технического прогресса привели к резкому росту потребления пресной воды. В результате возникла острая проблема нехватки пресной воды в большинстве развитых промышленных районов многих стран мира. Огромное количество воды расходуется на промышленные нужды в различных отраслях – на земледелие, энергетические комплексы, бытовые нужды и т.д. Недостаток пресной воды уже сейчас испытывает более 1/3 населения планеты. Пресная вода стала предметом экспорта (примеры: Гонконг, транспортирующий воду из Китая, целая страна Алжир, живущая на привозной воде и т.д.). Несомненно, что расход пресной воды на самые разнообразные нужды человечества будет возрастать и в дальнейшем, поэтому вода в наше время является самым драгоценным сырьем. В этой связи чрезвычайно важной проблемой человеческого общества в целом является сохранение водных ресурсов от загрязнения.

Наименьшее количество воды на поверхности планеты находится в реках, именно эта вода наиболее важна для человека.



* В разных литературных источниках эти данные составляют от 96,5 до 97,2%, незначительные отклонения встречаются и по данным объемов вод, составляющих гидросферу, например, в списке литературных работ см. Г.В.Стадницкого и др.

* МГГ (1957-1958) - Международный геофизический год, когда было привлечено внимание к отдаленному антарктическому континенту. Одним из важнейших документов МГГ стал международный договор, ратифицированный в 1959г. шестью государствами, который провозгласил Антарктиду немилитаризованной зоной, сохраняемой для научных исследований 90 лет.

* Самая высокая среднегодовая температура воздуха на Земле составляет 310С в Лу, в Сомали, а самая низкая -55,60С на станции Восток в Антарктиде. Самая высокая температура воздуха, 580 и 57,80С, отмечена в Мексике, в Сан-Луис-Потоси (11 авг. 1933г.) и в Северной Африке, в Ливии, в Эль-Азизии (близ г. Триполи). Полюсом холода считается станция Оймякон в Якутии, где зарегистрирована температура воздуха -77,80С (1938 г.). На станции Восток, в Антарктиде, в 1982 г. была зафиксирована температура -89,20С, но этот результат не засчитан рекордным, так как станция Восток расположена на высоте 3480 м над уровнем моря, в отличие от метеорологических исследований на уровне моря, при которых самая низкая температура отмечена в Оймяконе.

* По комплексному индексу Бодмана, учитывающему и температуру, и ветер.

* Доктор географических наук К.С.Лосев приводит также и другие оценки массы воды озер: 7,5×1020 г и 1,76×1020 г.

Предыдущая