Круговорот воды в природе

Единство природных вод Земли требует рассмотрения под­земных вод в их неразрывной связи и взаимодействии со всеми ви­дами природных вод и с горными породами, в которых они форми­руются, накапливаются и передвигаются. Поэтому ниже изложены сведения о круговороте воды в природе, видах воды в горных по­родах и основных закономерностях их передвижения; рассмотрены виды подземных вод и основные свойства горных пород по отно­шению к воде.

Вода — одно из самых распространенных в природе веществ. Она встречается в парообразном, жидком и твердом состояниях во всех основных сферах Земли: в атмосфере (пары, облака, снег, град, дождь), гидросфере (океаны, моря, озера, реки, болота, лед­ники, снег), литосфере (подземные воды, пары, лед, связанная вода), биосфере (во всех живых организмах и растениях).

Общий объем воды в Мировом океане равен 1338 млн км³, ко­личество наземных вод (со льдом) — 24,5 млн км³, в атмосфере со­держится около 14 ООО км³ воды, а в горных породах земной коры — примерно 400 млн км³, причем на долю так называемой связанной воды, видимо, приходится основная их часть. Таким образом, всего на нашей планете (в океанах, на поверхности суши и в земной коре) имеется примерно 1,8 млрд км³ воды. При этом доля пресных вод не превышает 2% (35 млн км³).

Все виды воды взаимосвязаны друг с другом. Вода и ее фазовые состояния изучаются различными дисциплинами: парообразная вода — физикой и метеорологией, твердая (лед) — гляциологией и мерзлотоведением; жидкая поверхностная — океанологией и гид­рологией, подземная — гидрогеологией.

Воды атмосферы, гидросферы и литосферы находятся в непре­рывном взаимодействии и перемещении. Испаряясь с поверхности океанов, морей, озер, рек и других водоемов, а также с поверхности суши, вода в парообразном состоянии переходит в атмосферу, от­куда при благоприятных условиях вновь выпадает на поверхность Земли в виде дождя, снега, града, составляя звенья общего кругово­рота воды на Земле, который является одним из самых грандиозных процессов, определяющих формирование поверхности Земли, обмен веществ и энергии.

Выпадающие на поверхность Земли атмосферные осадки час­тично стекают через реки в моря и океаны (поверхностный сток), частично просачиваются (инфильтруются) через почву, обеспе­чивая питание влагой растений и пополнение подземных вод, а частично снова испаряются в атмосферу. Подземные воды, в свою очередь, передвигаясь по пластам трещиноватых и пористых горных пород, поступают в поверхностные водотоки и водоемы (реки, озера, моря, океаны), обеспечивая их подземное питание, и таким образом снова вступают в общий круговорот воды в природе, начи­нающийся с испарения поверхностных вод.

В ходе круговорота постоянно возобновляются водные ресурсы в атмосфере, на поверхности Земли, в биосфере и верхней части ли­тосферы. Так, в атмосфере в среднем содержится около 14 тыс. км³ воды, преимущественно в виде пара. Однако благодаря постоян­ному пополнению атмосферной влаги путем испарения ежегодно на поверхность Земли выпадает 577 тыс. км³ осадков.

Если перемещение влаги в атмосфере и на поверхности Земли совершается довольно быстро, то с глубиной водообмен суще­ственно замедляется, однако и глубокие подземные воды участвуют в общем круговороте воды.

Процессы перехода воды из одной геосферы Земли в другую, со­ставляющие общий круговорот воды в природе, слагаются из испа­рения (И), осадков (О), поверхностного (Q_пов) и подземного (Q_подз) стоков.

Различают большой, малый и внутриматерыковый, или местный, круговороты. При большом круговороте часть воды, испарившейся с водной поверхности океанов и морей, ветром переносится на сушу и там выпадает в виде осадков, которые затем расходуются на по­верхностный и подземный стоки, а также на испарение. При малом круговороте вода, испарившаяся в пределах океанов и морей, выпа­дает здесь же. При внутриматериковом круговороте испарившаяся в пределах материков (с поверхности озер, болот, рек, с суши и при помощи растительности) вода вновь выпадает на материке.

На рисунке приведенном ниже показаны общая схема круговорота воды в природе и отдельные его составляющие.

Определяющее влияние на переход воды из одного состояния в другое и ее перемещение из одной сферы Земли в другую, т.е. на развитие процессов круговорота воды в природе, оказывают климатические факторы. В формировании отдельных составляющих круговорота существенную роль играют геоморфологические, гео- лого-литологические, физико-географические и другие факторы, которые в значительной мере предопределяют поверхностный сток, инфильтрацию атмосферных осадков (т.е. их просачивание через почву в пористые и трещиноватые горные породы), испарение, транспирацию (испарение влаги растительностью), подземный сток и развитие других важных процессов. Поэтому при изучении гид­рогеологических условий какого-либо района или месторождения важно учитывать климатические, геоморфологические, геолого-ли- тологические, физико-географические и другие его особенности и условия, которые влияют на водный баланс изучаемого района.

Все атмосферные осадки разделяются на два типа: осадки, выпа­дающие на поверхность из облаков (дождь, град, снег, крупа), и осадки, образующиеся непосредственно на поверхности горных пород вследствие понижения температуры воздуха до точки росы (роса, иней, изморозь, гололед). Уравнение водного баланса в об­щем виде было предложено в 1884 г. А.И. Воейковым:

X₀ = Y₀+Z₀,

где Х₀ — среднее годовое количество атмосферных осадков в виде дождя, снега, инея или росы; Y₀ ^— общий сток, т.е. часть осадков,которая стекает поверхностным или подземным путем; Z₀ - часть осадков, которая расходуется на испарение и транспирацию (за вычетом конденсации).

Общая схема круговорота воды в природе

1-осадки (а-снег, б-дождь); 2-хорошо проницаемые породы; 3-слабопроницаемые породы; 4-непроницаемые породы;, 5-источник; 6-направление движения воды и водяных паров