2. Распределение воды на Земле и её круговорот

1. Вода в атмосфере, атмосферные осадки, испарение с водной поверхности и суши, подземный и поверхностный сток и их характеристики, современные представления о круговороте воды

2.1.1. Вода в атмосфере

Тропосфера является нижним слоем атмосферы. Она прилегает непосредственно к земной поверхности. Положение ее верхней границы изменяется под влиянием центробежного ускорения Земли от полюсов к экватору. Над полюсами и в средних широтах высота тропосферы составляет 8-12 км, а в экваториальной зоне достигает 17-18 км. Температура воздуха в тропосфере в различных географических зонах неодинакова, имеет сезонные и суточные колебания. Однако от поверхности земли вверх температура, как правило, понижается на 0,6⁰ С на каждые 100 м.

Для тропосферы характерно непрерывное горизонтальное и вер­тикальное перемещение воздушных масс.

В тропосфере заключен почти весь водяной пар, следовательно, только здесь возможны процессы конденсации водяного пара с обра­зованием облаков и осадков. На процессы, протекающие в тропосфере, сильно влияет земная поверхность.

В вышележащем слое – стратосфере - также имеют место восходящие и нисходящие воздушные токи, но они ограничиваются только нижней частью стратосферы. Перемешивание частей воздуха происходит здесь значительно слабее по сравнению с тропосферой. В этом слое атмосферы воздух сильно разрежен. Водяного пара в стратосфере очень мало, поэтому дождевые облака и осадки в ней не формируются.

Еще выше расположена ионосфера, выделяемая по особым электрическим свойствам. Нижняя граница ее пролегает примерно на высоте 80 км, а верхняя удалена от поверхности земли на рас­стояние 1000—2000 км. Ионосфера характеризуется распростране­нием весьма рассеянных ионизированных частиц и нейтральных молекул, движущихся с огромными скоростями. Ионосфера посте­пенно переходит в космическое пространство.

2.1.2. Атмосферные осадки.

При подъеме и охлаждении воздуха водя­ной пар конденсируется, образуя капельки воды или кристаллики льда, из которых состоят облака (слоистые, кучевые и грозовые). Эти мельчайшие частицы (капельки) воды перемещаются в воздухе в виде облаков и тумана. При определенных условиях они вы­падают в виде атмосферных осадков.

Атмосферные осадки бывают двух типов: образующиеся при конденсации водяного пара (вследствие понижения температуры воздуха) непосредственно на поверхности земли и наземных пред­метов (роса, иней, изморозь, гололед);

выпадающие на поверх­ность земли из облаков в виде дождя, мороси, снега, крупы, града.

Количество атмосферных осадков измеряется высотой слоя воды в миллиметрах. Их интенсивность определяется высотой слоя осад­ков, выпавших за 1 мин.

Осадки, выпадающие из облаков, подразделяются на три типа:

обложные, моросящие и ливневые.

Осадки в твердом состоянии - снег, крупа - выпа­дают в холодное время года. Твердые осадки могут питать подземные воды только после их перехода в жидкую фазу, т, е. главным образом весной, когда происходит таяние накопившегося за зиму снежного покрова. К твердым осадкам относится также град, который в отличие от снега и крупы обычно достигает поверхности земли в тёплое время года.

2.1.3. Испарение с водной поверхности и суши

Поверхностные воды находятся в жидком и твердом состояниях. С поверхности океанов и морей, рек, озер, влажной почвы, листьев растений и с поверхности снега и льда непрерывно происходит испарение воды и поступление водяного пара в атмосферу. Испарение с поверхности подземных вод происходит лишь на участках неглубо­кого их залегания от поверхности земли.

Различают два понятия “испарение” и “испаряемость”.

Испарением называется средняя величина фактического испарения влаги с земной поверхности в данном районе.

Под испа­ряемостью понимается величина испарения с водной поверхности при данных условиях.

В таблице показаны для различных ландшафтных зон годовые значения испаряемости и испарения по Д. М. Капу

Таблица

В среднем за год с поверхности земного шара испаряется 525,0 тыс. км³ воды. На это испарение рас­ходуется около 25% солнечной энергии, поступающей в течение года на Землю.

Скорость испарения определяется количеством воды, испаряющейся с единицы поверхности в единицу времени. Количество испа­рившейся воды принято выражать, так же как и атмосферных осад­ков, в миллиметрах водяного столба. Величина испарения или опре­деляется при помощи специальных приборов, или приближенно вычисляется по эмпирическим формулам. При испарении с водной поверхности эта величина зависит от температуры испаряющей поверхности, дефицита влажности воздуха, скорости ветра и атмо- сферного давления.

Наиболее сложен процесс испарения влаги растениями, который происходит путем транспирации. Транс­пирация.— процесс физиологический, связанный с ростом тка­ней. Он заключается в том, что растения, всасывающие в вегета­ционный период влагу из почвы, задерживают только её небольшую часть, остальная влага испаряется .4. Понятие о поверхностном и подземном стоках

Под стоком подразумевается передвижение дождевой и талой воды по земной поверхности (поверхностный сток) и в толщах горных пород (подземный сток).

Атмосферные осадки расходуются на поверхностный сток, испа­рение и поглощение горными породами. Поверхностный сток соз­дается водами, текущими по поверхности земли под влиянием силы тяжести со стороны водораздельных пространств - от более высоких участков к пониженным. Речной сток зависит от нескольких факторов.

1. размеры и форма водосборных бассейнов,

2. климатические условия и вид осадков

3. рельеф местности

4. характер и состояние склонов

5. водопроницаемость горных пород, а также искусственные меро­приятия

Выделяют следующие виды питания рек поверхностными водами: дождевое, снеговое, ледниковое и смешанное. Кроме того реки питаются подземными водами.

Подземные воды участвуют в питании вследствие дренирования их речными руслами.

В зависимости от строения рельефа, степени его расчлененности и геоструктурных условий соотношения между бассейнами поверх­ностного и подземного стока могут быть самыми разнообразными. В некоторых районах они совпадают, в других — бассейны поверх­ностного стока превышают площади подземных водосборных бас­сейнов, а иногда бассейны подземного стока значительно превышают наземную водосборную площадь.

Количество воды, протекающей в единицу времени через попе­речное сечение русла реки, называется расходом воды. Большие расходы воды обычно измеряются в метрах кубических в секунду, а малые - в литрах в секунду.

Чтобы определить расход воды Q в том или ином сечении русла реки, необходимо знать среднюю скорость V и пло­щадь сечения S речного потока.

Расход воды в общем виде определяется по формуле Q = VS, м³/с.

Для определения скорости течения и расхода воды в речном русле разбивают гидрометрические створы.

Сток может быть выражен следующими характеристиками: модулем стока, нормой стока, коэффициентом стока.

1. Модулем стока М называется количество воды, сте­кающей в единицу времени с 1 км² водосборной площади речного бассейна:

M = ^Q*1000, л/с на 1 км²,

S бас

где Q - средний годовой расход, м ³ / с; S_бac - водосборная площадь речного бассейна, км².

2. Нормой стока называется среднеарифметическая вели­чина речного стока за продолжительный период наблюдения (40 - 50 лет).