Распределение воды на Земле

Распределение воды на Земле

      Воды на Земле содержится примерно 1500 млн. км3, причём пресные воды составляют порядка 10% общего планетарного запаса воды. Большая часть воды находится не в открытых водоемах, а в земной коре: 110—190 млн. км3. Эти воды подразделяются на два типа в соответствии с глубиной их залегания – подземные и поверхностные воды.

Таблица  
Распределение вод на земном шаре (единица измерения — миллион кубических километров)

      Подземные воды глубокого залегания расположены в десятках-сотнях метрах от поверхности земли, они пропитывают пористые горные породы, а также образуют гигантские подземные бассейны, окруженные водонепроницаемыми слоями. Вода в таких подземных резервуарах находится под давлением.

      Другой тип подземных вод поверхностные, расположенные в почве и верхних слоях земной поверхности на глубине нескольких метров. По сравнению с водами глубокого залегания у них есть один недостаток и одно преимущество. Недостаток: эти воды гораздо активнее контактируют с поверхностью земли и поэтому они слабее защищены от загрязнений, чем воды глубокого залегания. Преимущество этих вод заключается в том, что они более доступны и легко накапливаются в колодцах и поверхностных резервуарах.

      Следующий по величине массив пресных вод (20—30 млн. км3) сосредоточен в ледниках Антарктиды, Гренландии и островов Северного Ледовитого океана.

      Пресную воду из атмосферы (около 13 тыс. км3) мы получаем в виде осадков — дождя и снега.

      Мировой океан содержит большие запасы воды, которая может быть опреснена различными физико-химическими методами.

      Основной запас пресной воды, употребляемой человеком, сосредоточен в озерах и реках. Одно из крупнейших российских озерных хранилищ воды — озеро Байкал содержит около 20 тыс. км3 воды. На сегодняшний день байкальская вода считается самой чистой в мире; она характеризуется следующими параметрами: содержание (в мкг/л) свинца — 0,7 (ПДК = 10), кадмия — 0,02 (ПДК = 1), ртути — 0,1 (ПДК = 1), мышьяка - 0,3 (ПДК = 10).

      Другой источник воды – живые организмы. В растениях и животных, состоящих на две трети из воды, содержится 6 тыс. км3 воды. Человеческий организм находится в состоянии непрерывного водного обмена с окружающей средой: он выделяет воду в виде пота и мочи и ежедневно восполняет водные потери пресной водой. Если нет возможности напиться, то вода теряется с потом и с выдыхаемым воздухом, и в результате наступает угроза обезвоживания (дегидратации) организма. На первой стадии учащается пульс, возникает слабость, затем — головокружение и одышка. При обезвоживании, составляющем 10% от массы тела, происходят нарушение речи, зрения и слуха и потеря сознания. Гибель организма наступает от необратимых изменений в нервной и сердечно-сосудистой системах при водопотере 15—25% от массы тела (в зависимости от температуры окружающей среды).

      Так распределены водные ресурсы на нашей планете. Согласно данным таблицы для питья, бытовых и промышленных нужд более доступными являются воды озер и рек. Эти запасы воды можно оценить и сопоставить с современными перспективными потребностями человечества в воде. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Обший круговорот воды в природе

      Значение круговорота воды велико, так как он не только объединяет части гидросферы, но и связывает между собой все оболочки Земли: атмосферу, гидросферу, литосферу и биосферу. Вода во время круговорота может быть в трех состояниях: жидком, твердом, газообразном. Она переносит огромное количество веществ, необходимых для жизни на Земле.

      Под действием солнечных лучей Мировой океан и суша нагреваются. В результате этого вода переходит из жидкого состояния в газообразное (пар) и поднимается вверх. Океан поставляет 86% влаги в атмосферу, и лишь 14% парообразной влаги образуется за счет испарений с суши. Вода, испаряющаяся с поверхности океана, является пресной. Таким образом, океан можно считать колоссальной фабрикой пресной воды, без которой невозможно существовать жизни на Земле. Известно, что с высотой температура в атмосфере понижается. Пары воды, встречаясь со все более холодными слоями воздуха, начинают остывать и образовывать облака. На суше испарение воды идет не только с поверхности ручьев, рек и озер.      Пары воды попадают в атмосферу и в результате вулканической деятельности, и испаряются поверхностью растений.

      Часто воды, испарившиеся с океана, возвращаются в него в виде осадков, которые выпадают из облаков, расположенных над морями и океанами. Другая часть облаков под воздействием ветра переносится на материк. Там из них тоже могут выпадать осадки в жидком или твердом виде. Часть атмосферных осадков попадает в реки. Они, извиваясь и впадая друг в друга, в конечном счете несут воды в моря Мирового океана или в замкнутые водоемы типа Каспийского или Аральского морей, восполняя их потери при испарении. Другая часть воды, выпавшая на землю в виде атмосферных осадков, просачивается вниз с поверхности суши и с подземными водами стекает опять в Мировой океан или реки. Это очень важный этап в круговороте воды, так как он регулирует речной сток во времени. Если бы его не было, вода в реках была бы лишь в кратковременные периоды выпадения осадков или таяния снегов. Третья часть воды, выпавшая на землю в виде осадков, может проникать в почву, а оттуда по корням подниматься в верх растения и испаряться через листья. Этот этап круговорота очень важен для растений, так как с водой из почвы через корни поступают растворенные минеральные вещества, необходимые для жизнедеятельности растений. Питаться «всухомятку» растения не умеют.

      Не вся вода возвращается с суши в океан одновременно. Дольше всего (на сотни и тысячи лет) задерживается она в ледниках и в глубоко залегающих подземных водах.

      Вода, вернувшаяся с суши, может снова испариться и снова попасть на сушу. Так и совершается ее круговорот: океан — атмосфера — суша — океан. Вот этот непрерывный процесс перемещения воды из океана на сушу через атмосферу и с суши в океан называют мировым круговоротом воды в природе.

       Существенную роль в круговороте воды в природе с недавних пор стала играть хозяйственная деятельность человека. Создание промышленности, уничтожение лесов, распашка огромных территорий, осушение и орошение земель, создание гигантских водохранилищ и плотин, расходование воды на различные хозяйственные нужды — все это в значительной степени изменило гидрологические процессы на Земле. И хотя хозяйственная деятельность мало повлияла на общий объем гидросферы, она заметно влияет на отдельные ее части. Сток одних рек уменьшился, других — увеличился, изменилось внутригодовое распределение стока. В результате изъятия воды из вод суши во многих районах мира возросло испарение, потому что именно на испарение идет значительная часть воды, изымаемой человеком из источников.

      Часть воды, которую потребляет человек и которая входит в состав производимой им продукции, надолго выпадает из всеобщего круговорота, поэтому ее называют «безвозвратно изъятой». Этот термин, конечно, достаточно условен, так как эта вода не исключается полностью, но ее возвращение может произойти с большой задержкой во времени и на совершенно другой территории. Многие отрасли расходуют безвозвратно сравнительно немного воды — не более 10%. Остальная вода после использования сбрасывается в водоемы в виде сточных вод. Они загрязнены и приводят в негодность во много раз больший объем чистой воды. Именно угроза загрязнения водных ресурсов представляет сейчас главную опасность, гораздо большую, чем угроза физической нехватки воды.

Классификация подземных вод

      Выделяется три типа подземных вод: верховодка, грунтовые и напорные (артезианские). В зависимости от степени минерализации выделяют пресные подземные воды, соленые, солоноватые и рассолы, по температуре они делятся на переохлажденные, холодные и термальные, а в зависимости от качества подземной воды ее подразделяют на техническую и питьевую.

Верховодка

Верховодка и  грунтовые воды

      Верховодка — подземные воды, залегающие вблизи поверхности земли и отличающиеся непостоянством распространения и дебита. Верховодка приурочена к первому от поверхности земли водоупорному пласту и занимает ограниченные территории. Верховодка существует в период достаточного увлажнения, а в засушливое время исчезает. В тех случаях, когда водоупорный пласт залегает вблизи поверхности или выходит на поверхность, развивается заболачивание. К верховодке также нередко относят почвенные воды, или воды почвенного слоя, представленные почти связанной водой, где капельно-жидкая вода присутствует только в период избыточного увлажнения.

      Воды верховодки обычно пресные, слабоминерализованные, но часто бывают загрязнены органическими веществами и содержат повышенные количества железа и кремнекислоты. Как правило, верховодка не может служить хорошим источником водоснабжения. Однако при необходимости принимаются меры для искусственного сохранения этого типа вод: устраивают пруды, отводы из рек, обеспечивающие постоянным питанием эксплуатируемые колодцы, насаждения растительности или задерживающие снеготаяние.

Грунтовые воды

       Грунтовыми водами называются воды, залегающие на первом водоупорном горизонте ниже верховодки. Они характеризуются более или менее постоянным дебитом. Грунтовые воды могут накапливаться как в рыхлых пористых породах, так и в твердых трещиноватых коллекторах. Уровень грунтовых вод подвержен постоянным колебаниям, на него влияют количество и качество выпадающих осадков, климат, рельеф, наличие растительного покрова и хозяйственная деятельность человека. Грунтовые воды являются одним из источников водоснабжения, выходы подземных вод на поверхность называются родниками, или ключами.

Артезианские  воды

       Напорные (артезианские) воды — воды, которые находятся в водоносном слое, заключенном между водоупорными слоями, и испытывают гидростатическое давление, обусловленное разностью уровней в месте питания и выхода воды на поверхность. Характеризуются постоянством дебита. Область питания у артезианских вод, размеры бассейнов которых достигают иногда тысячи километров, лежит обычно выше области стока воды и выше выхода напорных вод на поверхность Земли. Области питания артезианских бассейнов иногда значительно удалены от мест извлечения воды — в частности, в некоторых оазисах Сахары получают воду, выпавшую в виде осадков над Европой.

Полезащитное  и потивоэрозионное лесоразведение

Полезащитное  лесоразведение, выращивание полезащитных лесных полос по границам полей севооборотов (а при больших полях - и внутри них). Входит в систему защитного лесоразведения, составляющего основу агролесомелиорации. Полезащитные лесные полосы предохраняют почву от эрозии, задерживая поверхностный сток, улучшают её водный, температурный и питательный режимы, уменьшают скорость ветра, сохраняют снег на полях, что повышает почвенное плодородие, улучшает климатические и гидрологические условия местности, ослабляя влияние засух и суховеев, увеличивает урожай с.-х. культур. По многолетним опытным данным, урожаи на полях, расположенных среди лесных полос, на 20-25% выше, чем на участках в открытой степи. Наибольшую прибавку урожая под защитой лесных полос дают озимые зерновые, технические культуры, травы и корнеплоды. 
 
      В России впервые обсадил участки пашни высокоствольными деревьями В. Я. Ломиковский в Полтавской губернии в 1809. Научные основы полезащитного лесоразведения разработали В. В. Докучаев и Г. Н. Высоцкий в конце 19 в. В это же время были заложены лесные полосы в степных районах Европейской части России - в Каменной степи (ныне в Таловском районе Воронежской области), под Мариуполем, в Старобельске (ныне Старобельский район Луганской области). В СССР полезащитному лесоразведению придаётся большое значение. В постановлении СТО «О борьбе с засухой», подписанном В. И. Лениным 29 апреля 1921, сказано: «Вменить в обязанность Центральному Лесному Отделу развить в государственном масштабе работы по: а) укреплению оврагов и песков путём древесных насаждении, в особенности в районах Саратовской, Самарской, Царицынской, Астраханской, Тульской и Донской областей; б) устройству снегосборных полос и изгородей; в) облесению вырубок, гарей и других безлесных пространств в засушливых районах, а также в верховьях и по берегам рек» [Решения партии и правительства по хозяйственным вопросам (1917-1928 гг.), т. 1, 1967, с. 224]. В 1-ю пятилетку (1929-32) было посажено лесных полос на площади 21 тыс. га, во 2-ю (1933-37) - 278 тыс. га. В постановлении СНК СССР и ЦК ВКП (б) от 26 октября 1938 «О мерах обеспечения устойчивого урожая в засушливых районах юго-востока СССР» была дана новая программа по выращиванию леса (в т. ч. полезащитных лесных полос) в степи. В октябре 1948 Совет Министров СССР и ЦК ВКП (б) приняли постановление по созданию системы крупных государственных защитных лесных полос и др. вопросам защитного лесоразведения. В постановлении ЦК КПСС и Совета Министров СССР «О неотложных мерах по защите почв от ветровой и водной эрозии» (март 1967) также большое внимание уделяется развитию полезащитного лесоразведения В 1974 в СССР площади полезащитных (и садо-защитных) лесных полос составили около 1,3 млн. га (0,81 млн. в РСФСР, 0,36 на Украине, 0,07 в Казахстане и 0,02 в Молдавии). В 1971-74 в колхозах и совхозах проведены работы по полезащитному лесоразведению на площади 414 тыс. га. 
 
        Полезащитные лесные полосы размещают на плоских водоразделах и пологих склонах (до 1,5°). Продольные (или основные) полосы располагают поперёк направления господствующих ветров (с возможным отклонением от перпендикулярного не более 30°), вдоль длинных сторон полей и параллельных им линий внутри полей; поперечные - вдоль коротких сторон полей. Расстояние между продольными полосами на серых лесных почвах, оподзоленных и выщелоченных чернозёмах не свыше 600 м, на типичных, обыкновенных и предкавказских чернозёмах - 500 м, на южных и др. развеваемых чернозёмах - 400 м, на темно-каштановых и каштановых почвах - 350 м; между поперечными - в 2-4 раза больше, чем между продольными, но не свыше 2000 м. В местах стыка оставляют разрывы длиной 25 м. Ширина полезащитных лесных полос от 7,5 до 15 м. 
 
        В полезащитном лесоразведении применяют ветропроницаемые 3-5-рядные полосы из высокоствольных быстрорастущих деревьев, которые способствуют равномерному распределению снега на полях, снижают скорость ветра на 40-50%, испарение влаги с поверхности почвы на 20-30%, повышают влажность воздуха, по сравнению с открытой степью, на 5-10%. Полосы ажурной конструкции - узкие, с равномерными небольшими просветами по всему профилю, продуваемой конструкции - с крупными просветами между деревьями в нижней части, ажурно-продуваемой - с крупными просветами внизу и небольшими вверху. В Заволжье, Западной Сибири, Северном и Западном Казахстане создают полезащитные лесные полосы ажурно-продуваемой и продуваемой конструкции; на Украине, в Центрально-чернозёмных областях - продуваемой конструкции; на Северном Кавказе, в Молдавии и Средней Азии - ажурной. 
 
       Породы, выращиваемые в полезащитных лесных полосах, разделяют на главные и сопутствующие. Главные породы (дуб, лиственница, сосна, берёза бородавчатая, ясень зелёный и обыкновенный, тополи, акация белая и др.) обеспечивают наибольшую высоту, устойчивость и долговечность насаждения; сопутствующие (липы, клёны, вяз обыкновенный, ильм, берест, груша лесная, яблони, алыча, шелковица, граб обыкновенный и др.) - создают условия для лучшего роста и развития главных пород, обеспечивают необходимую плотность полос в верхнем ярусе, способствуют затенению почвы и защите её от сорняков. 
 
       Полезащитные лесные полосы выращивают рядовым (наиболее распространён) и групповым способами. При рядовом способе расстояние между рядами в лесостепной, северной и центральной части степной зоны от 2,5 до 3 м, в южной части степной зоны - от 3 до 4 м; между растениями в ряду - от 1 до 3 м. Групповой способ иногда применяют при выращивании в полосах дуба из семян; в лунку высевают по 5-6 желудей, площадь питания групп молодых дубков такая же, как и при выращивании рядовым способом дуба из сеянцев, или 60×75 см. Полосы закладывают сеянцами и черенками, которые высаживают весной (лучшие результаты) и осенью лесопосадочными машинами в глубоко обработанную почву (плантажная вспашка на глубине 40-60 см). 
 
      При уходе за полезащитными лесными полосами применяют агротехнические меры: почву в междурядьях рыхлят культиваторами, а между растениями - тракторными рыхлителями; сорняки уничтожают гербицидами (симазин с прометрином, трисбеном и др.; доза 2-4 кг/га действующего вещества); против вредителей и болезней древесных насаждений используют пестициды; молодые полосы поливают. Обработку почвы и уничтожение сорняков проводят до смыкания крон деревьев (до 5-10-го года жизни). Лесоводственные меры ухода: в полосах из одних главных пород обрезают нижние сучья до высоты 1-2 м и удаляют больные деревья, в насаждениях из главных и сопутствующих пород вырубают сопутствующие и некоторые главные (в первую очередь больные деревья) породы и уничтожают их поросль арборицидами. 
 
       Полезащитное лесоразведение развито в зарубежных социалистических странах - Югославии, Польше, Румынии, Венгрии, Болгарии и др.; в капиталистических странах - США (особенно на Великих равнинах), Канаде (штаты Манитоба, Саскачеван, Альберта и др.), Италии, Франции, Великобритании, Дании и др. странах.