Круговорот воды на земном шаре. Мировые водные ресурсы

ЛЕКЦИЯ 5
КРУГОВОРОТ ВОДЫ НА ЗЕМНОМ ШАРЕ
МИРОВЫЕ ВОДНЫЕ РЕСУРСЫ
Часть А Круговорот воды на земном шаре
Часть Б Мировые водные ресурсы и их распределение по территории
Часть А Круговорот воды на земном шаре
Влагооборот – непрерывный процесс перемещения воды под действием
солнечной радиации и силы тяжести. Благодаря влагообороту в атмосфере
возникают облака и выпадают осадки. Выделяют малый, большой и
внутриматериковый влагооборот. Малый влагооборот наблюдается над
океаном, здесь взаимодействуют атмосфера и гидросфера, в процессе
участвует живое вещество. Благодаря испарению в атмосферу поступает
водяной пар, образуются облака и осадки выпадают на океан. В большом
влагообороте взаимодействуют атмосфера, литосфера, гидросфера, живое
вещество. Испарение и транспирация с поверхности океана и с суши
обеспечивают поступление водяного пара в атмосферу. Облака, попадая в
потоки ОЦА, переносятся на значительные расстояния и осадки могут
выпадать в любой точке на поверхности Земли. Внутриматериковый
влагооборот характерен для областей внутреннего стока.
Движущие силы гидрологического цикла (ГЦ) – это тепловая энергия и
сила тяжести. Под воздействием тепловых процессов происходит испарение
и конденсация водяных паров, таяние, замерзание и другие фазовые
переходы воды. Под влиянием силы тяжести выпадают осадки, движутся
поверхностные и подземные воды. Водяные пары, поступившие в атмосферу,
перемещаются вместе с воздушными массами, при благоприятных условиях
конденсируются и выпадают в виде атмосферных осадков. Согласно общему
закону сохранения материи Vос = Vисп . В целом для земного шара такой
круговорот – замкнутая система, в ней выделяют три основных звена:
атмосферное, океаническое и материковое. Ни одно из этих звеньев по
отдельности не является замкнутым.
1
Рисунок 1 - Схема круговорота воды (www.o8ode.ru)
Только весь ГЦ - замкнутая система (Но на практике и отдельные
звенья принимают замкнутыми. Так, часто рассчитывают характеристики
круговорота воды (составляющие водного баланса) для отдельных
материков, озер, речных бассейнов). Область внешнего стока занимает 78%
суши, а область внутреннего стока – 22% суши.
Водный баланс земного шара и его отдельных частей
Основные звенья влагооборота в атмосфере: испарение, образование
облаков, выпадение осадков. Испарение – процесс перехода воды из жидкого
состояния в газообразное. За год количество испарившейся на всей Земле
воды равно выпавшим осадкам, в годовой влагооборот включено 525,1 тыс.
км3 воды. В течение года с каждого км2 Земли в среднем испаряется 1030 мм
воды (М.И. Львович, 1986).
Глобальный влагооборот Земли находит свое выражение в водном
балансе Земли, который математически выражается уравнением водного
баланса (для Земного шара в целом и для его отдельных частей). Все
компоненты (составляющие) водного баланса можно разбить на 2 части:
приходную и расходную.
2
Уравнение водного баланса для:
1 Мирового океана Eо = Хо + y
(1)
2 Периферийной части суши Епс = Хпс – y
(2)
3 Для замкнутой части суши Езс = Хзс
(3)
4 Для суши в целом Ес = Хс – y
(4)
Сложив уравнения (1 – 3), получим уравнение водного баланса для ЗШ
Eо + Епс + Езс = Хо + Хпс + Хзс
или
ЕЗШ = ХЗШ
Внутриматериковый влагооборот
В действительности влагооборот на Земном шаре происходит
значительно сложнее: в формировании осадков, выпадающих на материк,
участвует как влага с океана (внешняя), так и испаряющаяся с суши
(внутренняя). Они полностью перемешиваются над континентом.
А
Х = ХА + ХЕ
А - ХА
В
У
Е
Е - ХЕ
Рисунок 2 – Схема внутриматерикового влагооборота
Х – общее количество осадков, выпавших на поверхность ограниченной
области;
XA – внешние осадки, сконденсировавшиеся из поступившего извне водного
пара;
3
XE – внутренние осадки, сконденсировавшиеся из влаги, испарившейся с
поверхности этой области.
X = XA + XE
В – часть водяных паров, как поступивших извне, так и образовавшихся в
данной области, выносимые воздушным потоком за пределы территории:
В = (А - XA) + (Е - XE)
Е - XE = С – атмосферный сток → Е = XE + С - испарение с этой области.
В среднем за многолетний период
Х=Е+y
где Х, Е, y – нормы осадков, испарения и стока соответственно.
Можно выразить Х = Е + y = XE + С +y = X - XA + С + y
XA = С + y
Зная значения X и XA можно определить коэффициент влагооборота К,
представляющий собой отношение общего количества осадков Х, выпавших
на данную территорию суши, к количеству “внешних” осадков XA, которые
сконденсируются из водяного пара, поступившего извне (преимущественно с
океана), пока он не будет вынесен за пределы этой территории, т.е.
К = Х/XA
Коэффициент влагооборота увеличивается с увеличением размера
территории. Для малых областей К = 1 (при ХЕ = 0, Х = ХА и К = 1). Для
больших территорий К > 1.
Значения К по данным ГГИ (Государственный гидрологический институт)
Материк Европа Азия
К
1,42
1,62
Африка
1,42
Сев. Америка Юж. Америка Австралия
1.65
1.68
1.14
(В формировании общего количества осадков над всеми материками, за
исключением Австралии, заметное участие принимают внутренние осадки,
сформировавшиеся за счет испарения с материков).
4
Часть Б Мировые водные ресурсы и их распределение по территории
Вода – основа существования и развития жизни. За последние 5 тыс
лет развития цивилизации запасы воды остались без изменений, в то время
как население планеты возросло в сотни раз, неизмеримо возросли и
техногенные запросы на воду. Объем пресных вод на Земле оценивается
примерно в 47 млн км3 - это всего 2,5% гидросферы, но они постоянно
возобновляются.
Скорость
возобновления
определяет
доступные
человечеству ресурсы. Из поверхностных вод суши быстрее всего
обновляются воды рек - за 10-12 суток. Следовательно, наибольшее
практическое значение для человечества имеют пресные воды рек – водные
ресурсы. Обеспеченность водными ресурсами различных территорий
планеты не одинакова:
Таблица 1 Возобновляемые водные ресурсы мира
Континент
с островами
Европа
Азия
Африка
Северная
Америка
Южная
Америка
Австралия
(с
о.
Тасмания)
Океания
Антарктида
Вся суша
мм
км3
Доля
от
суммарного
стока %
306
3.21
7
10 180 000
9.00
830400000
3.9
332
14.41
31
43 810 000
9.4
4340000000
3.3
151
4.57
10
30 250 000
4.3
922000000
5.0
339
8.2
17
24 200 000
9.7
500000000
16.4
661
11.76
25
17 820 000
18.9
385742554
30.5
45.3
0.343
1
7 632 000
1.3
22863024
15.0
1610
2.04
4
891 000
65.4
10700000
191
165
2.31
5
13 980 000
4.7
1000
Средний
451
46 843
100
148 763 000
114,44
Сток
Площадь
F км2
Сток
л/(сек
км2)
Население
человек
2011 г
7 011 706 578
Сток на
душу
населения
тыс м3
6,8
Наиболее сложная ситуация, в связи с огромной численностью населения,
складывается в Азии.
Всего 10 стран мира обладают более чем 60% мировых запасов
пресной воды. В их число входит и Китай, где проживает каждый пятый
5
житель планеты, но поскольку 90% рек страны загрязнены, там уже сейчас
испытывается дефицит воды. Самой многоводная страна - Бразилия, запасы
пресных вод которой составляют 9 950 км3 (в год). Россия обладает 4 500
км3 пресных вод в год. Далее следуют Канада, Китай, Индонезия, США,
Бангладеш, Индия, Венесуэла, Мьянма
Обеспеченность России водными ресурсами
Объем речного стока России (практически водные ресурсы) 4 262 км3,
из них 4 043 км3 - местного формирования. РФ, где проживает только 2.5%
населения планеты, обладает десятой частью мировых водных ресурсов и
по обеспеченности водными ресурсами занимает второе место после
Бразилии. Россия является одной из наиболее благополучных стран по
уровню как суммарных запасов пресной воды, так и по уровню удельной
обеспеченности своих жителей.
В каких объектах гидросферы эти ресурсы содержатся?
- В реках. В РФ 120 тысяч рек длиной более 10 км.
- В озерах. В РФ 2 млн озер, площадь которых в нашей стране больше
территории Великобритании. (Только Байкал содержит около 80% водных
ресурсов России и 26% водных ресурсов мира; если бы все реки мира текли в
Байкал, то понадобился бы год, чтобы заполнить его котловину).
- В недрах – подземные воды. Потенциальные ресурсы подземных вод
230 км3/ год, из них эксплуатируется 28 км3/ год и 19 км3/ год готовы к
промышленному освоению.
Распределение водных ресурсов по территории не равномерно: 90 %
стока приходится на бассейн Северного Ледовитого и Тихого океанов, и 8% на бассейны Каспийского и Азовского морей, где проживает 80% населения
и расположена масса промышленных предприятий. В связи с этим регионы
делятся на водообеспеченные и водонедостаточные. Важно и то, что более
80% российской пашни размещено в зонах неустойчивого и недостаточного
6
увлажнения, что обусловливает уязвимость сельского хозяйства. При
значительных капиталовложениях в сельское хозяйство Россия смогла бы
прокормить десятую часть населения планеты, а огромный потенциал
водных ресурсов мог бы вывести РФ в число ведущих мировых водных
держав.
Таблица 2 Удельная водообеспеченность экономических районов России
Экономический район
Северный
Северо - Западный
Центральный
Центрально - Черноземный
Волго - Вятский
Поволжский
Северо- Кавказский
Уральский
Западно - Сибирский
Восточно - Сибирский
Дальневосточный
Россия в целом
17 075 тыс км2
Население РФ
141 800 000 человек
Водообеспеченность на 1 км2
территории, тыс м3
Водообеспеченность на душу
населения, тыс м3
349
455
232
125
577
503
195
157
241
273
290
90,6
11,6
3,9
2,7
18,2
17,3
4,3
6.6
44.7
136
297
250
28,5
Уже сегодня, по данным журнала Fortune, прибыли в области поставок
питьевой воды достигают $1 трл в год – это 40% прибыли нефтяных
компаний. А ведь продажа бутилированной воды – это малый рынок. Важнее
формирование “большого рынка” воды, который позволил бы решить
проблемы дефицита качественной пресной воды в национальных масштабах.
По прогнозам специалистов, прибыли на этом рынке могли бы быть выше,
чем на рынке углеводородного сырья, к тому же вода, в отличие от нефти и
газа – самовозобновляющийся ресурс.
7
Вопросы на зачет
1
Понятие о влагообороте, уравнение водного баланса для различных
территорий суши
2
Cхема внутриматерикового влагооборота
3
Водные ресурсы Земли, неоднородность их распределения
4
Обеспеченность водными ресурсами России в целом и отдельных
регионов
Использованные источники
1.
Богословский Б.Б., Иванов К.Е., Самохин А.А., Соколов Д.П. Общая
гидрология. – Л., Гидрометеоиздат, 1984.
2.
Догановский А.М., Малинин В.Н. Гидросфера Земли. – СПб.,
Гидрометеоиздат, 2004.
3.
www.land-in.ru
4.
www.metronews.ru
5.
www.vlagooborot.ucoz.ru
6.
www.o8ode.ru
8