2. Малый, или океанический, круговорот - водяной пар, испарившийся с поверхности океанов, выпадает в виде атмосферных осадков снова в океан.
3. Внутриконтинентальный круговорот - вода, испарившаяся с поверхности суши, вновь выпадает на сушу в виде атмосферных осадков.
Движущие силы круговорота воды - тепловая энергия и сила тяжести. Под влиянием тепла происходят испарение, конденсация водяных паров и другие процессы, а под влиянием силы тяжести - падение капель дождя, течение рек, движение почвенных и подземных вод. Часто эти две причины действуют совместно: например, на атмосферную циркуляцию влияют как тепловые процессы, так и сила тяжести. В круговороте воды выделяются следующие основные звенья: атмосферное, океаническое и материковое, которое включает в себя литогенное, почвенное, речное, озерное, ледниковое, биологическое и хозяйственное звенья. Каждое из них играет в круговороте свою особую роль.
Ни одно из перечисленных звеньев круговорота воды не представляет собой замкнутой системы. Только круговорот воды на земном шаре, связывающий в единое целое все части гидросферы, может рассматриваться как замкнутая система. Вместе с тем в практической работе принимается условно замкнутым водный баланс, например, для отдельных речных бассейнов или озер.
Атмосферное звено круговорота характеризуется переносом влаги в процессе циркуляции воздуха и, как уже было сказано, образованием атмосферных осадков. Общая циркуляция атмосферы обладает замечательным свойством - сравнительной устойчивостью из года в год, но при существенной сезонной изменчивости.
Расчеты показывают, что средний слой осадков составляет на суше 765 мм, в океане - 1140 мм, а в целом для всего земного шара - 1030 мм, т.е. немногим более 1 м. В объеме соответствующие величины равны: для суши - 113,5 тыс. км3 (22%), для океана - 411,6 тыс. км3 (78%), для всего земного шара - 525,1 тыс. км3.
Непосредственная роль циркуляции воздуха в круговороте воды заключается в перераспределении атмосферной влаги по земному шару. На материках осадков выпадает больше, чем атмосфера получает влаги за счет испарения с суши. Разница, приблизительно достигающая 40 - 43 тыс. км3 в год, восполняется за счет переноса влаги атмосферы с океана на сушу. Этот процесс имеет большое значение, так как он увеличивает водные ресурсы материков. Без такой прибыли влаги водные ресурсы, используемые человеком на суше, были бы значительно беднее.
мировой океан биосфера экосистема
Для океанического звена круговорота наиболее характерно испарение воды, в процессе которого непрерывно восстанавливается содержание водяного пара в атмосфере. Достаточно сказать, что более 86% влаги поступает в атмосферу за счет испарения с поверхности океана и менее 14% - за счет испарения с суши.
Испарение - физический процесс образования паров при отрыве молекул жидкости от ее свободной поверхности. Влагу испаряют не только океаны, моря и другие водоемы, но и смоченная почва, растения, поверхность подземных вод. Этот процесс возвращает в атмосферу в виде паров воды в среднем около 2/3 осадков.
Интенсивность испарения с поверхности воды обуславливается процессами диффузии и тепловой конвекцией. Молекулы воды из слоя воздуха, прилегающего к воде и уже насыщенного водяным паром, перемещаются вверх. На их место поступают молекулы из воды. Такая форма испарения называется диффузионной. Тепловая конвекция возникает за счет разности в температурах воды и воздуха и в температурах воздуха у поверхности воды и выше. Если температура воздуха непосредственно у воды выше, чем температура воздуха вышерасположенных слоев, то воздух нижних слоев, будучи более легким, поднимается вверх. Воздух более холодный, а, следовательно, более тяжелый, но менее насыщенный водяным паром из верхних слоев перемещается вниз. В результате возникает тепловая конвекция, обуславливающая испарение, называемое конвекционным. Хорошо прогреваемые участки почвы, насыщенные влагой, или лужи обеспечивают скорость испарение примерно на 50% выше, чем более холодная (из-за лучшего массо - и теплообмена) поверхность водоема глубиной в несколько метров. Такого же порядка в природных условиях и влияние ветра. Ветер способствует замене относительно насыщенного парами воздуха у водной поверхности менее насыщенным из верхних слоев. Например, при скорости ветра 20 м/с скорость испарения увеличивается примерно в полтора раза по сравнению с безветрием.
Испарение со снега и льда определяется теми же факторами, что и с поверхности воды. По опытным данным, испарение со снега в десятки раз меньше испарения с водной поверхности. В средних широтах оно не превышает 20 - 30 мм за зиму. Весной при положительных температурах воздуха испарение со снега существенно возрастает. Отличительная особенность испарения со снега и льда заключается в том, что переход воды из твердого состояния в газообразное совершается, минуя твердую фазу. Этот процесс называется возгонкой.
Каждую минуту на испарение с поверхности океана уходит 2 1018 Дж солнечной энергии. Но это тепло не потеряно для планеты. При конденсации пара в верхней части тропосферы тепло, затраченное на испарение, вновь выделяется. Водяной пар выступает как теплоноситель, перемещающий тепло Солнца, для излучения которого атмосфера прозрачна, от поверхности океана и увлажненной поверхности суши к уровню конденсации в атмосфере. Мощные импульсы тепла, возникающие при конденсации, служат одним из двигателей циркуляции атмосферы и, возможно, источниками энергии тропических ураганов.
Пары воды в атмосфере играют и другую, не менее важную роль: они перехватывают и поглощают тепловое (инфракрасное) излучение Земли, создавая парниковый эффект. Роль водяного пара в парниковом эффекте, как уже говорилось, значительно существеннее, чем роль углекислого газа. Атмосферную влагу можно сравнить с теплым одеялом, окутывающим нашу Землю.
Расход воды на испарение распределяется неравномерно по акватории океана. Это можно хорошо видеть по разности между испарением и осадками. В экваториальной зоне расход воды на испарение из-за большой облачности меньше годовой суммы осадков. В умеренных широтах испаряется воды также меньше, чем выпадает осадков, но основная причина здесь другая - недостаток тепла. В тропической и субтропической зонах с поверхности океана испаряется влаги больше, чем выпадает. Происходит это потому, что в зоне пассатов облачность бывает реже, тепла здесь много, а осадков выпадает относительно меньше.
Океаническим течениям принадлежит большая климатообразующая роль, поэтому их влияние на круговорот воды в основном сказывается через климат. Морские течения переносят воды на три порядка больше, чем все реки мира, а обусловленный ими водообмен в 50 раз интенсивнее водообмена, вызванного атмосферными осадками, выпадающими на поверхность океана, и испарением. По этой причине внутренний океанический водообмен гораздо интенсивнее внешнего, обусловленного круговоротом пресной воды.
Литогенное звено круговорота воды, другими словами, участие подземных вод в круговороте воды, весьма разнообразно. Глубинные подземные воды, главным образом рассолы, крайне слабо связаны с верхними слоями подземных вод и с другими звеньями круговорота воды. Накопление глубинных подземных вод в некоторых областях происходило в течение многих миллионов лет. Весьма медленно просачиваясь вглубь и пополняясь за счет дегазации мантии, на глубинах (чаще всего более 1 - 2 км) образовались огромные скопления воды. Но их участие в круговороте воды выражено весьма слабо. Глубинные подземные воды, если сравнивать с круговоротом воды - явлением природы весьма динамичным, практически стабильны. Их объем весьма незначительно меняется в течение коротких периодов времени. Они обычно сильно минерализованы, вплоть до крепких рассолов, что и служит главным признаком слабого обмена.
Явлению естественного дренажа подземных вод принадлежит исключительно важная роль в круговороте. Благодаря ему одно из звеньев круговорота приобретает регулирующие свойства - реки получают устойчивое питание. Без этого источника водный режим рек был бы еще более изменчив - вода в реках появлялась бы лишь во время дождей или при снеготаянии, а в остальное время реки пересыхали бы.
К литогенному звену относится также и почвенное, поскольку почвенная вода связана с самой верхней частью земной коры. Вместе с тем имеются все основания для выделения почвенных вод, или, как чаще принято называть, почвенной влаги, в особое звено круговорота. Почвенная влага отличается от подземных вод некоторыми особенностями. Во-первых, почвенная влага связана с биологическими процессами в гораздо большей мере, чем подземные воды. Почвенный покров, к которому приурочена почвенная влага, представляет не чисто минеральную массу, слагающую горные породы, а содержит большее или меньшее количество гумуса. Во-вторых, почвенная влага в большей мере, чем подземные воды, связана с характером погоды. Во время дождей или при снеготаянии происходит инфильтрация, обогащающая почву влагой, но в сухое время она быстро расходуется на испарение. По этой причине содержание влаги в почве на большей части суши бывает неустойчивым. Испарение происходит не только с поверхности почвы; почвенная влага расходуется также на транспирацию, которая представляет исключительно важный процесс жизнедеятельности растений, причем корни растений поглощают влагу с той глубины, на которую они распространяются. Таким образом, почвенная влага представляет собой один из важных факторов жизнедеятельности растений.