Глобальный гидрологический цикл и его структура (стр. 4 )

Несомненно, что вклад испарения и выщелачивания в форми­рование минерализации речных водных масс сильно варьирует в зависимости от географического положения и ландшафтных осо­бенностей каждого водосбора. Испарение увеличивает ми­нерализацию поверхностных вод с 10-12 до 30 мг/л, а выщела­чивание ими грунтов водосбора повышает ее среднее многолет­нее значение в 6 раз - до 190 мг/л [1].

Оценка ионного стока с подземными водами  показала, что его средняя многолетняя величина может составлять 1,3 млрд. т/год; при суммарном дебите субмариннькк источников (т. е. подводных) 2,4 тыс. км3/год. Средняя минерализация их вод равна 0,6 г/л (в 7,5 раз больше, чем в речном стоке). С учетом этой компоненты ионного стока с суши его общая величина составляет 4,5 млрд. т/год (70 % - поверхностный ионный сток и 30 % - подземный), и она в 10 раз больше, чем солевой поток с Мирового океана на сушу. Разность этих потоков показывает величину химической денуда­ции суши под воздействием стока, равную 4,1 млрд. т/год [1].

Суммарная площадь многочисленных областей внутреннего сто­ка, имеющихся на всех континентах, равна 30 млн. км2, суммар­ный сток в них речных водных масс очень мал (1 тыс. км3/год). Сред­ний слой стока воды в этих областях, расположенных преимуще­ственно в пустынных ландшафтах, составляет всего 33 мм/год (в 12 раз меньше среднего слоя стока в областях внешнего стока). Вследствие полного испарения воды и частичной дефляции вет­ром солей и речных наносов водные массы в областях внутренне­го стока, испаряясь, формируют континентальные воздушные массы, слабо насыщенные водяным паром, но наиболее обога­щенные аэрозольными частицами, которые снова включаются в континентальное звено ГГЦ [1].

Кроме процессов, которые ведут к изменению химического состава воды на континенте (растворение горных пород и продук­тов деструкции органического вещества, образующегося в разно­образных ландшафтах), в водах суши многократно увеличивается содержание взвешенных веществ в результате эрозии, которую производят поверхностные склоновые воды, вымывая частички грунта и насыщаясь наносами. В целом на всей части суши, свободной от снежного и ледяного покрова, образуется масса продуктов склоновой эрозии почв и грунтов, составляющая порядка 90 млрд. т/год. Следовательно, сред­няя мутность поверхностно-склонового стока равна примерно 2 кг/м3, а средний модуль эрозии, не покрытой льдом части суши

Мэр = 90 • 109/133 • 106 = 677 т/(км2 • год)  (2)

и в 20 раз превышает модуль химической денудации суши в про­цессе стока [1].

В отличие от растворенных ионов, которые с водой транзитом проходят по гидрографической сети областей внешнего стока до Мирового океана, большая часть взвешенных частиц грунта лишь перераспределяется стоком в пределах речных водосборов и отла­гается по мере выполаживания уклонов сначала склонов, а затем и уклонов рек. О масштабе такой трансформации стока наносов можно судить, сопоставив приведенную выше оценку интенсив­ности водной эрозии почвенного покрова суши с величиной сто­ка речных наносов в океаны. Такой расчет выполнен по данным многолетних гидрометрических наблюдений за стоком наносов в приустьевых створах 635 рек. Для оценки стока наносов осталь­ных впадающих в океаны рек использован метод аналогии. Сум­марный сток наносов с суши получился равным 15,7 млрд. т/год, следовательно, более 80 % продуктов водной эрозии перераспре­деляется внутри водосборов, формируя делювиальные отложения, русловой и пойменный аллювий, а остальные 20 % выносятся в дельты, бессточные озера и моря. Более поздние оценки величи­ны стока речных наносов в Мировой океан отличаются всего на 5-15%. Учитывая различия методики таких расчетов, можно считать, что они подтверждают, во-первых, малую долю выно­симых стоком с суши продуктов ее водной эрозии, а во-вторых, 4-5-кратное превышение стока взвешенных веществ и их средней концентрации над стоком и концентрацией растворенных веществ [1].

Емкость русловой сети всей суши, характеризуемая осредненным объемом находящихся в ней речных водных масс, составляет несколько больше 2 тыс. км3, поэтому среднее время смены вод­ных масс в речной сети – 16 дней, т. е. вдвое продолжительнее, чем смена воздушных масс в атмосфере[1].

Континентальный этап. В глобальном гидрологическом цикле представляет собой процесс перемещения природных вод по по­верхности суши (поверхностный сток) и внутри почв и грунтов верхнего слоя литосферы (подземный сток) под действием силы тяжести. Поверхностный сток имеет следующие разновидности: склоновый, русловой и внутриводоемный. В течение года сток имеет многоводные фазы - половодье (повторяется на данной реке из года в год в один и тот же сезон) и паводки (возможны в любое время каждого сезона) и маловодные фазы (межень) [1].

Склоновый сток периодически возникает во время сне­готаяния или интенсивных и продолжительных дождей в виде плос­костного стекания воды с относительно ровных, покрытых луго­вой или лесной растительностью территорий. На оголенных или распаханных склонах оно перестраивается в сток воды по непре­рывно изменяющейся микроручейковой сети, переходящий в сеть все более крупных временных ручейков. В этой начальной стадии формирования поверхностного стока его внутрисуточная, синоп­тическая и сезонная изменчивость изначально определяется не­равномерностью выпадения атмосферных осадков вследствие из­менения погоды. Сильно изменчив при этом и состав склонового генетического типа вод, обогащающихся смываемыми легко ра­створимыми солями, минеральными биогенными и органически­ми веществами (продуктами бактериального разложения отмира­ющих организмов наземной флоЈы и фауны), а также минераль­ными и органическими взвешенными веществами, из-за которых эти воды особенно мутны[1].

Одновременно на водосборе начинают формироваться и два других генетических типа вод, образующих подземный сток из фильтрующихся сквозь почву и подстилающие ее грунты склоно­вых вод и изменяющих при этом свои свойства. Образовавшиеся в результате этой трансформации воды почвенного генетического типа, сильнее и продолжительнее контактирующие с почвенным покровом водосбора, отличаются от склоновых вод несколько боль­шей минерализацией, наибольшим содержанием биогенных и органических растворенных веществ и меньшей концентрацией взвесей. А еще глубже проникающие воды грунтового генетическо­го типа из-за еще более медленного водообмена приобретают наи­более высокую минерализацию и жесткость при минимальном содержании органических, биогенных и взвешенных веществ и нередко при полном отсутствии растворенного кислорода. Если в них много растворенного закисного железа, то при выходе на поверхность в виде источников такие воды заметны по ржавому цвету осадка. Он образуется при насыщении подземной воды на воздухе кислородом, превращающим бесцветное Fe(OH)2 в хлопье­видное Fe(OH)3[1].

Русловой сток возникает, когда воды этих генетических типов, объединяясь в первичную речную водную массу (РВМ), фор­мируют русловую сеть, где смешиваются в различных пропорциях в зависимости от фазы гидрологического режима. В половодье при снеготаянии в умеренных и полярных широтах или в сезон интен­сивных дождевых осадков в областях муссонного и тропического климата возникающая в русле первичная РВМ состоит в основ­ном из склоновых вод. В эту самую многоводную фазу водного режима вода в реке имеет соответствующие данному генетическо­му типу вод характеристики своего физического состояния и хи­мического состава. При этом сильный подъем уровня воды в реке с нередким затоплением поймы создает подпор подземных вод, ограничивающий их поступление в реку. На спаде половодья и в паводки преобладающую роль в формировании первичной РВМ играют воды почвенного генетического типа в сочетании с остат­ками склонового типа вод и все увеличивающегося притока в реч­ное русло вод грунтового генетического типа [1].

В глубокую летнюю и зимнюю межень, когда реки питаются почти исключительно грунтовым генетическим типом воды из наиболее глубоких водоносных горизонтов грунтовой толщи реч­ного водосбора, солевой состав РВМ подобен химическому со­ставу вод данного генетического типа. Попадая в речную сеть, эти воды быстро насыщаются кислородом. Летом они имеют низкую температуру, вследствие чего растворимость в них атмосферного кислорода велика. В период ледостава они имеют более высокую температуру по сравнению с РВМ, поэтому у их источников час­то образуются полыньи - очаги насыщения кислородом зимней речной воды.

По мере продвижения РВМ вниз по реке от истока к устью и изменения расхода воды в потоке непрерывно изменяется в ней соотношение между массой взвешенных и влекомых наносов. Кроме того, от одного речного участка к другому увеличивается объем этой главной РВМ благодаря ее смешению с водными массами все большего числа притоков ее речной системы. Поэтому русло­вой сток сопровождается как внутримассовой, так и фронтальной трансформацией состава речной воды.

Внутримассовая трансформация РВМ проявляется:

в колебаниях температуры речной воды вследствие ее тепло­обмена с атмосферой, изменяющегося в безледный период года в зависимости от смены погоды; в колебаниях концентрации взвешенных веществ и прозрач­ности речной воды вследствие ее обмена наносами с русловыми отложениями в плесовых лощинах и на перекатах, у абразион­ных и аккумулятивных участков речного берега. Направленность этого обмена и его интенсивность изменяются в зависимости от расхода воды и наносов в реке. Особенно сильна такая трансфор­мация в случае выхода воды на пойму, когда происходит заиле­ние ее поверхности и смена водных масс в расположенных на ней нередко многочисленных пойменных озерах и низинных бо­лотах; в постепенном увеличении минерализации речной водной массы в местах дренирования руслом все более глубоких водонос­ных горизонтов грунтовой толщи речного водосбора; в постепенном росте биомассы фито - и зоопланктона, коли­чества рыбы по мере увеличения времени существования и разме­ра РВМ, в колебании видового состава и численности водных организмов планктона в зависимости от развития в русле высшей водной растительности и ихтиофауны, изменений водности реки и погодных условий в вегетационный период[1].

Фронтальная трансформация РВМ происходит в участках рус­ла, расположенных ниже устьев притоков. В русловой сети каждо­го из них формируются свои речные водные массы со специфи­ческими характеристиками водности и состава воды, соответству­ющими ландшафтным условиям формирования стока на водосбо­ре того или иного притока[1].