Роль круговорота воды в образовании подземных вод

Вода в природе встречается в трех состояниях: парообразном, жидком и твердом. Переход воды из одного состояния в другое происходит под влиянием солнечного тепла, жизнедеятельности организмов и иных факторов.

В атмосфере вода содержится в парообразном, капельножидком (водяные облака и туман) и твердом (ледяные облака, град, снег) состояниях. Всего в атмосфере, по данным М. И. Львовича, содержится около 14 тыс. км3 воды, преимущественно в виде пара. Атмосфера постоянно пополняется влагой за счет испарения, и на поверхность Земли ежегодно выпадает около 520 тыс. км3 осадков.

На поверхности Земли вода в жидком состоянии скапливается в океанах, морях, озерах, болотах, реках, образуя гидросферу, а вода в твердом состоянии образует ледники и снега. Основная часть воды гидросферы сосредоточена в Мировом океане — около 1370 млн. км3. В водах Мирового океана растворены колоссальные количества почти всех элементов периодической системы Менделеева.

В земной коре содержится парообразная, физически связанная, жидкая и химически связанная вода, а также вода в твердом состоянии.

Рис. 1. Схема круговорота воды в природе

Режим и баланс единой водной оболочки Земли играют важную роль в формировании окружающей среды, существовании природы. Воды атмосферы, гидросферы, верхней части литосферы и биосферы тесно взаимосвязаны. Испаряясь с поверхности океанов, морей, озер, других водоемов и с суши, а также переходя в парообразное состояние в результате жизнедеятельности организмов, вода поступает в атмосферу, а затем выпадает на поверхность Земли в виде дождя, града, снега и стекает в океаны и озера. Общий круговорот воды на Земле — один из самых грандиозных процессов (рис. 1), один из главных механизмов, обусловливающих формирование поверхности Земли, обмен веществ и энергии. Развитие наземной и подземной гидросферы происходит циклично и поступательно. Цикличность процессов выражается в водообмене подземной гидросферы с наземной (подземных вод с поверхностными, речными водами). Кроме того, она проявляется в переходе воды, находящейся в горной породе, из одного состояния в другое: водяной пар — гигроскопическая — пленочная — капиллярная — свободная вода.

Основное звено в круговороте воды в природе — испарение. С поверхности океанов ежегодно испаряется 448 тыс. км3 воды, а с поверхности суши и замкнутых морей — 72 тыс. км3.

Испарением называется процесс перехода воды из жидкого состояния в парообразное. В атмосферу парообразная влага поступает путем испарения с поверхности океанов, морей, озер, болот, влажной почвы и листьев растений. Подземные воды могут испаряться лишь на тех участках, где за счет капиллярного поднятия они достигают дневной поверхности. Особым видом испарения является образование парообразной влаги в результате жизнедеятельности растений — транспирация.

Испарение на суше зависит от многих факторов: температуры, атмосферного давления, скорости ветра, дефицита влажности воздуха, количества осадков, характера растительного покрова, пород и почвы, рельефа, экспозиции участка, близости уровня подземных вод и т. п. Чем выше температура местности и скорость ветра, тем больше при прочих равных условиях испарение; чем больше влажность воздуха и водопроницаемость пород и почв, тем испарение меньше. Со склонов южной экспозиции влаги испаряется больше. Чем ближе к поверхности земли уровень грунтовых вод, тем больше испаряется влаги, поднимающейся по капиллярам в породах. 

Величину испарения необходимо учитывать при расчетах осушения и орошения, гидрогеологических исследованиях.

Атмосферные осадки

Вода в атмосфере содержится в виде пара и в других состояниях. В совершенно чистом воздухе сжижение водяных паров не происходит даже при охлаждении воздуха до точки росы и ниже. Для образования капелек воды, из которых состоят облака и туман, необходимо наличие в воздухе ядер конденсации, на поверхности которых и происходит сжижение водяного пара. В нижних слоях атмосферы содержатся многочисленные мелкие твердые частички (пыль, дым, растительные споры и т. п.), которые и являются ядрами конденсации.

Атмосферные осадки подразделяются на два типа: 

• осадки, образующиеся непосредственно на поверхности земли и наземных предметах вследствие понижения температуры воздуха до точки росы (роса, иней, изморозь); 
• осадки, выпадающие на поверхность земли из облаков (дождь, град, снег, крупа).

Количество осадков измеряется толщиной (в миллиметрах) слоя воды, который образовался бы при отсутствии стока и испарения. Для общей характеристики климата приводится среднее годовое количество осадков за период 50 лет и более.

Интенсивность осадков — это количество осадков, выпавших за 1 мин. Осадки с интенсивностью более 1 мм/мин называются ливнями.

Атмосферные осадки — основной источник питания подземных вод. При определении роли атмосферных осадков в питании подземных вод необходимо учитывать не только их абсолютное количество, но и продолжительность, интенсивность, вид (жидкие, твердые), время выпадения, а также физико-географические (климат, рельеф, растительность) и геологические условия изучаемой территории.

Для питания подземных вод наиболее благоприятны длительные и не очень интенсивные дожди, выпадающие весной и осенью, менее благоприятны ливни, во время которых большая часть осадков не успевает впитаться и быстро стекает по поверхности земли.

В умеренном климате зимой осадки выпадают в виде снега. Питание грунтовых вод во многом зависит от числа дней со снеговым покровом, его высоты и плотности, так как эти показатели определяют продолжительность весеннего снеготаяния, величину поверхностного стока в период половодья и количество инфильтрующихся в землю осадков.

Количество выпадающих атмосферных осадков замеряется дождемерами, или осадкомерами, конструкции которых и методика работы описываются в специальных руководствах по климатологии.