Воды суши

Общие сведения. Воды суши — это реки, озёра, болота, ледники и подземные воды. Их возникновение и существование обусловлено сложным взаимодействием комплекса природных географических факторов.

Подземные воды (рис. 113) находятся в толще земной коры в различных состояниях: газообразном, гигроскопическом, плёночном, капиллярном, твёрдом и гравитационном.

Подземные воды играют важнейшую роль в питании и регулировании стока, водоснабжении, в особенности там, где недостаточно поверхностных вод. Насыщенные солями и другими неорганическими соединениями, они могут применяться в медицине. В залегании, движении, круговороте подземных вод ещё много неясного.

Образуются подземные воды в результате просачивания атмосферных осадков и поверхностных вод, а частично за счёт конденсации водяного пара, проникающего из более глубоких земных слоёв или из атмосферы. Под землёй грунтовые воды могут двигаться, а могут быть стоячими. Запасы грунтовых вод, особенности их залегания в значительной степени обусловлены законами географической зональности.

Почвенная влага, используемая растениями, посезонно и ежегодно возобновляется за счёт атмосферных осадков и первого горизонта подземных вод. Запасы почвенной влаги на Земле определены в 16 500 км³.

Подземные воды первого от поверхности горизонта используются человечеством с древнейших времён. А вот воды глубоких горизонтов, за исключением тех, которые сами естественным образом выходят на поверхность, стали использоваться только со второй половины XIX в. Ресурсы подземных вод ещё недостаточно изучены, и это затрудняет разработку перспективных планов их использования, составление водных и водохозяйственных балансов.

Реки являются своего рода естественными водотоками, по которым осуществляется круглогодичный сток атмосферных осадков. Роль рек в существовании географической оболочки огромна: являясь наиболее активной и подвижной частью гидросферы, они замыкают круговорот воды, поскольку возвращают пролившуюся на сушу дождевую воду обратно в океан.

Суммарный речной сток в Мировой океан составляет в среднем около 40 тыс. км³. Самый большой по объёму сток идёт с территории Азии — 31%. Интересно, что с территории Южной Америки, которая почти в три раза меньше Азии, идёт 25% мирового стока. Не зря говорят, что Южная Америка — самый влажный материк. Самый низкий сток идёт в Мировой океан из Австралии, с островов Океании и из Африки. Это понятно: пространства Африки и Австралии огромны, климат на значительной части этих континентов сух, и испарение очень велико. А острова Океании малы, влажность воздуха там высока и влаги испаряется немного.

Реки питаются дождевыми, талыми (рис. 114) и подземными водами. Несмотря на различный характер питания, начало ему всегда дают атмосферные осадки, принявшие тот или иной вид. Река, как правило, отражает особенности климата и ландшафта, по которому протекает. Доказательством географической сущности рек является густота речной сети и водоносность рек в разных географических зонах. Для этого достаточно сравнить зону пустынь и тропических лесов.

Реки — во многом продукт климата. На крупных реках, пересекающих несколько географических зон, сезонные явления паводков, межени, ледоходов и т.п. сложно налагаются друг на друга. Реки, текущие в меридиональном направлении, способны переносить запасы тепла в холодные районы или, наоборот, запасы холода — в тёплые районы.

Объём речных вод составляет всего 0,0002% от общих запасов воды на Земле, однако значение их для жизни на суше трудно переоценить. Эти воды ежегодно возобновляются, однако изменчивость речного стока заставляет искусственно его регулировать. Издревле человек строил на реках плотины и водохранилища, для того чтобы создавать необходимый запас воды, но о водохранилищах мы поговорим чуть позже.

Пока же поговорим о тех последствиях для реки, которые связаны с регулированием её стока. Создание плотин и водохранилищ влечёт за собой изменение водного баланса больших территорий, химических и биологических свойств вод, условий стекания и потерь осадков, режима речных систем, грунтовых вод и окружающих ландшафтов. Поэтому при решении таких грандиозных задач особенно важны долгосрочные и сверхдолгосрочные прогнозы изменения водных ресурсов под влиянием природных причин и деятельности человека. Кстати, возможно, именно благодаря рекам в жизни человека появилось такое явление, как научный прогноз. Одними из первых прогнозов, сделанных человеком, стали прогнозы разлива Нила (рис. 115), к которым привязывался весь цикл сельскохозяйственных работ в Древнем Египте.

В России появление первых научных гидрологических прогнозов современного вида относится к концу XIX в. Тогда они были связаны с судоходством и прогнозировали уровень рек, в частности глубины на перекатах, а также предсказывали наводнения. Гидрологические прогнозы подразделяются по заблаговременности и, как выражаются прогнозисты, по целевому назначению. Таким образом, выделяются прогнозы водного и ледового режимов краткосрочные, среднесрочные, долгосрочные, сверхдолгосрочные для целей водного транспорта, гидроэнергетики, ирригации.

Любое водохозяйственное мероприятие: водоснабжение, энергетика, орошение, осушение, а также гидротехнические сооружения на транспорте в первую очередь требуют оценки количества воды, которое необходимо использовать или пропустить в данном сооружении. Таким образом, прогноз водного режима самым тесным образом связан с оценкой водных ресурсов.

Озёра. Озером обычно называют заполненное водой углубление суши. Озёр на Земле несметное множество. Их общая площадь — около 2 млн км². Эти водоёмы несут на себе следы географической зональности, ведь водная масса озера — продукт климата. Но озёра и сами влияют на ландшафты и климат прилегающих территорий: изменяются скорости и повторяемость ветров, температура и влажность воздуха.

Мы не будем рассказывать о разных классификациях озёр. Об этом уже говорилось в других географических курсах. Общая закономерность распределения озёр на планете (имеющая, впрочем, немало исключений) такова: как правило, во влажном климате озёр много, они полноводные, пресные и проточные, в сухом же климате при прочих равных условиях озёр мало, они маловодны, часто бессточные, нередко солёные.

Многочисленны процессы, происходящие в озёрах в неразрывной связи с их ландшафтными особенностями. Изучает их озероведение, или лимнология. Лимнологи исходят из того, что всякое озеро может рассматриваться как самостоятельный ландшафт, который в то же время находится во взаимосвязи с окружающей его местностью.

Важнейшая проблема лимнологии — это изучение роли новых веществ, которые появляются в водоёмах культурных ландшафтов и включаются в озёрные процессы. Фактически это проблема сохранения «чистой воды». Ведь озёра — важнейшие резервуары чистой воды на нашей планете, и сброс бытовых и промышленных вод ведёт к глубоким необратимым изменениям режима этих водоёмов. Поэтому в наше время особенно важны гидрохимические исследования природных вод. Без этих исследований невозможно использование озёрных вод в водоснабжении, орошаемом земледелии, нельзя выяснить характер круговорота отдельных ингредиентов в гидросфере.

Болота. Последний объект гидрологии суши, который мы рассмотрим, — болота. Болото представляет собой участок суши, избыточно
увлажнённый пресной или солёной водой. Здесь происходит накопление отмершего растительного вещества, которое не полностью разлагается
в специфических условиях болота и превращается в торф. Возникают болота при зарастании водоёмов, увлажнении суши, близком залегании водоупорных горизонтов и многолетней мерзлоты, при повышении уровня грунтовых вод. Болота бывают низинные (рис. 116) и верховые (рис. 117). Низинные располагаются в пониженных частях рельефа и питаются грунтовыми или речными водами. Верховые болота питаются непосредственно атмосферными осадками и преобладают во влажном климате. Впрочем, об этом мы уже говорили.

Самое большое количество болот на Земле сосредоточено в районах избыточного увлажнения. Общая их площадь составляет 2,7 млн км², из них около 2 млн км² находятся на территории нашей страны.

Болота находятся в сложных связях с лесной растительностью и грунтовыми водами, предохраняя леса от усыхания и деградации.

Заболоченность может показаться большой помехой при освоении территории и, как правило, таковой и является. Однако осушение болот, хотя технически оно вполне осуществимо, надо проводить с большой осмотрительностью. Дело в том, что они являются своеобразными губками, регулирующими сток местности, и находятся в сложных связях с лесной растительностью и грунтовыми водами, предохраняя леса от усыхания и деградации.

Водохранилища. Шесть тысяч лет назад была построена первая плотина на Ниле. Она позволила древним египтянам освоить некоторые прежде сухие земли Нильской долины. Первые водохранилища в Месопотамии, Египте, Китае, а позднее в Средней и Малой Азии создавались для орошения земель и предотвращения наводнений. До наших дней сохранилось водохранилище Карнальбо на реке Альбаррегас в Испании объёмом 10 млн м³, первая плотина которого была построена во II в. до н. э.

По данным Мирового реестра плотин, самое большое количество плотин находится в США (9,3 тыс.), Китае (4,7 тыс.), Индии (4,6 тыс.). Общий объём воды в водохранилищах, по этим данным, составляет 5 тыс. км³. В мире свыше 13 тыс. водохранилищ объёмом более 1 млн м³ воды каждое.

Основная масса водохранилищ Земли сосредоточена в умеренном и субтропическом поясах. Крупнейшие водохранилища созданы на самых больших реках мира. Однако дать однозначный ответ на вопрос, какое водохранилище является самым большим в мире, трудно. Выделяют крупнейшие по площади поверхности и крупнейшие по объёму. Самым большим по площади является водохранилище Вольта на слиянии рек Белой и Чёрной Вольты (ок. 8,5 тыс. км²). Крупнейшим по полному объёму накапливаемой воды считается Братское водохранилище на р. Ангаре (169 км³). Самый зарегулированный сток имеют реки Волга, Днепр, Тахо, Тигр и Евфрат, Миссисипи и Миссури.

Водохранилища заметно изменяют окружающую природу. Подъём уровня реки плотиной может вызвать заболоченность, засолённость, изменения прибрежной растительности и микроклимата. В самом водохранилище создаются водный режим и экологические условия, близкие к озёрным, возникают специфические колебания уровня, скорости течения, водообмен, химический состав воды, гидробиологические условия, температурный и ледовый режим и режим формирования берегов.

Гидрология суши. Всё разнообразие водных объектов изучает наука с несколько парадоксальным названием «гидрология суши». Задачи современной гидрологии суши — выявить закономерности поведения гидрологических объектов, найти оптимальную методику управления этим поведением, предсказать воздействие на окружающую природную среду таких созданных человеком сооружений, как плотины, мелиоративные системы, каналы. Оценка и предсказание количественных и качественных характеристик водных объектов требуют разработки надёжных математических моделей, поэтому специалисты-гидрологи — люди весьма вооружённые математическими знаниями. Новые возможности исследования процессов глобального водообмена даёт привлечение в гидрологию космических методов исследования. При помощи спутниковой информации определяют влагосодержание атмосферы и запасы воды в облаках, наблюдают за распределением снежного покрова и ведут учёт запасов воды в снеге, изменяют влажность почв, исследуют возможности прогнозирования гидрологических явлений.

Очень важно понять гидрологические процессы на суше в единстве со всем комплексом природной среды. Любое действие на гидрологическом объекте — будь то строительство плотины, канала, бурение скважин для добычи пресной воды или осушение болот — всегда вызывает к жизни новые процессы в других компонентах географической оболочки. Понимать и учитывать это в практической деятельности — задача географов.