Учебник Биология - ВУНМЦ 2000
Глава 7. БИОСФЕРНЫЙ УРОВЕНЬ ОРГАНИЗАЦИИ ЖИВОГО
7.6. КРУГОВОРОТ ВОДЫ
Круговорот воды - процесс непрерывного, взаимосвязанного перемещения воды на Земле, происходящего под влиянием солнечной энергии, силы тяжести, жизнедеятельности живых организмов, хозяйственной деятельности человека. Для всего земного шара существует один из основных источников прихода воды - атмосферные осадки и один источник расхода - испарение, которое равно примерно 525 тыс. км. Различают малый и большой круговороты воды.
При малом круговороте вода, испарившаяся с поверхности океана, возвращается в него в виде осадков (рис. 431).
Рис. 431. Круговорот воды. Вся вода на Земле постоянно рециклизуется путем испарения или транспирации, конденсации и выпадения в виде осадков.
При большом круговороте вода, испарившись с поверхности океана, частично возвращается в него в виде осадков, а частично переносится на сушу, где также выпадает в виде атмосферных осадков, питая реки и водоемы, но в конечном итоге, вновь возвращается в океан речными и подземными стоками (рис. 432).
Рис. 432. Круговорот воды в биосфере.
Жизнь зародилась в воде; без нее она невозможна и в настоящее время. Окись водорода - это самое распространенное вещество биосферы. В организме на воду приходится 60-99,97% по массе. Вода вместе с двуокисью углерода необходима для создания органического вещества в процессе фотосинтеза; из ее молекулы выделяется кислород, необходимый для дыхания всех живущих на Земле, не считая анаэробные формы. Вода в организме - основная среда, в которой протекает обмен веществ, она участвует в физической терморегуляции, в обеспечении осмотических свойств и тургорного состояния клетки, с ее участием транспортируются вещества, необходимые для питания, и конечные продукты обмена. Воде принадлежит важнейшая роль в формировании физической и химической среды, климата и погоды на нашей планете и в каждом отдельном ее регионе, что непосредственно отражается на характере биоценоза, его видовом составе и других особенностях, определяемых биотопом. Недостаток доступной для организма воды в тех или иных областях препятствует заселению территории этих областей живыми организмами или чрезвычайно ограничивает число видов. Сохраняются те из них, которые способны довольствоваться малым количеством жидкости. Вода - лимитирующий фактор в пустыне.
В природе большие запасы воды находятся в земной коре, где она связана в горных породах, а также сосредоточена в более глубоких недрах мантии Земли. Вклад этой воды в движение жидкости через экосистему незначительный. Наиболее ощутим выброс водяных паров при извержении вулканов. Основные запасы доступной организмам воды находятся в гидросфере, включающей океаны, моря, озера, водохранилища: реки, почвенную влагу, подземные воды. Мировые запасы слагаются из жидкой (пресная и соленая), твердой (пресная) и газообразной (пресная) воды. Пресная вода - это вода, концентрация солей в которой не превышает 1 г/кг; при концентрации солей в воде до 25 г/кг ее называют солоноватой; в соленой воде концентрация солей выше 25 г/кг. В мировом запасе преобладает соленая вода. Твердая вода - ледники на вершине гор, в Антарктиде, Гренландии, островах Ледовитого океана - основной мировой запас пресной воды (до 75%) (рис. 433).
Рис. 433. Гидрологический цикл и накопление воды (R.J. Chorley, P. Haggett (eds.) (1967). Physical and information models in geography, Methuen.
Воды всех геосфер, включая биосферу, взаимодействуют между собой. Подсчитано, что с поверхности океана в атмосферу за год в результате испарения поступает 319·1012 тонн воды, а с поверхности суши - 59·1012 тонн. Количество испарившейся воды и содержание водяных паров в воздухе различно и зависит от местности и времени года. Испарение в высоких широтах уступает испарению воды у экватора. В мировой океан в виде дождя и снега возвращается 283·1012 тонн воды и 95·1012 тонн - на сушу, где она просачивается в почву, грунтовые воды, попадает в озера, реки, водохранилища и часть ее с речными и подземными стоками возвращается снова в океан (см. рис. 432). Количество выпавших осадков, как и испарение воды, неодинаковое в разных областях планеты и в разное время года. Из приведенных цифр очевидно, что большая часть воды, попадающей из атмосферы на сушу в виде осадков, имеет океаническое происхождение. Из тучи и облаков в океан ее "выливается" больше (75%), чем на сушу (25%).
Испарение воды, конденсация пара в атмосфере, перемещение воздушных масс в результате неравномерного их нагревания и вызванное этим движение облаков, а также возникающие на суше стоки, несущие воду в океан - все это обусловливает постоянный водообмен между материками и океанами через атмосферу. Эта гигантская работа по перемещению воды требует большой затраты энергии, источником которой является Солнце.
Глобальный "поток" воды на планете не минует биосферу и проходит через живое вещество. Большое количество воды с наземной экосистемы попадает в атмосферу благодаря испарению ее растениями. Это подтверждается следующими расчетами: первичная продукция наземных растении составляет примерно 11·1012 тонн сухого вещества; при создании каждого грамма продукции растение теряет 500 г воды при транспирации. Следовательно, за год в атмосферу только за счет транспирационного процесса поступает 55·1012 тонн окиси водорода.
Суммарное годовое испарение воды с поверхности Земли составляет 378·1012 тонн. Для этого должна быть затрачена энергия, равная 2·1012 ккал (на 1 Н2О - 0,536 ккал), что соответствует пятой части от той, которая поступает на Землю от Солнца.