Гидрология

Гидрология — наука о природных водах: их распространении, круговороте, физических и химических свойствах, влиянии на ландшафт и хозяйственном использовании.

Вода на планете: где и сколько

Общий объём воды на Земле — 1,386 млрд км³. Но 97,5% — солёная вода океанов. Пресная вода составляет лишь 2,5% (35 млн км³), из них 69% заморожено в ледниках Антарктиды и Гренландии, 30% — подземные воды, и только 1% доступен в реках и озёрах. На все реки мира приходится всего 2120 км³ — капля в масштабе планеты.

Гидрология как наука оформилась в XVII–XVIII веках, когда Пьер Перро (1674) и Эдм Мариотт (1686) впервые доказали, что осадков достаточно для питания рек — до них считалось, что реки текут из подземных полостей.

Круговорот воды

Ежегодно с поверхности океана испаряется около 505 000 км³ воды. Из них 90% возвращается осадками обратно в океан, а 10% переносятся ветрами на сушу. С суши в океан возвращается около 45 000 км³ через речной сток и подземный поток. Полный цикл обновления воды в атмосфере — 8–10 дней, в реках — 16–20 дней, в почве — 1–2 года, а в глубоком подземном горизонте — тысячи лет.

Круговорот воды — главный механизм перераспределения тепла и солнечной энергии на планете. Испарение 1 кг воды поглощает 2260 кДж — эта энергия высвобождается при конденсации, формируя облака и осадки.

Реки и речной сток

Река — водоток с постоянным или сезонным течением в выработанном русле. Амазонка — крупнейшая по стоку: 219 000 м³/с, что составляет 15–20% всего мирового речного стока. Нил (6650 км) и Амазонка (6400 км) спорят за звание самой длинной реки.

Речной сток зависит от площади водосбора, количества осадков, испарения и проницаемости грунтов. Гидрологи измеряют его на гидрологических постах с водомерными рейками и расходомерами. Паводки, половодья и межень — фазы водного режима, которые определяют хозяйственное использование реки: судоходство, орошение, гидроэнергетику.

Озёра, ледники и подземные воды

Озёра делятся по происхождению: тектонические (Байкал — глубочайшее, 1642 м, содержит 23 600 км³ — 20% мировых запасов пресной поверхностной воды), ледниковые (озёра Финляндии), вулканические (Кратерное озеро в Орегоне), старичные (в поймах рек).

Ледники покрывают 10% суши и содержат 69% пресной воды. Ледник Ламберта в Антарктиде — крупнейший: 100 км шириной и 400 км длиной. С 1990-х мировые ледники теряют в среднем 267 млрд тонн льда ежегодно.

Подземные воды залегают в водоносных горизонтах — пористых породах (песчаник, известняк, гравий). Грунтовые воды (первый от поверхности горизонт) питают колодцы и родники. Артезианские воды — напорные, в замкнутых пластах: скважина фонтанирует без насоса. Крупнейший подземный резервуар — Огаллала в США (450 000 км³), питающий 30% сельскохозяйственного орошения страны.

Прикладная гидрология

Прогноз наводнений — важнейшая задача гидрологии. Крупнейшие катастрофы: наводнение в Китае 1931 года (до 4 млн погибших), ураган «Катрина» 2005 года (1836 жертв, ущерб $125 млрд). Современные системы раннего предупреждения используют спутники, радары и гидродинамические модели для прогноза уровня воды за 3–7 дней.

Управление водными ресурсами — глобальная проблема: 2 млрд человек испытывают дефицит чистой воды. Гидрологические расчёты лежат в основе проектирования водохранилищ, ирригационных систем и гидроэлектростанций. Итайпу на реке Парана (Бразилия–Парагвай) — одна из мощнейших ГЭС мира (14 000 МВт).