Гидросфера (от др.-греч. гидро «вода» и сфера «шар») – это одна из условных оболочек Земли — водная. В разных определениях её называют то прерывистой, то сплошной, связанную воду то включают в неё, то нет. Споры идут и по вопросу принадлежности к ней части, находящейся внутри живых организмов (в биосфере). Однако нигде нет разногласий по поводу важности воды для природы Земли.

Вода — одно из самых распространённых химических соединений на Земле. Оно есть и на других планетах, но там его намного меньше. Без него невозможно существование известных нам форм жизни. Может быть, на других планетах есть жизнь, зависящая от других элементов, но не на нашей.

В организме растений, животных и человека в среднем на долю воды приходится более 50 % массы. На земном шаре вода содержится в жидком, твёрдом и газообразном состоянии. В природе она образует океаны, моря, озёра, реки, болота, ледники, в виде пара она находится в атмосфере, проникает в почву и горные породы литосферы.

Благодаря своим свойствам вода является также и активным географическим фактором и геологической силой. Она разрушает горные породы, переносит тепловую и механическую энергию, играя важнейшую роль в обмене энергии и веществ между геосферами и районами Земли.

С давних пор человек изучает воду с разных сторон:

• как химическое соединение;
• как физическую субстанцию;
• как биологический показатель;
• как объект хозяйственного использования и т. д.

Поэтому сформировалось большое количество разделов науки, условно объединённых понятием «гидро». Прежде всего это:

• гидрофизика;
• гидрохимия;
• гидрометрия;
• гидрография;
• гидрогеология;
• гидрология суши;
• гидрология моря (океанология);
• гидрология ледников (гляциология);
• гидробиология и др.

Части гидросферы

В научную литературу термин «гидросфера» был введён в 1875 г австрийским геологом Э. Зюссом. Под гидросферой он понимал единую водную оболочку только в составе Мирового океана. До середины XX века учёные спорили, включать ли в это понятие подземные и другие воды литосферы, атмосферы, биосферы и ледники. Не вызывало сомнений только то, что в неё должны точно входить вода океана и озёр с реками.

Сегодня физически более обоснованным считается определение, данное российским физико-географом И.А. Федосеевым (1909—1998):

гидросфера в широком смысле – это сплошная оболочка земного шара, простирающаяся вниз до верхней мантии, где в условиях высоких температур и давления наряду с разложением молекул воды непрерывно проходит их синтез, а вверх – примерно до высоты тропопаузы, выше которой молекулы воды подвергаются фотодиссоциации (разложению).

Из этого определения следует, что в гидросферу входят воды:

• Мирового океана;
• криосферы;
• литосферы;
• атмосферы.

Не входят в неё только воды биосферы, так как при её учёте водная оболочка перестаёт быть непрерывной. Кроме того содержание воды в живых организмах настолько мало (1120 км³) даже по сравнению с атмосферной, что им можно принебречь.

Есть и более «узкое» определение.

Гидросфера – это сплошная оболочка Земли, содержащая воду во всех агрегатных состояниях в пределах Мирового океана, криосферы, литосферы и атмосферы, принимающую непосредственное участие в планомерном влагообороте (гидрологическом цикле).

Согласно этому определению в состав гидросферы включается и связанная вода литосферы. Заметьте, что оба определения говорят о том, что гидросфера – сплошная оболочка и это по современным научным представлениям верно.

Хотя гидросфера существует уже более 4 млрд. лет, она продолжает изменяться в размерах. В настоящее время объём гидросферы составляет 1,4 млрд. км³, воды которой распределяется следующим образом:

• 96,4% – в Мировом океане;
• 1,86% – в ледниках;
• 1,71% – под землёй, внутри горных пород и почвы (включая гравитационные и капиллярные воды);
• 0,02% – в озёрах, реках и болотах;
• 0,01% – в атмосфере.

Подавляющая часть гидроксида водорода содержится в виде воды (в жидком виде) – 98%. Снег и лёд составляет 2% гидросферы, водяной пар – доли процентов. Пресная вода содержится на планете в небольшом количестве, лишь 2,5%. 68,9% этой пресной воды находится в виде льда и постоянного снежного покрова в арктических, антарктических и горных ледниках.

Это интересно!

Площадь поверхности Земли составляет 510 млн.
², в том числе 361 млн. км² Мирового океана, т. е. величины площадей водной поверхности и суши соотносятся примерно как 2,5:1. Явное и значительное преобладание водной поверхности не должно, однако, заслонять тот факт, что по сравнению с размером Земли моря и океаны представляют собой ничтожную плёнку, толщина которой (при средней глубине Мирового океана 3 794 м) составляет всего 1/1 600 среднего земного радиуса. На гидросферу приходится лишь 1/4 120 часть массы планеты и 1/800 часть её объёма.

Почему гидросфера непрерывна? Влагооборот (гидрологический цикл)

Мы привыкли к выражению «круговорот воды», но правильнее его называть влагооборотом, так как процесс этот незамкнут. Он связывает между собой воды всех частей гидросферы в единую сплошную оболочку. Сплошной гидросфера является и благодаря тому, что воздух всегда содержит водяной пар, даже над самыми сухими пустынями. Гидрологический цикл создаёт условия для переноса энергии и веществ на Земле, участвует в формировании рельефа, обеспечивает поддержание жизни.

Гидрологический цикл состоит из таких процессов как:

• испарение;
• транспирация;
• конденсация;
• инфильтрация;
• перколяция;
• сток.

Во влагообороте проявляется единство природных вод Земли и их связь с атмосферой, литосферой и биосферой. Физической причиной гидрологического цикла на земном шаре служат солнечная энергия и гравитация.

Под воздействием энергии Солнца происходит нагревание и последующее испарение воды. Водяной пар переносится воздушными течениями, при снижении температуры воздуха он конденсируется или десублимируется.

Сила тяжести (гравитация) вынуждает атмосферную влагу выпадать в виде осадков. На суше пресная вода под действием тех же сил тяжести стекает по склонам, образуя ручьи, реки, озёра, просачивается в грунт, формируя подземные воды. В конечном итоге большая часть выпавших осадков в виде речного и подземного стоков возвращается в океан.

Гидросферу нельзя рассматривать как закрытую систему, так как часть её разрушается на уровне тропопаузы, а другая часть схожая по объёму поступает из мантии.

Влагооборот бывает глобальным и местным.

В глобальном круговороте воды выделяют два взаимосвязанных звена, с многократно повторяющимися циклами:

• океаническое звено: испарение с поверхности океана – перенос водяного пара над океаном – осадки на поверхность океана – океанические течения – испарение и т. д.;
• материковое звено: испарение с поверхности суши – перенос водяного пара потоками воздуха – осадки на поверхность суши – поверхностный и подземный сток – испарение и т. д.

Оба звена связаны между собой переносом водяного пара с океана на сушу и, наоборот, поверхностным и подземным стоком с суши в океан. С океана ежегодно испаряется в среднем 505 тыс. км³ воды, возвращается в виде атмосферных осадков – 458 тыс. км³. Испаряется с океана, таким образом, больше, чем возвращается с осадками. Разность в 47 тыс. км³ составляют воды, которые переносятся с океана на сушу в виде водяного пара.

На поверхность суши ежегодно выпадает в среднем 119 тыс. км³ атмосферных осадков. Они слагаются из воды, испарившейся с поверхности суши (72 тыс. км³), и влаги, принесенной с океана (47 тыс. км³). Таким образом, в материковом звене круговорота воды принимает участие 72 тыс. км³. Важно отметить, что из 72 тыс. км³ испаряющейся ежегодно с поверхности суши воды 30 тыс. км³ (42 %) приходится на транспирацию растительным покровом.

Местный влагооборот – это испарение и образование осадков над определённой территорией и выпадение их тут же. Например, на экваторе, в Амазонии, в континентальном умеренном климате летом.

Это интересно!

В природе существует шесть изотопов кислорода. Три из них стабильны: О¹⁶ , О¹⁷ и О¹⁸ . У водорода есть три изотопа: Н – протий, D – дейтерий, Т – тритий. Комбинируя различные сочетания изотопов кислорода и водорода, можно получить 36 разновидностей воды. В природе наиболее распространена вода (её называют «обычной» водой), состоящая из изотопов Н и О¹⁶ , – на её долю приходится 99,73 %.

Далее по распространённости в порядке убывания идут молекулы следующего состава: D₂ О, Н₂ О¹⁸ и Н₂ О¹⁷ .
и испарении в водяной пар в основном – как более лёгкая – переходит вода состава Н₂ О¹⁶, неиспарившаяся же вода обогащается тяжёлыми изотопами водорода и кислорода. Поэтому в тропических морях и озёрах такой обогащённой тяжёлыми изотопами воды больше, чем в водоёмах полярных широт, а тем более в реках. Вода с изотопом кислорода О¹⁸, по крайней мере, водными животными усваивается лучше, чем обычная (в раковинах таких животных тяжёлые изотопы кислорода встречаются чаще, чем в воде), а вот тяжёлая вода D₂О живыми организмами не усваивается.

Гидросфера: свойства природной воды

В 1780 г Кавендиш и Лавуазье установили, что вещество, называемое водой, есть простейшее и устойчивое в обычных условиях химическое соединение водорода с кислородом. Важные свойства воды:

• медленно нагревается и медленно остывает;
• при замерзании расширяется;
• переходит из одного состояния в другое, в результате чего и наблюдается влагооборот в природе;
• вода обладает самым высоким после ртути поверхностным натяжением, а также смачиванием. С этим свойством связаны особенности циркуляции воды в почвах и горных породах, движение соков в растениях, кровообращения у животных;
• растворяет многие вещества.

Обычная вода в условиях нормального атмосферного давления кипит при температуре +100° С, замерзает при температуре 0°С и имеет максимальную плотность при температуре +4°С.
и охлаждении воды ниже +4°С плотность ее уменьшается, а объем увеличивается, и при замерзании происходит резкое увеличение объема. В отличие от всех веществ в природе вода при переходе из жидкого состояния в твердое приобретает меньшую плотность, поэтому лед легче воды. Эта аномалия играет важную роль в природе. Лед держится на поверхности водоемов. Будь лед тяжелее воды, образование его начиналось бы со дна, и водоемы были бы многолетнемерзлыми (за лето не все успевали бы оттаять), а жизнь могла бы погибнуть.

Свойства воды сильно изменяются под влиянием давления и температуры. При давлении в 1 атм. (760 мм рт. ст.) вода замерзает при температуре 0°С, а в 600 атм. – при температуре –5°С. При сверхвысоком давлении (больше 20000 атм.) вода переходит в твердое состояние при температуре +76°С (горячий лед). Такой лед может быть в недрах Земли. При очень низких температурах (меньше –170°С) и небольшом давлении образуется сверхплотный лед (как твердый камень), такой лед может быть в ядрах комет.

В чистом виде вода – бесцветная жидкость, не имеющая ни вкуса, ни запаха. В природе «чистая» вода практически не встречается, так как благодаря особенностям молекулярного строения она способна хорошо растворять различные химические соединения и газы. Поэтому природная вода всегда представляет собой слабый раствор.

Гидросфера: кислотность и основность воды

Величина рН характеризует кислотную и щёлочную реакцию воды. В пробе чистой воды концентрации Н + и ОН – равны между собой, и эти величины при температуре 25° С составляют 10 -7 моль/л. Растворы с одинаковыми концентрациями ионов водорода и гидроксид-ионов называются нейтральными: [Н + ] = [ОН — ] = 10 -7 моль/л.

По водородному показателю все природные воды делятся на группы:

• нейтральные (6,5 < рН ≤ 7,5);
• слабощёлочные (7,5 < рН ≤ 8,5);
• щёлочные (8,5 < рН ≤ 9,5);
• сильнощёлочные (рН > 9,5);
• слабокислые (5,5 < рН ≤ 6,5);
• кислые (4,5 < рН ≤ 5,5);
• очень кислые (рН ≤ 4,5).

Питьевая вода имеет нейтральную или слабощёлочную реакцию.

Солёность вод

Полярность молекул воды обусловливает её свойство растворять вещества лучше, чем другие жидкости. Растворение кристаллов неорганических веществ осуществляется благодаря гидратации входящих в их состав ионов. Хорошо растворяются в воде органические вещества с карбоксильными, гидроксильными, карбонильными и другими группами, с которыми вода образует водородные связи. Суммарное содержание в воде растворённых неорганических веществ (концентрация солей) выражают либо в виде минерализации M (мг/л, г/л), либо солености S (г/кг, ‰).

Промиилле (лат. per mille, pro mille — на тысячу) — одна тысячная доля, 1⁄10 процента, обозначается (‰), используется для обозначения количества тысячных долей чего-либо в целом. Знак промилле образован от знака процента (%) добавлением ещё одного «нуля».

По содержанию солей природные воды подразделяют на четыре группы:

• пресные – S 1 ‰,
• солоноватые – 1 < S 25 ‰,
• солѐные – 25 < S 50 ‰,
• высокосолѐные (рассолы) – свыше 50 ‰.

Границы между группами выделены по следующим соображениям: 1 ‰ – это верхний предел солёности питьевой воды; 25 ‰ (точнее, 24,7 ‰) – солёность, при которой температура наибольшей плотности и температура замерзания воды совпадают. В морях солёность воды выше 50 ‰, как правило, не наблюдается, средняя солёность морской воды составляет 30‰.

Минерализация воды

Минерализация природных вод разного типа может изменяться в широких пределах: от 0,01 г/л (в атмосферных осадках) до 600 г/л (в рассолах). К числу главных ионов солей, находящихся в природных водах, относятся анионы: НСО₃— – гидрокарбонат, Н₂ SO₄— – сульфат, Cl- – хлорид и катионы: Ca2+, Mg2+, Na + и К +.

Все природные воды по преобладающему аниону делятся на три класса:

• гидрокарбонатные;
• сульфатные;
• хлоридные.

По преобладающему катиону – на три группы:

• кальциевые,
• магниевые;
• натриевые.

Природные воды различного происхождения обычно имеют и различный солевой состав и относятся соответственно к разным классам и группам. Так, речные воды, как правило, относятся к гидрокарбонатному классу и кальциевой группе. Подземные воды нередко относятся к сульфатному классу и магниевой группе. Воды океанов и морей принадлежат к хлоридному классу и натриевой группе.

Жёсткость воды

Сумма концентрации наиболее распространенных двухвалентных катионов кальция и магния, выраженная в миллиграмм-эквивалентах на литр (мг-экв/л), называется общей жёсткостью воды. Кальций и магний присутствуют в воде в виде растворимых углекислых, двууглекислых, хлоридных и сернокислых солей.

По общей жёсткости природная вода делится на:

• мягкую ( 3,5 мг-экв/л);
• средне жесткую (3,5 – 7 мг-экв/л);
• жёсткую (7 – 14 мг-экв/л);
• очень жёсткую ( 14 мг-экв/л).

Растворение газов в воде

Газы хорошо растворяются в воде если способны вступать с ней в химические связи (аммиак, сероводород, сернистый газ, углекислый газ и др.), прочие газы мало растворимы в воде. При понижении давления, повышении температуры и увеличении солёности растворимость газов в воде уменьшается.

Наиболее распространённые газы, растворённые в природных водах, – это кислород, азот, углекислый газ. Содержание в воде других газов ничтожно мало, однако в некоторых случаях, а именно: при наличии замкнутых глубоководных впадин (Чёрное море, впадины в норвежских фьёрдах и некоторые части Каспия) и отсутствии глубокой вентиляции воды, приносящей кислород, который превращал бы сероводород в кислотные соединения серы, – в воде может накапливаться в очень большом количестве сероводород. Например, в Чёрном море вблизи дна содержание сероводорода сравнимо с содержанием кислорода в поверхностных слоях этого же моря.

Некоторые особенности природных вод обязаны хорошей растворимости в ней углекислого газа. При растворении последнего в воде образуются угольная кислота и её формы.

Углекислый газ, угольная кислота и её ионы находятся в воде в состоянии так называемого карбонатного равновесия. Карбонатное равновесие обеспечивает некоторую буферную способность природных вод, т. е. способность поддерживать постоянную величину рН вблизи нейтральной точки благодаря гидрокарбонат-иону, который может нейтрализовать и кислоты, и основания.

Гидросфера загрязняется биогенными и другими веществами

Природные воды содержат биогенные вещества, к числу которых относятся соединения азота, фосфора, кремния. Эти вещества поступают в воду из атмосферы, грунтов, а также при разложении сложных органических соединений. Их источником служат также различные стоки.

Содержатся в воде и различные растворённые органические вещества: углеводы, белки, продукты их разложения и т. п. Природные воды содержат микроэлементы (микроэлементами называют вещества, содержание которых в воде не превышает 1 мг/л). К числу наиболее распространѐнных микроэлементов относятся бром, йод, фтор, литий, барий, железо, никель, цинк и др.

В число микроэлементов природных вод входят нестабильные элементы и изотопы. Особую категорию содержащихся в воде веществ составляют так называемые загрязнители (загрязнители – вещества, оказывающие вредное воздействие на живую природу). Это нефтепродукты, ядохимикаты, удобрения, моющие средства, некоторые микроэлементы и т. п. Большинство загрязнителей имеют антропогенное происхождение.

Источник: tvoiklas.ru

Общий объем вод гидросферы

Земля имеет площадь около 510 066 000 км²; почти 71 % поверхности планеты покрыто соленой водой с объемом около 1,4 млрд. км³ и средней температурой около 4° C, не намного выше точки замерзания воды. В Мировом океане содержится почти 94% объема всей воды Земли. Остальная часть встречается в виде пресной воды, три четверти из которой, заперты в виде льда в полярных регионах. Большая часть оставшейся пресной воды — это грунтовые воды, содержащиеся в почвах и горных породах; и менее 1% водных ресурсов находится в озерах и реках мира. В процентах атмосферный водяной пар является незначительным, но перенос воды, испарившейся из океанов на поверхность суши, является неотъемлемой частью гидрологического цикла, который обновляет и поддерживает жизнь на планете.

Объекты гидросферы

Объектами гидросферы выступают все жидкие и замерзшие поверхностные воды, грунтовые воды в почве и горных породах, а также атмосферный водяной пар. Всю гидросферу Земли, как показано на схеме выше можно разделить на следующие крупные объекты или части:

• Мировой океан: содержит 1,37 млрд. км³ или 93,96% от объема всей гидросферы;
• Подземные воды: содержат 64 млн. км³ или 4,38% от объема всей гидросферы;
• Ледники: содержат 24 млн. км³ или 1,65% от объема всей гидросферы;
• Озера и водохранилища: содержат 280 тыс. км³ или 0,02% от объема всей гидросферы;
• Почвы: содержат 85 тыс. км³ или 0,01% от объема всей гидросферы;
• Атмосферный пар: содержит 14 тыс. км³ или 0,001% объема всей гидросферы;
• Реки: содержат немного больше 1 тыс. км³ или 0,0001% от объема всей гидросферы;
• СУММАРНЫЙ ОБЪЕМ ГИДРОСФЕРЫ ЗЕМЛИ: около 1,458 млрд. км³.

Круговорот воды в природе

Гидрологический цикл включает в себя перемещение воды из океанов через атмосферу на континенты, а затем обратно в океаны над, по и под поверхностью суши. Цикл включает такие процессы, как осаждение, испарение, транспирацию, инфильтрацию, перколяцию и сток. Эти процессы действуют во всей гидросфере, которая простирается примерно на 15 км в атмосферу и примерно до 5 км вглубь земной коры.

Около трети солнечной энергии, которая достигает поверхности Земли, расходуется на испарение океанической воды. Полученная атмосферная влажность конденсируются в облаках, дожде, снегу и росе. Влажность является решающим фактором в определении погоды. Это движущая сила штормов и она отвечает за разделение электрического заряда, что является причиной молнии и, следовательно, естественных лесных пожаров, которые отрицательно воздействуют на некоторые экосистемы. Осадки увлажняют почву, пополняют подземные водоносные горизонты, разрушают ландшафт, питают живые организмы и наполняет реки, которые переносят растворенные химические вещества, и отложения обратно в океаны.

Значение гидросферы

Вода играет важную роль в круговороте углерода. Под действием воды и растворенного углекислого газа кальций выветривается из континентальных пород и переносится в океаны, где образуется карбонат кальция (включая раковины морских организмов). В конечном итоге карбонаты осаждаются на морском дне и литифицируются образуя известняки. Некоторые из этих карбонатных пород позже погружаются в недра Земли благодаря глобальному процессу тектоники плит и расплавляются, что приводит к выделению двуокиси углерода (например, из вулканов) в атмосферу. Гидрологический цикл, круговорот углерода и кислорода через геологические и биологические системы Земли являются основой для поддержания жизни планеты, формирования эрозии и выветривания континентов, и они резко контрастируют с отсутствием таких процессов, к примеру, на Венере.

Проблемы гидросферы

Существует множество проблем, которые непосредственно связаны с гидросферой, однако наиболее глобальными являются следующие:

Повышение уровня моря

Повышение уровня моря является новой проблемой, которая может затронуть многих людей и экосистемы во всем мире. Измерения уровня прилива показывают всемирное увеличение уровня моря на 15-20 см, и МГЭИК (Межправительственная группа экспертов по изменению климата) предположила, что рост обусловлен расширением океанической воды из-за повышения температуры окружающей среды, таяния горных ледников, и ледяных шапок. Большинство ледников Земли тают из-за глобального изменения климата, и многие научные исследования показали, что скорость этого процесса увеличивается, а также оказывает значительное влияние на глобальный уровень моря.

Уменьшение арктического морского льда

За последние несколько десятилетий арктический морской лед значительно уменьшился в размерах. Недавние исследования NASA показывают, что он сокращается со скоростью 9,6 % за десятилетие. Такое истончение и отвод льда оказывает влияние на соленость океана, баланс тепла и места обитания животных. Например, популяции белых медведей снижаются из-за разрыва льда, который отделяет их от суши и многие особи в попытках переплыть, тонут. Эта потеря морского льда также влияет на альбедо или отражательную способность поверхности Земли, в следствии чего, темные океаны поглощают больше тепла.

Изменение количества осадков

Увеличение количества осадков может привести к наводнениям и оползням, а снижение — к засухам и пожарам. События Эль-Ниньо, муссоны и ураганы также влияют на краткосрочное глобальное изменение климата. Например, изменение океанических течений у берегов Перу, связанное с событием Эль-Ниньо, может привести к изменениям погодных условиях на всей территории Северной Америки. Изменения характера муссонов из-за повышения температуры способны вызвать засухи в районах по всему миру, которые зависят от сезонных ветров. Ураганы, усиливающиеся с повышением температуры морской поверхности, в будущем станут более губительными для людей.

Таяние вечной мерзлоты

При повышении глобальной температуры вечная мерзлота тундры тает. Это больше всего влияет на людей живущих в этой природной зоне, поскольку почва на которой расположены дома становится нестабильной. Мало того, что есть немедленный эффект, ученые опасаются, что таяние вечной мерзлоты высвободит огромное количество двуокиси углерода (CO2) и метана (CH4) в атмосферу, что в значительной степени повлияет на окружающую среду в долгосрочной перспективе. Высвобожденные парниковые газы будут способствовать дальнейшему глобальному потеплению за счет выделения тепла в атмосферу.

Антропогенное влияние человека на гидросферу

Люди оказали значительное влияние на гидросферу нашей планеты, и это будет продолжаться поскольку население Земли и потребности человечества увеличиваются. Глобальное изменение климата, загрязнение водных ресурсов, затопление рек, дренаж водно-болотных угодий, сокращение потока и орошение оказали давление на существующие пресноводные системы гидросферы. Устойчивое состояние нарушается выбросом токсичных химических веществ, радиоактивных веществ и других промышленных отходов, а также утечкой минеральных удобрений, гербицидов и пестицидов в водные источники Земли.

Кислотный дождь, вызванный выбросом диоксида серы и оксидов азота от сжигания ископаемого топлива, стал всемирной проблемой. Считается, что подкисление пресноводных озер и повышенная концентрация алюминия в их водах, ответственны за значительные изменения в экосистемах озер. В частности, во многих озерах сегодня нет значительных популяций рыб.

Эвтрофикация, вызванная вмешательством человека, становится проблемой для пресноводных экосистем. По мере того, как избыточные питательные и органические вещества из сточных вод от сельского хозяйства и промышленности выпускаются в водные системы, они становятся искусственно обогащенными. Это влияет на прибрежные морские экосистемы, а также на введение органического вещества в океаны, что в разы больше, чем в дочеловеческие времена. Это вызвало биотические изменения в некоторых областях, таких как Северное море, где лучше развиваются цианобактерии и хуже — диатомовые водоросли.

При увеличении численности населения потребность в питьевой воде также возрастет, и во многих районах мира из-за изменения температуры, пресная вода чрезвычайно труднодоступна. Поскольку люди безответственно изменяют направление рек и исчерпывают естественные запасы воды, это создает еще больше проблем.

Люди оказали большое влияние на гидросферу и будут продолжать это делать в дальнейшем. Важно понимать воздействие, которое мы оказываем на окружающую среду, и работать над тем, чтобы уменьшить негативные последствия.

Источник: NatWorld.info

ГИДРОСФЕРА

ТЕМА 6

Гидросфера– водная оболочка Земли, включающая всю химически связанную воду и удерживаемая у поверхности силой тяжести. В состав гидросферы включаются все природные воды Земли, участвующие в глобальном круговороте веществ, в том числе подземные воды в верхней части земной коры, атмосферная влага и вода живых организмов (В.Н. Михайлов, А.Д. Добровольский, 1991). Верхняя граница гидросферы проводится по поверхности океана, так как пары воды в атмосфере составляют очень небольшую часть гидросферы. Нижняя граница проводится по дну океана, в литосфере – по границе распространения подземных вод, т.е. на глубине несколько сот метров. Химически связанная вода – это вода в минералах, в состав гидросферы она не включается. По мнению В.Н. Михайлова и А.Д. Добровольского границы гидросферы совпадают с границами ГО, так как гидросфера это непрерывная оболочка, образованная при взаимодействии всех геосфер ГО.

Гидросфера занимает 361 млн. км³ и содержит 1 454 000 тыс. км³ воды. Главная масса воды сосредоточена в океанах – 1370,0 млн. км³, или 94,2% (97,2% по другим данным) всей воды гидросферы, из них около 35 тыс. км³ приходится на айсберги.

Второе место занимают подземные воды – 60 млн. км³ (4,12%). В зоне активного водообмена циркулирует около 4 млн. км³. По мнению ученых, в 10-15 километровой толще литосферы находится около 150 млн. км³ воды, не участвующей во влагообороте, но представляющей собой резерв жидкой воды.

Третье место по объему воды занимают полярные ледники, в них сосредоточено 24 млн. км³ воды. В полярных ледниках заключено около 90% запасов пресной воды на Земле.

Поверхностные воды суши сосредотачивают небольшую долю воды планеты. Объем озерной воды оценивается в 279 тыс. км³, рек всего в 1,2 тыс. км³.

Происхождение воды. Когда Земля по достижении примерно современной массы стала разогреваться, в мантии начались плавление и дифференциация вещества на летучие, легкоплавкие и тугоплавкие компоненты. Тугоплавкие компоненты остались в мантии, легкоплавкие в виде базальта образовали земную кору, а летучие, в их числе водяной пар, поднялись на поверхность. По мере охлаждения земной поверхности из водяного пара формировалась водная оболочка – гидросфера. Она появилась, как видно, на завершающем этапе развития планеты. Примерно 4,5 млрд. лет назад первичная гидросфера тонким слоем покрывала всю Землю и воды ее были минерализованы. В мезокайнозое в связи с образованием материков и крупных океанических впадин гидросфера приобрела очертания близкие к современным. В настоящее время происходит выделение воды из мантии со скоростью 1 км³ в год (ювинильная вода), в связи с этим предполагают увеличение объема водной массы океана на 6-7% в течение ближайшего миллиарда лет. Поступает вода и из межпланетного пространства. А.М. Алпатьев (1969) подсчитал, что за геологическое время на Землю могло выпасть 0,73 х 10²⁰ г воды, или слой воды в 15 см. Гидросфера теряет воду вследствие улетучивания водорода в космос, изъятия воды организмами и реакции фотосинтеза.

Вода – одно из самых распространенных на Земле химических соединений. Природные воды образуют океаны, моря, ледники, реки, озера, в виде паров присутствуют в атмосфере, проникают в почву и горные породы. Вода – простейшее и устойчивое соединение водорода с кислородом: 11,19% водорода и 88,81% кислорода (по массе). Вода гидросферы представляет собой природный раствор, в котором кроме воды присутствуют соли, газы и организмы. Соленость вод – содержание (в граммах) всех минеральных веществ, растворенных в 1 кг морской воды. Соленость выражается в г/кг, или в тысячных долях – промилле (S, ⁰/₀₀). Соленость воды океана равна 35⁰/₀₀, т.е. 35 г солей в 1кг воды. По степени минерализации воды подразделяются

-по преобладающему аниону на три класса: гидрокарбонатные, сульфатные, хлоридные;

-по преобладающему катиону каждый класс делится на три группы: кальциевые, магниевые, натрий-калиевые.

Пребывание одновременно в газообразном, жидком и твердом состояниях и абсолютная подвижность определили вездесущность воды, она пронизывает всю ГО и производит в ней разнообразную работу. Вода обладает способностью самоочищения: при прохождении через грунт она фильтруется; испаряется только чистая вода, все примеси остаются на месте. Но этот процесс идет до известного предела, загрязнение воды промышленными отходами нередко переходит процесс самоочищения.

Воды гидросферы участвуют во всех влагооборотах на Земле – большом, малом и внутриматериковом. Большой и малый влагообороты связаны между собой переносом водяного пара с океана на сушу и поверхностным и подземным стоком с суши на океан.

Влагооборот находит количественное выражение в годовом водном балансе – соотношение прихода и расхода воды за определенный промежуток времени (год, месяц). На суше объем атмосферных осадков больше, чем объем испаряющейся воды. Разность в 44,2 тыс. км³ составляют воды, переносимые на сушу в виде водяного пара и возвращающиеся в океан поверхностным и подземным стоком. Над океаном объем испарившейся воды больше, чем объем атмосферных осадков. Компенсируются потери за счет притока поверхностных и подземных вод. Для всего земного шара количество испарившейся воды равно количеству атмосферных осадков за один и тот же промежуток времени.

Океаносфера (В.Н. Степанов, 1983) – это ГО, представленная водами океанов и морей со сложными физико-химическими свойствами вод, своеобразным геолого-геоморфологическим строением, животным и растительным миром.

Мировой океан – пространство Земли, покрытое водами океанов и морей, представляющее собой непрерывную водную оболочку. Название «Мировой океан» было предложено Ю.М. Шокальским. В структуре МО выделяют океаны моря, заливы и проливы.

Океан – часть МО, расположенная между отдельными материками и отличающаяся своеобразной конфигурацией береговой линии и особенностями подводного рельефа, со специфической схемой течений, растительным и животным миром. В 1650 г. голландский ученый Г. Варениус в «Географии генеральной» предложил выделять пять океанов: Тихий, Индийский, Атлантический, Северный Ледовитый и Южный Ледовитый. В 1845 г. это деление было подтверждено Лондонским географическим обществом. С 30-х годов 20 в., после детального изучения арктического бассейна, выделено четыре океана, Южный океан был разделен между Тихим, Атлантическим и Индийским. С 1996 г. в России предложено выделять пятый Южный океан, однако характеристики его пока нет.

Таблица 4

Характеристика океанов (по А.М. Рябчикову)

Океан	Площадь, тыс. км2	Средняя глубина, м	Максимальная глубина, м
Тихий	178 700		11 022
Атлантический	91 700
Индийский	74 900
Северный Ледовитый	14 750

Океан, занимающий 71% всей площади Земли, уже вследствие своих размеров является главным приемником солнечной энергии. Высокая теплоемкость воды делает его также и главным аккумулятором этой энергии. Температура океана непрерывно повышалась бы, не будь расхода накопленного им тепла излучением в пространство, тратой на испарение и конвекцией воздуха (т.к. нагретые океаном слои воздуха поднимаются вверх, а на их место приходят холодные слои, вновь отнимающие тепло у океана на свое нагревание). Водные массы поэтому при охлаждении отдают воздуху, а при нагревании заимствуют у него весьма значительные количества тепла, — в этом кроется причина мощного воздействия океана на климат и морских течений в частности.

Моря – обособленные части океана, отличающиеся собственным гидрологическим режимом, особенностями физических и химических свойств. Выделяют моря окраинные, внутренние (межматериковые и внутриматериковые), межостровные. Число морей по данным разных авторов варьирует от 17 до 84. По данным Международного гидрографического бюро и Межправительственной океанографической комиссии – 59. В океанах и морях выделяют отдельные их части: заливы и проливы.

Заливы – части океана или моря, вдающиеся в сушу и слабо обособленные от открытого океана или моря. Залив продолговатой формы с устьем реки в вершине называется губой. Бухта – небольшой залив сильно обособленный от моря мысами и островами.

Проливы – узкие части океана, разделяющие материки или острова и соединяющие два соседних водоема. Например, Берингов пролив соединяет Тихий и Северный Ледовитый океаны, но разъединяет Азию и Америку.

В вертикальном разрезе толща воды МО распадается на большие слои, отличающиеся по температуре, солености, плотности и характеру циркуляции. Вертикальная структура океана сопоставима со стратификацией атмосферы (Л.П. Шубаев, 1977). По аналогии с атмосферой в МО различают поверхностную зону, ограниченную глубиной проникновения вертикальной конвекции – океаническую тропосферу. Глубже располагаются холодные относительно однородные воды – океаническая стратосфера. В океанической тропосфере выделяют поверхностные до глубины 300-500 м, промежуточные – до глубины 1000-1200 м воды, стратосфера разделяется на глубинные – до 2000-2500 м и придонные воды.

Свободная поверхность океана, совпадающая с поверхностью геоида, называется уровенной. На ее отклонения влияют приливы, изменения температуры и давления, колебания речного стока и землетрясения. Колебания уровенной поверхности океана могут быть периодическими и непериодическими. К первым относятся суточные и сезонные: суточные колебания обусловлены приливами и отливами, сезонные – возникают в результате годовых колебаний речного стока или воздействия муссонов. Непериодические колебания уровенной поверхности могут быть связаны с нагонами при землетрясениях или штормах. Уровенная поверхность имеет выступы в районе Новой Гвинеи до 80 м и провалы у Индостана до 112 м и у Бермудских островов до 64 м. В России за нулевой уровень принят средний уровень Балтийского моря у Кронштадта (от него измеряются абсолютные высоты на территории России).

Источник: studopedia.ru