Гидросферой называют водную оболочку земли это совокупность. Реферат: Водная оболочка земли

Главная

Переломы

Гидросфера -это водная оболочка Земли, которая включает Мировой океан, воды суши (реки, озера, болота, ледники), подземные воды. Воде принадлежит важнейшая роль в истории развития нашей планеты, так как с ней связано зарождение и развитие живого вещества, п следовательно, и всей биосферы.
Основная масса воды сосредоточена в морях и океанах - почти 94 %, а остальные 6 % приходятся на другие части гидросферы (табл. 3).

Таблица 3. Распределение воды в гидросфере Земли (по М.И. Львовичу, 1986)
Части гидросферы	Объем, тыс. км3	% от общего объема
Мировой океан	/>1 370 323	93,96
Подземные воды, всего	60 000	4,12
в том числе в зоне активного водообмена	4 000	0,27
Ледники	24 000	1,65
Озера	280	0,019
Почвенная влага	85	0,006
Водяные пары в атмосфере	14	0,001
Речные воды	1,2	0,0001
Вся гидросфера	1 454 703,2

Площадь гидросферы составляет 70,8 % площади поверхности земного шара, тогда как ее объем - всего около 0,1 % объема планеты. Толщина равномерно распределенной пленки по поверхности Земли равна всего 0,03 % ее диаметра. Доля поверхностных вод в гидросфере весьма мала, но они обладают исключительной активностью (меняются в среднем каждые 11 дней), и это служит началом формирования почти всех источников пресных вод на суше. Количество пресной воды составляет 2,5 % от общего объема, при этом почти две трети этой воды заключено в ледниках Антарктиды, Гренландии, полярных островов, льдин и айсбергов, горных вершин. Подземные воды находятся на различной глубине (до 200 м и более); глубокозалегающие подземные водоносные горизонты минерализованы, а иногда и засолены. Кроме воды собственно в гидросфере, водяных паров в атмосфере, подземных вод в почвах и земной коре имеется биологическая вода в живых организмах. При общей массе живого вещества биосферы 1400 млрд, т масса биологической воды составляет 80 % или 1120 млрд, т (табл. 4).
Таблица 4. Среднегодовой водный баланс земного шара

Главную роль в жизнедеятельности живых организмов на суше играет пресная вода. Пресной называют воду, соленость которой не превышает 1 %, т. е. содержащую не более 1 г солей в 1 л (соленость океанской воды составляет около 35 %). По имеющимся оценкам, общие мировые ресурсы пресной воды составляют суммарный сток - 38-45 тыс. км3, запасы воды в пресных озерах - 230 тыс. км3, а почвенной влаги -75 тыс. км3. Ежегодный объем испаряющейся с поверхности планеты влаги (включая транспирацию растениями) оценивается примерно в 500-575 тыс. км3, причем 430-500 тыс. км3 испаряется с поверхности Мирового океана, на долю суши приходится, таким образом, чуть больше 70 тыс. км3 испаряющейся влаги. За это же время в виде осадков на все континенты выпадает 120 тыс. км3 воды (табл. 5).
Таблица 5. Водный баланс и ресурсы пресных вод континентов и суши в целом

Континенты	Площадь, млн. км2	Осадки	Речной сток	Валовое увлажнение территории	Испарение
Европа	9,8	734/7165	319/3110	524/5120	415/4055
Азия	45,0	726/32 690	293/13 190	509/22 910	433/19 500
Африка	30,3	686/20 780	139/4225	545/18 020	547/16 555
Северная Америка	20,7	670/13 910	287/5960	467/9690	467/7950
Южная Америка	17,8	1648/29 355	583/10 380	1275/22 715	1275/18 975
Австралия	8,7	736/6405	226/1965	564/4905	564/4440
Вся суша	/>132,4	834/110 305	294/38 830	630/83 360	540/71 475

В числителе значения даны в мм, в знаменателе в км.
Включая Центральную Америку, исключая Канадский арктический архипелаг.

на ход основных, самых грандиозных геологических процессов. Неземного вещества-минерала, горной породы, живого тела, которой ее бы не заключало. Все земное вещество... ею проникнуто и охвачено Чистая, без примесей, вода прозрачна, бесцветна и не имеет запаха Это единственный на нашей планете минерал, который встречается ] естественных условиях в трех агрегатных состояниях: газообразном жидком и твердом. Воду можно рассматривать с химической точи зрения как оксид водорода или гидрид кислорода. В табл. 6 приведень температуры плавления и кипения близких по составу к воде соедш нений.
Таблица 6. Температуры плавления и кипения водородных соединений элементов главной подгруппы VI группы периодической системы

Анализ данных табл. 6, а также рис. 8 показывает «нелогичность* поведения воды: переходы воды из твердого состояния в жидкое и газообразное происходят при температурах, намного более высоких] чем следовало бы. Аномальность поведения обусловлена строением молекулы воды Н20; она построена в виде тупоугольного треугольника: угол между двумя связями кислород -водород равен 104°27" (рис. 9)J Но поскольку оба водородных атома расположены по одну сторону от кислородного, то электрические заряды в ней рассредоточиваются, и молекула воды приобретает полярность. Полярность является причи-! ной химического взаимодействия между разными молекулами воды. Атомы водорода в молекуле Н20, имея частичный положительный заряд, взаимодействуют с электронами атомов кислорода соседних молекул. Такая химическая связь носит название водородной. Она объединяет молекулы воды в своеобразные полимеры пространственного строения; плоскость, в которой расположены водородные связи, перпендикулярна плоскости атомов той же молекулы воды. Взаимодействием между молекулами Н20 и объясняются аномально высокие температуры плавления и кипения. Для того чтобы «расшатать» водородные связи, нужна значительная дополнительная энергия, что, в частности, объясняет большую теплоемкость воды.
Из аналогичных ассоциатов (объединений молекул) сформированы кристаллы льда. Атомы в кристалле льда «упакованы» рыхло и в связи с этим лед плохо проводит тепло. Плотность жидкой воды при температуре, близкой к нулю, больше, чем у льда. При 0° С 1 г льда занимает объем 1,0905 см3, 1 г жидкой воды - 1,0001 см3. Поэтому лед плавает и оттого не промерзают до дна водоемы, а лишь имеют ледяной покров. 40

В этом проявляется еще одна аномалия воды. После плавления вода сначала сжимается и только потом при температуре 4° С и выше начинает расширяться.
Специальными методами получены лед-П и лед-Ш -более тяжелые и плотные кристаллические формы твердой воды (самый твердый, плотный и тугоплавкий лед-VII получен при давлении 3 млрд. Па;
температура плавления его равна + 190° С (рис. 10).
Из химических свойств воды одним из важнейших является способность ее молекул к диссоциации, т. е. распадаться на ионы, а также колоссальная способность к растворению веществ различной химической природы.
Роль воды как главного и универсального растворителя определяется прежде всего полярностью ее молекул и, как следствие, ее чрезвычайно высокой диэлектрической проницаемостью. Разноименные электрические заряды и, в частности, ионы притягиваются друг к другу в воде в 80 раз слабее, чем они бы притягивались в воздухе. Тепловому движению в этом случае легче разобщить молекулы.
Оттого и происходит растворение, в том числе многих труднорастворимых веществ: не зря говорят:
«Вода камень точит...».
Диссоциация (распадение) молекул воды на ионы в обычных условиях весьма мала: диссоциирует одна молекула из полумилли- арда. Нужно заметить, что из приведенных выше реакций первая носит условный характер, так

как в водной среде не может существовать лишенный электронной оболочки протон Н+, он мгновенно соединяется с молекулой воды, образуя ион гидроксония Н30+

Принципиально возможно, что ассоциаты водных молекул распадаются на весьма тяжелые ионы, такие, как:
8Н20-gt; Н90+4 + Н70"4, а реакция Н20-gt; Н++ ОН- - всего лишь схематическое общее изображение более сложных реакций.
Вода обладает слабой реакционной способностью. Некоторые активные металлы способны вытеснять из нее водоррд:

а в атмосфере свободного фтора может гореть:

В.П. Журавлев и др. (1995) приводит данные Г.В. Васильева по весьма многообразным характеристикам воды, в частности, аномальная вода (или супервода) достигает максимальной плотности при t= - 10° С, ее вязкость в 10-15 раз меньше классической воды, имеет полимеры (Н20)3 и (Н20)4.
Установлено наличие сверханомальной воды, которая не имеет максимальной плотности, не кристаллизуется (даже при -100° С), а застекловывается, как смола. Академик А.Н. Фрумкин считает, что это новое четвертое агрегатное состояние воды - смолообразное и ставит его в ряд с открытием новых химических элементов.
Метаболическая вода-специальная жидкость, которая вырабатывается живым организмом, обладающая свойством противодействия «усыханию», иными словами, «старению», метаболическая вода, как утверждают некоторые ученые, сама способна к старению и превращению в «мертвую» воду.
Г.В. Васильев выделяет «талую» воду, повышающую урожайность; «магнитную» воду, препятствующую карбонатообразованию; «электрическую» воду, ускоряющую цветение некоторых растений; «сухую» воду, состоящую из 90 % Н20 и 10 % H2Si04, а также я-воду, «черную», «помнящую» и т. д. Многие из этих видов воды обладают специфическими свойствами, некоторые носят гипотетический характер. Однако мы уже отмечали, что вода растворяет практически все вещества, кроме жиров и весьма ограниченного числа минералов. Поэтому в природе не бывает практически чистой воды, она всегда раствор большей или меньшей концентрации.
Вода представляет собой главным образом жидкость, т. е. подвижное тело, что позволяет ей проникать в самые разнообразные тела и 42

среды и двигаться в различных направлениях, одновременно транспортируя растворенные в ней вещества. Этим она обеспечивает обмен веществ в географической оболочке, в том числе между живыми организмами и средой. Вода способна преодолевать гравитацию даже в жидком состоянии, поднимаясь по тончайшим капиллярам. Это определяет возможности циркуляции воды в горных породах и почвах; кровообращение у животных; движение соков растений вверх по стеблям. Вода обладает способностью смачивать, «прилипать» к различным поверхностям. Электрические силы взаимодействия способны связывать воду вокругтвердых частиц минералов, существенно изменяя ее характеристики. Например, температура ее замерзания становится равной -4° С, плотность - 1,4 г/см.
Происхождение воды на Земле до сих пор полностью не объяснено: отдельные специалисты считают, что она образовалась в результате синтеза из водорода и кислорода при выделении их из недр Земли на первых этапах ее существования, а другие вслед за акад. О.Ю. Шмидтом предполагают, что вода попала на Землю при формировании планеты из космического пространства.
Мировой океан-это водная оболочка Земли, за исключением водоемов на суше и ледников Антарктиды, Гренландии, полярных архипелагов и горных вершин. Мировой океан делят на четыре основные части -Тихий, Атлантический, Индийский, Северный Ледовитый океаны. Воды Мирового океана, вдаваясь в сушу, образуют моря и заливы. Моря-это относительно изолированные части океана (например, Черное, Балтийское и др.), а заливы вдаются в сушу не столь значительно, как моря, и по свойствам вод мало отличаются от Мирового океана. В морях же соленость воды может быть выше океанской (35%), как, например, в Красном море-до 40%, или ниже, как в Балтийском море -от 3 до 20 %.
Воды Мирового океана и его составных частей имеют некоторые общие признаки: все они сообщаются друг с другом; уровень водной поверхности в них практически одинаков; соленость в среднем составляет 35 %, имеет горько-соленый вкус за счет растворенного в них большого количества минеральных солей.
Кроме солей в океанской воде растворены различные газы,важнейшим из которых является кислород, необходимый для дыхания живых организмов. В различных частях Мирового океана количество растворенного кислорода разное, что зависит от температуры воды и ее состава. Наличие диоксида углерода в океанской воде обусловливает возможность фотосинтеза, а также позволяет некоторым морским животным создавать в результате жизненных процессов раковины и скелеты.
Температура воды в океанах варьирует в пределах от температуры замерзания в полярных морях до 28° С на экваторе.
Воды Мирового океана находятся в постоянном движении в виде волн, морских течений и приливно-отливных явлений. Волны возникают под действием ветра и моретрясений; морские течения образуются под действием постоянных ветров и разницы плотности океанической воды; приливы и отливы океанской воды связаны с притяжением Луны и вращением Земли вокруг оси.
Подземные воды - это воды, находящиеся в порах, трещинах, кавернах, пустотах, пещерах в толще горных пород под поверхностью Земли. Эти воды могут находиться в жидком, твердом и газообразном состоянии. Подземные и поверхностные воды взаимосвязаны: в некоторых случаях одни являются зонами питания, другие -зонами разгрузки, в иных случаях, наоборот. Подземные воды имеют различное происхождение и подразделяются на: ювенильные, образовавшиеся, по гипотезе еще М.В. Ломоносова, при магмагенных процессах; инфильтрационные, сформировавшиеся за счет просачивания атмосферных осадков сквозь толщу проницаемых почв и грунтов на водонепроницаемых слоях; конденсационные, скопившиеся в горных породах при переходе водяного пара в грунтовой атмосфере в жидкое состояние; воды, погребенные осадками в поверхностных водоемах.
Практически невозможно установить генезис подземной воды по
ее характеристикам, да в этом и нет особой необходимости, гораздо более важным является состояние воды в почвах и грунтах. Вода, удерживаемая молекулярными силами, почти не участвует в процессах, обеспечивающих жизнедеятельность организмов, в частности растения не могут с помощью своей корневой системы использовать эту воду. Для этих целей пригодна капиллярная и гравитационная вода. К последней относят подземную воду, которая перемещается в недрах земной коры под действием гравитации Земли. Подземные воды имеют различную температуру, в основном она, как правило, отвечает температуре вмещающих пород, но глубинные подземные воды, находящиеся вблизи магматических очагов, являются источником горячих вод. В России они открыты на Камчатке, Северном Кавказе, где их температура достигает 70-95° С. Фонтанирующие горячие источники называют гейзерами. В долине гейзеров на Камчатке открыто их более 20, среди них такой, как «Великан», дающий фонтан высотой 30 м, или «старый служака» (Иеллоунстоун, США), который фонтанирует через равные промежутки времени. Гейзеры распространены также в Исландии, Новой Зеландии.
При фильтрации сквозь горные породы, обладающие различным минеральным и химическим составом, подземные воды естественным образом пополняют себя растворенными веществами. Так постепенно формируются минеральные воды, которые иногда бывают насыщены диоксидом углерода, сероводородом. Некоторые из этих вод имеют лечебное и курортное значение.
Поверхностные воды суши. Реки. В целом на поверхности земной суши воды движутся в различных формах: реки, ручьи, родники, временные водотоки. В последнее время серьезное значение стали иметь водотоки (каналы), созданные человеком.
Реки и ручьи -это постоянные водотоки, расположенные в естественных понижениях рельефа. Размеры рек весьма различны: от огромных (р. Амазонка) до рек, которые известны практически каждому человеку по тому, что их можно перешагнуть. Многоводность самой полноводной реки мира Амазонки -3160 км3 в год -объясняется огромной площадью бассейна (около 7 млн. км2) и обилием осадков (более 2000 мм в год). У Амазонки 17 притоков так называемого первого порядка, каждый из которых по многоводности равен реке Волге.
Ручьи - это еще более мелкие естественные водотоки шириной не более 0,5-1,0 м. Реки формируют на определенной территории речную сеть из основного русла и притоков. Реки получают питание с определенной территории, называемой ее бассейном. Постоянными источниками питания рек являются подземные воды, талые воды снега и ледников, дождевые осадки. В зависимости от условий питания у рек формируется режим; по уровню воды выделяют периоды самой высокой и низкой воды. Они получили названия: половодье, паводок и межень. Реки совершают колоссальную эрозионную и аккумуляционную работу. Они размывают горные породы, формируют русла, а полученный материал переносят и откладывают в виде аллювиальных (речных) отложений, создавая пойму и аккумулятивные террасы у коренных берегов. Различают молодые и старые реки. У последних, как правило, широкие разработанные долины с брошенными старыми извилистыми руслами (старицами), большим числом террас и широкими поймами. Молодые реки часто имеют пороги и водопады (участки, где вода падает с высоких уступов). Один из самых крупных водопадов мира - Виктория на р. Замбези -падает с высоты 120 м при ширине 1800 м; Ниагарский водопад - высота 51 м, ширина потока 1237 м. Многие горные водопады еще выше. Самый высокий из них -Анхель на р. Ориноко -высотой 1054 м.
Озера. Кроме водотоков, где вода движется от более высоких отметок к более низким, на суше есть постоянные водоемы в естественных понижениях рельефа. На территории нашей страны находится часть самого большого озера в мире - Каспийского моря и самое глубокое - озеро Байкал. Озера образовались различными путями: от вулканических кратеров до тектонических прогибов и карстовых провалов; иногда возникают запрудные озера при обвалах и селях в горах. Большое количество озер, которые находятся в Финляндии, Швеции, Карелии (Россия), Канаде, сформировались при наступлении и отступлении ледников в периоды оледенений. Большинство озер заполнены пресной водой, но есть и соленые, например Каспийское, Аральское

Рис. 11. Схема зарастания озера:
/ - моховой покров (рям); 2 - донные отложения органических остатков; 3 - «окно» или пространство чистой воды

и некоторые другие. Пресные имеют соленость менее 1 %, солоноватые - более 1 %, соленые -более 24,7 %.
Озера развиваются в зависимости от окружающих условий. Реки, временные водные потоки приносят в озера огромное количество неорганических и органических веществ, которые отлагаются на их дне. Появляется растительность, остатки которой также скапливаются, заполняя озерные котловины, и дают начало образованию болот (рис. 11).
Болота-это избыточно увлажненные участки суши, покрытые влаголюбивой растительностью. Заболачивание в лесной полосе нередко возникает в результате сведения лесов. Тундра является зоной, где многолетняя мерзлота не позволяет проникать воде в толщу грунтов и постепенное ее накопление ведет к образованию болот.
По условиям питания и местонахождению болота подразделяют на низинные и верховые (рис. 12). Первые получают питание за счет атмосферных осадков, подземных и поверхностных вод. Большое количество минеральных компонентов, поступающих с подземными водами, способствует активному развитию растительности и большой ее продуктивности. При определенных условиях низинные болота превращаются в так называемые верховые. В этих болотах осуществляется торфообразование -весьма сложный геохимический процесс минералообразования и осадконакопления. Накопление торфа, с одной стороны, наращивает запасы плодородия в земных недрах за счет увеличения объема гумуса, а также способствует консервации избыточного углерода, но, с другой стороны, существенно обедняет минеральную составляющую, питающую растения на болоте. Происходит замена на менее требовательные растения, например сфагновые мхи, которые выделяют органические кислоты, замедляющие торфообразо-

Рис. 12. Низинное (а) и верховое (б) болота

вание. Вода уже не попадает в зоны развития сфагновых мхов и процесс разрушения растительности постепенно все более развивается.
Уделенное значительное внимание болотам связано с тем, что они занимают обширные пространства на территории нашей страны и представляют зачастую истоки значительных поверхностных водотоков. Но дело не только в этом, в последнее время установлен факт определяющего влияния болота на существование леса, т. е. существует глубокая связь между оптимальными условиями развития лесных экосистем и существующими в них болотами, да и многими небольшими озерами.
Вода имеет первостепенное значение для функционирования живых организмов. Это основная среда биохимических реакций, в конечном счете абсолютно необходимая составная часть протоплазмы. Питательные вещества переносятся внутри живых организмов в виде водных растворов, а также вода транспортирует и выносит из организмов продукты диссимиляции (И.А. Шилов, 2000). Относительное содержание воды в живых организмах колеблется в пределах от 50 до 95 % (95 % воды содержится в теле медуз, а в тканях многих моллюсков до 92 %). От количества воды и растворенных солей зависит внутриклеточный и межклеточный обмен, а у гидробионтов -осмотические
взаимоотношения с окружающей средой. Большинство наземных животных могут совершать газовый обмен со средой только при наличии влажных поверхностей; влага также при своем испарении способствует формированию теплового баланса между меняющимися температурными параметрами среды и теплотой организмов.
И.А. Шилов (2000) описывает водный обмен между организмами и средой как обмен, состоящий из двух противоположных Процессов, один из которых - поступление воды в организм, другой -отдача ее во внешнюю среду. У высших растений этот процесс представляет собой «насасывание» корневой системой воды из почвы, проведением ее (вместе с растворенными веществами) к отдельным органам и клеткам и выведением в процессе транспирации. Из всего объема 5 % воды используется для фотосинтеза, а остальное для поддержания тургора (внутреннего гидростатического давления в живых клетках, вызывающего напряжение клеточной оболочки).
Животные получают воду, главным образом, при питье и этот путь для большинства из них, даже для водных, является не только необходимым, но и единственным. Выведение же воды происходит с мочой и экскрементами, а также путем испарения. Отдельные организмы, обитающие в водной среде, способны получать и отдавать воду либо через свои покровы, либо через специализированные участки тканей, проницаемые для воды. Это имеет отношение и к наземным обитателям: для многих растений, беспозвоночных животных и амфибий характерно получение воды из таких источников, как роса, туман, дождь.
Для животных одним из источников воды является пища. При этом значение ее в водном обмене не исчерпывается содержанием воды в тканях кормовых объектов. Усиленное питание сопровождается накоплением в организме жировых резервов, которые имеют значение как энергетического резерва, так и внутреннего источника поступления воды в клетки и ткани. Водный обмен непосредственно связан с обменом солей. Определенный набор солей (ионов) представляет собой необходимое условие для осуществления функций организма в нормальном режиме, так как соли являются частью состава тканей и играют определенную роль в обменных механизмах клеток. Если возникают нарушения в количестве поступающей воды и соответственно необходимых солей, то нарушается полное равновесие и происходят сдвиги осмотических процессов.
Для всех живых организмов важнейшим является поддержание устойчивого водно-солевого обмена как главного фактора осуществления их жизненных функций.

Гидросфера - это водная оболочка Земли, которая включает Мировой океан, воды суши (реки, озера, болота, ледники), подземные воды. Воде принадлежит важнейшая роль в истории развития нашей планеты, так как с ней связано зарождение и развитие живого вещества, а следовательно, и всей биосферы (?!).

Основная масса воды сосредоточена в морях и океанах - почти 94 %, а остальные 6 % приходятся на другие части гидросферы (табл. 4).

Таблица 4

Распределение воды в гидросфере Земли (М.И Львович, 1986)

Площадь гидросферы составляет 70,8 % плошали поверхности земного шара, тогда как ее объем - всего около 0,1 % объема планеты. Толщина равномерно распределенной пленки по поверхности Земли равна всего 0,03 % ее диаметра. Доля поверхностных вод в гидросфере весьма мала, но они обладают исключительной активностью (меняются в среднем каждые 11 дней), и это служит началом формирования почти всех источников пресных вод на суше. Количество пресной воды составляет 2,5 % от общего объема, при этом почти две трети

этой воды заключено в ледниках Антарктиды, Гренландии, полярных островов, льдин и айсбергов, горных вершин. Подземные воды находятся на различной глубине (до 200 м и более); глубокозалегаюшие подземные водоносные горизонты минерализованы, а иногда и засолены. Кроме воды собственно в гидросфере, водяных паров в атмосфере, подземных вод в почвах и земной коре имеется биологическая вода в живых организмах. При общей массе живого вещества биосферы 1400 млрд т масса биологической воды составляет 80 % или 1120 млрд т (табл. 5).

Таблица 5

Среднегодовой водный баланс земного шара

Поверхность	Плошать, млн км	Объем, км;
Поверхность	Плошать, млн км	испарение
Земной шар
Мировой океан

В том числе область стока в океан
Область стока, не достигающего океана (вн>тренний сток)

Главную рол ь в жизнедеятельности живых организмов на суше играет пресная вода. Пресной называют воду, соленость которой не превышает I %, т. е. содержащую не более 1 г солей в 1 л (соленость океанской воды составляет около 35%). По имеющимся оценкам, общие мировые ресурсы пресной воды составляют суммарный сток - 38-45 тыс. км 3 , запасы воды в пресных озерах - 230 тыс. км 1 , а почвенной влаги - 75 тыс. км 1 . Ежегодный объем испаряющейся с поверхности планеты влаги (включая транспирацию растениями) оценивается примерно в 500-575 тыс. км 1 , причем 430-500 тыс. км 3 испаряется с поверхности Мирового океана, на долю суши приходится, таким образом, чуть больше 70 тыс. км 3 испаряющейся влаги. За это же время в виде осадков на все континенты выпадает 120 тыс. км 3 воды (табл. 6).

Анализ водного баланса Земли показывает, что общее количество осадков, выпадающих на поверхность Мирового океана, всегда меньше испарения, так как часть испарившейся воды уносится на сушу и уже там выпадает в виде осадков. В среднем с поверхности океана ежегодно испаряется слой воды, равный 1400 мм, а осадков выпадает 1270 мм. Разницу балансирует речной сток в океан. На суше, наоборот, количество атмосферных осадков больше, чем количество испарившейся влаги, до 38 % всех выпавших осадков речной сток уносит в океан.

Таблица 6

Водный баланс и ресурсы пресных вод континентов и суши в целом*

Континенты	Площадь, млн км	Речной сток	увлажнение территории	Испарение



Северная Америка**
Южная Америка
Австралия ***
Вся суша ****

# В числителе значения даны в мм, в знаменателе объем - в км 1 .

ф Включая Центральную Америку, исключая Канадсхий арктический архипелаг.
Включая Тасманию, Новую Гвинею. Новую Зеландию.

Исключая Антарктиду, Гренландию, Канадский арктический архипелаг.

Наиболее богата водными ресурсами на единицу площади Южная Америка, затем следуют Европа, Азия и Северная Америка. По объему речного стока наиболее обеспечена водными ресурсами Азия. Несмотря на неравномерность распределения пресных вод по континентам Земли, в целом они пока обеспечивают биосферу.

Вода - это самый распространенный на Земле минерал. В.И. Вернадский писал, что вода стоит особняком в истории нашей планеты. Нет природного тела, которое могло бы сравниться с ней по влиянию на ход основных, самых грандиозных геологических процессов. Нет земного вещества - минерала, горной породы, живого тела, которое ее бы ни заключало. Все земное вещество ею проникнуто и охвачено. Чистая, без примесей, вода прозрачна, бесцветна и не имеет запаха. Это единственный на нашей планете минерал, который встречается в естественных условиях в трех агрегатных состояниях: газообразном, жидком и твердом. Воду можно рассматривать с химической точки зрения как оксид водорода или гидрид кислорода. В табл. 7 приведены температуры плавления и кипения близких по составу к воде соединений.

Анализ данных табл. 7, а также рис. 13 показывает нелогичность поведения воды: переходы воды из твердого состояния в жидкое и газообразное происходят при температурах, намного более высоких, чем следовало бы. Аномальность поведения обусловлена строением молекулы воды Н 2 0; она построена в виде тупоугольного треугольника: угол между двумя связями кислород - водород равен 104°27" (рис. 14). Но, поскольку оба водородных атома расположены по одну сто-

рону от кислородного, электрические заряды в ней рассредоточиваются, и молекула воды приобретает полярность. Полярность является причиной химического взаимодействия между разными молекулами воды. Атомы водорода в молекуле Н 2 0, имея частичный положительный заряд, взаимодействуют с электронами атомов кислорода соседних молекул. Такая химическая связь носит название водородной. Она объединяет молекулы воды в своеобразные полимеры пространственного строения; плоскость, в которой расположены водородные связи, перпендикулярна плоскости атомов той же молекулы воды. Взаимодействием между молекулами Н 2 0 и объясняются аномально высокие температуры плавления и кипения. Для того чтобы «расшатать» водородные связи, нужна значительная дополнительная энергия, что в частности объясняет большую теплоемкость воды.

Таблица 7

Температуры плавления и кипения водородных соединений элементов главной

подгруппы VI группы периодической системы

Из аналогичных ассоциатов (объединений молекул) сформированы кристаллы льда. Атомы в кристалле льда «упакованы» рыхло и в связи с этим лед плохо проводит тепло. Плотность жидкой воды при температуре, близкой к нулю, больше, чем у льда. При О °С 1 г льда занимает объем 1,0905 см 3 , 1 г жидкой воды - 1,0001 см 5 . Поэтому лед обладает плавучестью и оттого водоемы не промерзают до дна, а лишь имеют ледяной покров.

Рис. 13.

четырех гидридов элементов

В этом проявляется еще одна аномалия воды. После плавления вода сначала сжимается и только потом при температуре 4 "С и выше начинает расширяться.

Рис. 15. Фазовая диаграмма воды: /- VI - модификации льда

60 50 40 30 * 20 10 о
-20 -30
-40 -50

Специальными методами получены лед-Н и лед-Ш - более тяжелые и плотные кристаллические формы твердой воды (рис. 15) (самый твердый, плотный и тугоплавкий лед-УП получен при давлении 3 млрд Па; температура плавления его равна+190 *С).

Из химических свойств воды одним из важнейших является способность ее молекул к диссоциации, т. е. распадение на ионы, а также колоссальная способность (активность) к растворению веществ различной химической природы.

Роль воды как главного и универсального растворителя определяется прежде всего полярностью ее молекул и, как следствие, ее чрезвычайно высокой диэлектрической проницаемостью. Разноименные электрические заряды, и в частности ионы, притягиваются друг к другу в воде в 80 раз слабее, чем они бы притягивались в воздухе. Тепловому движению в этом случае легче разобщить молекулы. Оттого и происходит растворение, в том числе многих труднорастворимых веществ: не зря говорят: «Вода камень точит».

Диссоциация (распадение) молекул воды на ионы в обычных условиях весьма мала: диссоциирует одна молекула из полумиллиарда. Нужно заметить, что из приведенных реакций первая носит условный характер, так как в водной среде не может существовать лишенный электронной оболочки протон Н он мгновенно соединяется с молекулой воды, образуя ион гидроксония Н 3 СГ:

Н 3 0-> Н +ОН,

2Н 2 0 -> Н,0* + ОН

Принципиально возможно, что ассоциаты водных молекул распадаются на весьма тяжелые ионы, такие, как: 8Н 2 0 Н 9 0^ + Н 7 0 4 ,

а реакция Н 2 0 -» Н + + ОН" - всего лишь схематическое общее изображение более сложных реакций.

Вода обладает слабой реакционной способностью. Некоторые активные металлы способны вытеснять из нее водород:

2Ыа+2Н г О -> 2№ОН + Н/Г, а в атмосфере свободного фтора может гореть:
2Р 2 +2Н г О -> 4НР+0,

В.П. Журавлев и др. (1995) приводит данные Г.В. Васильева по весьма многообразным характеристикам воды, в частности, аномальная вода (или супервода) достигает максимальной плотности при { = = -10 °С, ее вязкость в 10-15 раз меньше классической воды, имеет полимеры (Н,0) 5 и (Н 2 0) 4 .

Установлено наличие сверханомальной воды, которая не имеет максимальной плотности, не кристаллизуется (даже при -100 *С), а застекловывается, как смола. Акад. А.Н. Фрумкин считает, что это новое четвертое агрегатное состояние воды - смолообразное и ставит его в ряд с открытием новых химических элементов.

Метаболическая вода - специальная жидкость, которая вырабатывается живым организмом, обладающая свойством противодействия «усыханию», иными словами, «старению»; метаболическая вода, как утверждают некоторые ученые, сама способна к старению и превращению в «мертвую» воду.

Г.В. Васильев выделяет «талую» воду, повышающую урожайность; «магнитную» воду, препятствующую карбонатообразованию; «электрическую» воду, ускоряющую цветение некоторых растений; «сухую» воду, состоящую из 90 % Н 2 0 и 10 % Н 2 8Ю 4 , а также 71-воду, «черную», «помнящую» и т. д. Многие из этих видов воды обладают специфическими свойствами, некоторые носят гипотетический характер. Однако было отмечено, что вода растворяет практически все вещества, кроме жиров и весьма ограниченного числа минералов. Поэтому в природе не бывает практически чистой воды, она всегда раствор большей или меньшей концентрации.

Вода представляет собой жидкость, т. е. подвижное тело, что позволяет ей проникать в самые разнообразные тела и среды и двигаться в различных направлениях, одновременно транспортируя растворенные в ней вещества. Этим она обеспечивает обмен веществ в географической оболочке, в том числе между живыми организмами и средой. Вода способна преодолевать гравитацию даже в жидком состоянии, поднимаясь по тончайшим капиллярам. Это определяет возможности циркуляции воды в горных породах и почвах; кровообращение у животных; движение соков растений вверх по стеблям. Вода обладает способностью смачивать, «прилипать» к различным поверхностям. Электрические силы взаимодействия способны связывать воду вокруг твердых частиц минералов, существенно изменяя ее характеристики. Например, температура ее замерзания становится равной - 4 в С, плотность - до 1,4 г/см

Происхождение воды на Земле до сих пор полностью не объяснено: отдельные специалисты считают, что она образовалась в результате синтеза из водорода и кислорода при выделении их из недр Земли на первых этапах ее существования, а другие, вслед за акад. О.Ю. Шмидтом, предполагают, что вода попала на Землю при формировании планеты из космического пространства.

Мировой океан - это водная оболочка Земли, за исключением водоемов на суше и ледников Антарктиды, Гренландии, полярных архипелагов и горных вершин. Мировой океан делят на четыре основные части - Тихий, Атлантический, Индийский, Северный Ледовитый океаны. Воды Мирового океана, вдаваясь в сушу, образуют моря и заливы. Моря - это относительно изолированные части океана (например, Черное, Балтийское и др.), а заливы вдаются в сушу не столь значительно, как моря, и по свойствам вод мало отличаются от Мирового океана. В морях же соленость воды может быть выше океанской (35%), как, например, в Красном море - до 40%, или ниже, как в Балтийском море - от 3 до 20 %.

Воды Мирового океана и его составных частей имеют некоторые общие признаки:

все они сообщаются друг с другом;
уровень водной поверхности в них практически одинаков;
соленость в среднем составляет 35 %, имеет горько-соленый вкус за счет растворенного в них большого количества минеральных солей (рис. 16).

Кроме солей в океанской воде растворены различные газы, важнейшим из которых является кислород, необходимый для дыхания

Супралитораль

11000

Рис. 16. Экологические области океана

живых организмов. В различных частях Мирового океана количество растворенного кислорода разное, что зависит от температуры воды и ее состава. Наличие диоксида углерода в океанской воде обусловливает возможность фотосинтеза, а также позволяет некоторым морским животным создавать в результате жизненных процессов раковины и скелеты.

Температура, °С О 5 10 15 20 25

Рис, ]7, Типичное распределение температуры воды по глубинам:

/ - высокие широты; 2- умеренные широты (лето); 3 - тропики

Температура воды в океанах варьирует в пределах от температуры замерзания в полярных морях до 28 °С на экваторе (рис. 17).

Воды Мирового океана находятся в постоянном движении в виде волн, морских течений и приливно-отливных явлений. Волны возникают под действием ветра и моретрясений; морские течения образуются под действием постоянных ветров и разницы плотности океанической воды; приливы и отливы океанской воды связаны с притяжением Луны и вращением Земли вокруг оси (рис. 18).

Подземные воды - это воды, находящиеся в порах, трещинах, кавернах, пустотах, пещерах в толще горных пород под поверхностью Земли. Эти воды могут находиться в жидком, твердом и газообразном состоянии. Подземные и поверхностные воды взаимосвязаны: в некоторых случаях одни являются зонами питания, другие - зонами разгрузки, в иных случаях, наоборот. Подземные воды имеют различное происхождение и подразделяются на:

юветыъные, образовавшиеся (по гипотезе М. В. Ломоносова) при магмагенных процессах;
инфильтрационные, сформировавшиеся за счет просачивания атмосферных осадков сквозь толщу проницаемых почв и грунтов и скопившиеся на водонепроницаемых слоях;
конденсационные, накопленные в горных породах при переходе водяного пара в грунтовой атмосфере в жидкое состояние;
воды, погребенные осадками в поверхностных водоемах.

Практически невозможно установить генезис подземной воды по ее характеристикам, да в этом и нет особой необходимости, гораздо более важным является состояние воды в почвах и грунтах. Вода,

Рис. 18. Система поверхностных течений Мирового океана в зимний пе] 1 - теплое течение; 2- холодное течение; 3 - области развития вторичных муссонов; 4 -

тропических и и клонов

удерживаемая молекулярными силами, почти не участвует в процессах, обеспечивающих жизнедеятельность организмов, в частности растения не могут с помощью своей корневой системы использовать эту воду. Для этих целей пригодна капиллярная и гравитационная вода. К последней относят подземную воду, которая перемещается в недрах земной коры под действием гравитации Земли. Подземные воды имеют различную температуру, в основном она отвечает температуре вмещающих пород, но глубинные подземные воды, находящиеся вблизи магматических очагов, являются источником горячих вод. В России они открыты на Камчатке, Северном Кавказе, где их температура достигает 70-95 °С. Фонтанирующие горячие источники называют гейзерами. В долине гейзеров на Камчатке открыто их более 20, среди них такой, как «Великан», дающий фонтан высотой 30 м, или «Старый служака» (Иеллоунстоун, США), который фонтанирует через равные промежутки времени. Гейзеры распространены также в Исландии, Новой Зеландии.

При фильтрации сквозь горные породы, обладающие различным минеральным и химическим составом, подземные воды естественным образом пополняют себя растворенными веществами. Так постепенно формируются минеральные воды, которые иногда бывают насыщены диоксидом углерода, сероводородом. Некоторые из этих вод имеют лечебное и курортное значение.

Поверхностные воды суши. Реки. В целом на поверхности земной суши воды движутся в различных формах: реки, ручьи, родники, временные водотоки. В последнее время серьезное значение стали иметь водотоки (каналы), созданные человеком.

Реки и ручьи - это постоянные водотоки, расположенные в естественных понижениях рельефа. Размеры рек весьма различны: от огромных (р. Амазонка) до рек, которые известны практически каждому человеку по тому, что их можно перешагнуть. Многоводность самой полноводной реки мира Амазонки - 3160 км 3 в год - объясняется огромной площадью бассейна (около 7 млн км 2) и обилием осадков (более 2000 мм в год). У Амазонки 17 притоков так называемого первого порядка, каждый из которых по многоводности равен реке Волге.

Ручьи - это еще более мелкие естественные водотоки шириной не более 0,5-1,0 м.

Реки формируют на определенной территории речную сеть из основного русла и притоков. Реки получают питание с определенной территории, называемой ее бассейном. Постоянными источниками питания рек являются подземные воды, талые воды снега и ледников, дождевые осадки. В зависимости от условий питания у рек формируется режим; по уровню воды выделяют периоды самой высокой и низкой воды. Они получили названия: половодье, паводок и межень.

Реки совершают колоссальную эрозионную и аккумуляционную работу. Они размывают горные породы, формируют русла, а полученный материал переносят и откладывают в виде аллювиальных (речных) отложений, создавая пойму и аккумулятивные террасы у коренных берегов. Различают молодые и старые реки. У последних, как правило, широкие разработанные долины с брошенными старыми извилистыми руслами (старицами), большим числом террас и широкими поймами. Молодые реки часто имеют пороги и водопады (участки, где вода падает с высоких уступов). Один из самых крупных водопадов мира - Виктория на р. Замбези - падает с высоты 120 м при ширине 1800 м; Ниагарский водопад - высота 51 м, ширина потока 1237 м. Многие горные водопады еще выше. Самый высокий из них - Анхель на р. Ориноко - высотой 1054 м.

Озера. Кроме водотоков, где вода движется от более высоких отметок к более низким, на суше есть постоянные водоемы в естественных понижениях рельефа. На территории нашей страны находится часть самого большого озера в мире - Каспийского моря и самое глубокое - озеро Байкал. Озера образовались различными путями: от вулканических кратеров до тектонических прогибов и карстовых провалов; иногда возникают запрудные озера при обвалах и селях в горах. Большое количество озер, которые находятся в Финляндии, Швеции, Карелии (Россия), Канаде, сформировались при наступлении и отступлении ледников в периоды оледенений. Большинство озер заполнены пресной водой, но есть и соленые, например Каспийское, Аральское и некоторые другие. Пресные имеют соленость менее 1 %, солоноватые - более 1 %, соленые - более 24,7 %.

Озера развиваются в зависимости от окружающих условий. Реки, временные водные потоки приносят в озера огромное количество неорганических и органических веществ, которые отлагаются на их дне. Появляется растительность, остатки которой также скапливаются, заполняя озерные котловины, и дают начало образованию болот (рис. 19).

Рис. 19.

I - моховой покров (рям); 2 -донные отложения органических остатков; 3 - «окно» иди

пространство чистой воды

6 )

Рис. 20. Низинное (а ) и верховое (о) болота

Болота - это избыточно увлажненные участки суши, покрытые влаголюбивой растительностью. Заболачивание в лесной полосе нередко возникает в результате сведения лесов. Тундра является зоной, где многолетняя мерзлота не позволяет проникать воде в толщу грунтов и постепенное ее накопление ведет к образованию болот.

По условиям питания и местонахождению болота подразделяют на низинные и верховые (рис. 20). Первые получают питание за счет атмосферных осадков, подземных и поверхностных вод. Большое количество минеральных компонентов, поступающих с подземными водами, способствует активному развитию растительности и большой ее продуктивности. При определенных условиях низинные болота превращаются в так называемые верховые. В этих болотах осуществляется торфообразование - весьма сложный геохимический процесс минералообразования и осадконакопления. Накопление торфа, с одной стороны, наращивает запасы плодородия в земных недрах за счет увеличения объема гумуса, а также способствует консервации избыточного углерода, но, с другой стороны, существенно обедняет минеральную составляющую, питающую растения на болоте. Происходит замена на менее требовательные растения, например сфагновые мхи, которые выделяют органические кислоты, замедляющие торфообразование. Вода уже не попадает в зоны развития сфагновых мхов, и процесс разрушения растительности постепенно все более развивается.

Уделенное значительное внимание болотам связано с тем, что они занимают обширные пространства на территории нашей страны и представляют зачастую истоки значительных поверхностных водотоков. Но дело не только в этом, в последнее время установлен факт определяющего влияния болота на существование леса, т. е. существует глубокая связь между оптимальными условиями развития лесных экосистем и существующими в них болотами, да и многими небольшими озерами.

Вода имеет первостепенное значение для функционирования живых организмов. Это основная среда биохимических реакций, в конечном счете, абсолютно необходимая составная часть протоплазмы. Питательные вещества переносятся внутри живых организмов в виде водных растворов, а также вода транспортирует и выносит из организмов продукты диссимиляции (И.А. Шилов, 2000). Относительное содержание воды в живых организмах колеблется в пределах от 50 до 95 % (95 % воды содержится в теле медуз, а в тканях многих моллюсков до 92 %). От количества воды и растворенных солей зависит внутриклеточный и межклеточный обмен, а у гидробионтов - осмотические взаимоотношения с окружающей средой. Большинство наземных животных могут совершать газовый обмен со средой только при наличии влажных поверхностей; влага также при своем испарении способствует формированию теплового баланса между меняющимися температурными параметрами среды и теплотой организмов.

И.А. Шилов (2000) описывает водный обмен между организмами и средой как обмен, состоящий из двух противоположных процессов, один из которых - поступление воды в организм, другой - отдача ее во внешнюю среду. У высших растений этот процесс представляет собой «насасыванис» корневой системой воды из почвы, проведением ее (вместе с растворенными веществами) к отдельным органам и клеткам и выведением в процессе транспирации. Из всего объема 5 % воды используется для фотосинтеза, а остальное для поддержания тургора (внутреннего гидростатического давления в живых клетках, вызывающего напряжение клеточной оболочки).

Животные получают воду главным образом при питье,и этот путь для большинства из них, даже для водных, является не только необходимым, но и единственным. Выведение же воды происходит с мочой или экскрементами, а также путем испарения. Отдельные организмы, обитающие в водной среде, способны получать и отдавать воду либо через свои покровы, либо через специализированные участки тканей, проницаемые для воды. Это имеет отношение и к наземным обитателям: для многих растений, беспозвоночных животных и амфибий характерно получение воды изтаких источников, как роса, туман, дождь.

Для животных одним из источников воды является пища. При этом значение ее в водном обмене не исчерпывается содержанием воды втканях кормовых объектов. Усиленное питание сопровождается накоплением в организме жировых резервов, которые имеют значение как энергетического резерва, так и внутреннего источника поступления воды в клетки и ткани. Водный обмен непосредственно связан с обменом солей. Определенный набор солей (ионов) представляет собой необходимое условие для осуществления функций орган изма в нормальном режиме, так как соли являются частью состава тканей и играют определенную роль в обменных механизмах клеток. Если возникают нарушения в количестве поступающей воды и соответственно необходимых солей, то нарушается полное равновесие и происходят сдвиги осмотических процессов.

Для всех живых организмов важнейшим является поддержание устойчивого водно-солевого обмена как главного фактора осуществления их жизненных функций.

Лекция 3.

Гидросфера – водная оболочка земли.

Загрязнение гидросферы.

Источники загрязнения гидросферы.

Методы контроля качества воды.

Меры по охране воды.

Методы очистки сточных вод.

Гидросфера - водная оболочка Земли.

Гидросфера - водная оболочка Земли, включающая все воды, находящиеся в жидком, твердом и газообразном состояниях.

Гидросфера включает воды океанов, морей, подземные воды и поверхностные воды суши. Некоторое количество воды содержится в атмосфере и в живых организмах.

Вода занимает преобладающую часть биосферы Земли (71 % общей площади земной поверхности).

Гидросфера уже 4 млрд лет назад была представлена следующими тремя составляющими: наземной (Мировой океан, речные, почвенные, озерные воды, ледники), подземной (воды литосферы), воздушной (парообразная вода атмосферы). Гидросфера включает следующие виды вод (в скобках доля от общего объема вод в гидросфере, %, по М.И. Львовичу, 1974):

Мировой океан (94,0);

подземные воды (4,3);

ледники (1,7);

воды суши (озера, речные воды, почвенная влага) (0,03);

пары атмосферы (0,001).

Вода входит в состав живого вещества как обязательный компонент (70–99 %). По сути, живое вещество – это водный раствор «живых» молекул. Именно вода обеспечивает их жизнедеятельность. Земная жизнь зародилась в водной среде, и поэтому ее можно считать производной воды.

Фундаментальные свойства воды:

1. Первоесвойство гидросферы – единство и «всюдность » (по выражению В. И. Вернадского) природных вод. Все воды связаны между собой и представляют единое целое. Такое единство природных вод определяется:

а) легким переходом воды из одного фазового состояния в другое. В пределах земных температур известно три состояния: жидкое, твердое, парообразное. Плазменное состояние воды существует при высоких температурах и давлениях в глубоких частях недр;

б) постоянным присутствием в воде газовых компонентов. Природная вода – это водный раствор (газ, взвешенные твердые частицы, минеральные вещества).

2. Второе свойство гидросферы определяется особым строением молекулы воды . Строение и свойства воды обеспечивают наиболее благоприятные условия для развития жизни на Земле. Из физики мы знаем, что все тела при нагревании расширяются, а при охлаждении сжимаются. Вода ведет себя иначе. Если бы при превращении в лед (охлаждении) она сжималась, лед бы был тяжелее воды и тонул на дно рек и озер. Реки были бы проморожены до дна, и жизнь в этих водоемах была бы невозможна. Лед – изолятор, который предохраняет от замерзания воду подо льдом, что защищает всю подводную жизнь. Если бы не было этого свойства, то Земля превратилась бы в закованную льдом планету.

Особое строение молекулы воды обеспечивает многообразие структуры ее при изменении внешних факторов (температура, давление, химического состава). Нам зимой приходилось наблюдать многообразие и красоту ледяных узоров на окнах, снежинку, иней на деревьях. Как нет абсолютно одинаковых двух капель воды, так нет двух типов воды, одинаковых по структуре.

3. Третье свойство гидросферы выражается в геологически вечной подвижности ее. Движение воды весьма многообразно и проявляется в многочисленных круговоротах. Главное движение воды – геологический круговорот вещества. Каждую секунду под влиянием солнечного тепла миллионы кубических метров воды поднимаются вверх и образуют облака. Ветер приводит облака в движение. При подходящих условиях влага выпадает в виде дождя или снега. Дождевые капли имеют благоприятный размер для всего земного и падают тихо, мягко. Случайны ли все благоприятные для жизни совпадения? Так, вода участвует в своеобразных круговоротах вещества и энергии. Эта система установилась на Земле с появлением свободной воды и продолжается по сей день.

Почему происходит движение? Движение может происходить под действием: а) силы тяжести; б) солнечной (тепловой) энергии; в) молекулярного движения при смене фазового состояния.

4. Четвертое свойство гидросферы определяется высокой химической активностью воды . В условиях земной коры нет природных тел, которые в той или иной мере не растворялись бы в природных водах. Вода в биосфере выступает в роли универсального растворителя, ибо, взаимодействуя со всеми веществами, как правило, не вступает с ними в химические реакции. Это обеспечивает обмен веществ между сушей и океаном, организмами и окружающей средой.

Важнейшими абиотическими факторами водной среды являются следующие:

1. Плотность и вязкость.

Плотность воды в 800 раз, а вязкость - примерно в 55 раз больше, чем воздуха.

2. Теплоемкость.

Вода обладает высокой теплоемкостью, поэтому океан является главным приемником и аккумулятором солнечной энергии.

3. Подвижность.

Постоянное перемещение водных масс способствует поддержанию относительной гомогенности физических и химических свойств.

4. Температурная стратификация.

По глубине водного объекта наблюдается изменение температуры воды.

5. Периодические (годовые, суточные, сезонные) изменения температуры

Самой низкой температурой воды считают - 2 ° С, самой высокой + 35-37 ° С. Динамика колебаний температуры воды меньше, чем воздуха.

6. Прозрачность и мутность воды.

Определяет световой режим под поверхностью воды. От прозрачности (и обратной ей характеристики - мутности) зависит фотосинтез зеленых бактерий, фитопланктона, высших растений, а следовательно, и накопление органического вещества.

Мутность и прозрачность зависят от содержания взвешенных в воде веществ, в том числе и поступающих в водные объекты вместе с промышленными сбросами. В связи с этим прозрачность и содержание взвешенных веществ - важнейшие характеристики природных и сточных вод, подлежащие контролю на промышленном предприятии.

7. Соленость воды.

По степени солености все водоемы условно подразделяются на

пресные с соленостью менее 0,5 0 / 00 ,

солоноватоводные - соленость колеблется в пределах 0,5 – 16 0 / 00 ,

соленые – больше 16 0 / 00 .

Соленость океанических водоемов составляет 32 - 38 0 / 00 ,

Самое высокое содержание солей в соленых озерах, где концентрация электролитов доходит до 370 0 / 00 .

Главное отличие морской воды от речной состоит в том, что подавляющую часть морской соли составляют хлориды , а в речной воде преобладают углекислые соли . Человек для обеспечения жизнедеятельности использует только пресную воду. Из общего количества водных ресурсов на земле на долю пресной воды приходится не более 3%.

8. Растворенный кислород и диоксид углерода.

Перерасход кислорода на дыхание живых организмов и на окисление поступающих в воду с промышленными сбросами органических и минеральных веществ ведет к обеднению живого населения вплоть до невозможности обитания в такой воде аэробных организмов.

9. Концентрация водородных ионов (pH).

Все гидробионты приспособились к определенному уровню pH: одни предпочитают кислую среду, другие - щелочную, третьи - нейтральную. Изменение этих характеристик может привести к гибели гидробионтов.

– водная оболочка Земли включает в себя всю воду планеты, находящуюся в жидком, твёрдом (лёд) и газообразном (водяной пар) состоянии. В состав гидросферы входят Мировой океан, воды суши, водяной пар атмосферы.

Предполагают, что гидросфера возникла в результате выделения из мантии Земли жидких неподвижных растворов и газов. Общий объём воды на планете остаётся неизменным и составляет около 1,5 млрд км 3 .

Главной составной частью гидросферы является Мировой океан, на его долю приходится более 96% объёма вод. Ледники составляют 1,8%, подземные воды – 1,7%, реки, озёра, болота всего лишь 0,01%. Поверхность Мирового океана занимает около 71% земной поверхности и располагается между атмосферой и литосферой.

Все воды Земли взаимосвязаны и находятся в постоянном движении: в круговоротах. Круговорот воды – это процесс непрерывного перемещения воды под воздействием солнечной энергии и силы тяжести, охватывает гидросферу, атмосферу, литосферу и живые организмы. Вода испаряется с поверхности суши под действием солнечного тепла, воздушными течениями переносится в разных направлениях и, и под действием силы тяжести выпадает на землю снова в виде атмосферных осадков. Причём большая часть осадков выпадает снова в океан.

Различают малый и большой круговорот воды. В малом круговороте участвуют только океан и атмосфера (океан – атмосфера – океан); а в большом круговороте вода «путешествует» так: океан – атмосфера – суша – океан. Этот круговорот воды, в котором кроме атмосферы и океана принимает участие суша, называется большим или мировым круговоротом воды.

Гидросфера едина: об этом свидетельствуют система Мирового круговорота воды, пространственная непрерывность Мирового океана, общность происхождения вод.

Гидросфера имеет огромное значение для существования жизни на Земле. Без воды не могло бы быть человека, растений и животных. Для жизни необходимо подержание температуры на определённом уровне (от 0 до 100˚). Гидросфера играет большую роль в поддержании относительно неизменного климата на планете: она является аккумулятором тепла, что обеспечивает постоянство средней температуры на Земле; гидросфера за счёт фитопланктона является основным источником кислорода атмосферы.

Гидросфера имеет огромное значение в хозяйственной деятельности человека. Океан является источником природных биологических ресурсов: рыба, морепродукты, жемчуг и др. Сейчас широко используют и минеральные ресурсы: нефть, газ, руда. Огромны потенциальные энергетические ресурсы. Кроме того, по океану проходят важнейшие транспортные магистрали, обслуживающие мировую торговлю.

В настоящее время остро встаёт проблема загрязнения гидросферы. Человечество активно использует водную среду для сброса отходов производства и потребления. Интенсивное антропогенное загрязнение гидросферы ведет к серьезным изменениям ее геофизических параметров, губит водные экосистемы и потенциально опасно для человека. Международное сообщество принимает срочные меры по спасению среды обитания человечества. Экологическая угроза гидросфере требует международного сотрудничества всех стран и принятия единых стратегии и программы совместных действий.

Остались вопросы? Хотите знать больше о водной оболочке Земли?
Чтобы получить помощь репетитора – .

blog.сайт, при полном или частичном копировании материала ссылка на первоисточник обязательна.

Чтобы лучше разобраться, что такое атмосфера, гидросфера, литосфера, необходимо рассмотреть такой термин, как «географическая оболочка».

Географическая оболочка - это совокупность геосфер Земли: земной коры, гидросферы и атмосферы. Они составляют собой единое целое и существуют взаимосвязано. Так, солнечная энергия трансформируется в тепловую, кинетическую, электрическую, химическую и др. в пределах литосферы. Там же она накапливается, передается другим сферам - воздушной и водной.

Что такое гидросфера

Под термином «гидросфера» понимают водную оболочку Земли. Сюда входят воды как наземные (реки, озера, моря, океаны), так и подземные (грунтовые), а также снеговой покров, ледники, пар в атмосфере.

Что такое гидросфера? Определение понятия таково: это совокупность всех вод нашей планеты. Наиболее важные элементы, входящие в состав гидросферы: реки, болота, озера, ледники и грунтовые воды.

Реки имеют огромное значение, они переносят массы воды на большие расстояния. Болота, как и горные ледники, являются источником питания для рек. Ледники являются хранилищем пресной воды.

Водохранилища - это искусственные водоемы, созданные человеком для хозяйственной деятельности.

Состав гидросферы:

Как видно из этих данных, наибольшая доля вод приходится на Мировой океан, а на реки Земли - всего лишь 0,0001%. Все эти части гидросферы взаимосвязаны между собой, и вода может переходить из одной классификации в другую.

Вода и ее особенности

Вода - это уникальный химический элемент, который присутствует на нашей планете в трех агрегатных состояниях. Но наиболее полезное - жидкое, именно в таком виде вода является необходимым источником для существования всего живого. Для многих организмов это не просто источник питания, а среда обитания. Доказано, что первые организмы обитали в воде, а уже потом, в процессе эволюции, вышли на сушу. Таким образом, главной характеристикой гидросферы является наличие огромного количества живых организмов.

Что такое гидросфера? Можно сказать, что это совокупность воды нашей планеты.

Функции водной оболочки

Выделим несколько наиболее важных функций гидросферы:

Аккумулирующая. Вода накапливает огромное количество тепла и обеспечивает постоянную среднюю температуру планеты.
Производство кислорода. Как говорилось выше, в водной оболочке Земли проживает большое количество живых организмов, среди которых присутствует фитопланктон. Именно он продуцирует большую часть кислорода атмосферы. А кислород, в свою очередь, необходим для нормальной жизнедеятельности большинства организмов.
Гидросфера, в частности, Мировой океан, является огромной ресурсной базой. Здесь ведется вылов различных видов рыб, добываются минеральные ресурсы. Человечество также использует сами воды для различных целей: для очистки, извлечения энергии, охлаждения и др.
Водная оболочка является отличной питательной средой для разных вредных микроорганизмов. Через нее могут передаваться определенные заболевания.

Использование водных ресурсов

Водопотребители . Это отрасли, использующие воду для определенных целей, но не возвращающие ее. Среди них теплоэнергетика, сельское хозяйство, черная и цветная металлургия, целлюлозно-бумажная и химическая промышленность.
Водопользователи . Это отрасли, которые используют воду для своих нужд, но потом всегда ее возвращают. Например, службы хозяйственно-питьевого потребления, морской и речной транспорт, судоходство, рыбное хозяйство.

Стоит отметить, что для жизнеобеспечения города с населением 1 млн человек необходимо более 300 тысяч м³ чистой воды в сутки, причем более 75% вод возвращаются непригодными для живых организмов, т.е. загрязненными.

Классификация вод по целевому назначению

Питьевая вода - используется человеком для утоления жажды. В ней должно быть минимальное количество токсических и химических веществ.
Минеральная вода - добывается из подземных источников путем бурения. Используется человеком в лечебных целях.
Промышленная вода - это необязательно тщательно очищенная от примесей вода, т.к. она используется в промышленности.
Теплоэнергетическая вода - термальная. Может использоваться в любых отраслях народного хозяйства.

Техническая вода

Подразделяется на несколько видов:

Вода для полива. Используется в сельском хозяйстве, не требует сложной очистки от примесей.
Энергетическая вода. Применяется для отопления помещений. Воду нагревают до газообразного состояния.
Хозяйственно-бытовая вода. Используется для разных нужд в больницах, столовых, прачечных и банях.

В промышленности почти половина воды используется для охлаждения оборудования. В таком случае она не загрязняется.

У технологической воды тоже есть несколько классификаций. Выделяют:

Промывочную - используют для промыва различных материалов (твердых, газообразных и жидких).
Средообразующую - применяют для обогащения руд, растворения пород во время добычи полезных ископаемых.
Реакционную - используют для ускорения или замедления различных реакций.

Нерациональное использование вод и пути решения проблем

Самая большая проблема - это перерасход поверхностных вод. В результате возникают такие региональные катаклизмы, как гибель животных и растений, осушение болот, падение уровня воды в реках.

Чтобы не было перерасхода ценного ресурса, необходимо рационально его использовать, создавать замкнутые циклы использования воды в промышленности, экономить на бытовом уровне.

Перерасход грунтовых вод происходит из-за повышенного забора и пониженного количества осадков, когда подземные хранилища не успевают пополнить истраченные запасы. Чтобы решить эту проблему, необходимо учитывать особенности территории, с которой происходит забор воды.

Если вовремя не реагировать на вышеописанную проблему, может возникнуть следующая - просадка грунта. Когда подземные источники истощены, в недрах земли возникают полости, почва уже ничем не поддерживается и оседает. Это опасно тем, что просадка может быть неожиданной в местах, где находятся люди.

Чтобы эта проблема не застала врасплох, необходимо уменьшать потребление грунтовых вод, ставить высококачественные фильтры для повторного использования отработанной жидкости.

Еще одна проблема, возникающая из-за чрезмерного употребления подземных вод, - подток соленой воды. Это происходит из-за понижения давления внутри полостей в результате уменьшения уровня грунтовой воды.

Загрязнение вод

Что такое загрязнение гидросферы? Это загрязнение вод - одна из глобальных проблем человечества. Происходит перенасыщение нефтепродуктами. Для очищения необходимо вылавливать не только плавающие на поверхности масла, но и осадок, опускающийся на дно. Химическая промышленность является одним из главных источников загрязнения не только гидросферы, но и атмосферы.

Целлюлозно-бумажная промышленность засоряет близлежащие территории нерастворимыми волокнами и другими веществами. Из-за этого у воды появляется неприятный запах и вкус, меняется цвет, усиливается рост бактерий и грибов.

ТЭЦ сбрасывают отработанную воду обратно в водоемы. Если учитывать, что она обычно намного теплее, можно понять: происходит нагревание всего водохранилища. Это неблагоприятно сказывается на местных флоре и фауне. Воды начинают цвести, т.к. усиливается рост цианобактерий, водорослей и другой растительности. Жидкость приобретает неприятный запах и вкус.

Сплав леса также неблагоприятно сказывается на состоянии воды. Реки засоряются, загрязняются. К тому же данная хозяйственная деятельность наносит вред рыбе и животным, обитающим в реке, по которой происходит сплав. От недостатка кислорода гибнет молодняк рыбы, икра. Видовой состав уменьшается.

Человеческая жизнедеятельность наносит вред окружающей среде, особенно гидросфере и биосфере. Сточные воды из канализаций оказываются в грунте, вредные вещества попадают не только в почву, но и в подземные воды, реки и озера. Кроме вредных органических веществ в сточных водах находятся различные примеси: радиоактивные элементы, тяжелые металлы, продукты органического синтеза.

Вода имеет уникальное свойство - она может самовозобновляться и самоочищаться благодаря солнечной энергии.

Гидросфера земли - хрупкая структура. Чтобы решить проблему ее загрязнения, необходимо принять ряд мер:

обеспечение каждого предприятия современной водоочистительной установкой;
установка качественных фильтров для бытовой воды;
совершенствование замкнутых циклов потребления воды.

Что такое гидросфера и как она важна, знает, пожалуй, каждый человек, но не многие задумываются о том, с какой катастрофической скоростью происходит загрязнение вод. Если бы каждый приложил усилия для сохранения чистой воды, катастрофа бы не была такой масштабной. Гидросфера земли уже никогда не восстановится полностью, но человечеству под силу сделать так, чтобы нынешние запасы не оказались загрязненными.

Разделы