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

Севастийский (умер около 320) христианский мученик-воин, пострадавший в Севастии в гонение императора Лициния

Бездна водных мускулов

Больше моря

В греческой мифологии божество, воплощснное в «великой реке Океан», опоясывающей землю (мифическое)

В греческой мифологии один из богов-титанов, сын Урана

Водное пространство, над которым Е. Примаков дал повод рождению шутки: «Редкий премьер долетит до средины Атлантики!»

Водное пространство, омывающее материк

Водный покров Земли

Жидкое величие Земли

Искусственный спутник Земли для получения оперативной океанографической информации и данных о ледовой обстановке

К нему обращена строчка русского поэта Евгения Баратынского: «Я жажду бурь твоих»

Каждая из водных границ между материками

Марка отечественного, популярного в 70-е годы портативного радиоприемника

Непрерывная водная оболочка Земли, окружающая материки и острова

Огромный водоем

Один из четырех на Земле

Пьеса Л. Андреева

Пьеса Штейна

Рабочее место Кусто и его команды

Рок-группа «... Эльзы»

Макси-водоем

Водоем Эльзы

Древний Тетис как водоем

Российский искусственный спутник

Марка российского портативного радиоприемника

Футбольный клуб из Находки

Именно такое название у древних греков носила река, которая омывает на крайнем Западе границы между миром жизни и смерти

Что не раз бороздил отважный капитан? (песен.)

Что бороздят морские волки?

Как в древнегреческих мифах называлась река, обтекающая всю землю?

Самая стихийная стихия

Окружение Острова Невезения

Греческое «беспредельное море»

Место работы Кусто и его команды

Пьеса русского писателя Л. Андреева

Марка российского холодильника

Симфония русского композитора А. Рубинштейна

Солярис как географический объект

Весь водный покров Земли

Бог-титан в древнегреческой мифологии

Китовый водоем

Больше, чем море

Стихия акул

Обширный водоем

Обитель китов

Море морей

Обитель кашалотов

Атлантический водоем

Место работы Кусто

Индийский...

Сын Урана

Водоем Эльзы (муз.)

Бог-титан

Тихий даже в шторм

70% поверхности Земли

Ареал кита

Солярис

Вокруг Острова Невезения

Музыкальный водоем Эльзы

Индийский или Атлантический

Граница между материками

Водное пространство

Индийский, Эльзы или Тихий

Тихий или Великий водоем

Тихий или Великий

. «резервуар» соленой воды

Индийский, Эльзы или Атлантический

Индийский, Тихий или Атлантический

Самый большой водоем на Земле

. «беспредельное море» у греков

Самый большой водоем

Атлантика

Море в особо крупных размерах

Воды Атлантики

Омывает материки

Самый большой водоем на Землей

Северный Ледовитый или Атлантический

Индийский или Тихий

Водное покрывало Земли

Бог-титан мирового потока

Представитель гидросферы

Стихия под килем

. «шуми, шуми, послушное ветрило, волнуйся подо мной, угрюмый...»

. «строить замки из песка, прекрасно зная, что... их все равно слизнет»

Царство Нептуна

Группа «... Эльзы»

Воды южнее Индии

Музыкальный водоем Эльзы Вакарчука

Тихий с большой буквы

Северный Ледовитый...

Водная оболочка земного шара

В греческой мифологии бог водной стихии, сын Урана и Геи

Водный покров Земли

Весь водный покров Земли

Пьеса Л. Андреева

. "Беспредельное море" у греков

. "Резервуар" соленой воды

. "строить замки из песка, прекрасно зная, что... их все равно слизнет"

. "шуми, шуми, послушное ветрило, волнуйся подо мной, угрюмый..."

В греческой мифологии божество, воплощснное в "великой реке Океан", опоясывающей землю (мифическое)

Водное пространство, над которым Е. Примаков дал повод рождению шутки: "Редкий премьер долетит до средины Атлантики!"

Греческое "беспредельное море"

Группа "... Эльзы"

К нему обращена строчка русского поэта Евгения Баратынского: "Я жажду бурь твоих"

Как в древнегреческих мифах называлась река, обтекающая всю землю

М. в сказк. и заговор. окиян, киян; всемирное море; солоногорькие воды, окружающия весь материк земной, сушу, и занимаюшия более двух третей земной поверхности. Все отдельно именуемые моря, кроме озер, составляют заливы, ковши и протоки общего водоема или океана, который произвольно делится землеописателями на несколько частей или океанов по странам света и другим началам. На море на окиане, на острове Буяне, начало, присказка к сказке; начало большей части заговоров, а затем следует: лежит бел-горюч камень алатырь (янтарь, электрон?) и пр. Океановы бездны. Океанские обитатели, воды, волны, пучины

Макси водоем

Рок-группа "... Эльзы"

Что бороздят морские волки

Ипостась Соляриса

Самый большой водоём

Водоём Эльзы

Тихий или Великий водоём

Гидросфера – это водная оболочка Земли, которая частично покрывает и твердую поверхность земли.

По мнению ученых, Гидросфера формировалась медленно, ускоряясь лишь в периоды тектонической активности.

Иногда Гидросферу еще называют Мировым океаном. Мы, во избежание путаницы, будем использовать термин Гидросфера. Про Мировой океан, как часть Гидросферы, вы сможете прочитать в статье МИРОВОЙ ОКЕАН И ЕГО ЧАСТИ → .

Для лучшего понимания сути термина Гидросфера ниже приведем несколько определений.

Гидросфера

Экологический словарь

ГИДРОСФЕРА (от гидро… и греч. sphaira - шар) — прерывистая водная оболочка Земли. Тесно взаимодействует с живой оболочкой Земли. Гидросфера является средой обитания гидробионтов, встречающихся во всей толще воды - от пленки поверхностного натяжения воды (эпинейстона) до максимальных глубин Мирового океана (до 11 000 м). Общий объем воды на Земле во всех ее физических состояниях - жидком, твердом, газообразном - составляет 1454703,2 км3, из них 97% приходится на воды Мирового океана. По площади гидросфера занимает около 71% всей площади планеты. Общая доля водных ресурсов гидросферы, пригодных для хозяйственного использования без проведения специальных мероприятий, - около 5–6 млн. км3, что равно 0,3–0,4% объема всей гидросферы, т.е. объема всей свободной воды на Земле. Гидросфера является колыбелью жизни на нашей планете. Живые организмы играют активную роль в круговороте воды на Земле: весь объем гидросферы проходит через живое вещество за 2 млн. лет.

Экологический энциклопедический словарь. - Кишинев: Главная редакция Молдавской советской энциклопедии. И.И. Дедю 1989

Геологическая энциклопедия

ГИДРОСФЕРА - прерывистая водная оболочка Земли, одна из геосфер, располагающаяся между атмосферой и литосферой; совокупность океанов, морей, континентальных водоемов и ледяных покровов. Гидросфера покрывает около 70,8% земной поверхности. Объем Г. - 1370,3 млн. км3, что составляет примерно 1/800 объема планеты. 98,3% массы Г. сосредоточено в Мировом океане, 1,6% - в материковых льдах. Гидросфера сложно взаимодействует с атмосферой и литосферой. На границе Г. и литосферы образуется большинство осад. г. п. (см. Осадкообразование современное). Г. является частью биосферы и целиком населена живыми организмами, которые оказывают воздействие на ее состав. Происхождение Г. связывают с длительной эволюцией планеты и дифференциацией ее вещества.

Геологический словарь: в 2-х томах. - М.: Недра. Под редакцией К. Н. Паффенгольца и др.. 1978

Морской словарь

Гидросфера — совокупность океанов, морей и вод суши, а также подземных вод, ледников и снежного покрова. Часто под гидросферой подразумевают только океаны и моря.

EdwART. Толковый Военно-морской Словарь, 2010

Большой Энциклопедический словарь

ГИДРОСФЕРА (от гидро и сфера) — совокупность всех водных объектов земного шара: океанов, морей, рек, озер, водохранилищ, болот, подземных вод, ледников и снежного покрова. Часто под гидросферой подразумевают только океаны и моря.

Большой Энциклопедический словарь. 2000

Толковый словарь Ожегова

ГИДРОСФЕ́РА, -ы, жен. (спец.). Совокупность всех вод земного шара: океанов, морей, рек, озёр, водохранилищ, болот, подземных вод, ледников и снежного покрова.
| прил. гидросферный, -ая, -ое.

Толковый словарь Ожегова. С.И. Ожегов, Н.Ю. Шведова. 1949-1992

Начала современного естествознания

Гидросфера (от гидро и сфера) - одна из геосфер, водная оболочка Земли, место обитания гидробионтов, совокупность океанов, морей, озер, рек, водохранилищ, болот, поземных вод, ледников и снежного покрова. Основная масса воды гидросферы сосредоточена в морях и океанах (94%), второе место по объему занимают подземные воды (4%), третье - лед и снег арктической и антарктической областей (2%). Поверхностные воды суши, атмосферные и биологически связанные воды составляют доли (десятые и тысячные) процентов от общего объема воды гидросферы. Химический состав гидросферы приближается к среднему составу морской воды. Участвуя в сложном природном круговороте веществ на Земле, вода каждые 10 млн лет разлагается и образуется вновь при фотосинтезе и дыхании.

Начала современного естествознания. Тезаурус. - Ростов-на-Дону. В.Н. Савченко, В.П. Смагин. 2006

Гидросфера (от Гидро… и Сфера) — прерывистая водная оболочка Земли, располагающаяся между атмосферой (См. Атмосфера) и твёрдой земной корой (литосферой) и представляющая собой совокупность океанов, морей и поверхностных вод суши. В более широком смысле в состав Г. включают также подземные воды, лёд и снег Арктики и Антарктики, а также атмосферную воду и воду, содержащуюся в живых организмах. Основная масса воды Г. сосредоточена в морях и океанах, второе место по объёму водных масс занимают подземные воды, третье - лёд и снег арктических и антарктических областей. Поверхностные воды суши, атмосферные и биологически связанные воды составляют доли процента от общего объёма воды Г. (см. табл.). Химический состав Г. приближается к среднему составу морской воды.

Поверхностные воды, занимая сравнительно малую долю в общей массе Г., тем не менее играют важнейшую роль в жизни нашей планеты, являясь основным источником водоснабжения, орошения и обводнения. Воды Г. находятся в постоянном взаимодействии с атмосферой, земной корой и биосферой. Взаимодействие этих вод и взаимные переходы из одних видов вод в другие составляют сложный круговорот воды на земном шаре. В Г. впервые зародилась жизнь на Земле. Лишь в начале палеозойской эры началось постепенное переселение животных и растительных организмов на сушу.

Виды вод	Название	Объем, млн. км 3	К общему объему, %
Морские воды	Морская	1370	94
Подземные воды (за исключением почвенных вод)	Грунтовая	61,4	4
Лёд и снег	Лед	24,0	2
Пресные поверхностные воды суши	Пресная	0,5	0,4
Атмосферные воды	Атмосферная	0,015	0,01
Воды, содержащиеся в живых организмах	Биологическая	0,00005	0,0003

Большая советская энциклопедия. - М.: Советская энциклопедия. 1969-1978

Для лучшего взаимопонимания, кратко сформулируем, что мы будем понимать под Гидросферой в рамках этого материала и в рамках этого сайта. Под гидросферой мы будем понимать оболочку Земного шара, в которую объединены все воды Земного шара, вне зависимости от их состояния и месторасположения.

В гидросфере происходит непрерывная циркуляция воды между различными ее частями и переход воды из одного состояния в другое — так называемый Круговорот воды в природе .

Части гидросферы

Гидросфера взаимодействует со всеми геосферами Земли. Условно гидросферу можно разбить на три части:

1. Вода в атмосфере;
2. Вода на поверхности Земли;
3. Подземные воды.

В атмосфере в виде водяного пара содержится 12,4 триллиона тон воды. Водяной пар обновляется 32 раза в год или каждые 11 дней. В результате конденсации или сублимации водяного пара на взвешенных частицах, присутствующих в атмосфере, образуются облака или туманы, при этом выделяется достаточно большое количество тепла.

С водами на поверхности Земли – Мировым океаном вы можете ознакомиться в статье Великий и могучий Мировой океан .

Подземные воды включают в себя: подземные воды, влага в почвах, напорные глубинные воды, гравитационные воды верхних слоев земной коры, воды в связанных состояниях в разных горных породах, воды находящиеся в минералах и ювенильные воды …

Гидросфера - водная оболочка Земли.

Вода на Земле . Части гидросферы. Мировой круговорот воды.

Океаны. Части Мирового океана. Методы изучения морских глубин. Свойства вод Мирового океана. Движение воды в Океане. Использование карт для определения географического положения морей и океанов, глубин, направлений морских течений, свойств воды. Роль Мирового океана в формировании климатов Земли. Минеральные и органические ресурсы Океана, их значение и хозяйственное использование. Морской транспорт, порты, каналы. Источники загрязнения вод Океана, меры по сохранению качества вод и органического мира.

Воды суши . Реки Земли - их общие черты и различия. Речная система. Питание и режим рек. Озёра, водохранилища, болота. Использование карт для определения географического положения водных объектов, частей речных систем, границ и площади водосборных бассейнов, направления течения рек. Значение поверхностных вод для человека, их рациональное использование.

Происхождение и виды подземных вод, возможности их использования человеком. Зависимость уровня грунтовых вод от климата, характера поверхности, особенностей горных пород. Минеральные воды.

Ледники - главные аккумуляторы пресной воды на Земле. Покровные и горные ледники, многолетняя мерзлота: географическое распространение, воздействие на хозяйственную деятельность.

Человек и гидросфера. Источники пресной воды на Земле. Проблемы, связанные с ограниченными запасами пресной воды на Земле и пути их решения. Неблагоприятные и опасные явления в гидросфере. Меры предупреждения опасных явлений и борьбы с ними, правила обеспечения личной безопасности.

Биосфера Земли. Разнообразие растительного и животного мира Земли. Особенности распространения живых организмов на суше и в Мировом океане. Границы биосферы и взаимодействие компонентов природы. Приспособление живых организмов к среде обитания. Биологический круговорот. Роль биосферы. Широтная зональность и высотная поясность в растительном и животном мире. Влияние человека на биосферу. Охрана растительного и животного мира Земли. Наблюдения за растительностью и животными миром как способ определения качества окружающей среды.

Почва как особое природное образование. Состав почв, взаимодействие живого и неживого в почве, образование гумуса. Строение и разнообразие почв. Главные факторы (условия) почвообразования, основные зональные типы почв. Плодородие почв, пути его повышения. Роль человека и его хозяйственной деятельности в сохранении и улучшении почв.

Географическая оболочка Земли. Строение, свойства и закономерности географической оболочки, взаимосвязи между её составными частями. Территориальные комплексы: природные, природно-антропогенные. Географическая оболочка - крупнейший природный комплекс Земли. Широтная зональность и высотная поясность. Природные зоны Земли. Особенности взаимодействия компонентов природы и хозяйственной деятельности человека в разных природных зонах. Географическая оболочка как окружающая человека среда.

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

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*

# 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.

Главная » Интересное » Водная оболочка земли включает. Гидросфера — водная оболочка Земли. Эколого — экономическая оценка последствий загрязнения гидросферы