Каковы особенности гидросферы на земле

Мировой океан как составная часть гидросферы

Как уже упоминалось, около 96% объема гидросферы приходится на долю Мирового океана. Его главной особенностью является консервативность и устойчивость во времени. Особенно удивительно сохранение постоянства солевого состава океанской воды: процентное соотношение в ней основных солей остается неизменным в любом районе океана и на всех глубинах, независимо от степени распреснения.

Большая теплоемкость воды сглаживает крайние температуры, ведет к накоплению большого количества тепла, что создает благоприятные условия для развития и распространения организмов по всей водной толще.

Фото: 12019, pixabay.com

Малая изменчивость физических условий в Мировом океане способствовала в свое время зарождению жизни, в настоящее время благоприятствует поддержанию ее наибольшего разнообразия.

Из 33 классов растений, известных биологам, в гидросфере встречаются представители 18, а из 63 классов животных — 60. Можно считать, что гидросфера, и в особенности Мировой океан, являются хранилищами видового разнообразия жизни.

Следует отметить, что химический состав крови всех животных (включая и человека) близок по составу к морской воде. Выйдя из «морской стихии» на сушу, живые существа продолжают поддерживать в своих кровеносных сосудах привычную морскую среду. Функции крови и морской воды в принципе одинаковы. Это — транспорт живых клеток, белково-углеводных комплексов и растворенных газов.

Важными свойствами океанической среды, помимо устойчивости в геологическом масштабе времени, являются также:

• непрерывность (в отличие от континентальных водоемов);
• сплошная заселенность и почти полное отсутствие безжизненных зон;
• интенсивная циркуляция;
• наличие приливов и отливов.

В океане могут быть выделены две основные группы местообитаний (биотопов) растений и животных: это прибрежные биотопы (зона шельфа) и биотопы открытых вод (пелагиаль).

Фото: Pexels, pixabay.com

Прибрежные биотопы имеют достаточно выраженные, очерченные границы. Обычно они размещаются по шельфу поясами (полосами), параллельными береговой линии, которые сменяют друг друга по мере возрастания глубины.

В пелагической части океана структура биотопов зависит от режима течений и особенностей циркуляции водных масс в каждом конкретном районе. При наличии устойчивых связей всей водной массы с дном (вследствие интенсивного гидродинамического переноса) образуется единый биотоп.

Гораздо чаще, однако, в океане возникает ситуация, когда контрастные водные массы, отличающиеся физико-химическим режимом, располагаются друг над другом по типу слоеного пирога. В этом случае целесообразно рассматривать их как отдельные биотопы. Общими особенностями пелагических биотопов являются большие размеры и размытость границ.

Части гидросферы Земли

Гидросфера включает в себя атмосферную, поверхностную и подземную воды. Каждая из этих групп делится на подгруппы. Количественное соотношение видов вод гидросферы приведено в таблице 1.

Примечание : Уважаемые посетители, дефисы в длинных словах в таблице поставлены для удобства мобильных пользователей — иначе слова не переносятся и таблица не помещается в экран. Спасибо за понимание!

Таблица 1. Части гидросферы Земли

Части гидросферы. Схема.

Пресная вода, занимая лишь небольшой процент в общем составе гидросферы планеты, играет важнейшую роль в жизнедеятельности человека.

Около 75% всей пресной воды на Земле содержится в ледниках полярных зон, в снеге и вечной мерзлоте. Эта вода объединяется под названием криосферы. Если бы все льды криосферы растаяли, то уровень океана повысился бы на 64 метра. В последнее время ученые с тревогой следят за шельфовыми ледниками Арктики и Антарктики. Только за последние несколько лет разрушились два ледника, остававшиеся неподвижными в течение последних десяти тысяч лет. Подробнее об этом здесь…

20% всех запасов пресной воды приходится на подземные воды и составляет 85 тыс. км³.

На долю рек, озер, болот и других пресноводных водоемов приходится всего 1% пресной воды. Но вследствие возобновляемости водных ресурсов, этого достаточно для снабжения водой всей планеты.

Реки в определенный момент времени содержат всего 1,2 тыс. км3 , однако годовой сток воды всей планеты составляет 41,8 тыс. км3. Озера содержат 280 тыс. км3 воды.

В парах атмосферы находится до 14 тыс. км³ воды, но за год влага в атмосфере сменяется до 40 раз и на земную поверхность в виде осадков выпадает до 520 тыс. км3 воды. Осадки и являются главным источником возобновления поверхностных вод.

Круговорот воды в природе

Все воды гидросферы находятся в постоянном движении, образуя так называемый круговорот воды в природе или гидрологический цикл. Круговорот воды происходит за счет испарения, конденсации и выпадения осадков.

Процесс испарения воды в море идет гораздо интенсивнее, чем выпадение осадков, потому что водяные пары переносятся ветром на территорию суши. На суше же наблюдается обратная картина – влаги испаряется гораздо меньше, чем выпадает и лишняя влага по речным руслам спадает обратно в море. Таким образом, вода циркулирует между сушей и мировым океаном, не меняя своего общего объема.

Круговорот воды в природе по масштабности процессов делится на три вида:

• 1. Большой (мировой) круговорот – вода, испарившаяся с поверхности морей, образует облака, перемещается в атмосфере и выпадает над сушей. Затем снова возвращается в Мировой океан.
• 2. Малый (океанический) круговорот – вода, испарившись с поверхности океана, выпадает снова в океан.
• 3. Внутриконтинентальный круговорот – вода, испарившись с поверхности суши, выпадает опять на сушу.

Круговорот воды в природе выполняет очень важную функцию – она препятствует застаиванию воды в природных резервуарах, обновляя ее. Правда, в различных средах обновление происходит с различной скоростью. Вода, содержащаяся в живых организмах, обновляется каждые несколько часов. Обновление же арктических ледников и углубленных грунтовых вод происходит не чаще одного раза в 10 000 лет. Более подробная информация по обновлению различных составных элементов гидросферы представлена в таблице 2.

Таблица 2. Скорость обновления воды в различных средах гидросферы.

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.

Антропогенное влияние человека на гидросферу

Современной экологии известно три вида влияния человека на состояние водной оболочки Земли:

1. Химическое загрязнение, выражающееся в попадании в водоемы солей тяжелых металлов, фосфатов, нитратов, углеводородов. Источником выступают предприятия различных отраслей промышленности: транспортной, аграрной, тяжелой, нефтедобывающей.
2. Физическое воздействие – сброс подогретых стоков тепловыми и атомными электростанциями, радиационное загрязнение водоемов.
3. Биологическое взаимодействие поверхностных вод с болезнетворными микроорганизмами, попадающими в озера, пруды, реки со стоками пищевых, целлюлозно-бумажных, животноводческих производств.

Классификация видов воздействия считается условной, так как во многих местах загрязнение является комплексным. К примеру, обилие химических соединений соседствует с затопленными радиоактивными отходами, а в искусственно подогретых водоемах активно развиваются патогенные организмы.

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.

Свойства гидросферы

Наиболее важными свойствами гидросферы являются:

1. Единство и глобальность – определяются её термодинамическими свойствами, относительно лёгкими переходами между агрегатными состояниями, единым происхождением (дегазация магмы) и присутствием растворённых веществ;
2. Особенности химического строения – дипольная молекула превращает воду в универсальный, химически активный растворитель, а водородные связи делают её свойства отличными от свойств кислотных оксидов и ковалентных гидридов и дают возможность для существования разнообразных структур;
3. Высокая подвижность.

Последнее свойство обеспечивает один из важнейших процессов на планете – глобальный круговорот воды.

Химический состав гидросферы Земли

Вода природных водоемов представляет собой раствор солей различной концентрации. Так как основным составным элементом гидросферы является Мировой океан, то и средний химический состав его близок к морской воде. Но если рассматривать каждый элемент гидросферы отдельно, то выявляется большая разнородность его химического состава.

Больше всего в составе морской воды содержится кислорода – около 85,7%. Далее по убыванию – водород H (10.8%), хлор Cl (1,98%) и натрий Na (1.03%). В количественном выражении верхние слои океана содержат более 140 трлн тонн углекислого газа и 8 трлн тонн кислорода. Вообще, в океане содержатся все известные элементы, но концентрация их очень низкая. Вместе с тем, общее их содержание в воде огромно и исчисляется миллионами-миллиардами тонн. Например, золота содержится 6 млн тонн, а серебра – 5 миллиардов. Уже запатентованы способы извлечения этих металлов из океанической воды.

В среднем в морской воде концентрация солей составляет 35 г/л. Интересной особенностью морской воды является постоянство соотношения между главными компонентами основного солевого состава воды.

Химический состав атмосферных вод не отличаются высоким содержанием солей. Их концентрация в среднем составляет 50 мг/л.

Химический состав подземных вод наиболее разнообразен. Концентрация солей здесь варьируется от 0,05 до 400 г/кг.

Не менее разнообразен и химический состав поверхностных и грунтовых вод, во многом он определяется климатической зоной

Но немаловажное значение имеют и состав пород, почвы и растительности

Химический состав поверхностных вод классифицируется по нескольким показателям. Приведем пример классификации по гидрохимическому показателю.

• 1. Содержание макрокомпонентов – основных соединений, содержащихся в воде. А именно соединений калия, натрия, магния и кальция.
• 2. Уровень концентрации в воде растворенных газов – кислорода, азота, сероводорода, аммиака и метана.
• 3. Неорганические формы биогенных элементов — продуктов жизнедеятельности организмов. К ним относятся в основном неорганические соединения азота и фосфора. Биогенных элементов в воде может содержаться от нуля до десяти мг/л.
• 4. Органические формы биогенных элементов. Именно они отвечают за цвет и запах воды. В эту группу входят практически все классы органических соединений.
• 5. Микроэлементы, т.е. все известные металлы. Их содержание в природной воде очень незначительно.
• 6. Бактерии и микроорганизмы.

В составе поверхностных вод содержатся и нерастворимые вещества – песок, глина, илистые вещества, карбонаты, гидрокарбонаты, сульфаты, хлориды, гумус, планктон и др. Их содержание варьируется от нескольких штук до десятков тысяч на один литр воды, а размеры – от грубодисперсных до коллоидных.

В результате деятельности человека в составе природных вод появились также и токсичные загрязняющие вещества. К ним относятся тяжелые металлы, нефтепродукты, хлорорганические соединения, фенолы и др.

Воздействие на гидросферу

Человек оказывает двоякое негативное влияние на гидросферу:

1. Нарушая баланс круговорота (например, меняя потребление или испарение путём создания водохранилищ или использования в сельскохозяйственных нуждах)
2. Загрязняя водные ресурсы (сбрасывая в гидросферу промышленные, бытовые и сельскохозяйственные отходы, в том числе, с дождевыми стоками и осадками).

До определённой степени загрязнения гидросфере присуще самоочищение, обусловленное деятельностью ихтиофауны (начиная с простейших микроорганизмов, перерабатывающих часть загрязняющих веществ, и заканчивая высшими хищниками, которые в итоге поглощают эти вещества, перемещающихся вверх по пищевой цепочке).

В очистке водоёмов большую роль играют растения, поглощая значительную долю избыточных микроэлементов и предотвращая эвтрофикацию (зарастание поверхности). В то же время повышенная кислотность, загрязнение тяжёлыми металлами и органическими соединениями угнетают флору и фауну, снижая способность водоёмов к самоочищению.

Таким образом, природные воды могут выступать как в качестве индикаторов, так и в качестве интеграторов процессов, происходящих в речных бассейнах.

При этом в связи с ростом населения планеты параллельно растёт уровень загрязнения водоёмов и спрос на чистую пресную воду, поскольку 80% заболеваний в мире обусловлено низким качеством воды (по данным ВОЗ).

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.

Границы гидросферы

В широком смысле границы гидросферы определяются границами распространения воды как химического соединения.

Верхняя граница обнаружения воды находится на высоте 8−18 км, где молекулы воды разлагаются под действием УФ-излучения.

Нижняя граница водной оболочки располагается на глубине около 10 км ниже дна океана и на 6−14 км ниже уровня земной поверхности.

С точки зрения экологии, границы гидросферы определяются более четко и совпадают с границами водных объектов: морских и пресноводных водоемов и водотоков суши.

Фото: PublicCo, pixabay.com

Гидросфера — динамически активная оболочка. Горизонтальный перенос и перемешивание масс воды определяет постоянное перераспределение их свойств, передачу на огромные расстояния и глубины.

Круговорот воды в природе

Он осуществляется под действием двух естественных движущих сил:

• гравитации;
• солнечного тепла.

Подсчитано, что не менее половины солнечной энергии, поступающей на землю, расходуется на испарение воды. Однако солнечный свет заставляет двигаться пары воды не только в вертикальном направлении (в отличие от силы тяжести).

Неравномерное распределение энергии Солнца по поверхности планеты приводит к тепловым изменениям, что создаёт условия для конвекции океанических течений. Также на перемещение воды влияют ветра.

Под действием силы тяжести испарившаяся влага выпадает в виде осадков либо в Мировой океан, либо на сушу, где частично поглощается почвой, а частично, с речными потоками, стекает в океаны. Влага из почвы всасывается растительностью, расходуется в биохимических процессах и снова испаряется с поверхности листьев.

Ещё одним слагаемым, обуславливающим поступление пресной воды в океаны, являются откалывающиеся от ледников айсберги, дрейфующие от кромки материков, особенно от Антарктиды. Из бессточных областей вода в океаны поступает с грунтовыми водами и в виде испарений. В этом наиболее явно прослеживается неразрывная связь между атмосферой и гидросферой.

В круговом обороте воды выделяются два звена:

• океаническое;
• материковое.

Как в любом физическом процессе, в нём выполняются законы сохранения массы и энергии.

Техническая вода

Подразделяется на несколько видов:

1. Вода для полива. Используется в сельском хозяйстве, не требует сложной очистки от примесей.
2. Энергетическая вода. Применяется для отопления помещений. Воду нагревают до газообразного состояния.
3. 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.

Уникальные свойства воды

Вода — единственное химическое соединение, которое существует в природе в виде и жидкости, и твердого вещества (лед), и газа (пары воды). Всем хорошо известно, что вода при нормальных условиях — бесцветная прозрачная жидкость без запаха. При этом физико-химические свойства воды поистине удивительны:

• высоким поверхностным натяжением (с этим свойством связано значительное капиллярное поднятие воды, что способствует питанию растений по корневым системам);
• высокими температурами кипения и замерзания;
• удельные энтальпии (теплосодержание) плавления и испарения выше, чем у большинства веществ;
• плотность воды в жидкой фазе больше плотности льда, поэтому лед плавает на поверхности воды, и водоемы не замерзают до дна.

Фото: dimitrisvetsikas1969, pixabay.com

Вода является прекрасным растворителем для многих веществ. Благодаря высокой растворяющей способности воды в ней содержатся практически все химические элементы, из которых наиболее важны для живых организмов. Обилие растворенных элементов превращает водную среду в своеобразный «ведьмин студень», в котором возможны самые фантастические преобразования энергии, вещества и информации. Почти все биохимические процессы, обеспечивающие жизнедеятельность организмов, сводятся к реакциям в водных растворах.