Гидросфера земли и ее границы. Гидросфера – водная оболочка Земли. Экологические проблемы гидросферы

Гидросфера земли - это водная оболочка Земли.

Введение

Земля окружена атмосферой и гидросферой, которые заметно отличаются, но при этом дополняют друг от друга.

Гидросфера возникла на ранних этапах формировании Земли, как и атмосфера, повлияв на все процессы жизнедеятельности, функционирования экологических систем, определив возникновение многих видов животных.

Что такое гидросфера

Гидросфера в переводе с греческого языка означает водный шар или водная оболочка земной поверхности. Данная оболочка имеет непрерывный характер.

Где находится гидросфера

Располагается гидросфера между двумя атмосферой – газовой оболочкой планеты Земля, и литосферой – твердой оболочкой, под которой подразумевают сушу.

Из чего состоит гидросфера

Гидросфера состоит из воды, которая по химическому составу отличается и представлена в трех различных состояниях – твердой (лед), жидкой, газообразной (пары).

В состав водной оболочки Земли входят океаны, моря, водоемы, которые могут быть солеными или пресными (озера, пруды, реки), ледники, фьорды, ледяные шапки, снег, дождь, атмосферная вода, и жидкость, протекающая в живых организмах.

Доля морей и океанов в гидросфере равна 96%, еще 2% – это подземные воды, 2% приходятся на долю ледников, а 0,02 процента (очень незначительная доля) – это реки, болота и озера. Масса или объем гидросферы постоянно меняется, что связанно с таянием ледников и уходом значительных участков суши под воды.

Объем водной оболочки равен 1,5 миллиардам километрам кубических. Масса будет постоянно увеличиваться, учитывая количество вулканических извержений и землетрясений. Большую часть гидросферы составляют океаны, образующие Мировой океан. Это самый большой и соленый водоем на Земле, в котором процент солености достигает 35%.

По химическому составу воды океанов содержат все известные элементы, которые расположены в таблице Менделеева. Суммарная часть натрия, хлора, кислорода и водорода достигает почти 96%. В состав коры океана входят базальтовый и осадочный слои.

К гидросфере относятся и подземные воды, которые также отличаются по химическому составу. Иногда солевая концентрация достигает 600%, и в них присутствуют газы и производные компоненты. Самыми важными из них являются кислород и углекислый газ, который потребляют растения в океане во время процесса фотосинтеза. Он необходим для формирования известняковых пород, кораллов, ракушек.

Огромное значение для гидросферы имеют пресные воды, часть которых в общем объеме оболочки равно почти 3%, из которых 2,15% – хранятся в ледниках. Все составляющие гидросферы связаны между собой, находясь в больших или маленьких оборотах, что позволяет воде проходить процесс полного обновления.

Границы гидросферы

Воды Мирового океана охватывают территорию в 71% Земли, где средняя глубина составляет 3800 метров, а максимальная – 11022 метра. На поверхности суши расположены так называемые континентальные воды, которые обеспечивают всю жизнедеятельность биосферы, водоснабжения, обводнения и орошения.

Гидросфера имеет нижнюю и верхнюю границы. Нижняя проходит по так называемой поверхности Мохоровичича – земной коры на дне океана. Верхняя граница располагается в самых верхних слоях атмосферы.

Функции гидросферы

Вода на Земле имеет важное значение для людей и природы. Проявляется это в следующих признаках:

• Во-первых, вода является важным источником минералов и сырья, поскольку люди используют воду чаще, чем уголь и нефть;
• Во-вторых, обеспечивает взаимосвязи между экологическими системами;
• В-третьих, выступает механизмом, который переносит биоэнергетические экологические циклы, имеющие глобальное значение;
• В-четвертых, входит в состав всех живых существ, которые живут на Земле.

Вода становится для многих организмов средой зарождения, а потом дальнейшего развития и формирования. Без воды невозможно развитие суши, ландшафтов, карстовых и склоновых пород. Кроме того, гидросфера способствует транспортировке химических веществ.

• Водный пар исполняет роль фильтра, против проникновения на Землю радиационных лучей с Солнца;
• Водный пар на суше помогает регулировать температурный режим и климат;
• Поддерживается постоянная динамика движения вод океана;
• Обеспечивается стабильный и нормальный кругооборот на всей планете.

• Каждая часть гидросферы участвует в процессах, которые протекают в геосфере Земли, к которым относятся вода в атмосфере, на суше и под землей. В самой атмосфере, в виде пара находится больше 12 триллионов тонн воды. Пар восстанавливается и обновляется, благодаря конденсации и сублимации, переходя в облака, туман. При этом происходит выделение значительного количества энергии.
• Воды, располагающиеся под землей и на суше, делятся на минеральные и термальные, что используется в бальнеологии. Кроме того, эти свойства действуют рекреационно как на человека, так и на природу.

Если отвечать на вопрос, что такое гидросфера достаточно поверхностно, то можно сказать – это водная оболочка нашей планеты. Она имеет свою сложную структуру, состав, отличается многими особенностями и характеристиками.

Также нельзя отрицать ее критически важное значение для всего живого, начиная от микроорганизмов и заканчивая человеком. Ведь недаром считается, что сама жизнь возможна только там, где есть вода.

В широком смысле под гидросферой Земли понимается весь запас воды на планете в любой ее форме и агрегатном состоянии, как находящейся на поверхности, так и под грунтом. Сюда входит пресная, соленая вода и даже та жидкость, которая содержится в живых организмах.

Так как около 70% поверхности планеты, то есть ее большую часть, занимает именно гидросфера, то неудивительно, что для простоты ее изучения она поделена на многие группы и подгруппы. К примеру, существует такие группы, как Мировой океан, континентальные воды, подземные воды, которые делятся на более мелкие составляющие.

Границы всех этих зон достаточно условны, но необходимы для большей простоты и систематизации изучения этой важнейшей компоненты природы.

Что такое гидросфера

Как уже упоминалось выше, под понятием гидросферы подразумевается вся совокупность жидкости на Земле во всех ее агрегатных состояниях, на поверхности и под землей, а также внутри всех живых организмов.

Сюда включается также и атмосферная влага, которая формирует облака, участвует в массе важнейших процессов. Поэтому нельзя путать это обширное понятие с просто водой, находящейся в Мировом океане или континентальных реках и озерах.

Такое название этой части геосферы ей дали еще в старые времена – с греческого «гидро» значит вода. Каждый грамотный человек должен знать основные ее части, понимать важность этого образования не только для живой, но и для неживой природы.

Особенности состава гидросферы изучаются еще в школе, но многие к началу взрослой жизни успевают все это успешно забыть, поэтому будет полезно обновить знания по данному вопросу в своей голове.

Если говорить в цифрах, то масса всей жидкости на планете во всех ее формах равняется 1,46*10 21 килограммам. При этом объем составляет 1,4 миллиардов кубических сантиметров. Наибольший процент от всего объема гидросферы приходится на океаны – около 95%.

Состав гидросферы

Он включает в себя следующее:

1. Мировой океан, на который приходится примерно 95% всего объема.
2. Находящиеся под поверхностью земли подземные воды, на которые выпадает 4,5% общего объема.
3. Следующие по размеру – ледники, которые в последние годы тают все с большей скоростью. Их вклад в общий запас жидкости на планете — 1,65%.
4. Остальные части состава это почвы, реки, а также атмосферный пар, который сосредоточен в нижних ее слоях.

Указанные группы делятся на более мелкие подгруппы, но они составляют интерес для исследователей и ученых, а не простых любознательных граждан.

Происхождение гидросферы

Происхождение Мирового океана, как и других частей гидросферы, до сих пор является загадкой, над которой бьются специалисты и исследователи.

На данный момент существует две таких основных гипотезы ее возникновения:

1. Гипотеза «холодного» начала, которая говорит о том, что в начале времен существовало некоторое первичное холодное пылевое облако, которое постоянно нагревалось и меняло свое агрегатное состояние. В итоге превратилось в известную сегодня всем жидкость.
2. Гипотеза «горячего» начала выдвигает другую теорию. Эта схема говорит, что изначально Земля представляла собой нагретую до огромных температур смесь химических элементов. Постепенно охлаждаясь, она разделилась на газ, жидкость, которые в итоге и стали прообразами атмосферы и гидросферы.

Сказать однозначно, какая теория верна, сложно. Ученые прилагают усилия для того, чтобы дать окончательный ответ, но пока что истина все также далека.

Стоит отметить: последние геохимические исследования указывают на то, что образование воды и гидросферы является результатом процесса так называемой дегазации оболочки планеты.

Значение гидросферы для человека и ее роль в жизни Земли

Строение и изучение водной оболочки достаточно многогранное, не лишенное проблемы и противоречий, но, невзирая на это, нельзя не признать важности гидросферы для всего живого на Земле.

Без жидкости невозможно представить себе существование не только человека или животных, а вообще любых форм жизни, включая даже самые мелкие бактерии и микроорганизмы.

Именно поэтому поиск жизни на других планетах сейчас сводится к поиску там воды в какой-либо форме. Это событие – первая предпосылка к тому, чтобы продолжать поиски.

Наша жизнь состоит из многих нюансов, но вода играет в ней ключевое значение. Биологи заявляют, что примерно на 70% тело человека состоит из воды и различных растворов на ее основе.

Именно такая форма существования позволяет реализовывать необходимые функции обмена веществ, проводить требуемые живому организму процессы.

Вода выполняет транспортную функцию и доставляет всем органам нашего тела кислород, питательные микроэлементы, поэтому ее роль в жизнедеятельности всего живого нельзя преувеличить.

Что касается всей Земли в общем, то и здесь вода выступает важнейшим фактором для всего живого. Именно она составляет большую часть атмосферы, участвует в формировании климата, дает осадки, влияет на урожайность и многие другие вопросы.

Достаточно хоть в каком-то одном конце света нарушиться водному балансу, как это чувствуют все: люди, звери, животные, почва, грунтовые воды и т. д.

Гидросфера полна удивительных фактов, перечислить все из них просто невозможно. Это касается и информации об океанах, морях и реках, и об озерах, действующих в океане течениях, имеющихся ледниках и многом другом. Еще школьная география начинает знакомить нас с такими данными, но они оказываются очень неполными.

Озеро Байкал

Обратим внимание на такие интересные факты:

1. Самая большая и полноводная река на планете – Амазонка , которая находится в Южной Америке. На нее приходится около 15% всей речной воды на Земле.
2. Наибольшее количество озер имеется на территории Швеции.
3. Если вода будет слишком соленой, то жизнь в ней не сможет существовать. Яркий пример – Мертвое море в Израиле.
4. 20% запасов всей пресной воды на планете хранит в себе глубочайшее озеро Байкал в России.
5. Экологические памятники из области гидросферы дополняет озеро Синевир, в котором даже на глубине 20 и больше метров видно дно и маленькие камушки на нем.

Опасные явления в гидросфере

Хоть гидросфера и составляет основную часть всего живого на планете, но люди еще не способны выработать к воде бережное отношение. Многие факторы приводят к тому, что структура постепенно меняется, становится менее приемлемой для нормальной жизнедеятельности.

Вот основные проблемы, которые сегодня наблюдаются:

1. Водные ресурсы постоянно загрязняются. Этому способствует химическая промышленность, накопление мусора и отходов, радиоактивное, тепловое и органическое загрязнение.
2. Всего 2% от мирового запаса – питьевая вода. Уже сейчас в Израиле и других странах люди столкнулись с ее дефицитом и необходимостью экономии. Если же использовать очищенную воду или переработанную, то есть риск серьезных инфекций, заболеваний и даже смерти.
3. В океане наблюдаются многокилометровые полосы из дрейфующего мусора. Его там так много, что с 2018 года правительства многих стран все-таки решили взяться за вылов и переработку отходов. Объекты для переработки мусора еще не слишком распространены, поэтому с данным вопросом есть трудности.

Свойства воды в разных ее состояниях до сих пор не изучены полностью. Это уникальное вещество, которое служит основной жизни и дает нам возможность существовать. Необходимо относиться к гидросфере очень внимательно и аккуратно, делать все возможное, чтобы вода вокруг нас сохранялась чистой.

Впервые этот термин употребил геолог из Австрии Эдуард Зюсс , автор известной трилогии «Лик Земли», написанной в 1883-1909 гг. Именно он определил гидросферу как прерывистую оболочку Земли, расположенную между атмосферой и литосферой.

Общая характеристика гидросферы Земли

Более 70% поверхности земли покрыто водой. Общий объем гидросферы составляет около полутора миллиардов кубических километров, из которых более 95% приходится на Мировой океан.

Гидросфера находится в тесном взаимодействии с другими геосферами. Большинство осадочных горных пород образуется на стыке гидросферы и литосферы. Заселенная живыми существами гидросфера является также частью биосферы.

Обладая высокой теплопроводностью, гидросфера играет важнейшую роль в обеспечении температурного баланса планеты, передавая тепло из ее недр к периферии.

Границы гидросферы Земли

В настоящее время в понятие гидросферы включается не только пространство между атмосферой и литосферой. Этот термин приобрел куда более широкое значение и теперь его границы определяются пределами распространения воды как химического соединения.

Таким образом, верхней границей гидросферы является высота 8-18 км, где молекулы воды начинают разлагаться под воздействием ультрафиолетового излучения. Нижней же границей принято считать глубину 6-14 км ниже земной поверхности и 10 км ниже океанского дна . Именно на этой глубине под воздействием высоких температур происходит разложение и синтез 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.

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

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

от 5 до 10 лет

Сезонный снежный покров

от 2 до 6 месяцев

Почвенная корка

от 1 до 2 месяцев

от 17 до 19 дней

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.

Гидросфера – прерывистая водная оболочка земли. Что входит в ее состав? Каким образом она распределена на нашей планете? Почему без нее немыслима жизнь?

Гидросфера представляет собой одну из геологических оболочек нашей планеты. Она включает в себя океаны, моря, все водные объекты суши (реки, озера, болота и водохранилища), подземные воды, ледники и снежный покров. Основным компонентом гидросферы является вода.

Часто гидросферу рассматривают как глобальную открытую систему, которая занимает 75% поверхности земного шара. Гидросфера содержит 1,5 млрд. км 3 воды, 96% из которых приходится на долю Мирового океана. В подземных и почвенных водах, реках, озерах, болотах, водохранилищах и ледниках запасы воды измеряются миллионами км 3 . В атмосфере воды значительно меньше, и ее объем не превышает 15 тыс. км 3 .

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. Она обладает целым рядом удивительных физико-химических свойств:

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.

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.

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. По определению В. И. Вернадского, нижняя граница гидросферы – это та область земной коры, где при высоких температурах (до 1800° С) протекают не только процессы разложения, но и синтез молекул воды.

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

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

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.

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 ).

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.

Насколько важны пресноводные водоемы и природная вода в гидросфере Земли?

Гидросферу образуют океаны, моря, водные объекты суши (реки, озера, болота и водохранилища), а также подземные воды, ледники и снежный покров.

По сравнению с океаном, пресные воды занимают небольшую часть поверхности Земли; на их долю приходится лишь около 0,5% общего объема гидросферы. Однако для человека континентальные водоемы и водотоки играют столь же важную роль, как и океанические.

Во-первых, континентальные водоемы и водотоки – основной источник пресной воды для бытовых и промышленных нужд. Во-вторых, пресноводные экосистемы используются человеком как удобные и дешевые системы переработки отходов.

Естественные пресноводные биотопы можно разделить на два класса: стоячие водоемы (озера, пруды, старицы) и проточные водотоки (реки и ручьи). Резких границ между этими группами, а тем более внутри каждой из них, не существует.

В целом, стоячие водоемы обладают малой динамической активностью. В них могут возникать застойные зоны, характеризующиеся дефицитом кислорода.

Главной особенностью водотоков является наличие более или менее выраженного течения, которое, как правило, усредняет распределение физических условий водной среды.

Под влиянием направленного антропогенного воздействия в гидросфере сформировался третий, весьма обширный класс биотопов с промежуточными свойствами. Это – водохранилища , сочетающие в себе признаки водоемов и водотоков.

Пресные водоемы отличаются от океанических разнообразием условий и высокой степенью дискретности. Изолированность континентальных водоемов и водотоков друг от друга, индивидуальность гидрологического режима и большая зависимость от сухопутного окружения создают весьма существенные различия между водоемами даже в географически близких районах. Особенно вариабельны искусственные водоемы, из которых одни подвергаются прогреванию (сброс теплых вод), другие сильному загрязнению, третьи – периодическому осушению и промерзанию.

Пресная вода на планете составляет менее 3% от общих ее запасов, из них 75% находится в Арктике и Антарктике, 20% приходится на подземные воды и только 1% сосредоточен в реках, озерах и облаках. Для многих регионов проблема пресной воды является одной из самых важных экологических проблем.

Природная вода представляет собой раствор солей, органических веществ и газов. В основном природная вода образуется в результате выпадения дождей, реже она имеет глубинное происхождение, то есть представляет собой конденсат паров, поднимающихся из земных недр.

Химический состав озерных, речных и грунтовых вод меняется в широких пределах и зависит от состава пород, почвенного покрова и растительности.

В настоящее время имеется несколько классификаций химического состава природных вод. Например, по гидрохимическим показателям в природных водах определяются следующие важные характеристики:

1. Главные соединения, содержащиеся в воде, называются макрокомпонентами . К ним относятся соединения калия, натрия, магния, кальция. Следует заметить, что в океанической воде, независимо от абсолютной концентрации, соотношение между главными компонентами основного солевого состава остается всегда постоянным.

2. Концентрация растворенных газов (кислорода, азота, сероводорода, аммиака и метана) определяется их парциальным давлением.

3. Биогенные элементы (продукты жизнедеятельности организмов) – главным образом неорганические соединения азота и фосфора. Их концентрация в пресных водоемах изменяется в очень широких пределах: от следов до 10 мг/л. К биогенным элементам относятся также соединения кремния, находящегося в воде в виде коллоидных или растворенных форм, соединения железа, в основном в форме коллоидных гидроксидов железа или органических комплексов.

4. Растворенные органические вещества (РОВ), то есть органические формы биогенных элементов. Эта группа включает практически все классы органических соединений. В эту группу входят вещества, придающие воде запах и цвет.

5. Микроэлементы. В эту группу входят все металлы, например, медь, марганец. Они встречаются в природных водоемах в очень малых концентрациях.

6. Живая биомасса бактерий и микроорганизмов.

Поверхностные природные воды характеризуются высоким содержанием нерастворимых веществ – в частности, органических соединений. Помимо частиц песка и глины, они содержат лесс, илистые вещества, различные карбонаты, гидрокарбонаты, сульфаты, хлориды, гидроксиды алюминия, марганца и железа, высокомолекулярные органические примеси гумусового происхождения (иногда в виде органоминеральных комплексов), планктон и др. Содержание взвешенных частиц в поверхностных водоемах меняется от нескольких единиц до десятков тысяч на литр. Размеры частиц веществ, находящихся во взвешенном состоянии, варьируются от грубодисперсных до коллоидных.

За счет антропогенной деятельности в химический состав природных вод можно внести еще одну разновидность соединений – это токсичные загрязняющие вещества : тяжелые металлы, нефтепродукты, хлорорганические соединения, синтетические поверхностно-активные вещества (СПАВ), фенолы. При хлорировании природной воды в ней могут также образоваться диоксины.

Всего в природных водах в заметных количествах содержится около 50 химических элементов.

Гидросфера, как и все другие геосферы планеты, имеет естественный радиоактивный фон. Его основными источниками являются изотопы калия, урана, тория, протактиния и продукты их распада. Например, более 90% общей радиоактивности морской воды формируются изотопами урана, тория и радия. Естественная радиоактивность дождевой воды иногда может достигать довольно высокой величины, которая, однако, достаточно быстро уменьшается со временем. Это обусловлено наличием в такой воде короткоживущих продуктов распада инертного газа радона.

Природная вода, которой мы пользуемся ежедневно, – не простое химическое соединение. Она различна в разных регионах, а ее химический состав зависит от совокупного действия множества факторов.