Гидросфера. Свойства воды. Круговорот воды.

Гидросфера – водная оболочка нашей планеты, включает в себя всю воду, химически не связанную, независимо от ее состояния (жидкую, газообразную, твердую). Гидросфера является одной из геосфер, располагающейся между атмосферой и литосферой. Эта прерывистая оболочка включает все океаны, моря, континентальные пресные и соленые водоемы, ледяные массивы, атмосферную воду и воду в живых существах.

Примерно 70% поверхности Земли покрыты гидросферой. Ее объем около 1400 млн. кубометров, что составляет 1/800 объема всей планеты. 98% вод гидросферы – Мировой океан, 1,6 % заключено в материковых льдах, остальная часть гидросферы приходится на долю пресных рек, озер, подземных вод. Таким образом, гидросфера делится на Мировой океан, подземные воды и континентальные воды, причем каждая группа, в свою очередь, включает подгруппы более низких уровней. Так, в атмосфере вода находится в стратосфере и тропосфере, на земной поверхности выделяют воды океанов, морей, рек, озер, ледников, в литосфере – воды осадочного чехла, фундамента. Несмотря на то, что основная масса воды сосредоточена в океанах и морях, а на долю поверхностных вод приходится лишь малая часть гидросферы (0,3%), именно они играют главную роль в существовании биосферы Земли. Поверхностные воды – это основной источник водоснабжения, обводнения и орошения. В зоне водообмена пресные подземные воды быстро обновляются в ходе общего круговорота воды, поэтому при рациональной эксплуатации можно использовать их неограниченно долгий срок.В процессе развития молодой Земли гидросфера формировалась при становлении литосферы, которая за геологическую историю нашей планеты выделила огромное количество водяного пара и подземных магматических вод. В гидросфере впервые на Земле зародилась жизнь. Позднее в начале палеозойской эры состоялся выход живых организмов на сушу, и началось постепенное расселение их на континентах. Жизнь без воды невозможна. В тканях всех живых организмов содержится до 70-80% воды. Воды гидросферы постоянно взаимодействуют с атмосферой, земной корой литосферы и биосферой. На границе между гидросферой и литосферой формируются практически все осадочные горные породы, которые составляют осадочный слой земной коры. Гидросферу можно рассматривать как часть биосферы, так как она полностью заселена живыми организмами, которые, в свою очередь, оказывают влияние на состав гидросферы. Взаимодействие вод гидросферы, переход воды из одного состояния в другое проявляется как сложный круговорот воды в природе. Все виды круговорота воды различных объемов представляют собой единый гидрологический цикл, в ходе которого осуществляется возобновление всех типов вод. Гидросфера является незамкнутой системой, воды которой тесно взаимосвязаны, что обусловливает единство гидросферы как природной системы и взаимовлияние гидросферы и других геосфер.

Свойства воды

Вода является самым распространенным минералом в окружающей среде. Основная масса воды сосредоточена в океанах и морях (около 94%), более 4% воды заключено в земной коре, в ледниках Арктики и Антарктики, горных регионах в виде льда содержатся остальные 1,69% воды. Доля пресной воды составляет всего 2% от ее общих запасов в мире.

Чистая вода не имеет цвета и запаха, прозрачная. Вода характеризуется уникальными свойствами, которых лишены другие природные тела. Данный минерал находится в природе в трех состояниях – твердом, жидком, газообразном, причем непрерывно осуществляется его переход из одного состояния в другое. Скорость этого процесса определяется температурой атмосферного воздуха.Когда вода переходит из газообразного состояния в жидкое, происходит выброс тепловой энергии в окружающее пространство, а при испарении воды в жидком состоянии тепло, наоборот, поглощается. В теплое время года, в том числе летом, в водоемах масса воды нагревается до значительной глубины, то есть происходит конденсация тепла. Если солнечного освещения нет или оно уменьшено, тепло медленно выделяется. Этим объясняется, почему в ночное время вода более теплая, чем атмосферный воздух. После замерзания характерной чертой воды является увеличение объема. С этим связано то, что единица объема льда меньше весит, чем вода в таком же объеме, и не тонет, а плавает.

Плотность и масса воды

Плотность и, соответственно, масса воды наиболее высоки при температуре +4 °C. Вода при такой температуре под силой собственного веса в зимнее время опускается ко дну водоемов, где сохраняется стабильный температурный режим. Благодаря этому, живые организмы могут переживать зиму в замерзших морях, реках, озерах.

Вода по праву считается универсальным растворителем. Это обусловлено тем, что она способна растворять практически все соединения, с которыми контактирует, за исключением ряда минералов и жиров. Поэтому в природе чистую воду найти невозможно. Она всегда находится в форме растворов с различной концентрацией солей и других веществ.Обладая подвижностью (текучестью), вода может просачиваться в различные среды, передвигаясь в любых направлениях и являясь транспортировщиком растворенных соединений. Таким образом, осуществляется обмен веществ в географической оболочке, в частности между средой и организмами.

Вода характеризуется способностью «прилипать» к поверхности предметов и подниматься снизу вверх по тонким сосудам-капиллярам. Эта ее особенность объясняет циркуляцию воды в горных породах, почвах, передвижение растворов органических и минеральных веществ вверх по стеблям растений, участие в кровообращении животных.

Свойства водяного пара

В природе вода присутствует повсюду. Водой наполнены водоемы разного уровня, как большие, так и мелкие. Вода имеется в недрах планеты, в атмосфере в форме водяных паров, выступает одним из основных компонентов тканей абсолютно всех живых существ. К примеру, организм человека состоит из воды почти на 70%, а некоторых обитателей морских глубин – на 80-90%.

Значение воды заключается не только в воздействии на все живое и хозяйственную деятельность человека. Ее огромное влияние на всю планету невозможно переоценить. По мнению академика В. И. Вернадского, ни одно природное тело так интенсивно, как вода, не воздействует на ход основных, жизненных геологических процессов.

Круговорот воды

Вода является самым распространенным веществом в биосфере. Круговорот воды в природе – это непрерывный замкнутый процесс перемещения воды между гидросферой, атмосферой и литосферой на Земле. Это становится возможным, благодаря способности воды изменять свое состояние. На нашей планете вода существует в трех агрегатных состояниях – твердом, жидком и газообразном.

Основные запасы воды – это соленые воды морей и океанов (97%). Только 3% воды из общего объема гидросферы – пресные. Причем 70% пресной воды находится в твердом состоянии в ледниках (2,24%). На грунтовые воды приходится 0,61% пресной воды, а на воды озер, рек и атмосферной влаги, соответственно, - 0,016%, 0,0001% и 0,001%. Из-за непрерывной циркуляции воды на земном шаре ее общее количество остается постоянным.Круговорот воды осуществляется, благодаря испарению, передвижению водяного пара в атмосфере, конденсации его, выпадению осадков и наличию стоков. Начинается круговорот с испарения воды с подстилающей поверхности водоемов. С воздушными течениями водяные пары перемещаются из одной области в другую. Большая часть воды испаряется с поверхности Мирового океана и при конденсации в виде осадков возвращается обратно. Меньшая доля испарившейся воды переносится на сушу воздушными течениями. Объем воды, которая испаряется над сушей и выносится воздушными течениями в океан, незначителен. Таким образом, при испарении моря и океаны теряют значительно больше воды, чем получают влаги при выпадении осадков, на суше – наоборот. Но в моря и океаны с материков постоянно поступает сток речной воды. Это обеспечивает постоянство объема воды на планете.

В связи с процессами конденсации влаги происходит выпадение осадков. Часть влаги атмосферных осадков испаряется, часть образует временные или постоянные водостоки и водоемы. Определенная массовая доля влаги атмосферных осадков просачивается в грунт, формируя подземные воды.

В природе различают несколько типов круговоротов воды в зависимости от места, где влага испарилась, и где выпали осадки. Выделяют большой (мировой) и малые (океанический и континентальный) круговороты воды. При большом круговороте водяной пар, образовавшийся над морями и океанами, переносится воздушными течениями на континенты, конденсируется там с выпадением осадков, и влага снова попадает в океан в виде стоков. Данный вид круговорота сопровождается изменением качества воды, так как при испарении соленая вода становится пресной, а грязная вода очищается.

В процессе малого океанического круговорота водяные пары, сформировавшиеся над океаном, подвергаются конденсации, и в виде осадков возвращаются в океан. Малый внутриконтинентальный круговорот – это конденсация над поверхностью суши испарившейся воды, и последующее выпадение осадков над материками. Конечный этап малого континентального круговорота – также Мировой океан.

Скорости транспортировки воды в различных состояниях отличается, так же, как различны временные промежутки расходов воды и время ее обновления. Самая высокая скорость водообмена – в живых организмах (несколько часов). В ледниках полярных областей круговорот воды протекает тысячи лет. Воды Мирового океана полностью обновляются за 2,7 тысячи лет.