Гидросфера

Ведение

ГИДРОСФЕ́РА (гидро - от греч. hydor — вода и сфера), совокупность вод земного шара, водная оболочка Земли, располагающаяся между атмосферой и "твердой" земной корой. Включает в себя всю химически не связанную воду вне зависимости от ее состояния: жидкую, твердую, газообразную. Гидросфера - водная оболочка Земли, включающая океаны, моря, реки, озера, подземные воды и ледники, снеговой покров, а также водяные пары в атмосфере и воду, содержащуюся в живых организмах.

Я выбрала тему "Гидросфера Земли" потому, что вода играет очень большую роль в жизни всего живого на Земле. Без воды не могло бы быть человека, животного и растительного мира. Кроме того, для жизни необходимы температуры в диапазоне от 0 до 100° С, что соответствует температурным пределам жидкой фазы воды. Для многих живых существ вода служит средой обитания.

Велика роль гидросферы в  поддержании относительно неизменного  климата на планете, поскольку она, с одной стороны, выступает как  аккумулятор тепла, обеспечивая  постоянство средней планетарной  температуры атмосферы, а с другой - за счет фитопланктона продуцирует  почти половину всего кислорода  атмосферы.

Водная среда используется для лова рыбы и других морепродуктов, сбора растений, добычи подводных  залежей руды (марганца, никеля, кобальта) и нефти, перевозки грузов и пассажиров. В производственной и хозяйственной  деятельности человек применяет  воду для очистки, мытья, охлаждения оборудования и материалов, полива растений, гидротранспортировки, обеспечения  специфических процессов, например выработки электроэнергии и т.п.

Экологическая угроза гидросфере поставила перед международным  сообществом задачу принятия срочных  мер по спасению среды обитания человечества. Их особенностью является то, что ни одно государство в отдельности  даже с помощью строгих мер  не способно справиться с экологической  угрозой. Поэтому необходимо международное  сотрудничество в этой области, принятие оптимальной экологической стратегии, включающей концепцию и программу  совместных действий всех стран. Эти  меры должны соответствовать принципам  современного международного права.

Вода и ее роль на Земле.

Вода является важной составной  частью всех компонентов биосферы и  одним из необходимых факторов существования  живых организмов. Основная её часть (94.1%) заключена в Мировом океане, который занимает примерно 70% поверхности  Земного шара. Общая масса океанических вод составляет свыше 1300 млн. км . Около 24 млн. км  воды содержится в ледниках, причём 90% этого объёма приходится на ледяной покров Антарктиды. Столько же воды содержится под землёй. Поверхностные воды озёр составляют приблизительно 0,18 млн. км  (из них половина солёные), а реки – 0,002 млн. км  (Приложение 1).

Количество воды в телах  живых организмов достигает примерно 0,001 млн. км . Из газов, растворённых в воде, наибольшее значение имеют кислород и углекислый газ. Количество кислорода в океанических водах изменяется в широких пределах в зависимости от температуры и присутствия живых организмов. Концентрация углекислого газа также варьируется, а общее количество его в океане в 60 раз превышает его содержание в атмосфере.

Гидросфера формировалась  в связи с развитием литосферы, выделившей за геологическую историю  земли значительный объём водяного пара и так называемых ювенильных (подземных магматических) вод.(3, 47)

Именно в воде первоначально  зародилась жизнь. Многие учёные высказывают  суждение о том, что кровь человека и животных повторяет химический состав той среды, из которой в  далёком прошлом произошла жизнь (Приложение 2).

Все без исключения живые  существа содержат в своём организме  приблизительно 80% воды (по весу). Масса  воды, входящей в живые организмы (биологической воды), составляет 1120 км , подавляющая часть которой проходит через живые организмы в результате обмена веществ – метаболизма. Без воды жизни нет: при обезвоживании организма на 10% человек теряет сознание, а на 12% - погибает (без воды человек может жить не более 5 суток). По выражению французского естествоиспытателя Э. Реймон-Дюбуа, "живые организмы есть не что иное,  как "одушевлённая вода".

Вода является обязательным компонентом практически всех технологических  процессов как сельскохозяйственных, так и промышленных производств. Она выступает то как сырьё, то как теплоноситель, то как транспортная система, то как растворитель и как  среда, удаляющая отходы производства.

Вода как "жизненный" растворитель, то есть растворитель, к  котором осуществляются все жизненно важные процессы, отвечает трём необходимым  требованиям – амфотерности, химической активности без изменения природы  растворяемого вещества и высокой  диэлектрической проницаемости. Другого  такого растворителя в природе не существует.

Мировой океан является лёгкими  планеты, поскольку продуцирует  своим фитопланктоном половину всего  кислорода атмосферы.

Мировой океан является регулятором  климата на нашей планете: холодные воды на полюсах поглощают углекислый газ из воздуха и отдают его  в нагретых тропических и экваториальных водах.

Мировой океан является самым  сильным поглотителем солнечной  энергии (поглощает в 2-3 раза больше, чем суша); от поверхности океана отражается всего 8% падающей энергии. Как следствие, средняя температура  поверхности океана на 3,6 Со больше температуры поверхности земли.

Мировой океан является богатейшим источником минеральных ресурсов: он содержит 5х10  т минерального сырья, в том числе: урана – 2х10 , серебра - 5х10  , меди – 1,5х10  , золота – 5,1 х 10 т. (2, 136-137)

Круговорот воды на Земле.

Круговорот воды на Земле  называется гидрологическим циклом. Он включает поступление воды в атмосферу  при её испарении и возвращение  её назад в результате конденсации  и выпадения осадков (Приложение 3).

Количество осадков –  основной фактор, определяющий, какой  тип экосистемы развивается на данной территории (от 0 до 3 м  в год). Вода, выпадающая в виде осадков, может или впитываться в почву (инфильтрация), или стекать по ней (поверхностный сток). Впитавшаяся вода или удерживается почвой (капиллярная вода), или просачивается вниз по тропам и трещинам в земле (гравитационная вода) до малопроницаемого слоя горной породы или глины, заполняя все поры и трещины (грунтовые воды). Гравитационная вода становится грунтовой, когда достигает уровня грунтовых вод.

Слои пористого материала, по которым движется вода, называются водоносными горизонтами. Иногда водоносный слой выходит на поверхность, образуя  естественные родники. Родники питают ручьи, реки и озёра, таким образом  грунтовые воды вновь становятся поверхностными. Поверхностная вода частично испаряется и вновь попадает в атмосферу и т.д.

Таким образом, круговорот воды в природе включает три основные петли: 1) поверхностный сток – вода становится частью поверхностных вод;

2) испарение (транспирация) – впитываемая почвой вода  удерживается в качестве капиллярной,  а затем возвращается в атмосферу,  испаряясь с поверхности или  поглощаясь растениями;

3) грунтовые воды –  вода попадает под землю и  движется сквозь неё, питая  колодцы и родники, т.е. вновь  попадает в систему поверхностных  вод.

Круговорот воды в природе  постоянно очищает и пополняет  пресноводные системы. С осадками выпадает пресная вода, очищенная при испарении. Попадая на поверхность, дождевая вода захватывает частицы почвы, детрит с микроорганизмами, химикаты –  образуется поверхностный сток, который  загрязнён. При просачивании через  грунт вода очищается. Таким образом, грунтовые воды – это обычно вода пресная и высокого качества, пригодная  для питья. В цивилизованных странах  для хозяйственно-питьевых целей  до 80% используется вода подземных источников, в РФ – до 30%.

Всякая вода, которую мы употребляем, изымается из кругооборота и возвращается, как правило, загрязнённая отходами различных производств.

Для снижения расхода пресной  воды необходимо:

- внедрять капельное орошение (в  США на орошение расходуется  до 80% пресной воды);

- уменьшить расход воды  на бытовые нужды (в среднем  в России на одного жителя  расходуется 400-600 л в сутки,  а в странах Западной Европы  – менее 200 л);

- уменьшить потери воды  в водопроводно-канализационной  системе;

- для многих технических  нужд использовать предварительно  очищенные от мусора ливневые  стоки;

- шире внедрять водооборотные  системы. (2,145-146)

Океан.

Океан (греч. Okeanos) (Мировой  океан), непрерывная водная оболочка Земли, окружающая материки и острова  и отличающаяся общностью солевого состава. По существу Земля — это  водная планета, так как Мировой  океан занимает 70,8% ее территории. В  Северном полушарии на долю водной поверхности приходится 60,6%, а в  Южном — 81%.

Мировой океан делится  материками на четыре океана. Самый  крупный и глубокий из них —  Тихий океан. По площади — 178,62 млн. км2— он занимает половину всей водной поверхности Земли. Средняя его  глубина (3980 м) больше средней глубины  Мирового океана (3700 м). В его пределах находится и самая глубоководная  впадина — Марианская (11022 м). В  Тихом океане сосредоточено более  половины объема воды Мирового океана (710,4 из 1341 млн. км3).

Второй по размерам — Атлантический  океан. Его площадь 91,6 млн. км2, средняя  глубина 3600 м, наибольшая — 8742 м (возле  Пуэрто-Рико), объем 329,7 млн. км3. Далее  по размерам идет Индийский океан, который  имеет площадь 76,2 млн. км2, среднюю  глубину 3710 м, наибольшую — 7729 м (возле  Зондских островов), объем воды 282,6 млн. км3. Самый маленький и самый  холодный — Северный Ледовитый океан, с площадью всего 14,8 млн. км2 (4% Мирового океана), средней глубиной 1220 м (наибольшая — 5527 м), объемом воды 18,1 млн. км3. Иногда выделяют Южный океан — условное название южных частей Атлантического, Индийского и Тихого океанов, прилегающих  к Антарктическому материку. В  составе океанов выделяются моря.

Особенности строения океана. По геоморфологическим и геологическим  признакам в океанах выделяют: подводную окраину материков (шельф, материковый склон и материковое  подножие), переходные зоны от океана к  материку, в частности системы  островных дуг со свойственным им интенсивным вулканизмом и сейсмичностью; ложе океана и срединно-океанические хребты. Дно океана образует земная кора океанического типа с малой  мощностью (8-10 км) и отсутствием гранитно-метаморфического слоя. Ложе океана сложено базальтами; на них залегает чехол глубоководных  осадков, мощность которых уменьшается, а подошва омолаживается по направлению  к срединно-океаническим хребтам.

Сколько соли в океане. Морская  вода—это раствор 44 химических элементов. Важную роль играют соли. Общее количество солей в Мировом океане измеряется астрономической цифрой 49,2·1015 т. Если всю морскую соль в сухом виде распределить по поверхности суши, то ее слой составит почти 150м.

Средняя соленость воды Мирового океана 35 промилле (то есть в каждом килограмме воды содержится 35 г соли), в тропических морях соленость  может достигать 42 промилле. Сильно распреснены воды в устьях крупных рек. Например, при сравнительно небольшом объеме вод Северного Ледовитого океана в него впадает несколько крупных рек — Енисей, Обь, Лена, Макензи и другие. Он наиболее распреснен, особенно у поверхности, где средняя годовая температура чуть выше -1 °С (при средней для всего Мирового океана 17,5 °С). Зимой 9/10 площади Северного Ледовитого океана покрыто дрейфующими льдами толщиной до 4,5 м. От Гренландского ледникового щита постоянно откалываются айсберги , один из которых стал причиной крупнейшей морской катастрофы и гибели в 1912 пассажирского судна "Титаник". Но гораздо более крупные айсберги встречаются близ Антарктиды (см. Ледники).

Океан — регулятор тепла. Самая высокая температура у  поверхности воды в Тихом океане — 19,4 °С; Индийский океан имеет 17,3 °С; Атлантический — 16,5 °С. При таких  средних температурах вода в Персидском заливе регулярно нагревается до 35 °С. С глубиной температура воды, как правило, падает. Хотя бывают исключения, обусловленные поднятием глубинных теплых вод. Примером может служить западная часть Ледовитого океана, куда вторгается Гольфстрим. На глубине 2 км на всей акватории Мирового океана обычно температура не превышает 2-3 °С; в Северном Ледовитом океане она еще ниже.

Мировой океан — мощный накопитель тепла и регулятор  теплового режима Земли. Если бы океана не было, средняя температура поверхности  Земли составила бы -21 °С, то есть была бы на 36° ниже той, которая имеется  в действительности.

Течения Мирового океана. Воды океана находятся в постоянном движении под воздействием различных сил: космических, атмосферных, тектонических  и др. Наиболее выражены поверхностные  морские течения, преимущественно  ветрового происхождения. Но весьма распространены 3 течения, возникающие  из-за разной плотности масс. Течения  в Мировом океане подразделяются по преобладающему в них направлению  на зональные (идущие на запад и восток) и меридиональные (несущие воды на север и юг). Течения, идущие навстречу  соседним, более мощным течениям, называются противотечениями. Специально выделяют экваториальные течения (вдоль экватора). Течения, изменяющие свою силу от сезона к сезону, в зависимости от направления прибрежных муссонов, называются муссонными.

Самое мощное во всем Мировом  океане — Циркумполярное, или Антарктическое, круговое течение, обусловленное сильными и устойчивыми западными ветрами. Оно охватывает зону в 2500 км по ширине и километровые толщи по глубине, пронося каждую секунду около 200 млн. т воды. Для сравнения —  крупнейшая река мира Амазонка несет  лишь около 220 тыс. т воды в секунду.

В Тихом океане наиболее сильно Южное пассатное течение, направляющееся с востока на запад, со скоростью 80-100 миль в сутки. К северу от него находится противотечение, а еще северней — Северное пассатное течение с востока на запад. Зная направление течений, местные жители издавна использовали их для своих передвижений. Вслед за ними воспользовался этим знанием и Т. Хейердал для своего знаменитого путешествия на "Кон-Тики". Аналоги пассатных (буквально "благоприятствующих переезду") течений и противотечений имеются в Индийском и в Атлантическом океанах.

Из меридиональных течений  наиболее известны Гольфстрим и Куросио, которые переносят соответственно 75 и 65 млн. т воды в секунду.

Для многих районов Мирового океана (западные берега Северной и  Южной Америки, Азии, Африки, Австралии) характерен апвеллинг, который может быть вызван ветровым сгоном поверхностных вод от берега. Поднимающиеся глубинные воды нередко содержат большое количество питательных веществ, и места апвеллинга связаны с зоной высокой биологической продуктивности.