Гидросфера

Судың қасиеттері қысым мен температураға байланысты күшті өзгереді. Егер қысымы 1 атм. таза су 0° шамасында қатса, 600 атм. жағдайында -5°С температурада қатады. Бұл заңдылық негізінде тығыздығы 20 670 атм.-ға жеткен су +76°С температурада қатуы тиіс. Сонымен, біз елестете алмайтын күйдегі мұз, яғни ыстық мұз жоғарыда аталған қысым байкалатын Жер қойнауында кездесуі мүмкін. Температура өте төмен (-170°С), ал қысым аз болған жағдайда өте тығыз мұз қалыптасады, оның тығыздығы 2,32 г/см²-ге жетуі мүмкін (бұл тығыздықты басқа қатты заттардың тығыздығымен салыстырып көріңдер). Кристалдық құрылымы жоқ мұндай мұздар Күн жүйесіндегі суық ғаламшарда кездеседі.

Судың аталған  ғажайып қасиеттері Жер шарында  тіршіліктің пайда болып? Дамуына және сақталауына жағдай жасалы. Қасиеттеріне байланысты: географиялық қабықта жүріп жатқан процестердің барлығына бірдей қатысып, маңызды рөл атқарады.

Табиғаттағы су айналымы, оның маңызы

Судың Күн  энергиясы мен ауырлық күші әсерінен гидросфера, атмосфера, литосфера және тіршілік дүниесін қамтитын үздіксіз айналымын Дуниежүзілік ылгал айналымы немесе су айналымы деп атайды.

Күн жылуы  әсерінен теңіздер мен мұхиттардың, құрлықтың бетінен (өзен-көлдермен қатар, топырақ пен өсімдіктер де буландырады) буланған су атмосфераға бөлініп шығады. Су айналымында ауа ағындарының маңызы зор, өйткені ауа массалары мұхит үстінен буланған ылғалды шалғай жатқан құрлыққа әкеліп жеткізеді. Жаңбыр күйінде жер бетіне қайта түскен судың басым бөлігі су айдындарын толықтырып, біразы топыраққа сіңеді. Топырақ ылғалын сіндірген өсімдіктер оның артық бөлігін қайтадан бу күйінде атмосфераға бөліп шығарады. Құрлық өзендері өз суын теңіздер мен мұхиттарға жеткізіп, буланған судың орнын толтыруға өз үлесін қосады. Ал теңіздер мен мұхиттардан қайта буланған су атмосфераға түсіп, айналым тұйықталады.

Дегенмен  соңғы жылдардағы зерттеулер су айналымының  тұйық емес екендігін дөлелдеп отыр. Өйткені атмосфераның жоғары қабатына көтерілген су буы Күн сәулесінің әсерінен оттек пен сутек иондарына ыдырап, ғарыш кеңістігіне өтіп кетеді. Ал жаңартау атқылаулары барысында жердің ішкі қойнауынан келетін су (шамамен, жылына 130 млн т) гидросфераны толықтырып отырады. Тіпті осы сулар есебінен гидросфераның көлемі ұлғайып келеді деген де болжам бар, өйткені мантиядағы су мөлшері 20 млрд км³ (гидросфера көлемінен 15 есе артық) деп шамалануда.

Судың барлық табиғат құрамбөліктерін (компонент) қамтитын айналымы көптеген миллион жылдар бойы тоқтаусыз жүруде. Жыл ішінде гидросфераның мардымсыз бөлігі ғана айналымға түседі. Су айналымының нәтижесінде мұздық сулары толығымен «жаңаруы» үшін 8 мың жыл, мұхит суына 3 мыңдай жыл қажет болса, ағынсыз көлдер үшін, шамамен, бұл процеске 300 жылдай ғана уақыт керек. Өзен сулары, шамамен, әрбір 12 күн, ал атмосферадағы су әрбір 9 күн сайын алмасып тұрады.

Су айналымының  нәтижесінде толығымен «жаңару» үшін мұхит суына 2500 жыл, полярлық мұздықтар мен тау мұздықтарына 1600—9700 жыл, көлдерге 17 жыл керек болса, өзен арналарындағы су әрбір 16 тәулікте, ал атмосферадағы су 8 тәулікте «жаңарады». Биологиялық немесе тірі организмдер мен өсімдік құрамындағы сулардың «жаңаруына» бірнеше сағат қана жеткілікті .

Су айналымы литосфера, гидросфера мен атмосфераны бір-бірімен байланыстыру арқылы географиялық қабықты калыптастырды. Осы арқылы Жер шарының жаңа қабығы — биосфераның («тіршілік қабығы») түзілуіне алғышарт жасады. Су айналымының табиғаттағы айрықша рөлі мұнымен ғана анықталмайды. Ылғал айналымы барысында жылудың алмасуы қоса жүреді. Өйткені бір жерде булануға жылу жұмсалса, екінші бір жерде ылғалдың конденсациялануы барысында, керісінше, жылу бөлініп шығады. Бір жыл ішінде су айналымына Күннен келетін жылудың 25%-ға жуығы қатысады. Сонымен, су мен жылуды тасымалдау арқылы су айналымы Жер шарының табиғат кешендерін қалыптастыруда маңызды рөл атқарады.

Су айналымына адамның шаруашылық әрекеті елеулі түрде ықпал етуде. Ормандардың  жойылуы, орасан зор егістік алқаптардың пайда болуы, батпақтарды құрғату мен шөлдерді суландыру, жасанды алып бөгендердің құрылысы, шаруашылық мақсатта пайдаланылатын су мөлшерінің күрт артуы Жер шарындағы гидрологиялық яғни сумен байланысты процестердің жүру барысын өзгертуде. Өйткені су айналымын үздіксіз тізбек түрінде елестетсек, сол тізбектің бір буынындағы өзгеріс бүкіл тізбектегі өзгерістерге себепші болады.

Адамның шаруашылық әрекеті нәтижесінде  өзен суларының жылдық ағыны өзгерген. Өндірісте пайдаланылатын сулар  өндірілген өнім құрамына еніп немесе қалдық су күйінде жердің терең қойнауына  кетіп, айналымға түсуі қиындайды. Өндірістік және тұрмыстық қалдықтармен ластанған сулар табиғаттағы  су айналымының нәтижесінде гидросфераның  барлық дерлік бөлігіне таралуда. Ғалымдар казіргі кезде адамзат үшін судың  тапшылығы емес, ластануы басты проблема деген пікір айтуда.                                      

                                    Дүниежүзілік мұхит

Дүниежүзлік мұхит және оның бөліктері. Дүниежүзілік мұхит суының жалпы көлемі 1 млрд 370 млн км³ шамасында, бұл гидросфераның 94%-ын кұрайды. Мұхит суында табиғатта белгілі 110 химиялық элементтің 73-і кездеседі. Орташа тереңдігі 4000 м болатын Дүниежүзілік мұхит Жер шарының 3/4 бөлігін алып жатыр. Дүниежүзілік мұхиттың бөліктеріне мұхиттар, теңіздер, шығанақтар мен бұғаздар жатады. Ол материктер мен аралдар аркылы 4 мұхитқа бөлінген.

Әрбір мұхит  өзіндік ерекшеліктерге ие. Тынық  мұхит пен Солтүстік Мүзды  мұхиттың кейбір ерекшеліктерін салыстыру  негізінде осыған көз жеткізейік. Тынық мұхит — Жер шарындағы ең ірі (ауданы — 178,7 млн км²), ең терең (орташа терендігі — 3976 м, ең терең бөлігі — 11022 м) және ең жылы (беткі суларының жылдық орташа температурасы +19Д°С) мұхит. Мүнда Дүниежүзілік мұхиттағы тереңдігі 5 мың м-ден асатын 35 шұңғыманың 25-і, сондай-ақ 10 мың м-ден асатын 4 шұңғыма орналаскан. Тынық мұхит суының көлемі, шамамен, 710 млн км³. Солтүстік Мұзды мұхит, керісінше, Жер шарындағы ең кіші (ауданы —14,8 млн км²), ең таяз (орташа тереңдігі — 1225 м, ең терең бөлігі —5527 м), көлемі ең аз (18 млн км³) мұхит болып табылады. Оның жартысынан астамын материктік қайрандар алып жатыр. Географиялық орнына байланысты климат жағдайлары қатал. Қыста 90%-ға жуығын мұз жамылғысы басады, жаздық өзінде көпжылдық мұздары сақталады.

Кейбір  ғалымдар Атлант, Тынык және Үнді мұхиттарының оңтүстік бөліктерін қамтитын 5-ші, яғни Оңтүстік мұхитты ажыратады, бірақ бұл пікір кең қолдау тапқан жоқ.

Теңіздер деп мұхиттың құрлықпен, аралдармен немесе су асты кыраттарымен азды-көпті бөлініп жатқан бөліктерін атайды. Теңіз мұхиттың құрамдас белігі болғанымен, одан суының қасиеттері, ағыстары, тіршілік дүниесі арқылы айырмашылық жасайды. Оларды мұхиттан оқшаулану деңгейіне қарай ішкі (Қара, Қызыл, Азов, Балтық, Мәрмөр теңіздері), аралдар аралығындағы, (Сулавеси, Банда, Фиджи, Филишшн теніздері) және шеткі теңіздер (Баренц, Шығыс Сібір, Кар, Лаптевтер, Чукот теңіздері) деп бөледі.

Шығанақ — мұхиттың, теңіздің немесе көлдің құрлыққа сұғына еніп жатқан, бірақ су айдынының негізгі бөлігімен жалғасатын құрамдас бөлігі. Кей жағдайда мұхитты шығанақ пен теңіздерге бөлудің өзі шартты сипат алады. Мәселен, ерте кезден бері шығанақ аталып жүрген Гудзон, Мексика, Бенгаль, Парсы шығанақтары іс жүзінде теңіздер болып табылады. Ресейдің солтүстігіндегі құрлыққа сұғына еніп жаткан шығанақтарды (Гыдан, Двина, Мезень, Печора және т.б.)

Бұғаз деп — әр түрлі су айдындарын жалғастыратын және құрлықтың жеке бөліктерін бөліп жатқан, салыстырмалы түрде жіңішке су кеңістігін атайды. Мәселен, Дрейк бұғазы Тынық мұхит пен Атлант мұхитын, Беринг бұғазы Солтүстік Мұзды мұхиттың Чукот теңізі мен Тынық мұхиттың Беринг теңізін жалғастырып жатыр. Сонымен, Дүниежүзілік мұхиттың жеке бөліктері өзіндік ерекшеліктерге ие болғанымен, жаратылысы, табиғат жағдайлары, даму болашағы бір-бірімен тығыз байланысты біртұтас күрделі жүйені құрайды.

Мұхит суының қасиеттері. Мұхит суының басты қасиеттерінің бірі — оның температурасы. Мұхит суының жылдық орташа температурасының ең жоғары көрсеткіштері (27—28°С) экваторлық ендіктерде байқалады. Ашық мұхитқа қарағанда теңіздерде, әсіресе қоңыржай ендіктерде жатқан теңіздерде жылдық температураның ауытқулары үлкен болады. Мысалы, Қара теңізде бұл көрсеткіш 17—24°С, Жерорта теңізінде 14°С-қа жетеді.

Жалпы алғанда, мұхит бетіндегі орташа жылдық температура +17,4°С. Орташа жылдық температураның ең жоғары көрсеткіші Тынық мұхит бетінде (+19,1°С) байқалады, бұл оның көпшілік бөлігінің төмен ендіктерде жатуымен түсіндіріледі. Үнді мұхиты бетіндегі орташа жылдық температура +17,1°С-қа тең. Жалпы алғанда, бұл көрсеткіш Дүниежүзілік мұхиттың 54%-ында +20°С-тан жоғары, тек 14%-ында ғана +4°С-тан төмен. Мұхит суының ең жоғары температурасы (+32°С) Тынық мұхит бетінде тамыз айында, ең төмен температурасы (-1,7°С) ақпанда Солтүстік Мұзды мұхитта байқалған.

Қазіргі заманғы өлшеу құралдарының көмегімен мұхит суының температурасының географиялық ендік бойынша ғана емес, тереңдікке қарай да таралу заңдылықтары анықталып отыр. Мұхит суының беткі 25—50 м, кей жағдайда тіпті 100 метрлік қабаты қарқынды араласады. Осы себепті бұл қабатта судың температурасы салыстырмалы түрде біркелкі болады.

Тереңдеген сайын алғашында температура күрт төмендеп, кейіннен баяу өзгере бастайды. Мұхиттың терең қабаттарында температура біркелкі төмен болады, себебі мұнда полярлық аймақтардан келетін суық сулар басым болады. Жоғары ендіктерде мұхит түбіндегі судың температурасы 0° шамасында болса, экваторлық және қоңыржай ендіктерде +2°, +3°С. Жалпы алғанда, Дүниежүзілік мұхиттың орташа температурасы +3,8°С.

Мұхит түбіне жақын су қабаттарының температурасына Жердің ішкі жылуы да әсер етеді. Мысалы, Қызыл теңіздің табанындағы ойыстарда судың температурасы +72°С-қа дейін жетеді. Ыстық тұз ерітіндісі күйінде болатын бұл судың құрамында темір, марганец және түсті металдар мөлшері кәдімгі мұхит суына қарағанда мың есе көп.

Мұхит суының 96,5%-ын таза су құрайды, қалған 3,5%-ы еріген тұздардың үлесіне тиеді. Сондықтан мұхит суының басты қасиетінің бірі оның тұздылыгы болып табылады. Дүниежүзілік мұхитта, шамамен, 49,2х10¹⁵ т еріген тұз бар деп есептеледі. Аталған тұзды құрғақ күйінде жер бетіне біркелкі етіп таратып жайса, Жер шарын қалындығы 150 м тұз қабаты көмкерген болар еді. Осыншама мол тұздың миллиондаған жылдар бойы жиналуының өзі Жердің геологиялық тарихымен тығыз байланыста жүрген күрделі процесс болып табылады. Мұхит суында кездесетін тұздар арасында ас тұзы (85%) басым, сондай-ақ мұнда магний, кальций және т.б. қосылыстар бар. Дүниежүзілік мұхиттағы тұздардың арақатынасы барлық бөлігінде бірдей, бірақ оның жеке бөліктеріндегі тұздылық көрсеткіші айырмашылық жасайды.

Дүниежүзілік  мұхит суының орташа тұздылығы 35°/₀₀ шамасында. Бұл көрсеткіш судың беткі қабаттарында, көбінесе атмосфералық жауын-шашын мен буланудың арақатынасына, сондай-ақ географиялық ендікке байланысты болады. Мұхит бетінен буланған судың құрамында тұз болмайтындықтан, бұлттар тұщы судан түзіледі. Сондықтан буланушылык жауын-шашын мөлшерінен басым болатын аудандарда мұхит суының тұздылығы жоғары болады. Тропиктерге таяу аудандарда тұздылық 37°/₀₀ шамасында болса, Қызыл теңіздің солтүстігінде Дүниежүзілік мұхиттағы ең жоғары тұздылық (41°/₀₀) байқалады. Ал мұздықтардың еріген суымен толығатын және жаңбыр мол жауатын аудандарда (полярлық және экваторлық ендіктер) мұхит суының тұздылығы төменірек. Мысалы, экватор маңында 34 % шамасында, қоңыржай және поляр ендіктерінде 33°/₀₀ -ге жуық. Мұхиттың ірі өзендер келіп құятын бөліктерінде де су ашық мұхитқа қарағанда анағұрлым тұщырақ. Бұл құбылыс Амазонка өзенінің сағасынан 150 км алыс мұхит суында да байқалады.

Мұхит суының құрамында тұздардан басқа, орасан мол мөлшерде еріген газдар кездеседі. Олар мұхитқа атмосферадан келіп түседі, сондай-ақ су асты жанартаулары атқылау барысында, суда жүретін химиялық және биологиялық процестер нәтижесінде бөлініп шығады. Ең маңыздылары — оттек, көмірқышқыл газы, азот және күкіртсутек. Оттекті мұхитта тіршілік ететін балдырлар фотосинтез процесі барысында бөліп шығарады, едәуір бөлігі ауадан алынады. Сол себепті тереңдеген сайын оттек мөлшері азая береді. Күкіртсутек бактериялардың тіршілік өрекеті нәтижесінде түзіледі, бұл газ басқа тіршілік иелері үшін өте зиянды. Қара теңіздің терең қабаттарында күкіртсутектің мөлшері 6,5 см³/л-ге жетеді, сондықтан теңіздің бұл бөлігінде тіршілік өнімділігі өте төмен. Мұхит суындағы еріген газдардың мөлшері температураға тікелей байланысты; су салқын болған сайын оның құрамындағы газ мөлшері де көбірек.

Мұхит суының тұздылығы онда жүретін көптеген табиғи процестерге ықпал етіп, сол арқылы бүкіл Жер шары табиғатының ерекшеліктерін қалыптастыруға қатысады. Сендер өткен тақырыптан судың тұздылығы артқан сайын оның қату температурасы да төмендей беретінін білесіңдер. Олай болса, суынған тұзды судың беткі қабатының тығыздығы артып, салмағы ауырлайды да, төмен ығысады. Оның орнына төменнен өлі салқындап үлгермеген жылы су қабаттары көтеріледі. Температурасы әркелкі су қабаттарының бұлайша араласуы мұздық тұзілуіне кедергі келтіреді. Беткі сулар төменге карай оттекті де тасымалдайды, мұның өзі тіршіліктің неғұрлым терең қабаттарға таралуына жағдай жасайды. Мұхит суының қарқынды араласуы нәтижесінде оның барлық қабаттары жылу мен зат алмасуына қатысады. Осылайша, орасан мол су массасын бойына жинақтаган жылуы, құрамында кездесетін алуан түрлі заттары бар Дүниежүзілік мұхит ғаламшар ауқымындағы айналымдарды реттеуші қызметін  атқарады.

Мұхит суының қозғалыстары. Дүниежүзілік мұхит сулары ұдайы қозғалыста болады. Шығу тегі мен сипатына карай бұл қозғалыстардың бірнеше түрін ажыратуға болады. Әсіресе толқынды қозгалыстар кең тараған, олар, негізінен, су бетінде жел әсерінен пайда болады. Құрлықтан мұхитқа немесе мұхиттан құрлыққа қарай соғатын желдер жағалаудағы су деңгейін өзгертеді (неліктен?). Сонымен қатар су асты жанартауларының атқылаулары мен жер сілкінулерден соң орасан зор толқындар — цунами пайда болады. Жел әрекетінен пайда болған толқындардан айырмашылығы цунами бүкіл су массасын (түбінен бетіне дейін) қамтиды. Цунами пайда болған ауданынан жан-жағына қарай 700—800 км/сағ жылдамдықпен таралады, бұл реактивті ұшақтың жылдамдығымен пара-пар. Ашық теңізде оның ұзындығы 100—200 км, биіктігі 1 м шамасында болады, бірақ жағалауға жақындағанда апатты толқынның биіктігі 40 м-ге дейін жетуі мүмкін.

Мұхит суының вертикаль багыттағы қозғалыстары қасиеттері әр түрлі су қабаттарының алмасуы негізінде жүзеге асады. Мұхитта су қабаттарының вертикаль алмасуы тайыз жағалаулардағы күшті желдер әсерінен де болуы мүмкін.

Дүниежүзілік  мұхиттың көпшілік бөлігінде тәулігіне екі рет су деңгейі көтеріліп, екі рет төмен түседі, оны толысу және қайту толқындары деп атайды. Бұл құбылыс Айдың тартылыс күшіне байланысты екендігі адамдарға ерте кезден бері белгілі. Ашық мұхитта толысу толқындарының биіктігі 1 м-ден кем болады, бірақ тар шығанактарға енген кезде, толысу деңгейі артады. Мысалы, ең биік толысу толқындары Канаданың солтүстік-шығысындағы Фанди шығанағында (18 м) байқалады. Толысу толқындарында орасан мол (шамамен 8-10¹² кВт) энергия жинақталған. Толысу энергиясына адамдар ежелден-ақ назар аударған, алғашқыда бұл энергия тек диірмендерді айналдыру үшін пайдаланылды. XX ғасырда толысу толқындарының қуатынан электр энергиясын өндіру мақсатында толысу электрстанциялары салына бастады.