Гидросфера
Гидросфера – водная оболочка Земли. Она включает в себя всю химически не связанную воду, независимо от ее агрегатного состояния. Из 1,4 млрд. км³ общего объема вод гидросферы около 96,5% приходится на Мировой океан, 1,7% — на подземные воды, несколько более 1,7% — на ледники и постоянные снега (главным образом Арктики, Антарктики и Гренландии), менее 0,01% — на поверхностные воды суши (реки, озера, болота). Не значительное количество воды содержится в атмосфере и в живых организмах. Гидросфера едина. ее единство в общности происхождения всех природных вод из мантии Земли, в единстве их развития, в пространственной непрерывности, во взаимосвязи всех природных вод в системе Мирового круговорота воды.
Мировой круговорот воды – процесс непрерывного перемещение воды под воздействием солнечней энергии и силы тяжести, охватывающий гидросферу, атмосферу, литосферу и живые организмы. Круговорот воды слагается из испарения с поверхности Океана, переноса водяного пара воздушными потоками, его конденсации в атмосфере, выпадения осадков, их просачивания и поверхностного и подземного стока суши в Океан 9. В процессе Мирового круговорота воды происходит постепенное ее обновление во всех частях гидросферы. Этот процесс требует разлияных промежутков времени: подземные воды обновляются за сотни, тысячи и миллионы лет, полярные ледники -за 8-15 тыс. лет, воды Мирового океана –за 2,5-3 тыс. лет замкнутые, бессточные озера – за 200-300 лет, проточные – за несколько лет, реки – за 12-14 суток, водяной пар атмосферы – за несколько часов. Мировой круговорот воды связывает все внешние оболочки Земли и организмы.
Мировой океан.
Мировой океан. Средняя глубина Мирового океана 3700м, наибольшая – 11022м. обьем вод Мирового океана 1338 000 000 км.
Соленость вод Океана. В океанской воде растворены почти все известные на Земле вещества, но в разных количествах. Большинство их из- за малого содержания трудно обнаружить. Основная часть растворенных в океанский воде солей – хлориды (89%) и сульфаты (почти 11%), значительно меньше карбонатов (0,5%). Поваренная соль (NaCl) придает воде солнечный вкус, соли магния (MgCl) – горький. Общее количество всех солей, растворенных воде, называется соленостью. Она измеряется в тысячных долях – промилле (º/00).
Средняя соленость Мирового океана около 35 º/00, т.е. в каждом килограмме воды содержится в среднем 35г солей. Соленость воды Океана зависит прежде всего от соотношения количества атмосферных осадков и испарения. Понижают соленость речные воды и вода тающих льдов. В открытом Океане распределение солености в поверхностных слоях воды (до 1500м) имеет зональной характер. В экваториальном поясе, где выпадает много осадков, она пониженная, в тропических широтах – повышенная. В умеренных и полярных широтах соленость снова снижается. В северном Ледовитом Океане она всего 32 º/00.
Заметно различаются по солености внутренние моря. Соленость воды в Балтийском море до 11º/00, в Черном – до 19º/00, а в Красном – до 42º/00. Объясняется это разным соотношением прихода (атмосферные осадки, речной сток) и расхода (испарение) пресной воды, т.е. климатическими условиями.
Океанская вода обладает большой растворяющей способностью, поэтому Океан поглощает и выделяет огромное количество газов. В воде океанов и морей растворены кислород, азот, углекислый газ, сероводород, аммиак, метан и др. Океан и атмосфера непрерывно обмениваются газами.
Температура воды. Температура Мирового океана зависит от широты и распределяется на его поверхности зонально. Зональность нарушается океанскими течениями, влиянием суши, постоянными ветрами. Наибольшие средние годовые температуры воды (27 — 28º) наблюдаются в экваториальных и близких к ним широтах. С увеличением широты уменьшается величина солнечной радиации и температура вод Мирового океана понижается до 0º и даже ниже в приполярных областях. Для всего Мирового океана средняя температура поверхностного слоя океанских вод составляет + 17,5ºС. С глубиной она падает и у дна не превышает 2ºС. Средняя температура всей массы воды Океана всего 4ºС.
Вода обладает большой теплоемкостью, поэтому в Океане накапливается огромное количество тепла. Только верхний 10-метровый слой океанских вод содержит тепла больше,чем вся атмосфера.
Температура замерзания воды со средней соленостью (35º/00) на 1,8ºС ниже 0º.Чем выше соленость воды, тем ниже температура ее замерзания. Образование льда в Океане начинается с возникновения пресных кристаллов, которые затем смерзаются. Между кристалликами заключены капельки соленой воды, которая постепенно стекает. Поэтому молодой лед более соленый, чем старый, опресненный. Толщина однолетнего льда в Арктике достигает 2-2,5 м, многолетние льды имеют мощность 3-5м.
По происхождению льды, встречающиеся в морях и океанах, не только морские, т.е. образующиеся путем замерзания соленой воды: пресный лед выносится реками и сползает с материков и островов. Материковые льды в Океане часто образуют плавающие горы- айсберги.
Льды покрывает около 15% всей акватории Мирового океана, т.е.55 млн. км, в том числе 38млн. км2 в южном полушарии.
Ледовый покров оказывает огромное влияние на жизнь в Океане, на климат Земли. Льды в океанах и особенно в морях затрудняют судоходство и морской промысел.
Движение вод Океана. Вода Мирового океана никогда не находится в состоянии покоя. Движение вод происходит не только на поверхности, но и в глубинах, вплоть до придонных слоев. Частицы воды совершают как колебательные, так и поступательные, движения, обычно сочетающиеся, но при заметном преобладании одного из них. Волнения- преимущественно колебательные движения воды, течения- поступательные.
Волны. Главная причина волнений на поверхности Океана- ветер. Землетрясения, извержения вулканов, приливообразующие силы вызывают волнения всей толщи океанских вод. Волна характеризуется длиной (λ), высотой (h), скоростью. Высота волны – это расстояние от самой низкой точкой ложбины – подошвы (п) до гребня (r); длина – расстояние между соседними гребнями 10.
Скоростью называется расстояние, проходимое волной в единицу времени. Высота волн, образованных ветром, обычно не более 4-6м. Наибольшее – около 30м. длина ветровых волн 100-250м, крайне редко до 500м. В штормовую погоду при скоростью ветра 20м/сек и более гребней волны срываются и образуется белая пена – барашки. Когда ветер стихает, еще долго остаются длинные (до 1000м) и пологие волны зыби. Волнение, вызванные ветром с глубиной затухает. Глубже 200м даже сильное волнение уже не заметно. При приближении к берегу от трения одно скорость движения подошвы волны замедляется и гребень опрокидывается. Возникает прибой. У крутых берегов, где энергия волн не гасится одно, сила их удара достигает 30-38т на 1м². Для защиты от волн портовых сооружении, рейдовых причалов, берегов из камня или бетонных глыб строит волноломы.
Вследствие подводных землетрясении и извержении вулканов возникают сейсмические волны – цунами. Они перемещаются во всех стороны от места возникновения с скоростью, превышающей 700 – 800км /ч. В открытом океане длина цунами измеряются сотнями километров (200-300) при высоте около 1м. По этому в открытом океане они обычно незаметны для судов. У берегов скорость цунами уменьшается, а высота увеличивается до 30м. Обрушиваясь на берег, эти волны вызывают катастрофические разрушения, уносят тысячи человеческих жизней, причиняют миллионные убытки.
Под действием сил притяжения Луны и Солнца возникают периодические колебания уровня Океана – приливно-отливные движения океанских вод. Особенно заметно приливы, вызываемые ближайшим к Земле космическим телом – Луной. Вследствие вращение Земли приливные волны перемещаются на встречу ее движению, т.е. с востока на запад. Там, где проходит гребень приливной волны, возникает прилив (полная вода), сменяющийся отливом (малая вода). В зависимости от ряда условий приливы могут быть полусуточными (два прилива и два отлива за лунные сутки) и смешанные (суточные и полусуточные приливы сменяют друг-друга).
Вследствие большей удаленности солнце от земли солнечные приливы в 2,17 раза меньше лунных. Лунные и солнечные приливы могут слагаться и вычитаться. Величина, характер морских приливов зависят не только взаимного положение земли, луны и солнце, но также и от географической широты, глубины море, формы береговой линий. В открытом океане величина прилива не более 1м, в узких заливах – до 18м. Приливная волна проникает некоторые реки (Амазонка, Темза) и, быстро перемещаясь вверх по течении реки, образует водяной вал высотой до 5м.
Приливы обладают огромной энергией – примерно в 1,5 раза большей, чем энергия всех рек Земли. В настоящее время уже имеется опыт строительства приливных электростанций (ПЭС).
Течения. Течения в Океане вызываются ветром (ветровые или дрейфовые); возникают вследствие разной высоты уровня воды (стоковые) и разной ее плотности (плотностные). Во всех случаях на направление течения оказывает действие вращение Земли, объясняющееся отклонением их вправо в северном полушарье и влево – в южном. Главная причина поверхностных течений – ветер. Он создает потоки воды, текущей среди менее подвижных вод. Ширина этих потоков может досягать тысячи, а длина многих тысяч километров. Они изгибаются, ветвятся, разъеденяются, сливаются. Течение, проходящие среди более холодных вод, — теплые, среди менее холодных – холодные. Теплые течение (Норвежское), приходящие из атлантического океана в северный ледовитый, имеют температуры всего 3ºС, а холодные (Перуанское) – высшее 20ºС. Теплые течения направляются из более низких широт в сторону более высоких, холодные – наоборот.
В океанах существуют системы поверхностных течений, зависящие от направления господствующих ветров, от положения и конфигурации океана. Пассаты вызывают северное южное пассатные течения (см. карту, атлас для 5кл.), нагоняющие воду к восточным берегам материков. Между ними возникает межпассатное противотечение. Вдоль восточных берегов на север и на юг уходят теплые течения. В умеренных широтах западные ветры вызывают течения, пересекающие океан с запада на восток, — поперечные. В южном полушарие это самое мощнее из всех океанских течении – Антарктическое, или Течения западных ветров, соединяющее воды трех океанов.
У западных берегов материков от этого течение отходят ветви, направляющиеся в сторону экватора и замыкающие кольцо течении в каждом океане. В северном полушарии поперечные течение у западных берегов материков раздваиваются. Одна ветвь идет к экватору и замыкает кольцо течении, другая направляется к северу. Часть ввод этого течения уходит в северный ледовитый океан.
Из северного ледовитого океана, куда поступают также вводы рек и тающих льдов, существует сток главным образом в Атлантический океан (Лабрадорское течение). В северной части Индийского океана направление течении изменяется по сезонам в соответствий с изменением направления муссонов.
Течения обнаружены на разных глубинах, в плоть до глубоководных желобов. Причины течении на глубине – разное плотность воды. Она может быть вызвано давлением массы воды сверху (например, в местах нагона или сгона её ветром), изменениями температуры и солености.
Изменения плотности – причина постоянных вертикальных перемещении воды: опускание холодной (или более соленой) и подъем теплой (менее соленой). С перемешиванием воды связаны снабжение глубин кислородам и другими газами, поглощаемыми водой из атмосферы, и вынос с глубин питательных для организмов веществ в поверхностные слои воды. Место интенсивного перемешивания воды в Океане наиболее богаты жизнью.
Органический мир Океана. Этот мир огромен и разнообразен. В океане обитает около 160тыс. видов животных и более 10тыс. видов водорослей. По типу местообитания и образу жизни морские организмы объединяются в три группы: 1) Планктон – пассивно перемещающиеся одноклеточные водоросли (фитопланктон) и животные (зоопланктон) – одноклеточные, рачки, медузы и др.; 2) Нектон – активно передвигающиеся животные (рыбы, китообразные, черепахи, головоногие малюски и др.); 3) Бентос – организмы, живущие на дне (бурые и красные водоросли, маллюски, ракообразные, морские звезды и др.).
Растительные организмы развиваются преимущественно в слое до глубины 400м, куда проникает свет и поэтому возможен фотосинтез. Животные распространенны во всех слоях океана. Ниже глубины проникновения света, где не создается первичное органическая продукция, животные питаются за счет остатков организмов, поступающих сверху, или поедают друг-друга.
Распределения жизни в поверхностном слое воды океана имеет отчетливо выраженный зональный характер. Наибольшей продуктивностью отличаются умеренные широты, так как здесь достаточное количество тепла и света, интенсивное перемешивание воды и хорошее обеспечение глубин кислородом. Обилия планктона обусловливает обилие пытающиеся им рыбы. В тропических широтах вода на поверхности имеет повышенную соленость, но благодаря высокой температуре оказывается сравнительно легкой, что мешает её перемешиванию. Кислорода здесь в 2 раза меньше, чем в умеренных широтах, и мало как фитопланктона, так и зоопланктона.
В экваториальных широтах в районе встречи пассатных течении и межпассатного противотечение происходит перемешивание воды, и поэтому район относительно богат питательными солями и кислородом.
Ресурсы мирового океана. В мировом океане различают биологические, минеральные и энергетические ресурсы. По масштабам использования и значению ведущее место среди биологических ресурсов занимает нектон. Преобладающая часть (80 – 85%) его биомассы представлена рыбой. Бентос используется пока недостаточно: в основном двустворчатые маллюски (гребешки, устрицы, мидии и др.), иглокожие (морские ежи), ракообразные (крабы, омары, лангусты). Все большее применение находят водоросли. Миллионы людей употребляют их в пищу. Из водорослей получают лекарства, крахмал, клей, изготавливают бумагу, ткани. Водоросли – отличный корм для домашнего скота и хорошее удобрение.
Ценнейший ресурс Океана – сама вода («жидкая руда»). В промышленных масштабах из нее извлекают только натрий, хлор, магний и бром. В качестве побочных при их извлечении получают некоторые соединения калия и кальция. Все большое значение приобретает опреснение морской воды. Дно Мирового океана богато минеральными ресурсами. Они включают: рудные отложения под поверхностью дна (каменный уголь, железная руда), жидкие и растворимые полезные ископаемые (нефть, газ, сера, поташ), минеральные отложения на поверхности дна (конкреции марганца и фосфоритов, руды тяжелых металлов, россыпи алмазов).
До последнего времени эксплуатация минеральных богатств дна океанов и морей ограничивалось районами континентальных шельфов. Теперь в ряде стран проводятся изыскания для организации промышленной добычи минерального сырья на больших глубинах.
Воды океана обладают огромными запасами дейтерия – топлива для будущих термоядерных электростанций. Неисчерпаемые потенциальные ресурсы дешевой энергий аккумулированы в волнах, в течениях, приливах и могут быть преобразованы в электрическую энергию.
Воды суши – часть водной оболочки Земли. К ним относятся подземные воды, реки, ледники, озера и болота, заключающие 3,5% общих мировых запасов воды. Из них только 2,5% составляют пресные воды.
Подземные воды находятся в толще горных пород верхней части земной коры в жидком, твердом и парообразном состояниях. Основная их масса образуется вследствие просачивания с поверхности дождевых, талых и речных вод. Подземные воды постоянно перемешиваются как в горизонтальном, так и в вертикальном направлениях. Глубина их залегания, направление и интенсивность движения зависят водопроницаемых горных пород. К водопроницаемым горным породам относятся галечники, пески, гравий. К водонепроницаемым (водоупорным), практически не пропускающим воду, относятся глины, плотные без трещин горные породы, мерзлые грунты, поры которых заняты льдом.
По условиям залегания подземные воды подразделяют на: 1) почвенные, находящиеся в самом верхнем, почвенном слое; 2) грунтовые, залегающие на первом от поверхности постоянном водоупорном слое; 3) межпластовые, находящиеся между двумя водоупорными пластами. Последние чаще всего бывают напорными и носят название артезианских.
Грунтовые воды питаются просочившимся атмосферными осадками, водами рек, озер, водохранилищ. Уровень грунтовых вод колеблется по сезонам года и различен в разных зонах. Так, в тундре он практически совпадает с поверхностью, в пустынях находятся на глубине 60-100м. Меняется и содержание солей и газов в воде: в тундре грунтовые воды пресные, в пустыне могут быть сильно минерализованными. Подземные воды, содержащие большое количество солей и газов, называют минеральными. Минеральные воды нередко обладают целебными свойствами за счет содержащихся в них полезных микроэлементов(бром, йод, радон и др.).
Там, где слой водоупорных пород с водоносным горизонтом над ним выходит на поверхность, появляется источник. Нисходящие источники питаются ненаборными грунтовыми водами, восходящие – напорными, артезианскими. Источники с температурой воды до 20ºС называют холодными, с температуры 20 — 37ºС – теплыми, а свыше 37ºС – горячими или термальными.
Грунтовые воды питают реки, озера. Летом, когда особенно мало дождей, и зимой это питание основное. Благодаря ему реки текут и подо льдом.
Запасы подземных вод очень велики, не возобновляются крайне медленно, и это необходимо учитывать при их расходовании. Не менее важна охрана подземных вод от загрязнений. В грунтовые воды проникают загрязненные воды с поверхности. Серьезные нарушение состояния межпластовых вод вызывают буровые скважины, особенно в нефтяных районах. Наряду сохранной подземных вод встает серьезная проблема их воспроизводства.
Реки – постоянные водные потоки, протекающие в разработанных ими же углублениях – руслах. Река имеет исток – место, где она берет начало. Место впадения реки в море, озеро или другую реку называется устьем . Река, впадающая в другую реку, называется притоком.
Главная река со всеми притоками образует речную систему. Площадь, с которой река собирает поверхностные и подземные воды, называется речным бассейном. Бассейны соседних рек отделяются водоразделам. В горных районах водоразделы обычно выражены хорошо и проходят по горным хребтам. На равнинах водоразделы нередко определить трудно.
Скорость течения реки находится в прямой зависимости от уклона русла – отношения разности высот двух пунктов к длине участка между ними. Реки равнин имеют небольшие уклоны, и скорости их течения редко превышает 1м/сек. Уклоны горных рек значительны, скорости их обычно более 5 м/сек. Участки рек с бурным течением, приуроченные к местам выходов на поверхность трудно размываемых пород, носят название порогов. Падение воды с отвесного уступа называется водопадом. Саамы высоки водопад на Земле – Анхель (1054м) в бассейне р. Ориноко. Водопад Виктория на р. Замбези в Африке имеет ширину 1800 м и высоту 120 м.
Важнейшей характеристикой рек является их питание. Выделяются 4 источника питания: снеговое, дождевое, ледниковое и подземное. Роль каждого из них в разные сезоны года и в разных регионах неодинакова. Большинство рек имеет смешенное питание. Дождевое питание характерно для рек экваториальных, тропических и муссонных областей. Водами тающего снега питаются реки умеренного климата с холодными, снежными зимами. Ледниковое питание получает реки, начинающиеся в высоких, покрытых ледниками горах. Подземные воды питают многие реки. Благодаря им реки не пересыхают летом и не иссякают подо льдом.
От питания в значительной мере зависит режим рек, изменение величины расхода воды по сезонам года, колебание уровня, изменение температуры воды.
Водный режим реки характеризуется расходом воды и стоком. Расход – это количество воды, проходящее по руслу в одну секунду. расход воды за длительное время – месяц, сезон, год называется стоком. Количество воды, которое несут реки в среднем за год называется их водоносностью. Самая многоводная река – Амазонка, в устье которой средний годовой расход равен 175000 м³/с. На втором месте по водоносности стоит Конго, за тем Ганг, Янцзы. В нашей стране самая многоводная река – Енисей (19800 м³/с).
Озера. Озеро – это водоем замедленного водообмена. От моря оно отличается отсутствием двусторонней связи с Океаном. Все озера Земли занимают около 1,8% поверхности суши. Самое большое по площади акватории- Каспийское озеро-море, самое глубокое- Байкал. Образование озера начинается с заполнения водой котловины, происхождение которой в значительной мере обусловливает его величину и форму. По происхождению котловин различают озера: тектоническое, образованные в разломах земной коры (Байкал- 1620м,Таганьика- 1470м): вулканические в кратерах потухших вулканов (Кроноцкое на Камчатке): карстовые в карстовых провалах и воронках: ледниковые, связанные с деятельностью ледника (озера Кольского п-ова):запрудные, возникшие при запруживании водотоков оползнями (Сарезкое на Памире): искусственные (водохранилище).
Водная масса озер создается за счет атмосферных осадков, поверхностного и подземного стока. Иногда пресная вода постепенно сменяет соленую, занимавшую озерную котловину в прошлом, после отступления моря. Такие озера называются остаточными или реликтовыми, например Каспийское.
Озера могут быть сточными и бессточными. Из первых вытекают реки, вторые лишены стока. Бессточными озера часто соленые. В зависимости от степени различают озера пресные (соленость до 1%), солоноватые (до 24,7%), соленные (24,7-47%), минеральные (47%). Минеральные озера бывают содовыми, сульфатными, хлоридными. В минеральных озерах соли могут выпадать в осадок. Например, самосадочные озера – Эльтон и Баскунчак.
В распространении озер по земной поверхности наблюдается зональность, объясняемая зависимостью озерности территории от климата. Особенно много озер в тундре и лесной зоне. В зонах с недостаточным увлажнением возникают в основном временные водоемы.
Болота- избыточно увлажненные участки суши с влаголюбивой растительностью и слоем торфа не менее 0,3м (с меньшим слоем – заболоченные земли). Болота содержать лишь 5-10% сухого вещества, остальное вода. Назвать болота водоемами нельзя, так как вода в них находится в связанном состоянии. Болота образуются вследствие зарастания озер или заболачивания суши. Они подразделяются на низинные, переходные и верховые.
Низинные болота питаются в основном грунтовыми водами и имеют вогнутую или плоскую поверхность. Основное питание верховых болот- атмосферные осадки. Поверхность их выпуклая. Общая площадь, занимаемая болотами, составляет около 2% площади суши.
Ледники. Ледник – движущиеся массы льда, возникшие на суше в результате накопления и постепенного преобразованиятвердых атмосферных осадков.
