Гидросфера

Гидросфера планеты Земля — вид из космоса

Гидросфе́ра — это водная оболочка планеты Земля, совокупность океанов, морей и вод континентов (реки, озёра, болота, подземные воды), включая накопленную воду в криосфере (слой вечной мерзлоты, снежный покров и ледники).

Наша планета содержит около 1,4 — 1,5 млрд км³ воды, что составляет 0,25 % её массы. Если рассматривать составляющие части гидросферы (таблица 1), то моря и океаны (Мировой океан) занимают более 71 % земной поверхности, в них содержится 1,37^.10⁹ кг воды, что составляет 94 % всей гидросферы.

Суммарная площадь всех континентальных водоёмов занимает ~ 3 % площади всей суши. В континентальных ледниках накоплено ~ 1,7 % запасов гидросферы, а их площадь составляет около 10 % площади континентов. Значительные количества воды (около 11 тысяч км³) являются составной частью живых организмов, населяющих Землю. Последние исследования позволили обнаружить даже в недрах Земли огромные запасы воды, которые в три раза превышают объем Мирового океана.

Состав гидросферы

Основной состав водных ресурсов в гидросфере представлен в таблице:

Основные составляющие гидросферы и их объёмная доля

Водные ресурсы	Объём воды, тыс. км3	% от общего объёма
Общие запасы воды на континентах: Пресные озёра Солёные озёра и внутренние моря Реки Вода в почве Подземные воды до глубины 800 м Подземные воды больших глубин Ледники и ледовые покрытия Вода в атмосфере Океаны	8300 123 100 1,23 65 4000 4000 28 500 12,7 1 300 000	0,635 0,009 0,008 0,001 0,005 0,31 0,31 2,15 0,001 97,2
Вся гидросфера	1 345 101,93	100

Анимированная карта океанических вод мира

Мировой океан

Основную массу воды на планете составляют солёные воды Мирового океана. Средняя солёность этих вод — 35 ‰ (то есть в 1 л океанической воды содержится 35 г солей). Солёность воды основных морей: в  Красном море — 42 ‰, Чёрном — 18 ‰, Балтийском — 7 ‰. В воды океанов и морей соли поступают с материковым стоком, через атмосферу, при растворении осадков и пород извержённых на дне океана, а также с продуктами дегазации мантии.

Химический состав океанических вод, как считают специалисты, очень похож на состав человеческой крови — в них содержатся почти все известные нам химические элементы, но, конечно, в разных пропорциях. Солевой состав океанических вод определяется небольшой группой элементов:

• катионы — натрий, магний, кальций, калий, стронций;
• анионы — хлориды, сульфаты, гидрокарбонаты, бромиды, фториды.

Общая доля кислорода, водорода, хлора и натрия в океанических водах составляет 95,5 %.

Из газов, растворённых в водах Мирового океана, наиболее важными для биоты являются кислород и углекислый газ. Общая масса углекислого газа в океанических водах превышает его массу в атмосфере примерно в 60 раз.

Подземные воды (водоносный горизонт, водохранилище, скважины 3-х типов): 1.Водоносный горизонт 2.Водохранилище 3.Ненасыщенная зона 4.Уровень грунтовых вод 5.Замкнутый водоносный горизонт 6.Неограниченный водоносный горизонт 7.Глубокий колодец 8.Сортировочный колодец 9.Артезианская скважина

Подземные воды

Подземная часть гидросферы охватывает грунтовые, подпочвенные, межпластовые, безнапорные и напорные воды, трещинные воды и воды карстовых полостей в легкорастворимых горных породах (известняках, гипсах и других).

Химический состав подземных вод очень разнообразен. В зависимости от состава вмещающих пород и глубины залегания они изменяются от гидрокарбонатно-кальциевых до сульфатных, сульфатно-натриевых и хлоридно-натриевых, по минерализации — от пресных до рассолов с концентрацией 600 ‰, часто с наличием газовой составляющей. Минеральные и термальные подземные воды имеют большое бальнеологическое значение, являются одним из рекреационных элементов природной среды.

Ледники как часть гидросферы Земли

Криосфера (ледники и вечные снега)

Льдами покрывается более 12 % поверхности Мирового океана.

В Северном полушарии в акватории Северного Ледовитого океана морской лёд сохраняется летом на площади 8 млн км², зимой он занимает территорию почти в 18 млн км², что вдвое превышает площадь Австралии. В Южном полушарии вокруг Антарктиды морской лёд зимой покрывает 20 млн км². Ледяное кольцо вокруг Антарктиды имеет ширину от 500 до 2 тыс. км, здесь сосредоточено ~ 2,4^.10¹⁶ т воды.

К концу зимы на каждом полушарии ледовые поверхности несколько смещаются в более низкие широты, а к концу лета – в более высокие. В Северном полушарии максимальный ледовый покров наблюдается в апреле, минимальный – в сентябре, в Южном полушарии – наоборот.

Малые составляющие поверхностных вод

Раифское озеро

Среди малых составляющих поверхностных вод наибольшая масса воды сосредоточена в озёрах.

Озёра — водоёмы с застойной или слабопроточной водой, которые не имеют прямую связь с Мировым океаном. Озёра можно рассматривать как маленькие модели океана с точки зрения движения вод, а по концентрации и набору растворённых веществ озёра ближе к подземным водам. Очень солёные озёра чаще всего бессточные: вода рек и ледников приносит растворённые вещества, которые при испарении накапливаются в озере.

Болото Селигер

Болота — промежуточное звено между озёрами и подземными водами, зона распространения многих редких и ценных видов растений (в частности, ледниковых реликтов), территория формирования ценного топливного и удобряющего ресурса — торфов и сапропелей.

Болота — главные ловушки органического углерода, поскольку в них происходит его накопление и захоронение. Значительна роль болот в регуляции гидрологического режима. Резкая смена режима существования болотистых районов, их экосистем началась сравнительно недавно, в основном с 50-х годов XX века. Под влиянием научно необоснованного осушения исчезли несколько видов ценных болотных трав, значительно снизились уровни грунтовых вод, начали высыхать окружающие лесные массивы, более засушливым стал климат. Болота — ценные природные биогеоценозы с интересной специфической фауной (насекомые, птицы, рыбы).

Речные системы

Река Скалистая

Реки в отличие от озёр и болот — быстрые транспортёры воды. Имея относительно небольшой мгновенный запас воды, реки в течение года доставляют в устье массу воды, равную 4,5^.10¹³ т.

Реки разнообразны по протяжённости и ширине, глубине и скорости течения. Их характеристики представлены в таблице:

Характеристика наибольших рек мира

Река	Бассейн, тыс. км2	Максимальная длина, км	Среднегодовой приток в устье, м3/с
Амазонка	7180	6516	180 000
Конго	3822	4700	42 000
Миссисипи — Миссури	3221	6109	17 545
Обь с Иртышом	2975	5570	1584
Нил	2881	6482	19 500
Ла-Плата	2650	4700	19 600
Енисей	2605	5550	16 400
Лена	2480	4270	5700
Нигер	2092	4030	35 000
Янзцы	1970	5800	12 500

Экологическое состояние больших водных артерий напрямую зависит от состояния малых рек. Речные воды обновляются в среднем каждые 11 суток, что свидетельствует о быстром их обновлении. Поэтому речная вода в природных условиях всегда практически пресная и является основным источником водных ресурсов. Содержание солей в составляющих гидросферы определяет величина активности водообмена. Чем быстрее происходит обновление воды в конкретном водном источнике, тем более пресной будет здесь вода.

Известны водоёмы, которые по содержанию солей приравниваются к дистиллированной воде. Такими, в частности, являются сфагновые болота, вода которых имеет солёность не более 0,01 — 0,02 ‰. Наряду с этим встречаются внутренние водоёмы, солёность которых значительно превышает солёность морских вод. Примером таких водоёмов являются озёра Эльтон (Россия, Волгоградская область) и Баскунчак (Россия, Астраханская область). Солёность этих озёр равна 210—250 ‰. В озере Тамбукан на Кавказе (Россия, граница Ставропольского края и Кабардино-Балкарской Республики) солёность достигает даже 347 ‰. Это максимально известная цифра солёности внутренних водоёмов земного шара. Эти две крайние величины — 0,01 и 347 ‰ и определяют общий диапазон солёности природных водоёмов, в границах которой возможно существование жизни. Степень солёности природных вод определяет видовой состав живого мира водоёмов.

Роль составляющих гидросферы в развитии жизни на Земле

Гидросфера планеты Земля — Тихий океан из космоса

Гидросфера, которая является одним из важнейших элементов окружающей природной среды, играет решающую роль во многих природных процессах. Воде принадлежит важная роль в истории развития нашей планеты, так как с ней связано зарождение и развитие живого вещества и, как следствие, и всей биосферы.

Академик Владимир Иванович Вернадский писал:

«Вода стоит особняком в истории нашей планеты. Нет природного тела, которое могло бы сравниться с ней по влиянию на ход основных, самых грандиозных, геологических процессов. Нет земного вещества – минерала, горной породы, живого тела, которое бы её не заключало. Всё земное вещество – под влиянием свойственных воде частичных сил, её парообразного состояния, её вездесущности в верхней части планеты – ею проникнуто и охвачено.

Не только земная поверхность, но и глубокие – в масштабе биосферы – части планеты определяются, в самых существенных своих проявлениях, её существованием и её свойствами».

Огромную роль играют воды в формировании поверхности Земли, её ландшафтов, в развитии экзогенных процессов (склоновых, карстовых), переносе химических веществ в глубь земли и на её поверхности, транспортировке загрязнителей окружающей среды.

Водяной пар в атмосфере выполняет функцию мощного фильтра солнечной радиации, а на Земле — нейтрализатора экстремальных температур, регулятора климата.

Следует отметить, что углекислый газ океанических вод потребляется растениями во время фотосинтеза. Часть его, вошедшая в круговорот органического вещества, расходуется на построение известняковых скелетов кораллов, ракушек. После отмирания организмов углекислый газ возвращается в воды океана за счёт растворения остатков скелетов, панцирей, ракушек. Частично он остаётся в карбонатных отложениях на дне океанов. Большое значение для формирования климата и других экологических факторов имеет динамика огромной массы океанических вод, постоянно находящихся в движении под влиянием неодинаковой интенсивности солнечного прогревания поверхности на разных широтах.

Круговорот воды в природе

Океанические воды играют основную роль в круговороте воды на планете. Подсчитано, что примерно за 2 млн лет вся вода на планете проходит через живые организмы, средняя продолжительность общего цикла обмена воды, вовлечённой в биологический круговорот, составляет 300—400 лет. Примерно 37 раз в год (то есть каждые десять дней) изменяется вся влага в атмосфере.

Снега и льды задерживают растворённые вещества, изменяют газообмен между почвой, подземными, поверхностными водами и атмосферой. Например, при образовании льда на поверхности океанов, морей и рек переход гидрокарбоната кальция CaHCO₃ в труднорастворимый карбонат кальция CaCO₃ сопровождается выделением в атмосферу ~ 100 млн т углекислого газа.

Велика роль ледников в круговороте воды. Горные ледники — источник питания многих рек. Такие реки имеют большой запас гидравлической энергии. Аккумулированные в ледниках воды — потенциальный ресурс пресной воды.

Экологическое значение гидросферы

Для огромного количества живых организмов, особенно на ранних этапах развития биосферы, вода была средой зарождения и развития жизни. Вода в биосфере находится в непрерывном движении, участвует в геологическом и биологическом круговоротах веществ.

Вода является основой существования жизни на Земле. Назначение её как природного ресурса состоит в обеспечении жизненных потребностей растительного и животного мира и человека.

Вода в природе выполняет важные экологические функции:

• важнейшее минеральное сырьё и главный природный ресурс потребления человечеством (воду используют в тысячу раз больше, чем нефть или каменный уголь);
• основной механизм для взаимосвязи всех процессов в экосистемах (обмен веществ, рост биомассы, теплообмен);
• главный агент — катализатор глобальных биоэнергетических экологических циклов;
• среда для осуществления химических реакций получения органических веществ, а также движущая сила развития и питания живых организмов.

Вода является «строительным материалом» для организмов и необходима для обеспечения их жизненных функций. Тела всех живых организмов состоят преимущественно из воды: в растениях содержание воды составляет до 90 — 95 %, а в организмах животных — 70 % и более.

В отличие от атмосферы, различные составляющие гидросферы претерпевают значительную антропогенную нагрузку, которая включает в себя две взаимосвязанные составляющие: количественную и качественную. В первую очередь, это касается рек. Количественное истощение речных вод вызвано уменьшением их среднегодового стока под влиянием хозяйственной деятельности человека, в частности, рост величины водозабора, площади испарения, а качественное истощение связано с загрязнением воды и развитием эвтрофикации, ведущей к потере водоёмов вследствие их гибели и последующего гниения (заболачивание вод).

Темпы использования водных ресурсов в мире растут значительно быстрее, чем строительство очистных сооружений, поэтому на современном этапе развития человечества особенно остро встала проблема загрязнения природных вод и их охраны.

Литература

• Kelbert A., Schultz A., Egbert G. Global electromagnetic induction constraints on transition-zone water content variations (англ.) // Nature. — 2009. — Iss. 460. — P. 1003—1006.
• Kennish M.J. Practical handbook of marine science. — 3rd ed. — CRC Press, 2001. — (Marine science series). — ISBN 0849323916.
• Михайлов В.Н. Гидрология: учебник для вузов / В.Н. Михайлов, А.Д. Добровольский, С.А. Добролюбов. — 2-е изд., испр. — М.: Высш. школа, 2007. — 463 с. — ISBN 978-5-06-005815-4.