Гидросфера

  • Пожаловаться



Гидросфера (от др.-греч. ὕδωρ «вода» + σφαίρα «шар») – водная оболочка Земли. Её принято делить на Мировой океан, континентальные поверхностные воды и подземные воды.

Происхождение гидросферы

Существует несколько версий о происхождении воды. Сегодня преобладает мнение, что вода появилась в результате процесса дегазации, происходящего в магме. В процесс формирования базальтового слоя из земной мантии выделялось 8% воды и 92% базальта. Эта гипотеза подтверждается тем, что и современные лавы имеют в своем составе от 4 до 8 процентов пара. Так, ежегодно в процессе дегазации образуется примерно один кубический километр жидкости.

Описание и структура

Весьма важное значение для развития биосферы имеет гидросфера (произошло от греческих слов hydor – вода и spharia – cфера). Это прерывистая водная оболочка Земли, она занимает 70% земной поверхности и располагающаяся между атмосферой и твердой земной корой (литосферой) и представляющая собой совокупность океанов, морей и поверхностных вод суши. Кроме того в состав гидросферы также включают подземные воды, лед и снег Арктики и Антарктики, а также атмосферную воду и воду, содержащуюся в живых организмах. Основная масса воды гидросферы сосредоточена в морях и океанах, второе место по объёму водных масс занимают подземные воды, третье место — лед и снег арктических и антарктических областей. Поверхностные воды суши, атмосферные и биологически связанные воды составляют доли процента от общего объёма воды гидросферы.

Химический состав гидросферы приближается к среднему химическому составу морской воды.

Земля уникальна потому, что на ней много воды в жидкой фазе, которая играет очень важную роль в формировании других особенностей планеты. Главнейших из них является изобилие жизни. Гидросфера необходима для существования биосферы, поскольку жизнь зародилась в гидросфере, и большинство растений и животных состоит в основном из воды.

Велика роль гидросферы в поддержании относительно неизменного климата, что позволило жизни воспроизводиться в течение трех с лишним миллиардов лет. Ископаемые останки животных, растений и микроорганизмов указывают на то, что жизнь, появившись в период раннего докембрия, не прерывалась и развивалась по пути увеличения разнообразия и совершенствования.

Для жизни необходимы температуры в диапазоне от 0 до 100 оС (пределы жидкой фазы воды), значит, температура на протяжении большей части истории планеты отличалась относительным постоянством.

Структура

В наиболее обширной части гидросферы – океаносфере – выделяют три области. В поверхностной толще (до глубины 100 м) света достаточно для фотосинтеза, здесь могут жить зеленные растения; соленость воды меняется исходя из района. Батиальная область (от 100 до 1500 м), куда свет проникает лишь в верхние горизонты, отличается слабым механическим движением воды и постоянной соленостью. Абиссальная область (глубже 1500 м) лишена солнечного света. Температура в ней не превышает 4 оС; растительных организмов нет, однако животные распространены до самых глубоководных впадин.

Поверхностные воды, занимая сравнительно малую долю в общей массе гидросферы, тем не менее, играют важнейшую роль в развитии биосферы, являясь основным источником водоснабжения, орошения и обводнения. Воды гидросферы находятся в постоянном взаимодействии с атмосферой, земной корой (литосферой). Взаимодействие этих вод и взаимные переходы из одних видов в другие составляют сложный круговорот воды в биосфере.

Природные воды подразделяются на поверхностные и подземные воды. При этом, природная вода представляет собой сложную, непрерывно изменяющуюся систему, содержащую минеральные и органические вещества, находящиеся во взвешенном, коллоидном и истинно растворенном состоянии, а также газы. Во взвешенном состоянии в природных водах содержатся глинистые, песчаные, гипсовые и известковые частицы, в коллоидном – различные вещества органического происхождения, кремнекислота͵ гидроксид железа и другие, в истинно растворенном состоянии находятся в основном минеральные соли, обогащающие воды ионами, в виде растворенных газов – углекислота͵ сероводород, метан.

Поверхностные воды характеризуются большим содержанием нерастворимых веществ, в частности органических соединений. Помимо частиц песка и глины они содержат лесс, илистые вещества, различные карбонатные соединения, гидроксиды алюминия, марганца и железа, высокомолекулярные органические примеси гумусового происхождения, иногда в виде органоминеральных комплексов, планктон и др.

Размеры взвешенных частиц варьируются от коллоидных до грубодисперсных частиц. Содержание взвешенных веществ в поверхностных водоисточниках изменяется от нескольких единиц до десятков тысяч мг/л.

Подземные воды, в отличие от поверхностных, отличаются небольшим количеством органических веществ и значительным содержанием минеральных солей, а иногда и растворенных газов (H2S, CO2, CH4). При наличии гидравлической связи между поверхностными и подземными водами последние отличаются повышенной окисляемостью. Наблюдается прямая зависимость между глубиной залегания подземных вод и степенью их минерализации. Подземные воды часто характеризуются значительной жесткостью и повышенным содержанием железа, марганца, фтора.

Роль гидросферы в жизни человека

Без воды ни человек, ни животные, ни растения на планете существовать бы не смогли. Еще в 6 веке до нашей эры древнегреческий математик и философ Фалес Милетский предполагал, что вода является первичной основой жизни на Земле. Гидросфера играет основную роль в формировании климата, без нее климат был бы гораздо более суровым и менее устойчивым. А для возникновения и существования жизни, как известно, необходимо поддержание температурного режима на определенном уровне.

Почему человек не может прожить без воды? Потому что она обеспечивает действие всех процессов в человеческом организме. Кислород и питательные вещества доставляются ко всем клеткам при помощи жидкости. Вода обеспечивает регуляцию температурного режима, участвует в процессе преобразования пищи в энергию, выводит из организма шлаки, помогает в усваивании питательных веществ, а также выполняет множество других необходимых функций.

Воды Мирового океана – среда обитания сотен тысяч видов живых организмов. Человеку она позволяет перемещаться, используя водные виды транспорта. Вода является источником электрической энергии и разных видов необходимого человеку сырья (в том числе, и лекарственного).

Водопользование и водопотребление

Главное различие между данными понятиями заключается в том, что потребители воды (многие отрасли промышленности, сельское хозяйство и др.) расходуют воду, в то время как водопользователи (водный транспорт, гидроэлектроэнергетика и др.) ее практически не потребляют. Поэтому с точки зрения экологии главная опасность исходит от водопотребителей, хотя и водопользователи вносят свою лепту в загрязнение гидросферы (например, морской транспорт).

Основной потребитель пресной воды на планете – сельское хозяйство, на нужды которого уходит более 60% потребляемой воды. Для производства 1 т сухой растительной массы в различных условиях тепло и влагообеспеченности только на транспирацию необходимо от 150–200 до 800– 1000 м3 воды. Примерно столько же расходуется на непродуктивное испарение и еще около четверти этого количества воды задерживается в самой биомассе. На орошение и полив сельскохозяйственных земель сегодня тратится более 4000 км3 воды в год. К этому следует добавить воду, расходуемую на нужды животноводства.

Наиболее водоемкие отрасли промышленности – горнодобывающая, металлургическая, химическая, целлюлозно-бумажная и пищевая. К числу этих отраслей относится и энергетика, однако еще раз подчеркнем: эта отрасль – скорее водопользователь, чем водопотребитель. По некоторым данным, в промышленно развитых странах Запада использование воды для охлаждения узлов и агрегатов на производстве достигает подчас 50% общей массы воды, поступающей на его нужды.
В современных условиях значительно возросли потребности в пресной воде на коммунально-бытовые нужды. Городской житель планеты на бытовые нужды ежесуточно расходует в среднем около 150 л, а сельский – около 55 л. На фоне этих показателей обеспеченность пресной водой Москвы и Санкт-Петербурга – до 600–700 л в сутки – кажется фантастической, даже в сравнении с другими крупными городами мира. Собственно говоря, эта цифра не может быть поставлена в заслугу муниципалитетам упомянутых городов, хотя бы потому, что еще в древнеримских ватерклозетах применяли уже использованную воду из ванн, а ослушников этого правила пороли розгами.

Особенно тяжелая ситуация с доступом к чистой воде сложилась в аридных регионах. Расчеты специалистов показывают, что ежегодный прирост безвозвратного водозабора составляет 4–5%. При сохранении существующих темпов прироста населения и объемов производства человечеству грозит реальная опасность исчерпания пресноводных запасов воды.

Источники загрязнения поверхностных и подземных вод

Попадание неочищенных стоков в водоемы – именно это является наиболее распространенной причиной загрязнения. Тут имеются в виду, как сточные воды объектов промышленности, так и бытовые, а так же коллекторно-дренажные стоки.

Промышленные предприятия могут загрязнять водоемы самыми различными химическими соединениями и веществами, состав которых будет зависеть от направления деятельности конкретного субъекта хозяйствования.

Что же до стоков имеющих бытовое и коммунальное происхождение – то тут на первое место выходит опасность бактериологического загрязнения, а так же загрязнение органическими веществами. Ведь речь идет, главным образом, о сточных водах жилого сектора, учреждений здравоохранения, общепита, и т.д.

Немало опасных, для экологии веществ, поступают в водоемы, стекая во время дождей и таяния снегов с полей, пастбищ и скотоводческих ферм. Среди них могут быть соединения азота, пестициды, фосфор, и тому подобное. Особенно опасен данный вид загрязнения тем, что воды, стекающие с полей вообще не подвергаются никакой очистке.

Источником загрязнения вызывающим немало проблем могут стать газодымовые и пылевые соединения. Они могут оседать на поверхность воды из загрязненного воздуха. Большую опасность вызывают так же загрязняющие поверхность водоемов утечки нефтепродуктов. Их источники – добыча нефти в прибрежной зоне, аварии транспортных судов.

Подземные воды: основные источники загрязнения

Источники загрязнения поверхностных и подземных вод часто бывают общими. Так, загрязненные вредными примесями подземные воды могут проникать в расположенные на поверхности водоемы, через фильтрационные потоки, загрязняя их. И наоборот – воды с поверхности могут просачиваться в расположенные под землей источники, существенно меняя первоначальный состав воды.

По мнению экологов, уровни загрязнения в водоемах обоих типов, хоть и не на прямую, но очень сильно зависят друг от друга. Так же, от чистоты подземных вод опосредованно зависит чистота грунта и даже атмосферы.

Нередко источниками проникновения в подземные воды вредных примесей являются все те же стоки – промышленные и бытовые – просачивающиеся под землю из хранилищ либо отстойников. Путем для проникновения загрязнений могут быть и старые, пришедшие в неисправность скважины, карстовые воронки.

Опасность загрязнения подземных водоемов состоит в том, что вода отравленная посторонними веществами не остается на одном месте, рядом с источником загрязнения, а распространяется по территории, которую трудно определить. И не редко, может просачиваться и в подземные источники питьевой воды.

Задача номер один в охране водных ресурсов сегодня – правильно определить и устранить источники загрязнения поверхностных и подземных вод.

Самоочищение водоемов

Самоочищение водоемов обусловливается рядом факторов. Условно их можно разделить на физические, химические и биологические.

  • Физические факторы. Самоочищение речной воды происходит в результате разбавления ее чистой водой и свежими притоками. В связи с этим снижается концентрация органических веществ в воде, создаются неблагоприятные условия для размножения микробов. Оседание в воде нерастворимых органических и неорганических частиц, а вместе с ними и бактерий, губительное действие ультрафиолетовых лучей на микроорганизмы способствуют самоочищению водоема.
  • Химические факторы. Бактериостатическое и бактерицидное действие на микроорганизмы оказывают соли серебра, меди, галогенов (йод, бром и др.), NaCl, растворенные в воде, рН, а также окисление органических и неорганических веществ в водоеме.
  • Биологические факторы. Огромная роль в самоочищении водоемов принадлежит биологическим факторам, действие которых обусловлено сложными взаимоотношениями гидробионтов. Гидробионты – растительные и животные организмы, приспособленные к жизни в водной среде. К ним относятся микробы, зеленые водоросли, простейшие, бактериофаги и др.

Взаимоотношения водных обитателей могут складываться в виде симбиоза или антагонизма. В конечном результате эти взаимовлияния приводят к самоочищению водоема.

Загрязнение водоемов сточными водами, отходами промышленных предприятий обусловливает усиленное размножение сапрофитных микробов, которые расщепляют сложные органические соединения до простых минеральных (СО2, МНз) и делают их доступными для питания автотрофных организмов (нитрифицирующих, серой железобактерий, водорослей). Основная роль в удалении из водоемов растворимых веществ принадлежит микробам.

Зеленые водоросли и некоторые бактерии – обитатели рек, озер, морей – вырабатывают антибиотические вещества, губительно действующие на попавших в водоемы микробов, среди которых могут быть возбудители инфекционных болезней человека или животных. Морская вода обладает вирулицидным действием на энтеро-вирусы. Отдельные виды морских бактерий обладают антагонистическими свойствами по отношению к стафилококку, кишечной палочке.

Простейшие поглощают из водоемов коллоиды, взвеси и микробов, в том числе и патогенных. Одна инфузория за 1 ч переваривает до 30000 микробов. Погибшие простейшие и водоросли в свою очередь служат пищей для сапрофитных бактерий.

Бактериофаги вызывают лизис (растворение) гомологичных бактерий (например, дизентерийный фаглизирует дизентерийную бактерию; сибиреязвенный фаг – возбудителя сибирской язвы и т. д.) и способствуют очищению водоемов от патогенных микробов. Бактериофагов обычно обнаруживают в загрязненной речной и морской воде вблизи населенных пунктов.

Механизм антимикробного действия перечисленных гидробионтов неодинаков: от прямого поглощения бактерий до их лизиса или выделения в водоем антибиотических веществ. В самоочищении водоема участвуют все гидробионты, тем не менее основная роль принадлежит водной микрофлоре, количественный и качественный состав которой меняется в зависимости от содержания в воде органических веществ.

Степень загрязненности водоема называется сапробностью и характеризует особенности водоема: определенная концентрация органических веществ, соответствующая стадия их минерализации, условия развития и состав микроорганизмов. Различают три основные зоны сапробности: полисапробная, мезосапробная, олигосапробная.

Полисапробная зона (зона сильного загрязнения) – вода загрязнена органическими веществами, число микроорганизмов достигает нескольких миллионов в 1 мл, при этом преобладают кишечные и анаэробные гнилостные бактерии, обусловливающие процесс гниения и брожения.

Мезосапробная зона (зона умеренного загрязнения) характеризуется минерализацией органических веществ с преобладанием окислительных процессов и выраженной нитрификацией. Количество бактерий в 1 мл воды составляет сотни тысяч, причем содержание колибактерий значительно уменьшается.

Олигосапробная зона (зона чистой воды) обычно не содержит органических веществ. Количество бактерий в 1 мл воды составляет десятки, сотни, преобладают серо-и железобактерии.

Таким образом, наличие определенного количественного и качественного состава микроорганизмов в различных зонах санпробности характеризует активность процесса самоочищения водоема.

Интересные факты о гидросфере

  • Уникальное природное явление каждый год происходит на Южнокорейском полуострове, когда Восточно-Китайское море из-за отливов расступается между двумя островами Модо и Чиндо. Так называемая тропа, имеет длину 2 км и ширину 40м, по этому случаю даже проводится фестиваль «Разделение моря» на который съезжаются тысячи туристов.
  • Самой полноводной рекой в мире является Амазонка и находится она в Южной Америке. Каждую секунду эта река несет 200 тыс. куб. метров воды, что составляет 15% всей речной воды мира. Кстати говоря, длина реки Амазонка составляет почти 7 тыс. км, при этом через нее нет ни единого моста.
  • В Центральной Африке течет река Конго, именно она является самой глубокой, река достаточно полноводна и уступает лишь Амазонке, ширина ее разлива местами доходит до 20 км. Глубинные падения в некоторых участках свыше 230 метров.
  • Самая мутная река в мире течет в Китае и название ее Хуанхэ. Желтое море поэтому так и называется, из-за большого объема горных пород, которые эта река несет в него, при этом вода в море окрашивается в желтый.
  • Вы когда-либо слышали о таком понятии, как «речной перекресток»? Так вот это редкое явление есть в Польше, где реки Нельба и Велнапересекаются под углом в 90˚. Что самое интересное их воды при этом не смешиваются из-за разницы в уровне течений, скорости и температуры.
  • Еще одним уникальным местом по праву считается «Зеленое озеро» в Австрии, у подножья гор. Все дело в том, что зимой дно этого озера превращается в парк с беседками для отдыха, так как глубина составляет не больше двух метров. Но с потеплением и таянием снега на горных вершинах, вода устремляется вниз, и глубина озера достигает 12м. Озеро Грюнер Зе, именно так в переводе на немецкий оно называется, излюбленное место дайверов, только представьте себе зеленые луга, скамейки и дорожки парка под водой.

  • Еще одно озеро Байкал, которое просто нельзя обойти вниманием находится в Восточной Сибири, Россия. Оно самое глубокое на Земле, и является крупнейшим резервуаром пресной воды в природе. Вода в озере настолько чиста и прозрачна, что видно дно на глубине 40 метров.
  • Сколько океанов на Земле? Ответ как будто известен – четыре. Однако не все учёные с этим соглашаются. Они называют ещё и пятый океан – Южный. На юге он омывает Антарктиду, а северную границу определяет так называемая зона субантарктического полярного фронта. Другие убеждены, что океанов три, а Северный Ледовитый океан является заливом Атлантического океана.
  • Что такое девятый вал? Ещё в глубокой древности цифру девять считали священным числом. Во время шторма волны сначала имеют одинаковые размеры. Затем появляются огромные волны. Среди моряков было рас­пространено поверье, что именно девятая из них самая опасная. На самом деле такой может быть любая волна.
  • В Северном Ледовитом океане встречались острова, которые повторно в том же месте обнаружить не удавалось. Так возникали легенды об островах-призраках: Земле Санникова, Земле Андреева, Земле Джиллиса. Эту тайну разгадали, когда лучше исследовали Северный Ледовитый океан. Острова-призраки оказались огромными многолетними льдинами, менявшими своё положение под влиянием Арктических течений. Материал с сайта http://worldofschool.ru
  • В открытом океане мощными считаются течения, скорость которых достига­ет 5,5 км/час. Гольфстрим имеет скорость 6-10 км/час. Течение переносит воды в двадцать раз больше, чем все реки земного шара. Ширина этой тёплой морской реки без берегов – 75-200 км, толщина потока – до 800 м. Темпера­тура воды на поверхности колеблется в течение года от +24 до +28°С.
  • Самым мелким морским проливом считают Керченский. Минимальная глу­бина его судоходной части – 5 м, максимальная – 15 м.
  • Самый глубокий (средняя глубина 5249 м) и самый широкий (1120 м) в мире – пролив Дрейка. Назван в честь английского мореплавателя Френсиса Дрейка, который впервые прошёл через него в 1578 г.

Видео



Источники