Гидросфера Земли

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 10т. (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.

Приливы и отливы. Изменение взаимного расположения Земли и Луны вызывает в Мировом океане приливы и отливы. В открытом океане высота прилива невелика — порядка 1 м, но в воронкообразных заливах, в их самой узкой части высота может превышать 10 м. В Атлантическом океане, в заливе Фанди, прилив достигает высоты 16-17м, в Охотском море, в Гижигинской губе, высота прилива-12-12м. Океан и волны. Океан практически всегда находится в движении. Одно из наиболее ярких его выражений — ветровые волны, особенно во время шторма, который так впечатляюще изображен на картине И. К. Айвазовского "Девятый вал". При шторме высота ветровых волн в открытом океане может превышать 10 м. Максимальная зафиксированная высота волн составила 25 м. В числе самых штормовых мест в Мировом океане — северная часть Атлантики в зимнее время. Всем морякам известны "ревущие сороковые". В Атлантическом океане находится знаменитый "Бермудский треугольник" — место гибели многих судов и самолетов, в том числе из-за необычайно трудных условий навигации. Название Тихого океана не соответствует его нраву. "Тихим" он назван Магелланом, экспедиции которого сопутствовала удивительно тихая погода. На самом деле он самый бурный и непредсказуемый из океанов, в значительной мере из-за частых тайфунов.

Другая характерная черта Тихого океана — цунами, вызванные подводными землетрясениями. Высота цунами у побережья может достигать 30-50 м. Обрушиваясь на берег, они приводят к массовой гибели людей и катастрофическим разрушениям. За последнее тысячелетие берега Тихого океана подвергались ударам цунами 1000 раз. Случаются цунами и в Атлантическом, и Индийском океанах, но их было всего несколько десятков. В числе самых разрушительных цунами те, которые случились в 1703 в Японии (погибло около 100 тыс. чел.) и в 1883 в результате извержения вулкана Кракатау (погибло 40 тыс. чел.). Неоднократно обрушивались цунами и на Курильские острова , приводя к опустошительным разрушениям и гибели людей.

Таким образом большая часть вод Земли сосредоточена в океанах. Все океаны соединяются между собой, образуя единый Мировой океан. В глубинах океана всегда поддерживается постоянная температура. Идеально спокойная обстановка без всяких катаклизмов. Возможно это-то и позволило появиться жизни на планете Земля, ведь земная жизнь зародилась именно в океане.

Реки.

Реки - естественные водные потоки, текущие в выработанном ими русле и питающиеся за счет поверхностного и подземного стока с их бассейнов. Всякая река имеет истоки устье, или дельту. Реки с притоками образуют речную систему, характер и развитие которой обусловлены главным образом климатом, рельефом, геологическим строением и размерами бассейна, то есть той прилегающей местности, откуда идет сток (см. бассейн речной). Между речными бассейнами проходит граница — водораздел.

К важнейшим характеристикам относятся: водоносность, структура стока по источникам питания, тип водного режима, длина реки, площадь водосбора, уклон водной поверхности, ширина и глубина русла , скорость течения воды, ее температура, химический состав вод и др.

Типы рек. Существуют различные классификации рек. Все реки разделяются на горные реки с быстрым течением, текущие в узких долинах, и равнинные — с характерным медленным течением и широкими террасированными долинами. Наиболее употребимо деление рек по размерам. К малым относятся реки длиной до 200 км и площадью водосбора до 3000 кв. км. Часто отдельно выделяют ручьи, относят к ним небольшие водотоки, длиной менее 10 км. Наряду с количественными характеристиками, нередко указывается, что малой следует считать такую реку, бассейн которой располагается в одной географической зоне. В повседневном обиходе понятие "малые реки" обычно употребляется применительно ко всем рекам, имеющим только местное значение в масштабах страны или крупного региона (например, Истра).

Принципиальным отличием средних рек от малых является то, что они полностью дренируют подземные воды своего речного бассейна. Именно сток средних рек лучше всего характеризует зональные условия своего формирования. Указанные верхние пределы длины и площади водосбора малых рек являются в средней полосе России хорошим критерием степени полноты дренирования подземных вод. Характерный пример средней реки — Москва.

Большая река протекает в пределах нескольких географических зон. Сток такой реки является транзитным в пределах отдельных географических зон, например, Волга в районе Астрахани. Условно к категории больших рек относят равнинные реки, имеющие площадь водосбора больше 50 тыс. км2 .

При любой системе подсчетов малых рек подавляющее большинство. На малые реки длиной менее 100 км приходится около 99% общего числа рек России (всего более 2 млн.) и свыше 90% их протяженности.

Крупнейшие реки мира. Наибольшее внимание всегда привлекали большие реки. Самая водоносная река мира — Амазонка, за ней следуют Конго, Ганг с Брахмапутрой, Янцзы и Енисей. Самые длинные реки мира — Нил(хотя он не входит в число самых водоносных, поскольку значительную часть своего пути протекает через Сахару), Миссисипи с Миссури и Амазонка.

Из российских рек самые водоносные — Енисей, Лена, Обь. Крупнейшая европейская река Волга занимает пятое место. Такая известная река, как Дон, занимает по водоносности в России лишь 19-е место, что объясняется низкой обеспеченностью ресурсами речного стока степной зоны, в пределах которой он формируется.

Режим реки. Реки характеризуются весьма неравномерным распределением стока во времени. Большинство рек России проносят 60-70% объема воды за сравнительно короткий период весеннего половодья. В это время талая вода стекает по промерзшей и хорошо увлажненной поверхности водосборов с наименьшими потерями на фильтрацию и испарение. Именно в период половодья реки чаще всего выходят из берегов и затапливают прилегающие территории (см. Наводнение). Летом и зимой обычно наблюдается маловодье — межень, когда реки питаются подземными водами, ресурсы которых тоже в значительной мере пополняются в весенний период. Летом большая часть осадков расходуется на испарение, до уровня грунтовых вод и тем более до рек доходит лишь небольшая часть атмосферных осадков. Зимой выпавшие осадки аккумулируются в виде снега. Лишь осенью на российских реках бывают небольшие паводки.

Реки Дальнего Востока и Кавказа отличаются от равнинных рек России по гидрологическому режиму. Первые разливаются осенью — во время муссонных дождей; на кавказских реках максимальные расходы воды наблюдаются летом, когда тают высокогорные ледники и снежники.

Сток рек меняется от года к году. Нередко случаются маловодные и многоводные периоды, когда река характеризуется пониженной или, напротив, повышенной водностью. Например, в 1970-х на Волге наблюдалось маловодье, в связи с чем быстро падал уровень бессточного Каспийского моря, для которого Волга — основной поставщик воды. С 1978 наступила фаза повышенной увлажненности в бассейне Волги, сток ее ежегодно стал превышать средний многолетний, и уровень Каспийского моря стал повышаться, в результате чего затапливались прибрежные территории. Большая часть рек России ежегодно покрывается льдом. Продолжительность ледостава на севере России составляет 7-8 месяцев (с октября по май). Вскрытие рек ото льда — ледоход — одно из самых впечатляющих зрелищ, часто сопровождается наводнением.

Значение рек. Река — основной источник гидроэнергии и важнейший транспортный путь. Реки имеют большое эстетическое и рекреационное значение как неотъемлемый элемент окружающей среды. Широкое вовлечение рек в хозяйственный оборот привело к полному преобразованию многих из них. Сток таких рек, как Волга, Днепр, Ангара, в значительной мере зарегулирован водохранилищами. Многие из них, особенно протекающие в южных районах, где велика потребность в орошении, разбираются на нужды ирригации. По этой причине Амударья и Сырдарья уже практически не впадают в Аральское море, и оно стремительно высыхает.

Один из самых негативных результатов антропогенного воздействия на реки — их массовое загрязнение сточными водами и другими отходами хозяйственной деятельности. Угрозы качественного истощения речных водных ресурсов можно избежать, если осуществлять комплекс водохозяйственных мероприятий, включающий не только традиционную очистку сточных вод, но и такие кардинальные меры, как изменение технологии производства с целью многократного уменьшения расходования воды и образования отходов.

Таким образом реки сыграли выдающуюся роль в истории человечества, С ними связано становление и развитие человеческого общества. С исторических времен реки использовались как пути сообщения, для рыболовства, сплава леса, орошения полей и водоснабжения. Люди издавна селились по берегам рек — это подтверждает и фольклор, в котором Волгу называют "матушкой", а Амур — "батюшкой".

Озёра.

Озёра - природные водоемы в углублениях суши (котловинах ), заполненные в пределах озерной чаши (озерного ложа) разнородными водными массами и не имеющие одностороннего уклона. Для озер характерно отсутствие непосредственной связи с Мировым океаном. Озера занимают около 2,1 млн. км2или почти 1,4% площади суши. Это примерно в 7 раз больше поверхности Каспийского моря — крупнейшего озера мира.

Распределены озера неравномерно. Особенно много их на севере — в тундре и в лесной зоне. К югу, в степи и в пустыне озера встречаются все реже. В числе крупнейших и наиболее известных: Великие озера (Верхнее озеро, Гурон, Мичиган, Эри и Онтарио) — в Северной Америке, Виктория и Танганьика — в Африке, Ладожское озерои Онежское озеро — в Европе, высыхающее Аральское море — в Азии.

В России крупнейшее пресноводное озеро — Байкал, за ним по размерам площади зеркала следуют: Ладожское озеро, Онежское озеро , Таймыр, Ханка и Чудско-Псковское.

Генетические типы озер. Происхождение озер различно. Они могут образовываться во впадинах, возникших в результате неравномерного распределения ледников в районах материкового оледенения (ледниковые и моренные озера); в карстовых воронках и провалах (карстовые озера); в просадочных провалах при вытаивании льда (термокарстовые озера); в долинах, перегороженных обвалом, оползнем или ледником (плотинные, запрудные или завальные озера); в кратерах потухших вулканов (вулканические озера); посредством обособившихся от моря наносов песка или ила (лиманные озера); посредством прудов (искусственные озера) и т. д. Наиболее интересны тектонические озера, возникшие в местах тектонических разломов. Они имеют вытянутую форму и, как правило, очень глубокие. Среди них — самое глубокое озеро мира Байкал (средняя глубина 730 м, наибольшая 1620 м).

Гидрологические типы озер. Водная масса озер создается за счет атмосферных осадков и подземных вод. Иногда пресная вода замещает морскую, заполнявшую котловину в геологическом прошлом. Это — реликтовые озера, среди них — Каспийское море, Ладожское и Онежское озера.

Озера бывают сточные (из которых вытекают реки), проточные и бессточные (не имеющие стока, преимущественно в полупустынях и пустынях). Очень интересно бессточное озеро Чаны, которое в зависимости от колебаний сезонного или годового количества осадков подвержено резким изменениям очертаний. К кочующим озерам относятся: Лобнор, Эйри Чад.

Из-за большого объема воды гидрологический и термический режимы озер выражены не столь резко, как у рек (см. Реки.). На озерах не бывает столь впечатляющих подъемов воды в период половодья и паводков, ледостав и ледоход (большинство озер в России зимой замерзают) происходит медленней, чем на реках. Но бывают сильные волны, в том числе сейши.

Пресные и соленые озера. Проточные озера в подавляющей своей части пресны и часто обладают уникальной по качеству питьевой водой (наиболее яркий пример Байкал). Бессточные озера в той или иной степени минерализованы, в них аккумулируются соли (от 1 до 24,7% — солоноватые озера, а от 24,7 до 47% — соленые), содержащиеся даже в пресной воде их притоков. Есть и минеральные озера (которые содержат выше 47% солей), в т. ч. проточные, образующиеся за счет поступления минерализованных вод из глубин Земли. Из них соли могут выпадать в осадок. Например, самосадочные озера Эльтон и Баскунчак.

Условия жизни в озерах. По условиям жизни водных организмов озера можно разделить на олиготрофные (бедные планктоном , глубокие, прозрачные и холодные), эвтрофные (с богатой литоральной и сублиторальной растительностью, обильным планктоном, мелкие, хорошо прогреваемые) и дистрофные (исключительно бедные жизнью, с коричневым цветом воды). К первым относятся глубоководные озера типа Байкала; ко второй группе — большинство некрупных озер средней полосы России; к дистрофным — бедные кислородом озера в заболоченных районах.

В современных условиях многие озера подверглись существенным трансформациям в результате длительной и интенсивной антропогенной деятельности. Часть озер подперта водами —водохранилищ. Другие частично спущены. Наиболее яркий пример Севан, уровень которого был снижен на 18 м, чтобы воду использовать на орошение, а попутно от единственной вытекающей из озера реке Раздан получить дополнительное количество электроэнергии. В связи с развитием орошаемого земледелия в бассейне Аральского моря и с чрезмерным изъятием воды его притоков озеро стало высыхать. Масштабы этого процесса стали катастрофическими, а территория — претерпевает экологическую катастрофу. Самый массовый негативный результат — загрязнение озер промышленными, сельскохозяйственными и бытовыми стоками.

При замедленном водообмене в озерах поступление с притоками биогенных элементов (особенно азота и фосфора) приводит к избыточному обогащению воды питательными веществами — эвтрофикации, что резко ухудшает качество воды.

Изучением озер занимается наука лимнология, или озероведение.(5)

Таким образом, несмотря на то, что по объему воды в озерах значительно меньше, чем в океанах и морях их роль для населения Земли трудно переоценить. Запасы озерных вод используются во всех сферах жизни человека, и являются местом обитания множества живых организмов.

Ледники.

ЛЕДНИКИ́ - движущиеся по земной поверхности естественные массы льда, образованные в результате многолетнего накопления, уплотнения и перекристаллизации снега. Общая площадь современных ледников около 16,3 млн. км2. Ледники занимают около 11% площади суши, а их общий объем достигает 30 млн. км3. Естественно, что ледники могут существовать только там, где устойчиво наблюдаются низкие температуры воздуха и выпадает достаточно много снега. Обычно это приполярные или высокогорные районы. Ледники могут иметь форму потока, купола (щита) или плавучей плиты (в том случае, когда они сползают в водоем). Отколовшиеся части ледников, пустившиеся в морское плавание, носят название айсбергов.

Типы ледников. Различают ледники горно-долинные (так как они связаны с горным рельефом, занимая долины с характерным корытообразным поперечным профилем, так называемые троги), покровные и шельфовые. Горно-долинные ледники, среди которых встречаются и висячие, и каровые, и переметные, распространены практически повсеместно, от Килиманджаро в Африке и сверкающих гребней Анд в Южной Америке до вершин Гималаев, Гиндукуша, Памираи Тянь-Шаня. Крупнейший из горных ледников — Федченко ледник. В России наиболее крупные горные ледники сосредоточены на Кавказе. Однако их площадь редко превышает 30 км2, а длина 10 км.

К покровным ледникам можно отнести ледниковый щит Антарктиды, если его рассматривать как единый покровный ледник. В пределах единого покрова выделяют отдельные ледяные потоки, направленные от центра материка к периферии. Крупнейший среди них — ледник Бидмора (длина 200 км, ширина до 40 км). Значительно меньше по своим размерам покровные ледники Арктики. Шельфовые ледники являются плавучим продолжением материковых покровных ледников. Самый крупный из них — Росса шельфовый ледник.

Образование ледников. У ледников выделяют области питания (аккумуляции) и абляции. В первой из них снег превращается в фирн, а затем в лед, и происходит увеличение массы льда, переносимого в область абляции, где эта масса уменьшается в результате таяния, откалывания, испарения и сдувания снега ветром. Размеры ледников весьма разнообразны. Если они имеют площадь менее 0,1 км2, то называются малыми. Наиболее крупные могут достигать многих млн. км2. Например, ледниковый щит Антарктиды достигает почти 14 млн. км2, а его максимальная толщина превышает 4,7 км.

Косвенным показателем гигантских размеров ледников могут служить крупные айсберги. Столкновение с айсбергом стало причиной величайшей морской катастрофы 20 в. — гибели "Титаника". Наиболее крупные айсберги, имеющие длину 170 км и объем до 5 тыс. км3, встречаются близ Антарктиды.

Масса ледников изменяется во времени, главным образом в связи с изменением климата. В геологическом прошлом неоднократно бывали периоды, когда ледники занимали значительно большую площадь, чем сейчас.

Движение ледников. Скорость движения ледников обычно невелика, составляя в среднем от нескольких десятков до нескольких сотен метров в год. Но бывают случаи очень быстрого движения ледников. Один из самых "скоростных" — гренландский ледник Якобсхавн, впадающий в залив Диско. Его скорость превышает 7 км в год. Очень подвижны пульсирующие ледники. В их жизни периоды относительного покоя, длящиеся от 10 до 50-100 лет, чередуются с периодами коротких, быстрых подвижек, или пульсаций, во время которых скорость движения ледника может составить 100-120 м/сутки, а язык ледника может переместиться на 10-15 км. Это нередко чревато катастрофическими последствиями — ледяными обвалами, снежными лавинами, прорывами подпруженных озер, паводкамии селями. Широкую известность приобрели подвижки памирского ледника Медвежий в 1963 и 1973, к счастью, не приведшие к стихийным бедствиям.

Ледники в России. Если всю массу современных ледников распределить по поверхности всего земного шара, толщина ледяного панциря составит около 50 м. Масса ледников примерно в 32 раза больше массы всех поверхностных вод суши. Площадь ледников в России около 60 тыс. км2. В основном это покровные ледники Новой Земли, Северной Земли, Земли Франца-Иосифа и других островов Северного Ледовитого океана. Лишь около 5% общей площади приходится на горные ледники Кавказа, Алтая, Камчатки и других горных систем. Однако их площадь редко превышает 30 км2, а длина 10 км (5).

Роль ледников. Таяние ледников формирует значительную часть речного стока в горных районах, особенно летом, когда вода нужнее всего для орошения сельскохозяйственных культур. Например, в Средней Азии, где ледники занимают всего 5% площади, их доля в речном стоке составляет за год 20%, а летом — 50%. Существуют проекты форсированного таяния ледников, например, в результате зачернения их поверхности угольной пылью, с целью получения большего количества воды. Однако пока неясны прямые и косвенные последствия (в том числе экологические) таких проектов. Существует опасность необратимой деградации ледников.

Более реальными кажутся проекты водоснабжения аридных районов и стран, например, Саудовской Аравии, путем транспортировки и последующего использования талой воды айсбергов.

Таким образом ледники служат "кладовыми" пресной воды, в которых сосредоточено почти 69% мировых запасов резервной пресной воды. Влияют на климат, создают специфические ледниковые формы рельефа и неповторимые по красоте и суровости нивально-гляциальные высокогорные ландшафты.

Структура запасов пресных вод, скорость их возобновления и значение для потребления.

Из 35 млн. км3 пресных вод около 70% сосредоточено в ледниках и вечных снегах. Эти воды практически не потребляются человеком. Они представляют как бы "мертвый" запас. Не используются также почвенные воды, воды атмосферы и вода, содержащаяся в организмах. Ограниченно используются воды болот, и труднодоступны или пока недоступны для потребления воды глубинных слоев Земли. В целом подсчитано, что человечество в настоящее время может потенциально использовать около 3 млн. км3 воды. Под термином "потенциально" в данном случае понимается техническая возможность

Фактически же возможности намного меньше. В самых общих чертах можно отметить, что экологически обоснованным является такой объем изъятия воды из систем (источников), при котором последние сохраняют свои основные свойства по запасам и качеству (не истощаются и не загрязняются).

В этой связи крайне важно учитывать скорость возобновления водных ресурсов (Приложение 4). Из таблицы видно, что она максимальна для речных вод, где составляет в среднем 12-16 суток. Озерные воды возобновляются в среднем через 17 лет, а подземные только за 1400 лет. Значительные запасы глубинных подземных вод вообще не возобновимы, так как не включаются в процессы круговорота в системе атмосфера-осадки-суша. Ясно, что и возможности изъятия отдельных категорий вод резко различаются. Подземные воды, которые в настоящее время являются, пожалуй, наиболее чистыми, могут быть относительно быстро истощены, несмотря на большие их запасы (около 10 млн. км3).

Не всегда учитываются возможные пределы потребления озерных вод. В литературе обычно указывается, что в Байкале содержится 1/5 всех мировых запасов пресных вод мира и 4/5 пресных вод России. Здесь допускается крупная ошибка. Названные значения относятся не ко всем пресным, а только к поверхностным пресным водам, что далеко не одно и то же. Основные запасы пресных вод содержатся в ледниках, снегах и под землей. По отношению ко всем запасам пресных вод мира (около 35млн. км3) доля Байкала равна лишь 0,07%, а по отношению к пресным водам России - 1,3%. Кроме этого, методически неправильно сравнивать запасы разных категорий вод, например всех поверхностных (озерных и речных) с озерными Байкала, так как озерные и речные несравнимы по скорости возобновления.

Технически и экологически наиболее приемлемо использование речных вод, характеризующихся быстрой обновляемостью, легкой доступностью, относительно равномерным размещением по территории и высокой самоочищаемостыо. Современное водопотребление и происходит в основной массе из речных источников. Такие тенденции сохранятся и в дальнейшем, несмотря на то, что доля речных вод составляет только 0,006% от общих пресных и 0,0006% - от потенциально доступных пресных.

Следует, однако, учитывать, что приведенные значения относятся к единовременным запасам воды в руслах рек. Они не превышают 2-2,5 тыс.км3. Как отмечалось выше, отличительная особенность речных вод - их быстрая обновляемость. Она в среднем равна 12-16 дням. С учетом возобновляемости возможности использования речных вод существенно увеличиваются.

Именно поэтому при расчетах возможного водопотребления из рек пользуются не единовременными запасами в них воды, а значениями годового стока рек. Он равен единовременным запасам, умноженным на коэффициент возобновления, равный 25-30 единицам (частное от деления числа дней в воду на среднюю скорость обновления вод). Возможности изъятия воды из рек зависят также от соотношения величин общего и безвозвратного водопотребления. Под последним понимается та часть вод, которая после изъятия из источников и использования человеком не возвращается в источники. (1. 12-13)

Существует следующая классификация пресных вод по целевому назначению:

Вода питьевая - вода, в которой бактериологические, органолептические показатели и показатели токсических химических веществ находятся в пределах норм питьевого водоснабжения.

Вода минеральная - вода, компонентный состав которой отвечает лечебным требованиям.

Вода промышленная - вода, компонентного состава и ресурсов которой достаточно для извлечения этих компонентов в промышленных масштабах.

Вода теплоэнергетическая - термальная вода, теплоэнергетические ресурсы которой могут быть использованы в любой отрасли народного хозяйства.

Вода техническая - любая вода, кроме питьевой, минеральной и промышленной, пригодная для использования в народном хозяйстве. При этом различают:

- хозяйственно-бытовые воды - воды, используемые для бытовых и санитарно-гигиенических целей населением, а также прачечными, банями, столовыми, больницами и т.д.;

- поливную воду, используемую для орошения земель и полива сельскохозяйственных растений.

- энергетическую воду, используемую для получения пара и нагревания помещений, оборудования и сред, а также для охлаждения жидких и газообразных продуктов в теплообменных аппаратах, а твердых тел - непосредственно; может быть оборотной и подпиточной (добавочной). Воду весьма часто используют для охлаждения жидких и газообразных продуктов в теплообменных аппаратах. В этом случае она не соприкасается с материальными потоками и не загрязняется, а лишь нагревается. В промышленности 65-80% расхода воды потребляется для охлаждения.

Технологическую воду подразделяют на средообразующую, промывочную и реакционную. Средообразующую воду используют для растворения и образования пульп, при обогащении и переработке руд, гидротранспорте продуктов и отходов производства; промывочную - для промывки газообразных (абсорбция), жидких (экстракция) и твердых продуктов и изделий, а также реакционную - в составе реагентов, при отгонке и аналогичных процессах. Наиболее перспективный путь уменьшения потребления свежей воды - это создание оборотных и замкнутых систем водоснабжения, что позволяет в 10-50 раз уменьшить потребление природной воды.

Основные пути решения проблемы обеспечения чистой водой:

-очистка сточной воды от загрязнений;

-очистка пресной воды, поступающей к потребителю;

-обеспечение режима и регулирование качества воды в водных объектах. (6)

Воздействие на гидросферу.

Вода, как и воздух, является количественно неисчерпаемым природным ресурсом, но человеку и всему живому в биосфере нужна не просто вода как вещество с формулой Н20, а вода определенного качества, т. е. имеющая определенные прозрачность, температуру, сопутствующие примеси и т. п.

Гидросфера — это естественный фильтр-аккумулятор загрязняющих веществ, поступающих в окружающую природную среду, что связано с циклом глобального круговорота воды и с ее универсальной способностью к растворению газов и минеральных веществ.

Статистика показывает, что 80% всех заболеваний в мире вызвано неудовлетворительным качеством питьевой воды. (Приложение 5)

По мере развития цивилизации человеку требовалось все больше и больше воды. Человек каменного века потреблял менее 10 л/сут, в Римском государстве — до 70 л/сут, современный житель США — около 700 л/сут, тогда как во многих современных развивающихся странах эта цифра не превышает 30 л/сут (рис. 9.10). Считается, что уровень потребления воды характеризует уровень технического и культурного развития общества. На питье и приготовление пищи человек затрачивает не более 10% потребляемой воды, а в среднем бытовое потребление в развитых странах составляет 220—320 л/сут. (Приложение 6)

Среди отраслей экономики нашей страны первое место по потреблению воды занимает сельское хозяйство. Для получения 1 т пшеницы необходимо 1500 т воды, 1 т риса — более 7000 т, 1 т хлопка — около 10 000 т.

Второе место отводится промышленности. Ни одно промышленное предприятие не может функционировать, не используя воду из природных источников. Потребность предприятий в воде изменяется в широких пределах и зависит от вида получаемой продукции, принятой технологии, системы водоснабжения (прямоточной или водооборотной), климатических условий и т. п. Так, для получения 1 т угля затрачивается 2 т воды, стали — 15—20 т, целлюлозы — 400—500 т, синтетического волокна — 500 м3.

Третье месте по водоемкости занимает коммунальное хозяйство городов. Значительный объем чистой воды затрачивается на разбавление, обеззараживание стоков и отбросов промышленности , сельского хозяйства, строительства, населенных пунктов и транспортных путей, т. е. на борьбу с загрязнением гидросферы.

Таким образом всё перечисленное ведет к дефицитности воды и, как следствие, к планированию ее расхода не по крупности потребителей, а по необходимости удовлетворения первоочередных потребителей (4, 407-408)

Заключение

Гидросфе́ра совокупность вод земного шара, водная оболочка Земли. Включает в себя всю воду вне зависимости от ее состояния: жидкую, твердую, газообразную. Вода - самое распространенное неорганическое соединение, "самый важный минерал" на Земле. Вода - это основа всех жизненных процессов, единственный источник кислорода в главном движущем процессе на Земле - фотосинтезе. Растения на 90%, а животные на 75% состоят из воды. Потери 10 - 20% воды живым организмом приводит к его гибели. Водные растворы - необходимое условие миграции большинства химических элементов, только при наличии воды происходят сложные реакции внутри организмов. Воде принадлежит важнейшая роль в геологической истории планеты. Историю человечества можно проследить не только по развитию водной энергетики - от водяного колеса до современной турбины, но и по развитию водного транспорта - от наполненных воздухом звериных шкур и выдолбленных стволов деревьев до современных трансокеанских судов. Почти все географические открытия были совершены мореплавателями, а освоение и заселение континентов совершалось в основном по водным путям. И почти все крупнейшие города мира возникли на месте конечных пунктов речного или морского пути. Вода — обязательный компонент практически всех технологических процессов как промышленного, так и сельскохозяйственного производства. Вода особой чистоты необходима в производстве продуктов питания и медицине, новейших отраслях промышленности. Рост городов, бурное развитие промышленности, интенсификация сельского хозяйства, значительное расширение площадей орошаемых земель, улучшение культурно-бытовых условий и ряд других факторов все больше усложняет проблемы обеспечения водой. Рост потребления воды и возросшие требования к воде определяют важность задач водоочистки, водоподготовки, борьбы с загрязнением и истощением водоемов.

Литература

вода гидрологический осадок океан

1. Воронков Н.А. Экология. Общая, социальная, прикладная. Издательство "Агар", 2000.

2. Валова В.Д. (Копылова). Основы экологии. Издательско-торговая корпорация "Дашков и К", 2005.

3. Трифонова Т.А., Селиванова Н.В., Мищенко Н.В. Прикладная экология. Академический проект: Традиция, 2005.

4. Николайкин Н.И., Николайкина Н.Е., Мелехова О.П. Экология. Дрофа, 2004.

5. Большая энциклопедия Кирилла и Мефодия. http://www.megabook.ru

Приложение 1

Табл. 1. Распределение водных масс в гидросфере Земли

Часть гидросферы	Объем воды, тыс. км3	Доля в общем объеме вод, %
Мировой океан	1 370 000	94,1
Подземные воды	60 000	4,1
Ледники	24 000	1,7
Озера	280	0,02
Вода в почве	80	0,01
Пары атмосферы	14	0,001
Реки	1,2	0,0001

Приложение 2

Сопоставление элементарного состава крови человека и вод Мирового океана

Компоненты	Содержание, % от суммы растворённых солей
Компоненты	в крови	В водах Мирового океана
Хлор	49,3	55,0
Натрий	30,0	30,6
Кислород	9,9	5,7
Калий	1,8	1,1
Кальций	0,8	1,2

Приложение 3

Скорость возобновления (обмена) различных категорий вод гидросферы

Категория вод	Скорость врозобновления
Атмосфера	8 дней
Русла рек	16 дней
Почвогрунты	1 год
Болота	5 лет
Озера	17 лет
Подземные воды	1400 лет
Мировой океан	2500 лет

Приложение 4

Ежегодно в мире умирают около 22 млн чел.

Болезнь	Гастроэнтерит	Трахома	Шистосоматоз	Малярия
Число людей, страдающих заболеванием, млн. чел.	400	500	200	800

Размещено на