Тема. Гидросфера

План

1. Понятие о гидросфере и происхождении воды.

2. Свойства воды

3. Круговорот воды на планете

4. Мировой океан.

5. Свойства океанической воды

6. Движение вод океана

7. Жизнь в океане

8. Воды суши. Поверхностные воды.

9. Подземные воды. Мерзлота.

Гидросфера – это водная оболочка Земли, включающая в себя воды Мирового океана, воды суши – подземные и поверхностные (реки, озера, болота, ледники), водяной пар в атмосфере и химически связанную воду (это вода, содержащаяся в горных породах и живых организмах). Вода – самое распространенное вещество на планете, она занимает 71% поверхности Земли. Вода находится повсюду и проникает во все оболочки Земли, поэтому гидросферу на планете можно считать непрерывной.

Мощность (толщина) гидросферы около 70-80 км, т.е. верхняя ее граница проходит в мезосфере (там, где есть серебристые облака), а нижняя соответствует уровню залегания осадочных пород.

Гидросферу изучают многие науки: океанология (наука о Мировом океане), гидрография (изучает воды суши), гидрология (наука о реках), лимнология (изучает озера), гляциология (наука о ледниках), геокриология (наука о мерзлоте), болотоведение и другие.

Происхождение воды

1. Ювинильное (юное) происхождение: вода возникла с образованием планеты, ибо входила в исходное протопланетное вещество. При разогреве недр и диффузии вещества внутри Земли водяной пар выделялся наружу и, охлаждаясь, конденсировался. И сейчас при извержении вулканов каждый год выделяется около 1,3^.10⁸ тонн воды.

2. Космическое происхождение: с ядрами комет и метеорным веществом вода может приноситься на Землю.

3. Атмосферное происхождение («солнечный дождь»): атомы водорода, приносимые солнечным ветром, вступают в реакцию с атомами кислорода в верхних слоях атмосферы, в результате чего образуется вода.

4. При разложении органического вещества может выделяться вода.

5. Антропогенное происхождение: вода может образовываться при горении, окислении и т.п.

Свойства воды

Впервые воду описал в IV в. до н.э. древнегреческий ученый Аристотель. До XVIII в. существовало представление о воде как об индивидуальном химическом элементе. В 1781 г. английский химик Г.Кавендиш синтезировал воду путем соединения водорода с кислородом (пропускал электрический разряд через смесь водорода и кислорода). В 1783 г. французский химик А.Лавуазье повторил опыт Кавендиша и сделал вывод о том, что вода – это сложное соединение, состоящее из кислорода и водорода.

Формула химически чистой воды: Н₂О (окись водорода). Молекула воды представляет собой равнобедренный треугольник с отрицательно заряженным атомом «О» в вершине и двумя положительно заряженными атомами «Н» в основании.

Кроме обычной воды (Н₂О), встречается в очень малых количествах тяжелая (Д₂О) и сверхтяжелая (Т₂О) вода. (Д – дейтерий, Т – тритий).

Обычная вода в условиях нормального атмосферного давления кипит при температуре +100^оС, замерзает при температуре 0^оС и имеет максимальную плотность при температуре +4^оС. При охлаждении воды ниже +4^оС плотность ее уменьшается, а объем увеличивается, и при замерзании происходит резкое увеличение объема. В отличие от всех веществ в природе вода при переходе из жидкого состояния в твердое приобретает меньшую плотность, поэтому лед легче воды. Эта аномалия воды играет важную роль в природе. Лед держится на поверхности водоемов. Будь лед тяжелее воды, образование его начиналось бы со дна, и водоемы были бы многолетнемерзлыми (за лето не все успевали бы оттаять), а жизнь могла бы погибнуть.

Вода – сильнейший растворитель в природе. Химически чистой воды в природе нет. Даже в самой чистой воде – дождевой – содержатся соли. Различают воду пресную (до 1^о/_оо солей), солоноватую (до 25^о/_оо) и соленую (больше 25^о/_оо). От солености воды зависит температура ее замерзания, поэтому океаническая вода замерзает при температуре ниже 0^оС. Минерализация воды до некоторого предела является благоприятным условием существования жизни. Чистая вода в силу своей огромной растворяющей способности была вредной для живых тканей.

Вода обладает аномально высокой теплоемкостью. Ее теплоемкость в 2 раза больше, чем теплоемкость дерева, в 5 раз – песка и в 3000 раз – воздуха, следовательно, можно сказать, что океан – это аккумулятор тепла. Таким образом, водоемы смягчают климат.

Вода имеет небольшую теплопроводность, из чего следует, что лед предохраняет воду от охлаждения.

Из всех жидкостей (кроме ртути) вода имеет самое большое поверхностное натяжение. Отсюда способность воды подниматься по капиллярам почвы и в растениях.

Вода пребывает одновременно в газообразном, жидком и твердом состоянии на планете. На Земле нет места, где бы не было воды в той или иной форме. Температура, при которой жидкая вода, пар и лед находятся в равновесии, равна +0,01^оС. При переходе воды из одного состояния в другое происходит либо выделение тепла (при конденсации, замерзании), либо поглощение его (при испарении, таянии).

Вода способна к самоочищению, но до известного предела. Испаряется только чистая вода, все примеси остаются на месте. Загрязнение воды промышленными отходами нередко переходит предел самоочищения.

Свойства воды сильно изменяются под влиянием давления и температуры. При давлении в 1 атм. (760 мм) вода замерзает при температуре 0^оС, а в 600 атм. – при температуре –5^оС. При сверхвысоком давлении (больше 20000 атм.) вода переходит в твердое состояние при температуре +76^оС (горячий лед). Такой лед может быть в недрах Земли. При очень низких температурах (меньше –170^оС) и небольшом давлении образуется сверхплотный лед (как твердый камень), такой лед может быть в ядрах комет.

Под действием ультрафиолетовых лучей вода распадается на водород и кислород.

Объем воды на Земле

Мировой океан 95%

Подземные воды 3%

Ледники 1,6%

Озера 0,15%

Реки 0,0001%

Почвенная влага 0,005%

Атмосферная влага 0,001%

На долю пресной воды приходится только около 2,5%, из которых большая часть – это вода в ледниках и глубинных слоях земной коры.