Каковы особенности гидросферы на земле

Обзор

Хотя обычно описываются как несколько отдельных океанов, океанические воды мира составляют один глобальный взаимосвязанный водоем соленой воды, который иногда называют Мировым океаном или Глобальным океаном. Эта концепция непрерывного водоема с относительно свободным обменом между его частями имеет фундаментальное значение для океанографии .

Основные океанические подразделения частично определяются континентами , различными архипелагами и другими критериями. Основные подразделения (в порядке убывания площади): Тихий океан , Атлантический океан , Индийский океан , Южный (Антарктический) океан и Северный Ледовитый океан . Меньшие области океанов называются морями , заливами , заливами , проливами и другими терминами.

В геологическом отношении океан — это область океанической коры, покрытая водой. Океаническая кора — это тонкий слой застывшего вулканического базальта , покрывающий мантию Земли . Континентальная кора более толстая, но менее плотная. С этой точки зрения у Земли есть три океана: Мировой океан, Каспийское море и Черное море . Последние два образовались в результате столкновения Киммерии с Лавразией . Средиземное море порой дискретная океан , потому что движение тектонических плит неоднократно нарушало свою связь с миром океана через Гибралтарский пролив . Черное море соединяется со Средиземным морем через Босфор , но Босфор — это естественный канал, прорезанный в континентальной скале около 7000 лет назад, а не кусок океанического морского дна, такой как Гибралтарский пролив.

Несмотря на их названия, некоторые более мелкие «моря», не имеющие выхода к морю, не связаны с Мировым океаном, такие как Каспийское море (которое, тем не менее, геологически само по себе является полноценным океаном — см. Выше) и многочисленные соленые озера, такие как Аральское море .

Полная иерархия, показывающая, какие моря к каким океанам принадлежат, согласно Международной гидрографической организации (МГО), доступна на веб-сайте European Marine Gazetteer. См. Также статью о морях для морей, входящих в каждую зону океана

Также обратите внимание, что существует множество различных определений мировых морей и нет единого авторитетного источника.

Список океанов

Мировой океан делится на ряд основных океанических областей, которые ограничены континентами и различными океанографическими особенностями: эти подразделения — Атлантический океан , Северный Ледовитый океан (иногда считающийся устьем Атлантического океана), Индийский океан , Тихий океан и Южный океан , определенный Международной гидрографической организацией (МГО) в 2000 году, причем последний является относительно новым дополнением, идентифицированным с особой экосистемой и уникальным влиянием на глобальный климат. В свою очередь, океанические воды перемежаются множеством более мелких морей, заливов и заливов.

Если смотреть с южного полюса Земли, Атлантический, Индийский и Тихий океаны можно увидеть как лопасти, простирающиеся на север от Южного океана. Дальше на север Атлантический океан открывается в Северный Ледовитый океан, который соединяется с Тихим океаном Беринговым проливом , образуя непрерывное водное пространство.

Пять океанов:

• Тихий океан , самый большой из океанов, также достигает к северу от Южного океана до Северного Ледовитого океана. Он охватывает разрыв между Австралией и Азией , и Америкой . Тихий океан встречается с Атлантическим океаном к югу от Южной Америки у мыса Горн .
• Атлантический океан , второй по величине, простирается от Южного океана между Северной и Южной Америке и Африке и Европе , в Северном Ледовитом океане. Атлантический океан встречается с Индийским океаном к югу от Африки на мысе Агульяс .
• Индийский океан , третий по величине, простирается к северу от Южного океана до Индии , на Аравийском полуострове и Юго — Восточной Азии , в Азии, а также между Африкой на западе и Австралией на востоке. Индийский океан соединяется с Тихим океаном на востоке, недалеко от Австралии.
• Ледовитый океан является самым маленьким из пяти. Он впадает в Атлантический океан около Гренландии и Исландии и впадает в Тихий океан через Берингов пролив . Он лежит над Северным полюсом , касаясь Северной Америки в Западном полушарии и Скандинавии и Сибири в Восточном полушарии . Северный Ледовитый океан частично покрыт морским льдом , размер которого меняется в зависимости от сезона.
• Южный океан является планируемая океан , окружающий Антарктиду , преобладают Антарктического циркумполярного течения , обычно океана к югу от 60 градусов южной широты. Южный океан частично покрыт морским льдом , размер которого меняется в зависимости от сезона. Южный океан — второй по величине из пяти названных океанов.

Солёность вод

Полярность молекул воды обусловливает её свойство растворять вещества лучше, чем другие жидкости. Растворение кристаллов неорганических веществ осуществляется благодаря гидратации входящих в их состав ионов. Хорошо растворяются в воде органические вещества с карбоксильными, гидроксильными, карбонильными и другими группами, с которыми вода образует водородные связи. Суммарное содержание в воде растворённых неорганических веществ (концентрация солей) выражают либо в виде минерализации M (мг/л, г/л), либо солености S (г/кг, ‰).

По содержанию солей природные воды подразделяют на четыре группы:

• пресные – S 1 ‰,
• солоноватые – 1 < S 25 ‰,
• солѐные – 25 < S 50 ‰,
• высокосолѐные (рассолы) – свыше 50 ‰.

Гидросфера: солёность

Границы между группами выделены по следующим соображениям: 1 ‰ – это верхний предел солёности питьевой воды; 25 ‰ (точнее, 24,7 ‰) – солёность, при которой температура наибольшей плотности и температура замерзания воды совпадают. В морях солёность воды выше 50 ‰, как правило, не наблюдается, средняя солёность морской воды составляет 30‰.

Круговорот воды в природе

Он осуществляется под действием двух естественных движущих сил:

• гравитации;
• солнечного тепла.

Подсчитано, что не менее половины солнечной энергии, поступающей на землю, расходуется на испарение воды. Однако солнечный свет заставляет двигаться пары воды не только в вертикальном направлении (в отличие от силы тяжести).

Неравномерное распределение энергии Солнца по поверхности планеты приводит к тепловым изменениям, что создаёт условия для конвекции океанических течений. Также на перемещение воды влияют ветра.

Под действием силы тяжести испарившаяся влага выпадает в виде осадков либо в Мировой океан, либо на сушу, где частично поглощается почвой, а частично, с речными потоками, стекает в океаны. Влага из почвы всасывается растительностью, расходуется в биохимических процессах и снова испаряется с поверхности листьев.

Ещё одним слагаемым, обуславливающим поступление пресной воды в океаны, являются откалывающиеся от ледников айсберги, дрейфующие от кромки материков, особенно от Антарктиды. Из бессточных областей вода в океаны поступает с грунтовыми водами и в виде испарений. В этом наиболее явно прослеживается неразрывная связь между атмосферой и гидросферой.

В круговом обороте воды выделяются два звена:

• океаническое;
• материковое.

Как в любом физическом процессе, в нём выполняются законы сохранения массы и энергии.

Гидросфера: свойства природной воды

В 1780 г Кавендиш и Лавуазье установили, что вещество, называемое водой, есть простейшее и устойчивое в обычных условиях химическое соединение водорода с кислородом. Важные свойства воды:

• медленно нагревается и медленно остывает;
• при замерзании расширяется;
• переходит из одного состояния в другое, в результате чего и наблюдается влагооборот в природе;
• вода обладает самым высоким после ртути поверхностным натяжением, а также смачиванием. С этим свойством связаны особенности циркуляции воды в почвах и горных породах, движение соков в растениях, кровообращения у животных;
• растворяет многие вещества.

Обычная вода в условиях нормального атмосферного давления кипит при температуре +100° С, замерзает при температуре 0°С и имеет максимальную плотность при температуре +4°С. При охлаждении воды ниже +4°С 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 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.

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

В чистом виде вода – бесцветная жидкость, не имеющая ни вкуса, ни запаха. В природе «чистая» вода практически не встречается, так как благодаря особенностям молекулярного строения она способна хорошо растворять различные химические соединения и газы. Поэтому природная вода всегда представляет собой слабый раствор.

Гидросфера — природные воды

Свойства гидросферы

Наиболее важными свойствами гидросферы являются:

1. Единство и глобальность – определяются её термодинамическими свойствами, относительно лёгкими переходами между агрегатными состояниями, единым происхождением (дегазация магмы) и присутствием растворённых веществ;
2. Особенности химического строения – дипольная молекула превращает воду в универсальный, химически активный растворитель, а водородные связи делают её свойства отличными от свойств кислотных оксидов и ковалентных гидридов и дают возможность для существования разнообразных структур;
3. Высокая подвижность.

Последнее свойство обеспечивает один из важнейших процессов на планете – глобальный круговорот воды.

Гидросфера: кислотность и основность воды

Величина рН характеризует кислотную и щёлочную реакцию воды. В пробе чистой воды концентрации Н + и ОН – равны между собой, и эти величины при температуре 25° С составляют 10 -7 моль/л. Растворы с одинаковыми концентрациями ионов водорода и гидроксид-ионов называются нейтральными: = = 10 -7 моль/л.

По водородному показателю все природные воды делятся на группы:

• нейтральные (6,5 < рН ≤ 7,5);
• слабощёлочные (7,5 < рН ≤ 8,5);
• щёлочные (8,5 < рН ≤ 9,5);
• сильнощёлочные (рН > 9,5);
• слабокислые (5,5 < рН ≤ 6,5);
• кислые (4,5 < рН ≤ 5,5);
• очень кислые (рН ≤ 4,5).

Питьевая вода имеет нейтральную или слабощёлочную реакцию.

Минерализация воды

Минерализация природных вод разного типа может изменяться в широких пределах: от 0,01 г/л (в атмосферных осадках) до 600 г/л (в рассолах). К числу главных ионов солей, находящихся в природных водах, относятся анионы: НСО₃— – гидрокарбонат, Н₂ SO₄— – сульфат, Cl- – хлорид и катионы: Ca2+, Mg2+, Na + и К +.

Все природные воды по преобладающему аниону делятся на три класса:

• гидрокарбонатные;
• сульфатные;
• хлоридные.

По преобладающему катиону – на три группы:

• кальциевые,
• магниевые;
• натриевые.

Щёлочные минеральные воды

Природные воды различного происхождения обычно имеют и различный солевой состав и относятся соответственно к разным классам и группам. Так, речные воды, как правило, относятся к гидрокарбонатному классу и кальциевой группе. Подземные воды нередко относятся к сульфатному классу и магниевой группе. Воды океанов и морей принадлежат к хлоридному классу и натриевой группе.

Воздействие на гидросферу

Человек оказывает двоякое негативное влияние на гидросферу:

1. Нарушая баланс круговорота (например, меняя потребление или испарение путём создания водохранилищ или использования в сельскохозяйственных нуждах)
2. Загрязняя водные ресурсы (сбрасывая в гидросферу промышленные, бытовые и сельскохозяйственные отходы, в том числе, с дождевыми стоками и осадками).

До определённой степени загрязнения гидросфере присуще самоочищение, обусловленное деятельностью ихтиофауны (начиная с простейших микроорганизмов, перерабатывающих часть загрязняющих веществ, и заканчивая высшими хищниками, которые в итоге поглощают эти вещества, перемещающихся вверх по пищевой цепочке).

В очистке водоёмов большую роль играют растения, поглощая значительную долю избыточных микроэлементов и предотвращая эвтрофикацию (зарастание поверхности). В то же время повышенная кислотность, загрязнение тяжёлыми металлами и органическими соединениями угнетают флору и фауну, снижая способность водоёмов к самоочищению.

Таким образом, природные воды могут выступать как в качестве индикаторов, так и в качестве интеграторов процессов, происходящих в речных бассейнах.

При этом в связи с ростом населения планеты параллельно растёт уровень загрязнения водоёмов и спрос на чистую пресную воду, поскольку 80% заболеваний в мире обусловлено низким качеством воды (по данным ВОЗ).

Растворение газов в воде

Газы хорошо растворяются в воде если способны вступать с ней в химические связи (аммиак, сероводород, сернистый газ, углекислый газ и др.), прочие газы мало растворимы в воде. При понижении давления, повышении температуры и увеличении солёности растворимость газов в воде уменьшается.

Наиболее распространённые газы, растворённые в природных водах, – это кислород, азот, углекислый газ. Содержание в воде других газов ничтожно мало, однако в некоторых случаях, а именно: при наличии замкнутых глубоководных впадин (Чёрное море, впадины в норвежских фьёрдах и некоторые части Каспия) и отсутствии глубокой вентиляции воды, приносящей кислород, который превращал бы сероводород в кислотные соединения серы, – в воде может накапливаться в очень большом количестве сероводород. Например, в Чёрном море вблизи дна содержание сероводорода сравнимо с содержанием кислорода в поверхностных слоях этого же моря.

Некоторые особенности природных вод обязаны хорошей растворимости в ней углекислого газа. При растворении последнего в воде образуются угольная кислота и её формы.

Углекислый газ, угольная кислота и её ионы находятся в воде в состоянии так называемого карбонатного равновесия. Карбонатное равновесие обеспечивает некоторую буферную способность природных вод, т. е. способность поддерживать постоянную величину рН вблизи нейтральной точки благодаря гидрокарбонат-иону, который может нейтрализовать и кислоты, и основания.

Погружения

«Триест» перед погружением
23 января 1960 года

• Первое погружение человека на дно Марианского жёлоба было совершено 23 января 1960 года лейтенантом ВМС США Доном Уолшем и исследователем Жаком Пикаром в батискафе «Триест», спроектированном отцом Жака Огюстом Пикаром. Приборы зафиксировали рекордную глубину — 11 521 метр (скорректированная величина — 10 918 м). На дне исследователи неожиданно встретили плоских рыб размером до 30 см, похожих на камбалу.
• Японский зонд «Кайко» (яп. 海溝), который был спущен в район максимальной глубины впадины 24 марта 1995 года, зафиксировал глубину 10 911,4 метра. Во взятых зондом пробах ила были найдены живые организмы — фораминиферы.
• 31 мая 2009 года на дно Марианской впадины погрузился автоматический подводный аппарат «Нерей» (лат. Nereus) (см. Нерей, древнегреческая мифология). Аппарат опустился на глубину 10 902 метра, где снимал видео, сделал несколько фотографий, а также собрал образцы отложений на дне.
• 26 марта 2012 года кинорежиссёр Джеймс Кэмерон стал третьим человеком в истории, достигшим самой глубокой точки Мирового океана, и первым, сделавшим это в одиночку. Кэмерон погружался на одноместном аппарате «Дипси челленджер», оборудованном всем необходимым для съёмки. Киносъёмка велась в формате 3D, для этого батискаф был оснащён специальным световым оборудованием. Кэмерон добрался до «Бездны Челленджера» — участка впадины на глубине 10 898 метров (точные вычисления показывают, что батискаф достиг глубины 10 908 метров, а не 10 898 — глубины, зафиксированной прибором во время погружения). Он взял образцы пород, живых организмов и провёл киносъёмку, используя 3D-камеры. Отснятые режиссёром кадры легли в основу научно-документального фильма канала «National Geographic Channel» Джеймс Кэмерон: Путешествие к центру Земли (2012).
• 28 апреля 2019 года Виктор Весково установил рекорд глубины погружения человека — 10928 м и стал первым человеком, покорившим высочайшую вершину мира-Эверест и глубочайшую впадину.
• 8 мая 2020 года на дно Марианской впадины впервые погрузился российский автономный необитаемый подводный аппарат «Витязь-Д». Датчики зафиксировали глубину 10 028 метров. «Продолжительность миссии без учёта погружения и всплытия на поверхность составила более трех часов», — сообщили в Фонде перспективных исследований (ФПИ). На дно Марианской впадины доставили вымпел, посвященный 75-летию Победы в Великой Отечественной войне. Аппарат провел картографирование, фото- и видеосъемку морского дна, ученые изучили параметры морской среды. В состав комплекса «Витязь-Д» входят автономный необитаемый аппарат, глубоководная донная станция и аппаратура пункта управления. Корабельное оборудование комплекса обеспечивает информационный обмен судна-носителя с подводным аппаратом и донной станцией в режиме реального времени по гидроакустическому каналу. «В отличие от работавших ранее в этом районе аппаратов Kaiko (Япония) и Nereus (США), аппарат „Витязь“ функционирует полностью автономно. Благодаря использованию в системе управления аппарата элементов искусственного интеллекта, он может самостоятельно обходить препятствия по курсу, находить выход из ограниченного пространства и решать другие интеллектуальные задачи», — сказали в ФПИ.
• 7 июня 2020 года на дно Марианской впадины погрузилась первая женщина, ею стала Кэтрин Салливан. Пилотом был Виктор Весково.
• 12 июня 2020 года, на дне Марианской впадины побывала вторая женщина — Ванесса О Брайен, альпинистка, покорившая Эверест.
• 20 июня 2020 года, Келли Уолш, сын знаменитого Дона Уолша, достиг дна Бездны Челленджера, доведя тем самым число людей, побывавших в Марианской впадине до двенадцати. Пилотом был Виктор Весково.
• 25 июня 2020 года Ин-Цонг «YT» Лин, ученый из Лаборатории океанической акустики, стал тринадцатым человеком, посетившим Марианскую впадину. И первым человеком азиатского происхождения. Пилотом был Виктор Весково.
• 15 ноября 2020 года в Бездну Челленджера на глубину 10’909 метров опустился китайский глубоководный автономный аппарат «Фэньдоучже» («Борец») с 3 людьми на борту.

Состав гидросферы

Гидросфера на планете Земля состоит из 2 частей:

1. Воды Мирового океана;
2. Воды суши.

Больше всего воды на Земле содержится в Мировом океане – 96 %, оставшиеся 4% приходится на воду находящуюся на суше. Вода имеющаяся на суше включает:

• подземные воды;
• ледники;
• реки, озера, болота;
• водяные пары.

Доля пресных вод –  не более 2,5% всех вод на планете (в основном сосредоточены в ледниках). Не менее 70% воды содержит каждый живой организм на Земле – вода в биосфере выполняет роль универсального растворителя.

Круговорот в природе воды играет важнейшую роль не только в поддержании жизни, но и в формировании климата, поскольку Мировой океан занимает около 70% поверхности Земли и активно участвует в теплообмене.

Почему гидросфера непрерывна? Влагооборот (гидрологический цикл)

Мы привыкли к выражению «круговорот воды», но правильнее его называть влагооборотом, так как процесс этот незамкнут. Он связывает между собой воды всех частей гидросферы в единую сплошную оболочку. Сплошной гидросфера является и благодаря тому, что воздух всегда содержит водяной пар, даже над самыми сухими пустынями. Гидрологический цикл создаёт условия для переноса энергии и веществ на Земле, участвует в формировании рельефа, обеспечивает поддержание жизни.

Гидрологический цикл состоит из таких процессов как:

• испарение;
• транспирация;
• конденсация;
• инфильтрация;
• перколяция;
• сток.

Во влагообороте проявляется единство природных вод Земли и их связь с атмосферой, литосферой и биосферой. Физической причиной гидрологического цикла на земном шаре служат солнечная энергия и гравитация.

Под воздействием энергии Солнца происходит нагревание и последующее испарение воды. Водяной пар переносится воздушными течениями, при снижении температуры воздуха он конденсируется или десублимируется.

Гидросфера в движении

Сила тяжести (гравитация) вынуждает атмосферную влагу выпадать в виде осадков. На суше пресная вода под действием тех же сил тяжести стекает по склонам, образуя ручьи, реки, озёра, просачивается в грунт, формируя подземные воды. В конечном итоге большая часть выпавших осадков в виде речного и подземного стоков возвращается в океан.

Гидросферу нельзя рассматривать как закрытую систему, так как часть её разрушается на уровне тропопаузы, а другая часть схожая по объёму поступает из мантии.

Влагооборот бывает глобальным и местным.

Гидросфера — сила гравитации

В глобальном круговороте воды выделяют два взаимосвязанных звена, с многократно повторяющимися циклами:

• океаническое звено: испарение с поверхности океана – перенос водяного пара над океаном – осадки на поверхность океана – океанические течения – испарение и т. д.;
• материковое звено: испарение с поверхности суши – перенос водяного пара потоками воздуха – осадки на поверхность суши – поверхностный и подземный сток – испарение и т. д.

Оба звена связаны между собой переносом водяного пара с океана на сушу и, наоборот, поверхностным и подземным стоком с суши в океан. С океана ежегодно испаряется в среднем 505 тыс. км3 воды, возвращается в виде атмосферных осадков – 458 тыс. км3. Испаряется с океана, таким образом, больше, чем возвращается с осадками. Разность в 47 тыс. км3 составляют воды, которые переносятся с океана на сушу в виде водяного пара.

На поверхность суши ежегодно выпадает в среднем 119 тыс. км3 атмосферных осадков. Они слагаются из воды, испарившейся с поверхности суши (72 тыс. км3), и влаги, принесенной с океана (47 тыс. км3). Таким образом, в материковом звене круговорота воды принимает участие 72 тыс. км3

Важно отметить, что из 72 тыс. км3 испаряющейся ежегодно с поверхности суши воды 30 тыс

км3 (42 %) приходится на транспирацию растительным покровом.

Местный влагооборот – это испарение и образование осадков над определённой территорией и выпадение их тут же. Например, на экваторе, в Амазонии, в континентальном умеренном климате летом.