Гидросфера и ее происхождение

Гидросфера. ЕЕ Происхождение и Свойства

Гидросферой называют водную оболочку Земли («Gidro» в переводе с греческого обозначает «вода»). При этом В. И. Вернадский отмечал, что вода стоит особняком в развитии нашей планеты.

Вода вездесуща, она пронизывает все оболочки Земли. Наша планета - это планета воды:

- вода занимает около 3 /4 поверхности планеты ( в жидком и твердом состояниях);

- скопление парообразной воды (облачные системы, влажность) присутствует в атмосфере планеты;

- вода присутствует в геосфере как в жидком, так и в парообразном состояниях;

- живые организмы примерно на 2/3 состоят из воды, причем их физиологическую потребность в воде можно удовлетворить только водой (потеря 10 - 20 % воды приводит к смерти).

При этом гидросфера характеризуется следующими основными показателями:

- объем мирового океана составляет около 1400 млн. км³;

- пресной воды в реках и озерах - около 28 млн. км³. В ледниках - 24 млн. км³. Доступных для использования пресных вод порядка 4,2 млн. км³, причем большая их часть расположена в труднодоступных, малоосвоенных районах;

- почвенной влаги около 85 тыс. км³, а подземные запасы (на глубине до 5 км) оценивают в 60 млн. км³;

- более 98% всех водных ресурсов - это вода с повышенной минерализацией, непригодная без специальной подготовки к хозяйственному использованию.

По времени образование первичной гидросферы относят к периоду около 4 млрд. лет назад, т. к. в наиболее древних породах (3,8 млрд. лет назад) найдены следы древнейших одноклеточных организмов, уже живших в водоемах.

В настоящее время рассматриваются три основных подхода к вопросу образования гидросферы:

1. подход (американский ученый Л. Франк) - космический. Большая распространенность воды в космосе (в виде льда), а также присутствие в межзвездной среде водообразующих компонентов свидетельствует о том, что вода существовала на Земле на самых ранних этапах эволюции планеты.

2 подход (академик Е. К. Мархинин) - земной. Происхождение первичной гидросферы обусловлено чисто земными условиями дегазации расплавленной магмы и выбросами воды (преимущественно в газообразном состоянии) через источники (вулканы и т. п.), расположенных на разломах литосферных плит.

3 подход - комплексный, объединяющий предыдущие два и включающий следующие этапы:

- в начале разогрев земных недр привел к освобождению физически связанной воды (в основном за счет плавление льда), присутствующей в первоначальном планетарном веществе и вытеснение ее на поверхность;

- дальнейшее повышение температуры земных недр привело к освобождению химически связанной воды, входящей в состав первичного вещества, а также водообразующих компонентов (водорода и кислорода) и выброс их на поверхность, то есть начался собственно процесс дегазации.

Процесс дегазации наблюдается и сейчас при извержении вулканов, а также на океаническом дне в рифтовых долинах. Рифтовые долины - это разломы земной коры, расположенные, как правило, на осях срединно-океанических хребтов. Через рифтовые долины происходит «раздвижка» литосферных плит, сопровождающаяся выделением различных газов (в том числе О₂ и Н₂) и высокотемпературной (300 - 400 град. С) сильно минерализованной воды. При остывании минерализованной воды происходит интенсивное выделение растворенных в ней веществ (прежде всего металлов) непосредственно возле источника в виде трубы. Эти естественные источники дегазации получили название черных и белых курильщиков ( в зависимости от цвета осаждающихся веществ).

По оценкам ученых на поверхность планеты вулканами и рифтовыми долинами выброшено 2^.10²¹ кг воды, которой вполне хватило бы для образования всей гидросферы.

Первичная гидросфера после своего образования прошла длинный путь эволюции, неоднократно изменяясь по массе, соотношению жидкой и твердой части, переносу этих частей, а также растворенных в них газов и веществ, о чем свидетельствуют:

- данные геологии, геофизики и палеонтологии и существовании на Земле 150 млн лет назад единого океана - Пантласса и единого материка - Пангеи и их дальнейшего видоизменения. Сейчас мировой океан разделен континентами на 3 крупных сегмента;

Около 2 млн лет назад Северную Африку с востока на запад пересекала крупная река, протяженностью более 4500 км. Ее истоки находились в горах у Красного моря, а впадала она в Атлантику. В результате тектонических процессов она частично ушла под землю, а частично осталась в виде одного из своих притоков - Нила (фрески Тассилии).

Всего 10 тыс. лет назад на территории России у края огромного ледника, доходившего до широты Байкала, существовали огромные пресноводные бассейны, особенно крупные в Западной Сибири. Сток воды осуществлялся на юг, так как на севере был ледник. Вода стекала через Тургайскую долину в Арал, существенно больший чем сейчас. Из Арала - в крупный Хвалынский бассейн (на месте нынешнего Каспия), а затем - Черное и Средиземное моря.

- расслоение толщи воды, возникновение внутренних волн различной длины и амплитуды, приведших к образованию течений и вихрей, обусловленных различными: нагревом водной массы, ее минеральным составом (соленостью), плотностью, а так же действием приливных сил Луны;

- изменение «восстановительного» характера первичной гидросферы, ее значительная минерализация, насыщение газами, и прежде всего кислородом. Современная гидросфера носит «окислительный» характер;

- значительные изменения твердой ледниковой части гидросферы.

Были периоды, когда ледников не было. 10 тыс. лет назад граница ледников была намного южнее, а уровень океана на 100 - 150 м ниже. Сейчас мы живем в один из ледниковых периодов в «теплой» его фазе.

Структура гидросферы

Вода достаточно широко представлена на Земле, где выделяют несколько основных составляющих:

- океаническую и поверхностно-материковую составляющую - моря, океаны, реки, озера и т. п.;

- атмосферную составляющую, представленную водяными парами, облачными системами, осадками;

- литосферную составляющую - рыхло- и прочносвязанные почвенные воды, глубинные воды;

- биосферную составляющую в виде свободной, химически- и физически связанной воды в растениях и организмах животных.

Существует также классификация гидросферы как водных фондов планеты на:

- вековые естественные запасы, к которым относят воды, одновременно находящиеся во всех составных частях гидросферы (материковые, океанические, подземные, биосферные);

- возобновляемые водные ресурсы, то есть те воды, которые возобновляются в процессе всех видов круговоротов воды, имеющих место на Земле.

Вода достаточно широко представлена в космосе, где также выделяют несколько основных составляющих:

1. Планетарно - спутниковую составляющую:

- пары воды обнаружены в атмосфере Венеры;

- другой наш сосед - Марс имеет ледяные шапки на своих полюсах;

- кольца Сатурна в основном состоят из льда. Спутники Сатурна и Юпитера также покрыты льдом;

2. Кометную: установлено, что ядра комет ледяные;

3. Межзвездную: в межзвездной среде присутствуют атомы водорода и атомы кислорода, т. е. основные «водообразующие» компоненты.

Свойства гидросферы

1.Круговорот воды - естественный процесс воспроизводства пресной воды (естественная фабрика дистилляции). При этом вода проходит несколько последовательных фильтров: атмосферный, биологический, геологический.

Основные движущие силы круговорота воды - сила гравитации и Солнечная энергия. Для удобства анализа общий круговорот разбивают на 4 микрокруговорота воды. Первые 3 типа микрокруговоротов образуют глобальный или главный круговорот воды - гидрологический цикл.