Понятие о гидросфере, происхождение и состав

Гидросфера – водная оболочка Земли, включающая всю химически несвязанную воду и удерживаемая у поверхности силой тяжести. В состав гидросферы включаются все природные воды Земли, участвующие в глобальном круговороте веществ, в том числе подземные воды в верхней части земной коры, атмосферная влага и вода живых организмов (В.Н. Михайлов, А.Д. Добровольский, 1991). Иерархическая классификация гидросферы приведена на рисунке11.

Гидросфера

Мировой океан

Криосфера

Литосфера

Атмосфера

АО

Пов.

Под.

ВП

Об.

ОВ

Б

РС

ТО

ИО

СЛО

ПЛ

ОБ

М

З

Пр.

ССП

МП

МЛ

ГЛ

Мировой океан делится на Атлантический (АО), Индийский (ИО), Тихий (ТО) и Северный Ледовитый (СЛО). В свою очередь каждый из них разделяется на океанские бассейны (ОБ), моря (М), заливы (З) и проливы (Пр.). Криосфера состоит из покровных ледников (ПЛ), горных ледников (ГЛ), морских льдов (МЛ), сезонного снежного покрова (ССП) и льдов многолетнемерзлых пород (МП). Воды литосферы делятся на поверхностные (Пов.) и подземные (Под.), при этом поверхностные воды разделяются на озера и водохранилища (ОВ), болота (Б) и реки (речной сток, РС). Наконец атмосфера состоит из водяного пара (ВП) и облачности (Об.)

Рисунок 11– Иерархическая классификация вод гидросферы

Верхняя граница гидросферы проводится по поверхности океана, так как пары воды в атмосфере составляют очень небольшую часть гидросферы. Нижняя граница гидросферы проводится по дну океана, в литосфере – по границе распространения подземных вод, т.е. на глубине несколько сот метров. Химически связанная вода – это вода в минералах, в состав гидросферы она не включается.

Некоторые ученые придерживаются другой точки зрения.С.В.Калесник (1955) к гидросфере относил только воды Мирового океана. По мнению Ф. Н. Милькова (1990), собственно сферой являются лишь воды Мирового океана и внутриматериковыеводоемы. Пары воды в атмосфере следует называть рассеянной гидросферой, а подземные воды – погребенной гидросферой. Помнению автора, все воды суши, составляющие около 6 % (по другим данным 4 %) воды гидросферы, являются сферой рассеяния и связаны с океаном только влагооборотом. В.Н.Михайлов и А.Д.Добровольский границы гидросферы проводят иначе. По их мнению, границы гидросферы совпадают с границами географической оболочки, так как гидросфера – это не прерывистая оболочка, а геосфера, образованная при взаимодействии всех геосфер географической оболочки.Гидросфера занимает 361 млн км² и содержит 1 458 373 тыс. км³ воды (таблица3).

Таблица 3 – Структура гидросферы и активность водообмена (по М.И. Львовичу 1986 г.)

Главная масса воды сосредоточена в океанах – 1370,0 млн км³, или 94,2 % (97,2 %, по другим данным) всей воды гидросферы. Из них около 35 тыс. км³ приходится на айсберги – большой резерв чистой воды. Второе место занимают подземные воды – 60 млн км³ (4,12 %). В зоне активного водообмена циркулирует около 4 млн км³. По мнению ученых, в 10–15-километровой толще литосферы находится около 150 млн км³ воды, не участвующей во влагообороте, но представляющей собой резерв жидкой воды.

Третье место по объему воды занимают полярные ледники, в них сосредоточено 24 млн км³ воды. Эти воды также представляют собой резерв пресной воды, который в ряде стран уже используют. В полярных ледниках заключено около 90 % запасов пресной воды на Земле.

Поверхностные воды суши сосредоточивают небольшую долюводы планеты. Объем озерной воды оценивается в 278 тыс. км³,рек всего в 1,2 тыс. км³. Единовременный запас пресной воды наЗемле составляет около 32 млн км³– ледники, пресные озера,реки и пресные подземные воды (Л.П. Шубаев, 1977).

Мировой водный баланс. Количественное выражение глобальный круговорот воды находит в водном балансе Земли - соотношении между количеством воды, поступающей на земную поверхность в виде осадков, и уходящей с нее за счет испарения в определенный интервал времени. Среднегодовые количество осадков и испарение взаимно уравновешивают друг друга и составляют 1030 мм, или 525·10¹² м³.

На поверхность Мирового океана выпадает 458·10¹² м³ воды, что на 47·10¹² м³ меньше испарившейся с него влаги. Эта разность переносится на континенты и вместе с водой, испарившейся на суше, формирует атмосферные осадки (119·10¹² м³). Часть выпавшей на суше влаги снова вовлекается в испарение (72·10¹²м³), другая часть формирует сток (реки, ледники, подземные воды и др.), который направляется в океан, компенсируя превышение атмосферных осадков над испарением. Однако не всюду на поверхности океанов испарение превышает осадки. В умеренных и полярных областях, а также в приэкваториальной зоне осадков выпадает больше, чем испаряется.

Общую схему круговорота воды на поверхности Земли можно описать уравнениями водного баланса:

– для поверхности Мирового океана: E ₀ = X ₀ + f;

– для поверхности суши: Ec = Xc - f,

где Е₀ – испарение с поверхности океанов; Ес – испарение с поверхности суши; Х₀ – атмосферные осадки над океаном; Хс – атмосферные осадки над сушей; f – сток с континентов.

Водный баланс связан с тепловым через испарение, так как на него затрачивается тепло, которое освобождается при конденсации водяного пара. Влагооборот сопровождается перераспределением тепла между геосферами и отдельными районами Земли, что важно для функционирования географической оболочки. Помимо этого, в процессе влагооборота происходит обмен веществом (солями, газами).

Состав самых древних пород свидетельствует о существованиигидросферы в самом начале геологической истории Земли. Водыгидросферы образовались одновременно с газами атмосферы вследствие дегазации мантии, объем гидросферы с течением временинарастал. Возможно, на ранних этапах формирования гидросферыбольшую роль в ее становлении играла ударная дегазация, связанная с падением крупных метеоритов (М.В. Герасимов, Л.М. Мухин, 1986). Часть воды гидросферы расходовалась на гидратацию минерального вещества, на образование химически связанных вод в процессе породообразования. Свободная гидросфера стала интенсивно расти только после того, как темп связывания воды в минералах замедлился. Примерно 4,5 млрд лет назад (катархейский этап) первичная гидросфера тонким слоем покрывала всю Землю и воды ее были минерализованы. В протерозое сформировался огромный единый массив суши и впадина древнего Тихого океана. В мезокайнозое в связи с образованием материков и крупных океанических впадин гидросфера приобрела близкие к современным очертания. Объем гидросферы продолжает нарастать и сейчас со скоростью около 1 км³ в год. В связи с этим предполагают увеличение объема водной массы океана на 6 –7 % в течение ближайшего миллиарда лет (Р.К. Клиге, 1982).

Выделение воды из мантии происходит и сейчас (около 1 км³ в год) – эта вода называется ювенильной. Поступает вода и из межпланетного пространства.

Гидросфера теряет воду вследствие улетучивания водорода в космос, изъятия воды организмами в реакции фотосинтеза.