3.4. Глобальные функции гидросферы
1). Химический состав вод. Постоянство соотношений между ионами
Химический состав природной воды – важнейший экологический фактор (точнее, целый комплекс экологических факторов), который определяет обеспеченность организмов биофильными элементами (N, P, K и т. п.), важнейшими газами (О2 и СО2 ), значение рН среды, осмотическое давление и многое другое. Огромное экологическое значение имеет степень минерализации воды. Различают: пресные воды, содержание солей менее 1 г на литр; минерализованные воды, содержание солей более 1 г на литр. Средняя солёность вод Мирового океана составляет ~ 35 г солей на литр, или 3,5%, или 35%о (промилле). В ионном составе как солёной морской, так и пресной речной воды преобладают три катиона – (Na+, Mg++, Ca++) и три аниона – (Cl-, SO4-- , HCO3-- ), однако соотношение этих ионов в морской и речной воде почти противоположное:
морская вода – Na+ > Mg++ > Ca++ Cl- > SO4-- > HCO3-
речная вода – Mg++ < Na+ < Ca++ Cl- < SO4-- < HCO3-
Морская вода отличается исключительным постоянством соотношений между главными ионами, которое сохраняется в различных частях Мирового океана и во всей его толще. Это свидетельствует о необычайной устойчивости динамического равновесия между количеством растворённых веществ, попадающих в океан, и их осаждением.
2). Функция глобального геохимического фильтра и барьера
Мировой океан выполняет функцию глобального геохимического фильтра. Большинство извержений вулканов происходит на дне океана, поэтому продукты извержений, в том числе и вулканические газы, прежде всего взаимодействуют с веществом гидросферы. При этом одни элементы осаждаются на дне, другие включаются в биогеохимические циклы, третьи покидают океан и попадают в атмосферу, но все они проходят через гигантский биогеохимический фильтр Мирового океана.
Реки, впадающие в моря, выносят огромное количество растворенного и взвешенного вещества. Поскольку морская вода по своим физическим и химическим свойствам значительно отличается от речной, дельты таких рек могут рассматриваться как своеобразные геохимические барьеры и/или фильтры, а также ловушки для осаждающихся веществ. В дельтах рек происходит не только механическое перемешивание солёных и пресных вод. Здесь откладывается более 90% тонкодисперсного взвешенного материала, протекают многочисленные химические, физико-химические и микробиологические процессы. Антропогенные воздействия легко нарушают экологическое равновесие, складывающиеся в дельтах тысячелетиями.
Различие в составе и свойствах пресных и солёных вод является непреодолимым барьером и для многих гидробионтов – большинство пресноводных организмов не могут жить в морской воде и наоборот. Осуществляющие нерестовые миграции из морей в реки или из рек в моря проходные рыбы, используют дельты рек для подготовки к предстоящим изменениям свойств среды.
3). Буферные функции. Стабилизация концентрации СО2 в атмосфере
Общие запасы неорганического углерода в океане почти в 60 раз превосходят запасы углерода в атмосфере, что предопределяет огромную зависимость концентрации атмосферного СО2, находящегося в равновесии с растворенным в океане СО2, от состояния карбонатной системы океана. Практически любые реальные изменения концентрации СО2 в атмосфере легко могут быть компенсированы буферной системой океана и, напротив, даже незначительный сдвиг равновесия в ту или иную сторону в карбонатной системе океана приведеёт к катастрофическому изменению содержания СО2 в атмосфере.
Кроме того, в стационарном состоянии концентрация растворённого в поверхностных водах океана СО2 находится в физическом равновесии с концентрацией СО2 атмосферного воздуха. В целом, все формы неорганического углерода океана и СО2 атмосферного воздуха представляют единую («углекисло-карбонатную») систему (рис. 3.3).
Рис. 3.3. Схема углекисло-карбонатной системы атмосфера – океан.
Атмосфера |
СО2 |
Океан |
СО2 + Н2О Н2СО3 Н+ + НСО3 СаСО3 (р) + Н2СО3 Са++ + 2НСО3- |
|
СаСО3 (тв) |
Углекисло-карбонатная система выполняет две важнейшие экологические функции: 1) общебиосферную функцию поддержания постоянства концентрации СО2 в атмосфере; 2) собственно буферную функцию – стабилизирует рН морской воды, непосредственно влияя на поддержание условий существования живых организмов.
4). Энергетические функции
Твёрдая, жидкая и газообразная вода оказывают огромное влияние на термический режим биосферы. Планетарное альбедо, глобальный парниковый эффект, трансформация огромного количества тепловой энергии и даже участие в энергетических процессах фотосинтеза и терморегуляции организмов – всё это хорошо известные примеры «энергетических функций» воды в биосфере.
5). Образование защитных экранов
Гидросфера, подобно атмосфере, создает защитные экраны (фильтры), предохраняющие живое от воздействия неблагоприятных экологических факторов. Вероятно, до образования азотно-кислородной атмосферы (около 2-х млрд. лет назад) и озонового экрана, древние организмы могли существовать только в водоёмах, под защитой слоя воды не менее 10 метров, который поглощал жёсткое ультрафиолетовое излучение.
6). Вода – главный архитектор суши
В поле силы тяжести Земли и при наличии рельефа, вода (как жидкая, так и лёд) постоянно течёт. Атмосферные осадки, реки, ручьи, океанические течения и движущиеся ледники обладают колоссальной кинетической энергией и, следовательно, способностью совершать работу по преобразованию рельефа земной поверхности. Значение этой работы хорошо известно – сглаживание положительных форм рельефа, моренные и различные водные отложения, формирование речной и овражно-балочной сети.
7). Санитарная функция
В последнее время все воды гидросферы в результате деятельности человека загрязняются жидкими, твёрдыми и газообразными веществами. Вода выполняет функцию чистильщика и санитара. Атмосферные осадки очищают воздух от загрязнений. Почвенные, речные, грунтовые воды, как и воды непосредственно канализационных сооружений, перераспределяют загрязнения в конечные водоёмы стока. Океан служит основным отстойником, нейтрализатором и захоронителем загрязняющих веществ, производимых человеком.
8). Ресурсы гидросферы и их использование. Значение для человека
Мировой океан является перспективным источником ресурсов. Огромный энергетический потенциал заключен в океанических волнах, приливах, термальных градиентах, морских течениях. Дно океана дает около четверти мировой добычи нефти. Океан обеспечивает 90% мировой добычи брома, 60% магния, 30% поваренной соли, большей части алмазов. Океан служит одним из важнейших источников пищевых ресурсов для человечества, велико его транспортное значение. Океаны, моря, озера, реки – это ещё и отдых, здоровье, красота ....
Некоторые из обсуждавшихся функций схематично представлены на рис. 3.4.
Рис. 3.4. Глобальные функции гидросферы.
