Гидросфера Общие сведения о воде

Вода — самый распространенный на Земле минерал. Она о( разует одну из оболочек Земли — гидросферу, в которую вкли чают все химически не связанные воды на Земле в жидком твердом агрегатном состоянии. Это воды Мирового океана, w ды суши — рек, озер, ледников, а также пбдземные воды. 0( щий объем гидросферы приблизительно равен 1,5 млрд. км Главная масса воды сосредоточена в океанах (93,93%). В 3cn ной коре сосредоточено 4,12%, а в ледниках Антарктики, А|п тики и горных стран—-1,65%. Поверхностные воды занимай небольшую долю воды планеты (0,04—0,06%).

Из общих запасов воды на долю пресной, которую ис зуют для удовлетворения бытовых и производственных i приходится лишь 2%. Потребность в пресной воде велика, для изготовления 1 т кирпича требуется 1—2 т воды, на ; чу 1 т угля затрачивается 3 т воды, для изготовления 1 т < и бумаги — 250—300 т воды. Еще больше требует сельс зяйственное производство: для производства 1 т пшеницы но 1500 т воды, риса — 4000 т, хлопка — 10 000 т.

В век научно-технической революции потребность в пр воде с каждым годом увеличивается, вместе с тем расти грязнение водоемов. Сточные воды промышленных и бьп предприятий сбрасываются в реки, озера, загрязняя их, сь ляя все живое: гибнет рыба и растительность. Загрязняю воды Мирового океана. Некоторые капиталистические ci i сбрасывают в океан радиоактивные отходы, химические о ляющие вещества. Загрязняется океан и от судоходства. ; мерно 1 % нефти теряется при перевозке, много попадает та, а каждая тонна образует пленку на поверхности в \^

Проблема чистой воды является одной из главных пр< для человечества. В нашей стране приняты законы об о водоемов от загрязнения, созданы научные основы водоис зования.

Свойства воды

Вода обладает удивительными свойствами, некоторые из них не присущи никаким другим природным телам.

1. Вода — единственный минерал, существующий в есте- i гвенных условиях одновременно в твердом, жидком и газооб­ разном состоянии. Переход из одного состояния в другое про­ исходит постоянно, в результате этого наблюдается круговорот

■ оды в природе.

2. Изотопный состав природных вод многообразен. Форму- i.i воды НгО справедлива, но схематична. В состав молекулы

> оды могут входить различные изотопы водорода и кислорода. Пели в молекуле воды водород (протий) заменяется изотопом подорода — дейтерием (Н₂), такую воду называют тяжелой. К водах океана на каждую тонну приходится 165 г тяжелой

' ОДЫ.

3. Вода ■— самое теплоемкое тело на Земле. В результате

■ того очень высока ее скрытая теплота плавления и испарения. то дополнительный резерв тепла на Земле, -так как влажные i.iccbi воздуха, поступив на более холодную территорию, выде- иют большое количество тепла за счет перехода воды из газо- оразного состояния в жидкое или твердое. При испарении во­ ды происходит обратный процесс — поглощение тепла.

4. При понижении температуры от +4 до 0° С вода увели­ чивает свой объем. Вот почему лопается на морозе закупорен­ ная бутылка, разрываются трубы, в которых замерзла вода, ризрушаются скалы и т. д.

5. Вода обладает самым высоким после ртути поверхност-м натяжением, а также смачиванием, т. е. способностью «при-иать» к поверхности многих тел, высоко подниматься по тон-м капиллярам. С этим свойством связаны особенности цир-ляции воды в почвах и горных породах, движение соков в стениях, кровообращение у животных.

6. Вода — универсальный растворитель. В ней растворено лынинство известных химических элементов.

7. Вода легко вступает во взаимодействие со многими ве-сствами, в одних случаях бурно, с выделением тепла, в дру-X — спокойно.

Кроме перечисленных, широко известны такие свойства во-, как текучесть, прозрачность, отсутствие запаха и цвета Т. д.

Природа всех этих удивительных свойств выяснена сравни-лыю недавно, в связи с учением о молекулярном строении тества. Большую роль играют связи атомов в составе моле-.н'ы, а также формы «упаковки» отдельных молекул. Молеку-риые связи воды очень прочны. Так, при охлаждении ниже 4° С плотность воды уменьшается, а при замерзании объем слпчивается на 1/11 от первоначального. Эти свойства порож-

128

дены тем, что одиночные молекулы Н₂0 — гидроли — облада способностью объединяться по нескольку, образуя сложи молекулы: (Н₂0)₂ — дигидроли и (Н₂0)₃ — тригидроли. В пр роде водяной пар, жидкая вода и лед состоят из смеси одино ных и сложных молекул. Но при этом водяной пар — это гла ным образом Н₂0, жидкая вода—(Н₂0)₂, лед—(Н₂0)₃. Ув личение объема воды при замерзании связано с объединение одиночных молекул в сложные, более крупные, но более ле кие.

Круговорот воды и водные ресурсы Земли

Под действием солнечного тепла с поверхности Земли испа­ряется огромное количество влаги. Основным поставщиком влаги в атмосферу является Мировой океан. С его поверхно сти ежегодно испаряется 355 тыс. км³, выпадает обратно в км де осадков 320 тыс. км³, 35 тыс. км³ уносится на сушу. Одни временно в атмосфере содержится около 10 тыс. км³ воды. Эк> в И раз больше, чем во всех реках Земли. Объем этот по i ностью меняется примерно каждые 9 суток, т. е. 40 раз в пи

Воды морей и озер, как и океана, в целом постоянно попо i няются не только за счет атмосферных осадков, но и рек. Одно временно происходит испарение с поверхности почвы, растении льдов, снега. Так осуществляется круговорот воды в приро.к

Движущими силами круговорота воды являются теплог.;; > энергия Солнца и сила тяжести.

В круговороте воды выделяют следующие звенья: атмосфер ное, океанское, материковое (рис. 27).

Атмосферное звено круговорота воды представляет cof>on перенос влаги в процессе движения воздушных масс и обр;п<> вания атмосферных осадков. Из атмосферы выпадают оса;м n в течение года на сушу — 720 мм, на океан — 1140 мм.

Рис. 27. Круговорот воды на Земле Очень важное значение И

Океанское звено характеризуется испарением воды, кое рая непрерывно восстанавливается за счет конденсации во, ного пара в атмосфере и выпадения воды. 86% влаги пос пает за счет океана и 14%—за счет испарения с суши. В: нейшей особенностью океанского круговорота является перси огромных масс воды морскими течениями, который ежего;|

ei почвенная вода, представляющая наибольшую хозяйственную ценность. Она связывает атмосферное звено с биологическими процессами. Растения получают влагу из почвы, из которой ра-iторенные питательные вещества идут на построение органиче-екого вещества, а вода с поверхности листьев испаряется в атмо-еферу.

Более медленный круговорот у подземных вод, скорость их перемещения незначительна. Долгое время сохраняется вода в ледниках. Круговорот воды на материках осложняется нали­ чием бессточных бассейнов, которые имеются на всех матери­ ках. Наиболее крупные из них на материке Евразия. Вода, пе­ реносимая с океанов на материки, образует местные круговоро­ ты. Часть воды, выпавшей на поверхность суши, испаряется и ииовь поступает в атмосферу. Щ

Большая роль принадлежит хозяйственному круговороту моды. Человеку для питья нужно немного воды, около 3 л в сут­ки. За год человечество расходует на питье 3,7 км³, но в 200 раз (юльше воды расходуется для нужд производства. Только на прошение требуется примерно 2500 км³ воды в год.

Объем пресных вод составляет 32,2 млн. км³, из них '1,8 млн. км³ (77%) содержится во льдах полярных стран и и'рных ледников, остальные распределяются так:

0,09 млн. км³ (0,3%) —почвенные воды

3,9 млн. км³ (11%) — грунтовые воды верхних горизон­тов

3,9 млн. км³ (11%) — глубинные подземные воды

0,12 млн. км³ (0,4%) —воды в озерах

0,012 млн. км³ (0,04%) —воды в реках

0,014 млн. км³ (0,043%)—воды в виде водяного пара в

атмосфере.

В отличие от других естественных ресурсов на Земле вода Нпходится в непрерывном движении, в процессе круговорота, Поэтому она постоянно восстанавливается.

Вопросы и задания. 1. Начертите круговую диаграмму распределения во­ды it гидросфере. 2. Охарактеризуйте данные о количестве воды, используемые "йшпм поселком или городом. Для каких целей она служит? Какие нужно Примять меры для охраны местных вод от загрязнения? 3. Проведите опы-М на расширение и сжатие воды при изменении температуры. Почему лед г тонет в воде? При какой температуре вода имеет наибольшую плотность? , Какие приемы используют в сельском хозяйстве для сохранения влаги в поч-|н' Объясните их физическую сущность. 5. Начертите схему круговорота воды природе, проанализируйте ее. 6. Изобразите на диаграмме водные ресурсы смли.

Мировой океан

Под Мировым океаном понимают огромные водные про-Транства, покрывающие непрерывной оболочкой значительную щть земного шара. Воды океанов заполняют крупные понижс-

130

»•

131

ни/я земной поверхности. На всем протяжении они обладают определенными физическими и химическими свойствами, кото­рые отличают их от пресных вод суши.

Объем Мирового океана составляет 1370 млн. км³, пло­щадь— 361 млн. км², средняя глубина — 3790 м, наибольшая 11 022 м.

Воды Мирового океана распределяются неравномерно. Меж ду 30—70° ю. ш. в южном полушарии . на океан приходите» 95,5%. а в северном — 44,1% территории.

Каждый из океанов, вдаваясь в сушу, образует моря и :t;i ливы. Море — это более или менее изолированная часть океана, имеющая свой режим, т. е. свои условия солености, температу­ры, течения. Заливы — менее изолированные части океанов, и их режим сходен с режимом океана или моря. По традициям некоторые моря называют заливами (Мексиканский, Гудзонон, Персидский), хотя они являются типичными морями.

Моря в зависимости от расположения и характера котлонии делятся на межматериковые (Средиземное, Карибское, Крае ное), внутриматериковые (Черное, Азовское, Балтийское), окраинные (моря Северного Ледовитого океана), межострои ные (Яванское).

Изучение Мирового океана началось в глубокой древно* "-Первые мореплаватели измеряли глубины под килем су, чтобы избежать опасности сесть на мель или камни.

В IV в. до н. э. греческий мореплаватель Пифей обра внимание на значительные колебания уровня воды в Брист< ском заливе в зависимости от фаз Луны. Аристотель выдвт идею о единстве Мирового океана. По мере развития общеч усложнялись методы исследования. Океан в настоящее вр изучается по согласованной международной программе. Бе шая роль в исследовании Мирового океана принадлежит со ским ученым. Наш флот оснащен современной техникой. Ф,> май его «Академик Курчатов» оборудован самыми соврег ными приборами, позволяющими точно определить место р, ты в любом районе Мирового океана. На борту корабля им ся 24 лаборатории, счетно-вычислительная и радиолокацпог станции, семь эхолотов, позволяющих точно по курсу онр лять глубины океана.

Физические свойства океанской воды

Известно, что вода —■ идеальный растворитель. Мо|н вода представляет собой газово-солевой раствор, богаты! качественному составу. В воде океанов обнаружено 44 м ческих элемента. Больше всего растворено хлоридов, на рые приходится 88,7%, сульфатов—10,7%, карбонатов-и других элементов—0,8%. От этого океанская вода и горько-соленый вкус. Соленый вкус вызван раствором а горький — солями сульфатов (MgS0₄, СаБОл и др.).

Соленость Мирового океана измеряют в %о (промилле). Средняя соленость Мирового океана составляет 35%о, т. е. в I л воды растворено 35 г соли. Наибольшая соленость отме­чается в тропических широтах, где велико испарение, а приток пресной воды небольшой. В экваториальной полосе соленость in-сколько уменьшается из-за выпадения большого количества "■ адков. В умеренных широтах по сравнению с тропическими "мсность вновь уменьшается. Колебания солености невелики — •и 32 до 41 %₀- В прибрежных морях Северного Ледовитого "м-ана соленость уменьшается до 32%о, а в Красном море до­жигает 41 %о. Соотношение растворенных веществ в Мировом •ане не меняется.

Моря Советского Союза, за исключением морей Тихого

•ана, имеют небольшую соленость: Балтийское море — 8%о

Финском заливе соленость уменьшается до 1—3%о). Черное

ре— 14—19 % о- Соленость зависит от климата (в сухом кли-

те она увеличивается). На распределение солености оказы-

■ от влияние и морские течения: теплые — увеличивают ее,

■модные — уменьшают. Соленость уменьшается там, где в мо-

i i пиадают крупные реки.

15 океанской воде растворены многочисленные газы. Особое имение имеет кислород. В холодных водах его растворено ЕЫп.ше, чем в теплых.

Углекислый газ, в отличие от кислорода и азота, находится снизанном состоянии — в виде углекислых соединений. Угле-;лый газ используется животными для построения раковин и ртмых частей тела.

Цпет океанской воды в толще приобретает голубоватый от-

кок. Прозрачность воды зависит от примесей и определяется

помощи диска Сакки. Его изготовляют из цинка диаметром

см, окрашивают в белый цвет. При погружении диска в во-

еледят, на какой глубине он перестает быть видимым. Эта

¹ на определяет степень прозрачности воды. Так, например,

>м море диск становится невидимым на глубине 6—8 м,

гийском—11 —13 м, в Черном — 28 м. Наибольшая про-

к'.ть отмечена в водах океана в тропических широтах.

i ассовом море прозрачность достигает 60 м.

i «ература океанской воды. В верхних слоях океана тепло

делено зонально. В экваториальной зоне температура

мвается в пределах +27—28°С, колебания по сезонам не-

ельны: 1—3 . В тропических широтах температура воды

'.!5°С, в умеренных — от 0 до +20°С, в полярных — от 0

"С.

модальность распределения температур обусловлена мор-ючениями. В тропических широтах западные части океа-плее, чем восточные, разница температур достигает 10°. репных широтах восточные части океанов теплее, чем за-i, а разница температур также составляет 10°.

1.42

133

Средняя температура,поверхностных вод Мирового океану + 17,4° С, т. е. на 3° выше, чем температура суши. Самая высо­кая зарегистрированная температура 4-36° С, самая низкая—-2° С. Амплитуда колебания температур воды составляет 38°, тогда как для воздуха она равна 145° (—87, +58°).

В полярных широтах происходит замерзание океанской во­ды. Температура ее замерзания зависит прежде всего от соле­ности. Так, при солености 20%₀ вода замерзает при t—\,l°C

» » 25%о » » ъ t -1,35°C

» » 30%»»» » t -1,6°С

» » 35%о » » » t -1,9°C

» » 4(Щ » » » t —2,2°С

Пресная вода имеет наибольшую плотность при t +4° С, .i океанская —при более низких температурах. При солености 35%о наибольшая плотность воды наблюдается при t — 3,5° (

При охлаждении пресной воды более тяжелые слои ее но гружаются вниз, а более теплые и легкие поднимаются вверх Перемешивание воды происходит до тех пор, пока вся масс.: не охладится до + 4° С. Дальнейшее охлаждение приводит > скоплению на поверхности более легкой воды, а затем к замер занию. В океане перемешивание воды не прекращается потому что плотность воды с понижением температуры все время mv растает. Кроме этого, при замерзании океанской воды кристал лики льда образуются из пресной воды, следовательно, общ.п соленость вод увеличивается. Поэтому воды океана замерзаю i при более низких температурах, а волнение замедляет этш процесс.

Замерзание океанской воды происходит так. Кристаллит льда, образовавшиеся на поверхности, постепенно срастаюто образуются комки и льдинки, которые почти сплошь покрываю поверхность моря или океана. Это ледяное сало. Затем льдт ки увеличиваются в размерах, трутся друг о друга и принимаю вид больших плавающих тарелок. Этот покров еще не сплоши<> и называется блинчатым льдом. Если погода тихая, блинчаты лед смерзается и образуется сплошной ледяной покров. Cii.ni ное волнение дробит ледяной покров на огромные участки, ш зываемые ледяными полями. Ледяные поля под влиянием пи ров надвигаются друг на друга, взламываются по краям. Такн нагромождения называются торосами. Высота торосов ипогп достигает 5 м.

Граница замерзания в Атлантическом океане проходит i берегов Ньюфаундленда к западным берегам Гренландии, ары пелагу Шпицберген и Кольскому полуострову; в Тихом от ,■ _не — _0Т берегов Северной Кореи к острову Хоккайдо, Кури.'" ским островам и полуострову Аляска.

В южном полушарии граница замерзания отодвигается mi стами до 45° ю. ш.

134