Введение в предмет

Происхождение воды.

Вода - самый распространенный на земле минерал. Богатство водой - космическая особенность нашей планеты. Все (или почти все) процессы географической оболочки протекают при участии воды. А главное, что зарождение, существование и развитие живого вещества (биосферы) связано с водой. Ей принадлежит важнейшая роль в истории развития Земли. В свете космогонической теории происхождение воды на Земле представляется в следующем виде (по А.В. Виноградову). Земля при достижении примерно современной массы стала разогреваться, в мантии начались плавление и дифференциация вещества на летучие, легкоплавкие и тугоплавкие компоненты. Тугоплавкие компоненты остались в мантии, легкоплавкие в виде базальта образовали земную кору, а летучие, в т.ч. и водяной пар, поднялись на поверхность. По мере охлаждения земной поверхности из водяного пара формировалась водная оболочка - гидросфера. Она появилась на завершающем этапе образования планеты.

Выделение воды из мантии происходит и теперь - около 1 км³ в год. Эта вода называется ювенильной (юной).

Вода поступает и из межпланетного пространства. Исходя из того, что в поступающем из вселенной на Землю в межпланетном веществе содержится около 0,5% воды. Подсчитано, что за геологическое время на Землю выпало около 0,73 х 10²г воды (или слой в 15см). Следовательно, межпланетное пространство не может рассматриваться как прародитель воды на Земле. Выделяясь из мантии, и переходя из парообразного в жидкое состояние, вода растворяла другие летучие вещества, одновременно сформировался влагооборот. Вода проникла в атмосферу и на материки. Появились реки, озера, подземные воды и ледники.

Развитие гидросферы.

Водная оболочка Земли развивалась вместе с литосферой, атмосферой и живой природой.

В архее, в жарком климате интенсивно протекал круговорот воды по сокращенной схеме: океан - атмосфера - океан. Не было зеленых растений, интенсивно поступала ювенильная вода. Объем гидросферы увеличился.

С протерозоя начинается рост массы живого вещества, в развитии гидросферы активно начинает участвовать фотосинтез, изымающий значительное количество воды. Одновременно шло развитие материков, горообразование, формирование мощной коры выветривания. Эти процессы также связали значительную массу воды.

В палеозое, литосфера переживала бурное геологическое развитие, моря заливали геосинклинали и трансгрессировали на платформы, которые то поднимались, то опускались. Земная поверхность дифференцировалась на материковую и океанскую. Неуклонно росла континентальная часть гидросферы (реки, озера, подземные воды).

Увеличивалась масса зеленых растений, достигая апогея в карбоне. Дифференцировались климаты.

В мезозое и палеогене сформировались современные океаны. Возраст океанов различный.

Особого внимания заслуживает роль фотосинтеза в развитии гидросферы. Фотосинтез изымает и захороняет на некоторое время часть воды и выступает в качестве регулятора объема гидросферы. Без него географической оболочке угрожало бы затопление. Если мы вспомним процесс фотосинтеза: из 4х молекул воды безвозвратно разлагается только одна, а 3 снова образуют воду. Следовательно, из общего объема воды, идущей на фотосинтез, изымается только 25%, а 75% обратно возвращаются в гидросферу. Вот почему все природные воды эндогенно-биогенные.

Единство и части гидросферы

Гидросфера состоит из Мирового океана, вод суши (реки, озера, ледники, подземные воды). Гидросфера непрерывна. В гидросферу обычно не включают атмосферную влагу (0,001% объема гидросферы), но роль ее несравненно больше в сравнении с местом, которое она занимает по объему (табл.1).

Количество воды на Земле до сих пор достаточно надежно не определено, в т.ч. в связи с трудностями подсчета ее массы внутри земной коры.

Таблица 1.Объем гидросферы

Части гидросферы	Объем, тыс.км3	Доля общего объема в %	Время обновления
1.Океан	1370322	93,93	3 тыс. лет
2.Подземные воды	60000	4,12	300 лет
3.Ледники	24000	1,65	15 тыс. лет
4.Озера	230	0,16	200 лет
5.Реки	1,2	0,0001	12 сут.
6.Почвенная влага	75	0,005	1 год
7.Атмосферная влага	14	0,001	9 сут.
	1458642,2	100%

Главная масса природной воды сосредоточена в океанах (около 94%). Из них около 32-35 тыс. км³ приходится на айсберги – это большой резервуар пресной воды. Второе место по объему занимает вода земной коры. Ее объем не поддается точному учету из-за невозможности надежно подсчитать количество свободной и связанной воды, да и термодинамические условия литосферы допускают существование воды. Третье место занимают ледники – это тоже резерв пресной воды. Объем воды в ледниках составляет где-то 1,65% объема гидросферы и 90% общего запаса пресной воды. Объем озерной воды – 230 тыс. км³, в водохранилищах – 5тыс. км³. В реках всего 0,0001%, но вода в них весьма активна и ее роль определяется не столько удельным весом, сколько быстротой смены.

Почвенная влага участвует в питании растений.

Условно к гидросфере можно причислить воду, содержащуюся в живых организмах (около 50 км³) где-то 0,003% водной оболочки. Сухопутные организмы на 80%, водные на 90%, споры на 50% состоят из воды. Представление о времени обновления воды в природе дают следующие числа – льды обновляются за 15 тыс. лет, подземные воды (в 1км. слое) за 300 лет, озерные воды – 3,5 года, почвенные – 8-11 мес., речные – 12 суток. Приняв во внимание быструю смену воды в организмах, можно понять, что за короткое время живое вещество перерабатывает всю природную воду.

ИТАК: гидросфера – водная оболочка Земли, включающая всю химически несвязанную воду в жидком, твердом и газообразном состоянии.

Верхняя граница гидросферы – тропосфера (тропопауза), нижняя примерно 4 км. Вглубь Земли (в МО – по дну).

По массе гидросфера составляет 1/4000 часть от массы Земли (m_Земли = 10¹⁵).

ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ О ГИДРОЛОГИИ ВОДНЫХ ОБЪЕКТОВ, ХИМИЧЕСКИХ И ФИЗИЧЕСКИХ СВОЙСТВАХ ПРИРОДНЫХ ВОД.

Общие понятия.

Вода имеет огромное распространение на земном шаре - на его поверхности, в почве и в толще горных пород, в атмосфере. Вода - необходимое условие жизни человека, а также подавляющего большинства животных и растений, она является важнейшим фактором экономического развития территорий.

Скопление природных вод на земной поверхности и в верхних слоях земной коры образуют водные объекты. Выделяют три группы водных объектов:

1) водотоки – водные объекты на земной поверхности с поступательным движением воды в руслах (естественных или искусственных) в направлении уклона; к ним относятся реки и каналы;

2) водоемы – водные объекты в понижениях земной поверхности с замедленным водообменом - океаны, моря, озера, водохранилища, болота;

3) особые водные объекты - ледники и подземные воды.

Совокупность водных объектов образует гидросферу.

Для описания водных объектов и их режима используются гидрологические характеристики:

1) морфометрические, т.е. связанные с размером и формой объектов ( площадь, длина, ширина, глубина и т.п.);

2) собственно гидрологические, характеризующие количество воды и ее движение (уровень и расход воды, скорость течения);

3) гидрофизические, характеризующиеся физические свойства воды (температура, толщина льда, плотность и т.д.);

4) гидрохимические (минерализация, концентрация отдельных ионов);

5) гидробиологические (состав и численность живых организмов, биомасса и т.д.)

6) хронологические (даты наступления и продолжительность гидрологических явлений).

Гидрологическое состояние водного объекта - совокупность его гидрологических характеристик в данный момент времени. Гидрологический режим - закономерное изменение состояния водного объекта во времени. Гидрологические процессы - совокупность физических, химических и биологических процессов, определяющих гидрологическое состояние и режим водных объектов.

Гидрология – это наука, изучающая круговорот воды (вместе с содержащимися в ней веществами), ее распределение на земном шаре, процессы, происходящие в водных объектах, пространственно-временные изменения характеристик водных объектов.

По задачам и методам исследования гидрология делится на ряд разделов. Это - общая гидрология, изучающая наиболее общие закономерности гидрологических процессов и явлений, региональная гидрология (или гидрография) занимающаяся изучением и описанием конкретных водных объектов, прикладная (инженерная) гидрология, разрабатывающая методы расчетов и прогнозов различных гидрологических характеристик, гидрометрия, разрабатывающая методы измерений и наблюдений при изучении природных вод.

Гидрология является отраслью географии. На стыке с другими фундаментальными науками возникли специальные разделы гидрологии: гидрофизика, изучающая физические процессы в водных объектах (динамические, термические) и формирование физических характеристик воды (льда, снега); гидрохимия, изучающая химические процессы в водных объектах, формирование химического состава природных вод и его изменение во времени и пространстве; гидробиология, изучающая живые организмы в водных объектах, их взаимоотношения друг с другом и с условиями обитания.

По объектам исследований гидрология подразделяется на три основные части: океанологию (или гидрологию морей); гидрологию суши, или точнее гидрологию поверхностных вод суши (реки, озера, водохранилища, болота, ледники); гидрологию подземных вод, которая одновременно является составной частью геологической науки — гидрогеологии. Некоторые пообъектные разделы гидрологии суши одновременно входят в состав комплексных наук: гидрология болот в состав болотоведения, гидрология ледников в состав гляциологии.