1. Вода в геосферах Земли

1.1. Надземная гидросфера

На Земле выделяют 4 геосферы: 1) атмосфера, 2) гидросфера, 3) литосфера, 4) биосфера. Кроме собственно «водяной» сферы – гидросферы вода охватывает и все остальные оболочки, она отмечается всюду и в атмосфере и в литосфере, а биосфера на ¾ состоит из воды. Академик Ф.П. Саваренский в гидросфере выделил наземную и подземную (литосферные воды) гидросферу и рекомендовал не отрывать (изолировать) их друг от друга. Выдающийся гидрогеолог Кирюхин В.А. предложил выделять 3 «гидросферных» зоны: надземную (вода в атмосфере), наземную (поверхностные воды) и подземную.

Всего на Земле содержится более 2,5 млрд. км³ воды: в наземной гидросфере 1,4 млрд. км³, в земной коре – 1,1 млрд. км³. Вода биосферы составляет примерно половину общего годового речного стока. В атмосфере содержится свыше 500 тыс. км³ воды. Воды всех геосфер имеют тесную связь, между ними существуют балансовые равновесия и взаимообусловленность. Воды постоянно переходят из одной геосферы в другую (постулат В.И. Вернадского «О единстве природных вод»).

1.1.1. Влажность воздуха

Иметь сведения из метеорологии и климатологии гидрологам необходимо для правильного суждения об условиях питания и режима подземных вод.

Атмосфера окружает нашу планету тонким слоем, не имеющим резко выраженной верхней границы. Плотность воздуха с высотой уменьшается настолько быстро, что почти ¾ всей его массы находится ниже 10 км и половина – ниже 5 км. На высоте 10 км давления ртутного столба = 198 мм. Важнейшие метеорологические процессы – образование облаков и осадков происходит в пределах 10-километровой оболочки:

Атмосфера делится на 2 части: тропосферу и стратосферу. Тропосфера расположена до высоты 10-11 км в умеренных широтах и до 17 км – у экватора. Температура с высотой падает. Выше располагается стратосфера. Температура в ней с высотой почти не меняется или незначительно повышается. Верхняя граница стратосферы составляет 80-90 км.

Далее следует ионосфера, для которой характерны процессы ионизации, протекающие под действием ультрафиолетовых лучей Солнца и космического излучения. С этими процессами связаны полярные сияния, наблюдаемые в ионосфере.

Атмосферный воздух у поверхности Земли представляет собой смесь газов, состоящую преимущественно из азота и кислорода. По объему к N₂=78%, О₂₌21%. Кроме того, в небольшом количестве присутствуют аргон (0,93%), углекислый газ (0,03%), водород, инертные газы, а также водяной пар, следы аммиака, йода, перекиси водорода и др.

Влажность воздуха – это содержание водяного пара в воздухе. Среднее содержание его у 70⁰с.ш. - 0,2%, у 50⁰с.ш. - 0,9%, у экватора – 2,6%.

В столбе воздуха сечением 1 м² и высотой 8 км общий запас влаги составляет примерно 16,5 кг, причем около 70% ее заключается ниже 3,5 км. С высотой температура уменьшается.

Вес водяного пара, отнесенный к единице веса влажного воздуха – удельная влажность. Вес 1 м³ воздуха на уровне моря при 0⁰С и Р=760 мм.рт.ст.≈1,3 кг. Так как плотность водяного пара (0,623) < плотности сухого воздуха, влажный воздух весит меньше. Как всякий газ водяной пар обладает упругостью, которая измеряется высотой уравновешенного ею ртутного столба. Упругость паров, которая в данный момент находится в воздухе – абсолютная влажность (е).

Отношение абсолютной влажности к упругости паров (Е), необходимо для насыщения того же пространства при той же t⁰ – относительная влажность (е₁)

е₁=е/Е или (в %) е₁= е/Е*100

Если говорят, что относительная влажность =50%,то это значит, что количество водяных паров составляет ½ от количества для насыщения. Упругость паров увеличивается с ростом t⁰ воздуха.

Абсолютная влажность увеличивается от полюса к экватору. Абсолютная и относительная влажности изменяются в обратных отношениях: первая достигает max в теплое время, вторая - в холодное.

Определение влажности воздуха производится психрометром.

Это прибор, основанный на измерении t⁰ сухим и с мягким термометрами. Чем суше воздух, тем больше разница t⁰. В зимних условиях показания психрометра менее надежны, поэтому пользуются гигрометром. Здесь используется свойство обезжиренного человеческого волоса, который увеличивает длину при увеличении влажности. Автоматическая запись производится с помощью гигрографа, в котором приемником служит пучок обезжиренных волос, натянутых между стойками.