Лекции.ИНФО


Общие представления о гидросфере



 

Гидросфера– водная оболочка Земли, включающая всю химически связанную 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. Верхняя граница гидросферы проводится по поверхности океана, так как пары воды в атмосфере составляют очень небольшую часть гидросферы. Нижняя граница 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. По мнению ученных границы гидросферы совпадают с границами ГО, так как гидросфера это непрерывная оболочка, образованная при взаимодействии всех геосфер ГО.

Гидросфера занимает 361 млн. км3 и содержит 1 454 000 тыс. км3 воды. 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.

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. В полярных ледниках заключено около 90% запасов пресной воды на Земле.

Поверхностные воды суши сосредотачивают небольшую долю воды планеты. Объем озерной воды оценивается в 279 тыс. км3, рек всего в 1,2 тыс. км3.

Происхождение воды.Когда Земля по 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 их числе водяной пар, поднялись на поверхность. По мере охлаждения земной поверхности из водяного пара формировалась водная оболочка – гидросфера. Она появилась, как видно, на завершающем этапе развития планеты. Примерно 4,5 млрд. лет назад первичная гидросфера тонким слоем покрывала всю Землю и воды ее были минерализованы. В мезокайнозое в связи с образованием материков и крупных океанических впадин гидросфера приобрела очертания близкие к современным. В настоящее время происходит выделение воды из мантии со скоростью 1 км3 в год (ювинильная вода), в связи с этим предполагают увеличение объема водной массы океана на 6-7% в течение ближайшего миллиарда лет. Поступает вода и из межпланетного пространства. А.М. Алпатьев (1969) подсчитал, что за геологическое время на Землю могло выпасть 0,73 х 1020 г воды, или слой воды в 15 см. Гидросфера теряет воду вследствие улетучивания водорода в космос, изъятия воды организмами и реакции фотосинтеза.

Вода – одно из самых распространенных на Земле химических соединений. Природные воды образуют океаны, моря, ледники, реки, озера, в виде паров присутствуют в атмосфере, проникают в почву и горные породы. Вода – простейшее и устойчивое соединение водорода с кислородом: 11,19% водорода и 88,81% кислорода (по массе). Вода гидросферы представляет собой природный раствор, в котором кроме воды присутствуют соли, газы и организмы. Соленость вод – содержание (в граммах) всех минеральных веществ, растворенных в 1 кг морской воды. Соленость выражается в г/кг, или в тысячных долях – промилле (S, 0/00). Соленость воды океана равна 350/00, т.е. 35 г солей в 1кг воды. По степени минерализации воды подразделяются:

-по преобладающему аниону на три класса: гидрокарбонатные, сульфатные, хлоридные;

-по преобладающему катиону каждый класс делится на три группы: кальциевые, магниевые, натрий-калиевые.

Пребывание одновременно в газообразном, жидком и твердом состояниях и абсолютная подвижность определили вездесущность воды, она пронизывает всю ГО и производит в ней разнообразную работу. Вода обладает способностью самоочищения: при прохождении через грунт она фильтруется; испаряется только чистая вода, все примеси остаются на месте. Но этот процесс идет до известного предела, загрязнение воды промышленными отходами нередко переходит процесс самоочищения.

Воды гидросферы участвуют во всех влагооборотах на Земле – большом, малом и внутриматериковом. Большой и малый влагообороты связаны между собой переносом водяного пара с океана на сушу и поверхностным и подземным стоком с суши на океан.

Влагооборот находит количественное выражение в годовом водном балансе – соотношение прихода и расхода воды за определенный промежуток времени (год, месяц). На суше объем атмосферных осадков больше, чем объем испаряющейся воды. Разность в 44,2 тыс. км3 составляют воды, переносимые на сушу в виде водяного пара и возвращающиеся в океан поверхностным и подземным стоком. Над океаном объем испарившейся воды больше, чем объем атмосферных осадков. Компенсируются потери за счет притока поверхностных и подземных вод. Для всего земного шара количество испарившейся воды равно количеству атмосферных осадков за один и тот же промежуток времени.

Океаносфера – это ГО, представленная водами океанов и морей со сложными физико-химическими свойствами вод, своеобразным геолого-геоморфологическим строением, животным и растительным миром.

Мировой океан – пространство Земли, покрытое водами океанов и морей, представляющее собой непрерывную водную оболочку. Название «Мировой океан» было предложено Ю.М. Шокальским. В структуре МО выделяют океаны моря, заливы и проливы.

Океан – часть МО, расположенная между отдельными материками и отличающаяся своеобразной конфигурацией береговой линии и особенностями подводного рельефа, со специфической схемой течений, растительным и животным миром. В 1650 г. голландский ученый Г. Варениус в «Географии генеральной» предложил выделять пять океанов: Тихий, Индийский, Атлантический, Северный Ледовитый и Южный Ледовитый. В 1845 г. это деление было подтверждено Лондонским географическим обществом. С 30-х годов 20 в., после детального изучения арктического бассейна, выделено четыре океана, Южный океан был разделен между Тихим, Атлантическим и Индийским. С 1996 г. в России предложено выделять пятый Южный океан, однако характеристики его пока нет. Океан, занимающий 71% всей площади Земли, уже вследствие своих размеров является главным приемником солнечной энергии. Высокая теплоемкость воды делает его также и главным аккумулятором этой энергии. Температура океана непрерывно повышалась бы, не будь расхода накопленного им тепла излучением в пространство, тратой на испарение и конвекцией воздуха (т.к. нагретые океаном слои воздуха поднимаются вверх, а на их место приходят холодные слои, вновь отнимающие тепло у океана на свое нагревание). Водные массы поэтому при охлаждении отдают воздуху, а при нагревании заимствуют у него весьма значительные количества тепла, - в этом кроется причина мощного воздействия океана на климат и морских течений в частности.

Моря – обособленные части океана, отличающиеся собственным гидрологическим режимом, особенностями физических и химических свойств. Выделяют моря окраинные, внутренние (межматериковые и внутриматериковые), межостровные. Число морей по данным разных авторов варьирует от 17 до 84. По данным Международного гидрографического бюро и Межправительственной океанографической комиссии – 59. В океанах и морях выделяют отдельные их части: заливы и проливы.

Заливы – части океана или моря, вдающиеся в сушу и слабо обособленные от открытого океана или моря. Залив продолговатой формы с устьем реки в вершине называется губой. Бухта – небольшой залив сильно обособленный от моря мысами и островами.

Проливы – узкие части океана, разделяющие материки или острова и соединяющие два соседних водоема. Например, Берингов пролив соединяет Тихий и Северный Ледовитый океаны, но разъединяет Азию и Америку.

В вертикальном разрезе толща воды МО распадается на большие слои, отличающиеся по температуре, солености, плотности и характеру циркуляции. Вертикальная структура океана сопоставима со стратификацией атмосферы. По аналогии с атмосферой в МО различают поверхностную зону, ограниченную глубиной проникновения вертикальной конвекции – океаническую тропосферу. Глубже располагаются холодные относительно однородные воды – океаническая стратосфера. В океанической тропосфере выделяют поверхностные до глубины 300-500 м, промежуточные – до глубины 1000-1200 м воды, стратосфера разделяется на глубинные – до 2000-2500 м и придонные воды.

Свободная поверхность океана, совпадающая с поверхностью геоида, называется уровенной. На ее отклонения влияют приливы, изменения температуры и давления, колебания речного стока и землетрясения. Колебания уровенной поверхности океана могут быть периодическими и непериодическими. К первым относятся суточные и сезонные: суточные колебания обусловлены приливами и отливами, сезонные – возникают в результате годовых колебаний речного стока или воздействия муссонов. Непериодические колебания уровенной поверхности могут быть связаны с нагонами при землетрясениях или штормах. Уровенная поверхность имеет выступы в районе Новой Гвинеи до 80 м и провалы у Индостана до 112 м и у Бермудских островов до 64 м. В России за нулевой уровень принят средний уровень Балтийского моря у Кронштадта (от него измеряются абсолютные высоты на территории России).

 

 

Происхождение воды на земле

Исследования показали, что в структуре природной естественной воды содержится великое множество дейтерия, другое название элемента “тяжелый водород”. Дейтерий возникает, когда протекают с водородом реакции, в результате этого небольшой процент водородных атомов получает к себе дополнительный электрон и таким образом становится дейтерием. Как считают ученые, такой фактор свидетельствует о земном происхождении воды. Ученые из Японии предположили, что у ранней Земли была плотная водородная атмосфера, которая в структуре планеты взаимодействовала совместно с кислородом, в результате этого и была образована вода. Идею, что планета имела толстую водородную атмосферу, специалисты построили на базе анализа Земляной орбиты. Сегодня орбита Земли, как и Венеры с Марсом, довольно округлая, но раньше орбита была вытянутой, так как Солнечное притяжение не так сильно действовало на вновь образованные планеты в Солнечной системе. Более того, специалисты считают, что некоторая часть дейтерия образовалась как результат реакций с некоторыми космическими элементами в слоях атмосферы.

Мировой океан

Почти 3/4 поверхности нашей планеты занимают океаны. Вода - драгоценная жидкость, дар природы нашей планете. В таком количестве, как на Земле, ее нет нигде в Солнечной системе.

 

Океан... Трудно представить себе, как велико его значение в жизни Земли. Облака на небе, дождь и снег, реки и озера, родники - все это частицы океана, лишь временно покинувшие его.

 

Океан определяет многие черты природы Земли: отдает атмосфере накопленное тепло, питает ее влагой, часть которой переносится на сушу. Он оказывает большое влияние на климат, почвы, растительный и животный мир суши. Велика его роль в хозяйственной деятельности человека. Он целитель, дающий лекарства и принимающий на свои берега миллионы отдыхающих. Океан - источник морепродуктов, многих полезных ископаемых, энергии; он и «кухня погоды», и самая просторная в мире дорога, связывающая материки. Океан обладает способностью (до определенного предела) самоочищаться благодаря работе бактерий, и поэтому любые отходы, образующиеся на Земле, уничтожаются в нем.

 

История человечества неразрывно связана с изучением и освоением океана. Познание его началось в глубокой древности, со времени первых плаваний египтян и финикийцев. Особенно много новых данных получено за последние десятилетия с помощью новейшей техники. Исследования, проведенные на научных судах и собранные автоматическими океанографическими станциями, а также искусственными спутниками Земли, помогли обнаружить глубинные противотечения, вихри в водах океана, доказать существование жизни на больших глубинах. Изучение строения рельефа дна океана позволило создать теорию движения литосферных плит.

 

Океан - главный хранитель воды, самого распространенного вещества на Земле, этого своеобразного минерала. Как же появилась вода на нашей планете? Окончательно этот вопрос наукой еще не решен. Предполагают, что вода выделилась, как и материковая кора, при образовании Земли из верхней мантии или накапливалась постепенно. Вода и сейчас выделяется из магмы, попадая на поверхность Земли при извержении вулканов, при образовании океанической коры в зонах растяжения плит литосферы. Так будет происходить еще многие миллионы лет.

 

Океаническая вода - это раствор, в котором обнаружены почти все химические вещества. В ней растворены соли, газы, органические вещества, образующиеся в результате жизнедеятельности организмов. Есть в воде и нерастворимые частицы. При выделении воды из мантии в ней уже содержались некоторые соли. Другие соли поступают в океан с водами, стекающими с материков.

 

Соленость вод океана не везде одинакова. Основные изменения наблюдаются в поверхностном слое. Соленость этого слоя зависит главным образом от соотношения атмосферных осадков и испарения, которое изменяется в зависимости от географической широты. Меньше соленость там, где количество осадков превышает испарение, где велик приток речных вод, где тают льды.

 

Воды океана нагреваются, как и суша, от притока солнечного тепла на его поверхность. Занимая большую площадь, океан получает больше тепла, чем суша. Температура поверхностных вод неодинакова и распределяется в зависимости от географической широты. В отдельных районах океана это закономерное распределение нарушается океаническими течениями, постоянными ветрами, а в прибрежных частях - стоком более теплых вод с материков.

 

Температура воды в океане изменяется и с глубиной. Сначала понижение ее очень значительно, а затем оно замедляется. На глубинах более 3-4 тыс. м температура обычно колеблется от +2° до 0° С.

 

Температура замерзания соленой океанической воды на 1 - 2° С ниже, чем пресной. При охлаждении плотность соленой воды увеличивается, верхний слой ее оказывается тяжелее и погружается вниз, а к поверхности океана поднимаются более теплые слои воды. Такое перемешивание воды препятствует образованию льда. Лед образуется только в арктических и антарктических широтах, где зима долгая и очень холодная. Замерзают также некоторые неглубокие моря, расположенные в умеренном поясе. Льдом покрывается около 15% площади океана. Различают однолетние и многолетние льды. Океанический лед может быть неподвижным, если он связан с сушей, или плавучим, т. е. дрейфующим. В океане встречаются льды, отколовшиеся от ледников суши и спустившиеся в океан. Крупные массивы этого льда называют айсбергами. Остров Гренландия «поставляет» в океан горообразные айсберги, а от шельфовых ледников Антарктиды откалываются столообразные айсберги, достигающие в длину более 100 км. Это кладовые чистейшей пресной воды. Айсберги, украшая пейзаж полярных широт, порой создают угрозу для кораблей. Ледовый покров, как неотъемлемая часть мирового океана, оказывает значительное влияние на климат нашей планеты.

 

 

Температурный режим вод МО

Температурный режим вод МО определяется тепловым балансом. Океан получает теплоту за счет суммарной солнечной радиации. от конденсации влаги на водной поверхности, льдообразования и химико-биологических процессов, идущих с выделением теплоты; в океан поступает теплота, приносимая атмосферными осадками, речными водами; на температуре глубоководных слоев сказывается теплота Земли (об этом свидетельствуют высокие до 260 0С температуры во впадинах Красного моря – вода здесь горячий рассол с соленостью 2700/00). Теряется теплота за счет эффективного излучения водной поверхности, испарения воды, таяния льда, турбулентного обмена с атмосферой, нагрева холодной воды рек и течений. Определяющее значение в тепловом балансе имеет приход солнечной радиации и расход тепла на испарение.

Средняя годовая температура МО составляет 17,40С, наибольшая средняя годовая температура воды отмечена для Тихого океана (19,10С), наименьшая – для Северного Ледовитого океана (0,750С). Распределение теплоты в толще океанской воды происходит благодаря конвекции и перемешиванию в результате волнения и течений. Температура воды с глубиной понижается. На некоторой глубине в толще воды наблюдается резкое понижение температуры, здесь выделяется слой температурного скачка – термоклин. По изменению температуры воды с глубиной выделяется несколько типов распределения температур.

В экваториальном типе температура воды быстро уменьшается от 26,650С на поверхности до 10,740С на глубине 300 м. Термоклин наблюдается на глубине 200-300 м. Далее до глубины 1000 м температура воды уменьшается медленно, а глубже остается практически постоянной.

В тропическом типе температура воды резко падает от 26,060С до 13,600С на глубине 300 м, далее температура воды изменяется более плавно.

В субтропическом типе температура воды уменьшается от 20,30С на поверхности до 13,10С на глубине 300 м. В субполярном типе температура уменьшается от 8,220С на поверхности до 5,200С на глубине 150 м. Полярный тип характеризуется уменьшением температуры воды до глубины 100 м, затем температура начинает повышаться до 1,80С на глубине 400 м. За счет притока теплых атлантических вод. На глубине 1000 м температура воды равна 1,550С. В слое от поверхности до глубины 1000 м наблюдается зональное изменение температуры и солености воды, глубже характеристики воды остаются практически постоянными.

 









Читайте также:

Последнее изменение этой страницы: 2016-03-22; Просмотров: 99;


lektsia.info 2017 год. Все права принадлежат их авторам! Главная