Тема №7. Гидросфера и ее структура, химический состав. План

ТЕМА №7. ГИДРОСФЕРА И ЕЕ СТРУКТУРА, ХИМИЧЕСКИЙ СОСТАВ.

План.

1. 
   Значение гидросферы.
   
2. 
   Состав и структура гидросферы.
   
3. 
   Химический состав гидросферы (воды).
   

Значение гидросферы для развития планеты переоценить сложно — жизнь на Земле была бы невозможной, если бы на ней не было воды. Площадь нашей планеты составляет более 510 млн квадратных километров, и большую часть этой поверхности покрывает вода. Она содержится в различных источниках, имеет разное агрегатное состояние, а значит, состав и строение гидросферы может быть различным.

Львиная доля водного объема приходится на воды Мирового океана. Кроме того, большое количество воды содержится в почве и в скальных породах (грунтовые воды), а также на территории вечной мерзлоты (полярные ледники). Вода в пресных источниках, таких как реки, озера, занимает менее 1 % от общего объема. Незначительное количество воды содержится и в атмосфере в виде пара. Несмотря на то, что эти показатели крайне малы, такой пар является неотъемлемой частью процесса циркуляции воды в природе и имеет крайне важное значение для экосистемы планеты.
Гидросфера представляет собой водную оболочку Земли, расположенную между атмосферой (газовой оболочкой) и литосферой (твердой земной корой).
В состав гидросферы входит вода, которая представлена в 3 состояниях: жидком; твердом (ледники); газообразном (в виде водяного пара, входящего в состав нижних участков атмосферы). В состав данной системы входит большое количество различных химических элементов: различных минеральных солей, газов, других соединений.
Гидросфера является динамической, постоянно меняющейся системой, образующей круговорот воды в природе, когда жидкость испаряется из источников, поднимаясь в виде газа в атмосферу, а затем конденсируется, выпадая в виде осадков.



Теории формирования В современном научном обществе существуют 2 основных теории формирования гидросферы. Это: теллурическая теория; космическая теория. Приверженцы теллурической теории считают, что земная кора, атмосфера и водная оболочка планеты формировались в одно и то же время, разделяясь в результате процессов плавления и высвобождения газов, запертых в твердых веществах.
Известно, что Земля сформировалась из протопланетного облака, в составе которого уже находились различные элементы, но они входили в состав твердых частиц. Когда планета достигла довольно большого размера, в ней стали происходить определенные изменения, которые связаны с силами гравитации и распадом радиоактивных элементов в недрах Земли. Все это привело к разогреву планеты, что в свою очередь стало причиной дифференциации ее составных элементов.
Самые легкие из них, постепенно превращаясь в пар, сформировали основу атмосферы, а затем и гидросферы, более тяжелые вошли в состав земной коры и недр планеты (наиболее объемные элементы, например железо и никель, составляют земное ядро и мантию).
Водная оболочка Земли формировалась очень медленными темпами. Сначала все легкие элементы преобладали в газообразном состоянии, но благодаря тому, что температура над поверхностью планеты была сравнительно невысокой (по сравнению с ее недрами), эти газы конденсировались, образуя с течением времени гидросферу.
Космическая теория гласит, что вся вода, которая содержится на нашей планете, имеет внеземное происхождение. Она была доставлена кометами и метеорами, прилетающими из космоса. В тот период времени, когда планета только сформировалась, она подвергалась постоянным ударам космических тел, в состав которых входили мельчайшие частички воды. Конечно, их количество было весьма незначительным, но благодаря тому, что эта атака продолжалась на протяжении миллионов лет, на поверхности и в недрах планеты скопились масштабные водные запасы.
Существует мнение, что обе этих теории являются верными. Согласно этому мнению, часть гидросферы сформировалась в результате естественных планетарных процессов, характерных для планет земного типа, другая часть прибыла к нам вместе с космическими телами.
Строение и характеристика Большая часть водных запасов сосредоточена в Мировом океане, значительная доля приходится и на вечные полярные ледники. Количество пресной воды в реках и озерах сравнительно мало, однако и эта вода имеет огромное значение для развития жизни на Земле.
Воды Мирового океана занимают большую часть земной поверхности (более 70 %). Он представляет собой непрерывную водную оболочку, покрывающую поверхность планеты. Главным источником атмосферной влаги является именно Мировой океан. В его состав входят все океаны, моря и другие источники, сообщающиеся друг с другом и имеющие примерно одинаковый минеральный состав.



Конечно, концентрация солей и минералов в различных участках данной системы отличается, но в целом характеристики воды Мирового океана сходны между собой. Это единая система, которая, однако, имеет свои границы. Эти границы очерчены береговой линией, а внутренние границы, разделяющие отдельные моря и океаны, носят условный характер.

Моря входят в состав Мирового океана, нераздельно связаны с ним. Моря отделены друг от друга участками суши или возвышенностями подводного рельефа. Морская вода имеет разнообразный и богатый химический состав, в который входит большое количество минеральных элементов – солей (из-за этого жидкость имеет характерный соленый привкус и повышенную плотность). Этот состав может быть различным в зависимости от месторасположения, природных и климатических условий. Размеры морей также отличаются. Например, каспийское море является самым маленьким среди всех (всего на планете насчитывается около 110 морей), при этом химический состав его вод не позволяет относить его к разряду озер.

Озеро представляет собой обособленный источник, заполненный водой в пределах озерного ложа (впадины). Оно не имеет выхода к морю или океану, а значит не является составной частью Мирового океана. Особенностью озер является постоянство их химического состава. Так как озеро представляет собой обособленный водный объект, обмен и обновление жидкости в нем происходит крайне медленно. Но все же и в озерах происходят определенные химические процессы: часть вод, включающая в себя большее количество тяжелых химических соединений, со временем превращается в донные отложения, другая часть воды постепенно испаряется.
В зависимости от способа формирования и других особенностей, озера делятся на: Тектонические (например, озеро Байкал), образующиеся из разломов земной коры, заполняющихся водой. Ледниковые, которые формируются в процессе таяния крупных масс льда. Моренные или речные. Провальные, особенностью которых является их непостоянство. Такие озера периодически исчезают, а через некоторое время появляются вновь. Эти процессы зависят от интенсивности подземных течений. Запрудные, формирующиеся в результате горных обвалов. Горные и кратерные, формирующиеся в вулканических кратерах и горных котлованах.

Ледник представляет собой значительную массу нетающего льда, который медленно движется по поверхности планеты, формируя ее ландшафт. Если же движение ледника прекращается, в данной области формируются особые участки так называемого «мертвого льда». В зависимости от географии расположения, очертаний и способа движения ледники бывают: покровными (более 98 % от общей массы оледенений); горными (около 2 %). Покровные ледники представлены в виде огромных щитов льда, расположенных в полярных зонах планеты (в Гренландии и Антарктиде), они имеют плоскую поверхность с незначительными выпуклостями, слабовыраженный рельеф. В центре ледника расположены значительные массы снега, которые не тают (таяние происходит по краям). Именно в области периферии происходит обламывание льда и образование дрейфующий айсбергов.

Горные ледники отличаются меньшими размерами, но гораздо более разнообразным ландшафтом, который включает в себя различные участки (область питания, движения, таяния). Питание таких ледников осуществляется за счет замерзания атмосферной воды и выпадения снега, схождения горных лавин.

Подземные воды – часть планетарной гидросферы, расположенная в толще земной коры и горных пород. В зависимости от участка расположения подземные воды принято делить на: Почвенные, находящиеся между частичками или отдельными пластами почвы. Эти поверхностные воды представлены в виде свободных потоков (гравитационные) или отдельных частиц (связанные). Грунтовые, расположенные в верхних участках земной коры между отдельными водонепроницаемыми слоями пород. Характеризуются значительными колебаниями по уровню и химическому составу в зависимости от времени года и климатических изменений. Межпластовые расположены между 2 слоями водонепроницаемых твердых пластов коры, однако находятся несколько глубже, чем грунтовые, а значит меньше подвержены изменениям. Минеральные и артезианские. Отличаются повышенным содержанием минеральных солей и химических элементов.

Болотные воды образуются во влажных регионах с мягким почвенным покровом. Такая вода отличается повышенной окисляемостью, мягкостью. В состав таких жидкостей входит довольно мало солей, но в них содержится большое количество других органических соединений, источником которых являются отмершие растения и животные. Их особенностью является поверхностное расположение, а также способность впитывать в себя различные токсичные элементы.

В районах с суровым климатом, где продолжительность зимнего времени занимает большую часть года, образуются особые участки мерзлоты, характеризующиеся отсутствием периодического таяния. Это глобальные участки, занимающие практически четверть от общего периметра суши. Большая часть области вечной мерзлоты сформировалась во время последнего ледникового периода, однако сейчас наблюдается тенденция к таянию на этих участках. В некоторых странах, например в Австралии и в экваториальных, вечная мерзлота отсутствует, а вот для полярных регионов – это распространенное явление.

В зависимости от типа и расположения элементов гидросферы различается и их химический состав. Так, воды включают в себя разное количество определенных составляющих:
1.Макрокомпоненты – основные химические элементы, представленные в виде солей натрия, калия, магния, кальция и многих других веществ. 2.Растворенные газы: кислород, аммиак, метан, водород. 3.Неорганические составляющие – продукты жизнедеятельности живых микроорганизмов. Чаще всего представлены в виде азотистых соединений и фосфора.
4.Органические компоненты – части отмерших растений и представителей фауны. Эти составляющие отвечают за цвет воды и ее запах.
5.Микроэлементы в виде металлов и иных химических элементов. От их содержания зависит жесткость воды и ее свойства.
6.Нерастворимые вещества, например песок, глинистые компоненты, ил.

Молекулярная структура
Основными элементами молекулы является кислород и водород. Молекула воды содержит 2 атома водорода и 1 атом кислорода. Она представляет собой так называемый равнобедренный треугольник, вершину которого составляет кислород, основания – 2 атома водорода. Каждый из этих элементов способен взаимодействовать и связываться с другими, идентичными им.
В молекуле формируются 4 водородные связи. Прочность этих связей определяется агрегатным состоянием.
Интересный факт: если вода находится в жидком состоянии, такие связи возникают спонтанно, носят непродолжительный характер (старые разрываются, образуются новые). Лед имеет более прочную кристаллическую решетку, более долговременные молекулярные связи. Для воды в газообразной форме характерно отсутствие таких связей между отдельными ее молекулами.
Методы изучения состава
Элементы гидросферы имеют различный химический состав, оказывающий то или иное влияние на экосистему и живые организмы. Поэтому очень важно определять состав жидкости в различных регионах. Для этого используют множество самых разных методов изучения качества.