Общая характеристика гидросферы
Проблема происхождения воды и формирования гидросферы. Мировые запасы воды на Земле. Расчет запасов подземных вод по континентам без учета запасов подземных вод в Антарктиде. Вода как одно из самых удивительных соединений на Земле, ее важнейшие свойства.
| Рубрика | Экология и охрана природы |
| Вид | реферат |
| Язык | русский |
| Дата добавления | 04.09.2017 |
| Размер файла | 1,4 M |
Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже
Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.
25
Размещено на http://www.allbest.ru/
Общая характеристика гидросферы
Содержание
- 1. Происхождение и формирование гидросферы
- 2. Водные ресурсы планеты
- 3. Важнейшие свойства воды
- 4. Круговорот воды и значение гидросферы
- Литература
1. Происхождение и формирование гидросферы
Проблема происхождения воды и формирования гидросферы, несмотря на довольно высокий современный уровень развития наук о Земле, до сих пор является наименее разработанной. Существует множество гипотез происхождения воды и развития гидросферы, но ни одна из них не вышла из стадии рабочей гипотезы, накопления, предварительной систематизации и обобщения материалов.
Все гипотезы условно можно объединить в две большие группы:
1) теллурического происхождения;
2) космического происхождения воды.
Наиболее убедительными представляются гипотезы первой группы, согласно которым литосфера, атмосфера и гидросфера образовались в едином процессе, в результате выплавления и дегазации вещества мантии. По мнению А.П. Виноградова, в момент формирования Земли из протопланетного облака все элементы ее будущей атмосферы и гидросферы находились в связанном виде в составе твердых веществ: вода - в гидроокислах, азот - в нитритах и нитратах, кислород - в окислах металлов, углерод - в графитах, карбидах и карбонатах. Достигнув примерно современной массы, Земля стала разогреваться в результате гравитационного сжатия ее недр и за счет распада радиоактивных изотопов, и в мантии началось плавление и дифференциация вещества на летучие, легкоплавкие и тугоплавкие. Тугоплавкие вещества остались в недрах Земли, легкоплавкие в виде базальта образовали земную кору. Летучие вещества - водяной пар вулканических газов, соединения углерода, серы, аммиак, галоидные кислоты, водород, аргон и некоторые другие газы - поднялись на поверхность и образовали атмосферу и гидросферу. Причем, почти весь водяной пар конденсировался (температура над поверхностью Земли не превышала +15°С), превратился в жидкую воду и тем самым сформировал "праокеаны". В первичный океан переходили, растворяясь в воде, также и другие составные части вулканических газов - большая доля углекислого газа, кислоты, соединения серы и часть аммиака. Кислоты, особенно в воде, реагировали с силикатами горных пород, извлекая из них щелочные, щелочноземельные и другие элементы. В результате вода переставала быть кислой, а растворимые соли извлеченных из силикатов элементов переходили в океан, поэтому вода в нем сразу же становилась соленой. Первичный океан, вероятно, был неглубоким, но покрывал почти всю Землю. С ростом массы гидросферы увеличивался и объем океана, изменялись его очертания, что было связано с формированием континентальной и океанической коры. С поверхности океана испарялась вода (пресная), которая, возвращаясь в виде дождей на земную поверхность, сформировала воды суши. Воды океана, суши и атмосферы составили единую земную оболочку - гидросферу. Это и определило одну из специфических особенностей Земли, отличающую ее от других планет Солнечной системы, - постоянное наличие на ней гидросферы.
2. Водные ресурсы планеты
Понятие "гидросфера" постоянно трансформировалось. В настоящее время гидросферой принято называть водную оболочку Земли, включающую всю несвязанную воду независимо от ее состояния: жидкую, твердую, газообразную.
Нижняя граница гидросферы принимается на уровне поверхности мантии (поверхности Мохоровичича), а верхняя проходит в верхних слоях атмосферы. Гидросфера включает в себя Мировой океан, воды суши (реки, озера, болота, ледники), атмосферную влагу, а также подземные воды, залегающие всюду на материках, на дне озерных и морских впадин и под толщей вечных льдов.
Таким образом, являясь частью географической оболочки, гидросфера охватывает весь комплекс земных оболочек. Гидросфера непрерывна, как непрерывны лито - и атмосфера, и едина. Ее единство заключается в общности происхождения всех природных вод из мантии Земли, в единстве их эволюции, взаимосвязи всех видов вод и способности перехода одного вида вод в другой, в единстве их функций в природе (обмен веществами и энергией).
Мировые запасы воды на Земле колоссальны. Общий объем гидросферы по последним данным (таблица 1) составляет около 1390 млн. км3. Если все воды гидросферы равномерно распределить по поверхности Земли, слой ее будет иметь толщину около 2,5 км.
Предполагается, что это количество воды в течение геологического времени практически остается неизменным, несмотря на продолжающее поступление воды из мантии и из Космоса (ледяные ядра комет, метеорное вещество, пыль.) и потери ее за счет разложения воды фотосинтезом и диссипации легких газов в Космосе. Однако соотношение отдельных ее видов, перечисленных в таблице 1, нельзя считать постоянным и абсолютно точным. Оно менялось в разные периоды жизни Земли. Имеющиеся в литературе данные [3] о соотношении частей гидросферы несколько различаются (рисунок 1).
Таблица 1 - Мировые запасы воды
|
Части гидросферы |
Площадь распространения, млн. км2 |
Объем воды, тыс. км3 |
Слой воды, м |
Доля в мировых запасах, % |
||
|
От общих запасов воды |
От запасов пресной воды |
|||||
|
Мировой океан |
361,26 |
1340,74 |
3711 |
96,49 |
- |
|
|
Подземные воды (гравитационные и капиллярные) |
134,73 |
23,40 |
174 |
1,68 |
||
|
Преимущественно пресные подземные воды |
134,73 |
10,53 |
78 |
0,76 |
29,39 |
|
|
Почвенная влага |
82,00 |
0,02 |
0,24 |
0,001 |
0,06 |
|
|
Ледники и постоянно залегающий снежный покров В том числе: |
16,23 |
24,87 |
1523 |
1,79 |
69,41 |
|
|
В Антарктиде |
13,98 |
22,41 |
1603 |
1,61 |
62,55 |
|
|
В Гренландии |
1,80 |
2,34 |
1300 |
0,17 |
6,53 |
|
|
На Арктических островах (Канадский Арктический архипелаг, Новая земля, Северная земля, Земля Франца-Иосифа, Шпицберген, малые острова) |
0,23 |
0,08 |
348 |
0,006 |
0,22 |
|
|
В горный районах за пределами Арктики и Антарктики |
0,22 |
0,04 |
182 |
0,003 |
0,11 |
|
|
Подземные льды зоны многолетнемерзлых пород |
21,00 |
0,30 |
14 |
0,022 |
0,84 |
|
|
Запасы воды в озерах В том числе: |
2,06 |
0,18 |
87 |
0,013 |
- |
|
|
В пресных |
1,24 |
0,09 |
73 |
0,0065 |
0,25 |
|
|
В соленых |
0,82 |
0,09 |
110 |
0,0065 |
- |
|
|
Воды болот |
2,68 |
0,01 |
3,73 |
0,0007 |
0,03 |
|
|
Воды в руслах рек |
148,84 |
0,002 |
0,013 |
0,0001 |
0,006 |
|
|
Биологическая вода (вода, содержащаяся в живых организмах и растениях) |
510,10 |
0,001 |
0,002 |
0,0001 |
0,003 |
|
|
Вода в атмосфере |
510,10 |
0,01 |
0,02 |
0,0007 |
0,03 |
|
|
Общие запасы воды |
510,10 |
1389,53 |
2724 |
100 |
- |
|
|
Пресные воды |
148,84 |
35,83 |
241 |
2,58 |
100 |
Примечание. Расчет запасов подземных вод выполнен по отдельным континентам без учета запасов подземных вод в Антарктиде, ориентировочно оцениваемых в 2 млн. км3, в том числе преимущественно пресных - около 1млн. км3.
Рисунок 1 - Водные ресурсы Земли (·106 км3), по [3]
В современную эпоху основные запасы воды сосредоточены в Мировом океане (96,5 %). Пресных вод в гидросфере всего 2,58 % от общих запасов воды. Больше всего пресных вод содержится в ледниках и снежном покрове Антарктиды, Арктики и горных стран (1,78 % объема гидросферы или 69,3% от запасов пресных вод на Земле). Если весь лед равномерно распределить по поверхности земного шара, он покроет ее слоем в 53 м, а если растопить эти массы льда, то уровеньлед равномерно распределить по поверхности земного шара, он покроет ее слоем в 53 м, а если растопить эти массы льда, то уровень океана повысится на 64 м. Ледники занимают особое место в круговороте воды на Земле, т.к. они сохраняют влагу в твердом состоянии на много лет. В среднем, снежинка, выпавшая на ледник, покоится там более 8000 лет, прежде чем вновь превратится в воду и попадет в активный круговорот воды.
Громадные запасы воды аккумулированы в литосфере. Доля пресных подземных вод от общего запаса пресных вод на Земле составляет 29,4 %. На долю рек приходится 0,006 %, пресных озер - 0,25 %, на воду, содержащуюся в атмосфере, - 0,03 % общего количества пресных вод. На долю пресных вод, пригодных для водоснабжения, приходится 4,2 млн. км3, или всего лишь 0,3 % объема гидросферы.
Интересен тот факт, что самым большим хранилищем поверхностных пресных вод является озеро Байкал, где содержится 1/5 всех мировых запасов поверхностных пресных вод мира. Сказанное можно подкрепить и другим примером. Если допустить, что запасы воды будут изъяты из озера, то заполнение освободившегося объема озера всеми впадающими реками произошло бы только за 250-300 лет при условии, что вода из озера не расходовалась бы на сток и испарение.
3. Важнейшие свойства воды
Вода - одно из самых удивительных соединений на Земле - давно уже поражает исследователей необычностью многих своих физических свойств:
1) Неисчерпаемость как вещества и природного ресурса; если все другие ресурсы земли уничтожаемы или рассеиваемы, то вода как бы ускользает от этого, принимая различные формы или состояния: кроме жидкой - твердую и газообразную. Это единственное вещество и ресурс такого типа. Это свойство обеспечивает вездесущность воды, она пронизывает всю географическую оболочку Земли и производит в ней разнообразную работу.
2) Присущее только ей расширение при затвердевании (замерзании) и уменьшение объема при плавлении (переходе в жидкое состояние).
3) Максимальная плотность при температуре +4°С и связанные с этим весьма важные свойства для природных и биологических процессов, например исключение глубокого промерзания водоемов. Как правило, максимальная плотность физических тел наблюдается при температуре затвердевания. Максимальная плотность дистиллированной воды наблюдается в аномальных условиях - при температуре 3,98-4°С (или округленно +4°С), т.е. при температуре выше точки затвердевания (замерзания). При отклонении температуры воды от 4°С в обе стороны плотность воды убывает.
4) При плавлении (таянии) лед плавает на поверхности воды (в отличие от других жидкостей).
5) Аномальное изменение плотности воды влечет за собой такое же аномальное изменение объема воды при нагревании: с возрастанием температуры от 0 до 4°С объем нагреваемой воды уменьшается и только при дальнейшем возрастании начинает увеличиваться. Если бы при понижении температуры и при переходе из жидкого состояния в твердое плотность и объем воды изменялись так же, как это происходит у подавляющего большинства веществ, то при приближении зимы поверхностные слои природных вод охлаждались бы до 0°С и опускались на дно, освобождая место более теплым слоям, и так продолжалось бы до тех пор, пока вся масса водоема не приобрела бы температуру 0°С. Далее вода начинала бы замерзать, образующиеся льдины погружались бы на дно, и водоем промерзал бы на всю его глубину. При этом многие формы жизни в воде были бы невозможны. Но так как наибольшей плотности вода достигает при 4°С, то перемещение ее слоев, вызываемое охлаждением, заканчивается при достижении этой температуры. При дальнейшем понижении температуры охлажденный слой, обладающий меньшей плотностью, остается на поверхности, замерзает и тем самым защищает лежащие ниже слои от дальнейшего охлаждения и замерзания.
6) Переход воды из одного состояния в другое сопровождается затратами (испарение, таяние) или выделением (конденсация, замерзание) соответствующего количества тепла. На таяние 1 г льда необходимо затратить 677 кал, на испарение 1 г воды - на 80 кал меньше. Высокая скрытая теплота плавления льда обеспечивает медленное таяние снега и льда.
7) Способность относительно легко переходить в газообразное состояние (испаряться) не только при положительных, но и при отрицательных температурах. В последнем случае испарение происходит минуя жидкую фазу - из твердой (льда, снега) сразу в парообразную. Такое явление носит название - сублимация.
8) Если сравнить температуру кипения и замерзания гидридов, образованных элементами шестой группы таблицы Менделеева (селена H2Se, теллура Н2Те) и воды (Н2О), то по аналогии с ними температура кипения воды должна быть порядка 60°С, а температура замерзания - ниже 100° С. Но и здесь проявляются аномальные свойства воды - при нормальном давлении в 1 атм. вода кипит при +100°С, а замерзает при 0°С.
9) Громадное значение в жизни природы имеет и тот факт, что вода обладает аномально высокой теплоемкостью, в 3000 раз большей, чем воздух. Это значит, что при охлаждении 1 м3 воды на 1 0С на столько же нагревается 3000 м3 воздуха. Поэтому, аккумулируя тепло, Океан оказывает смягчающее влияние на климат прибрежных территорий.
10) Вода поглощает тепло при испарении и таянии, выделяя его при конденсации из пара и замерзании.
11) Способность воды в дисперсных средах, например в мелкопористых почвах или биологических структурах, переходить в связанное или рассредоточенное состояние. В этих случаях очень сильно меняются свойства воды (ее подвижность, плотность, температура замерзания, поверхностное натяжение и другие параметры), крайне важные для протекания процессов в природных и биологических системах.
12) Вода - универсальный растворитель, поэтому не только в природе, но и в лабораторных условиях идеально чистой воды нет уже по той причине, что она способна к растворению любого сосуда, в который заключена. Есть предположение, что поверхностное натяжение идеально чистой воды было бы таковым, что по ней можно было бы кататься на коньках. Способность воды к растворению обеспечивает перенос веществ в географической оболочке, лежит в основе обмена веществами между организмами и средой, в основе питания.
гидросфера мировой запас вода
13) Из всех жидкостей (кроме ртути) у воды самое высокое поверхностное давление и поверхностное натяжение: = 75·10-7 Дж/см2 (глицерин - 65, аммиак - 42, а все остальные - ниже 30 ·10-7 Дж/см2). В силу этого капля воды стремится принять форму шара, а при соприкосновении с твердыми телами смачивает поверхность большинства из них. Именно поэтому она может подниматься вверх по капиллярам горных пород и растений, обеспечивая почвообразование и питание растений.
14) Вода обладает высокой термической устойчивостью. Водяной пар начинает разлагаться на водород и кислород только при температуре выше 1000°С.
15) Химически чистая вода является очень плохим проводником электричества. Вследствие малой сжимаемости в воде хорошо распространяются звуковые и ультразвуковые волны.
16) Свойства воды сильно изменяются под влиянием давления и температуры. Так, при росте давления температура кипения воды повышается, а температура замерзания, наоборот, понижается. С повышением температуры уменьшаются поверхностное натяжение, плотность и вязкость воды и возрастают электропроводность и скорость звука в воде.
Аномальные свойства воды вместе взятые, свидетельствующие о чрезвычайно высокой ее устойчивости к воздействию внешних факторов, вызваны наличием дополнительных сил между молекулами, получивших название водородных связей. Суть водородной связи сводится к тому, что ион водорода, связанный с каким-то ионом другого элемента, способен электростатически притягивать к себе ион того же элемента из другой молекулы. Молекула воды имеет угловое строение: входящие в ее состав ядра образуют равнобедренный треугольник, в основании которого находится два протона, а в вершине - ядро атома кислорода (рисунок 2).
Рисунок 2 - Строение молекулы воды
Из имеющихся в молекуле 10 электронов (5 пар) одна пара (внутренние электроны) расположена вблизи ядра кислорода, а из остальных 4 пар электронов (внешних) по одной паре обобществлено между каждым из протонов и ядром кислорода, тогда как 2 пары остаются неопределенными и направлены к противоположным от протонов вершинам тетраэдра. Таким образом, в молекуле воды имеется 4 полюса зарядов, расположенных в вершинах тетраэдра: 2 отрицательных, созданных избытком электронной плотности в местах расположения неподеленных пар электронов, и 2 положительных, созданных ее недостатком в местах расположения протонов.
Вследствие этого молекула воды оказывается электрическим диполем. При этом положительный полюс одной молекулы воды притягивает отрицательный полюс другой молекулы воды. В результате получаются агрегаты (или ассоциации молекул) из двух, трех и более молекул (рисунок 3).
Рисунок 3 - Образование диполями воды ассоциированных молекул:
1 - моногидроль Н2О; 2 - дигидроль (Н2О) 2; 3 - тригидроль (Н2О) 3
Следовательно, в воде одновременно присутствуют одиночные, двойные и тройные молекулы. Содержание их меняется в зависимости от температуры. Во льду содержатся, в основном, тригидроли, объем которых больше моногидролей и дигидролей [4]. При повышении температуры скорость движения молекул возрастает, силы притяжения между молекулами ослабевают, и в жидком состоянии вода - это смесь три-, ди - и моногидролей. С дальнейшим увеличением температуры тригидрольные и дигидрольные молекулы распадаются, при температуре 100°С вода состоит из моногидролей (пар).
Существование неподеленных электронных пар определяет возможность образования двух водородных связей. Еще две связи возникают за счет двух водородных атомов. Вследствие этого каждая молекула воды в состоянии образовать четыре водородные связи (рисунок 4).
Рисунок 4 - Водородные связи в молекулах воды:
- обозначение водородной связи
Благодаря наличию в воде водородных связей в расположении ее молекул отмечается высокая степень упорядоченности, что сближает ее с твердым телом, а в структуре возникают многочисленные пустоты, делающие ее очень рыхлой. К наименее плотным структурам принадлежит структура льда. В ней существуют пустоты, размеры которых несколько превышают размеры молекулы Н2О. При плавлении льда его структура разрушается. Но и в жидкой воде сохраняются водородные связи между молекулами: возникают ассоциаты - зародыши кристаллических образований. В этом смысле вода находится как бы в промежуточном положении между кристаллическим и жидким состояниями и более сходна с твердым телом, чем с идеальной жидкостью. Однако в отличие от льда каждый ассоциат существует очень короткое время: постоянно происходит разрушение одних и образование других агрегатов. В пустотах таких "ледяных" агрегатов могут размещаться одинокие молекулы воды, при этом упаковка молекул воды становятся более плотной. Именно поэтому при плавлении льда объем, занимаемый водой, уменьшается, ее плотность возрастает. При + 4°С вода имеет самую плотную упаковку.
При нагревании воды часть теплоты затрачивается на разрыв водородных связей. Этим объясняется высокая теплоемкость воды. Водородные связи между молекулами воды полностью разрушаются при переходе воды в пар.
Сложность структуры воды обусловлена не только свойствами ее молекулы, но и тем, что вследствие существования изотопов кислорода и водорода в воде имеются молекулы с различным молекулярным весом (от 18 до 22). Наиболее распространенной является "обычная" молекула с молекулярным весом 18. Содержание молекул с большим молекулярным весом невелико. Так, "тяжелая вода" (молекулярный вес 20) составляет менее 0,02% всех запасов воды. В атмосфере она не обнаружена, в тонне речной воды ее не более 150 г, морской - 160-170 г. Однако, ее присутствие придает "обычной" воде большую плотность, влияет на другие ее свойства.
Удивительные свойства воды позволили возникнуть и развиться жизни на Земле. Благодаря им вода может играть незаменимую роль во всех процессах, совершающихся в географической оболочке.
4. Круговорот воды и значение гидросферы
Запасы воды на Земле находятся в подвижном равновесии благодаря круговороту воды (влагообороту, гидрологическому циклу), который в географической оболочке является одним из важнейших процессов, взаимодействующим с атмосферой, литосферой, биосферой и связывающим в единое целое все части гидросферы. Движущими силами круговорота воды являются приток к поверхности Земли солнечной радиации и сила тяжести. Под воздействием тепловых процессов происходит испарение, конденсация водяных паров, таяние, замерзание и другие фазовые переходы воды. Под влиянием силы тяжести происходит выпадение атмосферных осадков, движение поверхностных и подземных вод и т.д.
Началом круговорота воды (рисунок 5) является испарение с поверхности океанов, морей, континентов, островов. Ежегодно с поверхности земного шара испаряется 577 тыс. км3 воды. Большая часть (505 тыс. км3) приходится на Мировой океан и только 72 тыс. км3 - на сушу. Водяные пары, поступившие в атмосферу, перемещаются вместе с воздушными массами, конденсируются и выпадают в виде атмосферных осадков. Объем их, согласно общему закону сохранения материи, равен объему испарившейся воды. Такой круговорот воды в целом для земного шара (большой круговорот) представляет собой замкнутую систему, в которой испарение с поверхности земного шара соответствует количеству атмосферных осадков, выпадающих на него.
М.И. Львович в круговороте воды выделяет три основных звена: океаническое, атмосферное и материковое, в последнее он включает звенья меньших размеров: литогенное, почвенное, речное, озерное, ледниковое, биологическое и хозяйственное. Ни одно из перечисленных звеньев, кроме большого круговорота, не представляет собой замкнутой системы.
Большой круговорот воды на Земле можно представить следующим образом. Вода, испарившаяся с поверхности Мирового океана, переносится воздушными потоками на сушу, выпадает на нее в виде осадков и частично стекает обратно в Мировой океан, частично аккумулируется в области внутреннего стока, обычно в крупных бессточных озерах. Испаряясь с поверхности этих озер, влага в общем потоке водяных паров вновь попадает в Мировой океан.
В действительности механизм влагообмена в системе океан > атмосфера > суша > океан значительно сложнее, так как в формировании общего количества осадков над материками заметное участие принимают внутренние осадки, сформировавшиеся как в периферийных, так и внутренних областях суши. Представленная же схема большого круговорота воды на земном шаре этого фактора не учитывает.
В течение года в Мировом влагообороте принимает участие всего 0,037% общей массы гидросферы. Так как скорость переноса отдельных видов воды неодинакова, то и время их расходования и возобновления различно. Наиболее быстро возобновляются биологические воды, входящие в состав растений и живых организмов. Смена атмосферной влаги и запасов воды в руслах рек осуществляется за несколько дней (таблица 2).
Количества воды (цифры в скобках) выражены в миллиардах миллиардов (1018) тонн в год
Рисунок 5 - Схема круговорота воды на Земле
Запасы воды в озерах возобновляются в течение 17 лет, в крупных озерах этот процесс может длиться несколько сот лет. Так, в озере Байкал полное возобновление водных запасов происходит в течение 380 лет. Наиболее длительный период восстановления имеют запасы воды в подземных льдах зоны многолетней мерзлоты - 10000 лет. Полное возобновление океанических вод происходит через 2500 лет. Однако за счет внутреннего водообмена (морских течений) воды Мирового океана в среднем совершают полный оборот в течение 63 лет. Подземные воды обновляются только за 1400 лет. Значительные запасы глубинных подземных вод вообще не возобновимы, так как не включаются в процессы круговорота в системе атмосфера > осадки > суша.
Круговорот воды играет громадную роль в географической оболочке. В процессе круговорота воды осуществляется перераспределение тепла. Тепло, затрачиваемое на испарение в одном месте, высвобождается при конденсации влаги в другом. Круговорот воды - важнейшее звено в энергетическом обмене между гидросферой и атмосферой. Скрытая энергия, поступившая в атмосферу с водяными парами с поверхности земного шара, частично преобразуется в механическую энергию, обеспечивающую перемещение воздушных масс. Наряду с энергетическим обменом, взаимодействие гидросферы и атмосферы в процессе влагооборота сопровождается и обменом веществами (газовый и солевой обмен).
Таблица 2 - Скорость возобновления (обмена) различных категорий вод гидросферы
|
Категория вод |
Скорость возобновления |
|
|
Русла рек |
12-16 дней |
|
|
Атмосфера |
18-26 дней |
|
|
Почвенная |
1 год |
|
|
Болота |
5 лет |
|
|
Озера |
17 лет |
|
|
Подземные воды разных горизонтов |
1400 лет |
|
|
Мировой океан |
2500 лет (перемешивание за 63 года) |
На рисунке 6 представлен мировой водный баланс. Среднегодовое количество осадков над материками составляет 110000 км3 [5]. Из них 63000 км3 возвращается в атмосферу в процессе испарения и транспирации с зеленых поверхностей лесов, лугов, сельскохозяйственных полей и других сообществ растений.
Вода, использующаяся природной растительностью и сельскохозяйственными культурами, питающимися дождевой водой, называется зеленой водой.
Разница между ежегодным объемом осадков и совокупным испарением, называемая полезным стоком, составляет примерно 47000 км3. Это есть ежегодный самостоятельно обновляющийся объем пресной воды озер, водохранилищ, ручьев и рек. Теоретически эта так называемая голубая вода может использоваться человеком. Правило устойчивости гласит: "Потребность в воде должна удовлетворяться только в пределах полезного стока". Тем не менее, запасы воды неравномерно распределены во времени и пространстве. Основная масса стока образуется во время паводка, и такую воду трудно "удержать". Реально человек обладает доступом к водным запасам объемом примерно в 9000 кмЗ. К этому следует добавить примерно 3500 кмЗ стока, который удается удержать с помощью водохранилищ. Таким образом, в год человечеству доступно примерно 12500 кмЗ воды. Вместе с тем, часть доступных поверхностных вод должна оставаться в ручьях и реках для обеспечения сохранности водных экосистем и растворения антропогенных стоков. На практике это означает, что запасы доступных вод сокращаются [4].
Рисунок 6 - Водный баланс Земли в 103 мм/год (по [3])
Использование остающихся 34500 км3 голубой воды сложно и дорого, что объясняется топографическими особенностями, удаленностью от населенных пунктов и социальными и экологическими последствиями.
Более половины из легко доступных пресноводных ресурсов уже используются; запасы воды во многих уголках мира являются критическими. Все больше стран сталкиваются с проблемой нехватки питьевой воды; усиливается конкуренция за воду между различными группами пользователей. Более 25 стран сегодня относятся к категории критических с точки зрения запасов воды, а в ближайшие десятилетия их количество резко возрастет.
Биологический круговорот воды. Животные находят необходимую для них воду в питье и пище. Растения используют атмосферную воду или берут ее из почвы. Живые существа выделяют воду с продуктами обмена, путем транспирации, легочного и кожного дыхания, при потении. Явление кожного дыхания отличается от потения. Первое представляет собой подобие испарения, диффузию паров воды через роговидные слои кожи. У человека количество воды, выносимое таким образом с поверхности кожи и испаряемой, составляет более 0,5 л в сутки. При физиологическом процессе потения происходит испарение воды в результате работы потовых желез. Человек в умеренном климате в тени выделяет 1-1,5 л пота в сутки. Выделение паров воды при дыхании (0,3-0,4 л в сутки) у человека обеспечивает удаление углекислого газа, а с метаболической "отработавшей" водой удаляются из организма конечные продукты обмена, вредные вещества. Вода, выделяемая организмами, не теряется бесследно. Та ее часть, которая выделяется при дыхании и транспирации, возвращается непосредственно в атмосферу, а "отработанная" вода поступает в водоемы и почву. Необходимо указать и на воду, которая потребляется при фотосинтезе. Ежегодная потребность растений в воде при фотосинтезе составляет примерно 65·1010 тонн. Это значит, что количества воды, необходимого только для процесса фотосинтеза, достаточно на два миллиона лет. Такой срок совершенно незначителен с позиции геологической истории Земли. Однако запас воды непосредственно возобновляется, благодаря круговороту воды в природе. Вода в реках, как отмечено выше, полностью меняется каждые 12-16 суток, а это значит, что при общем одновременном объеме воды в реках 1,2 тыс. км3, за год сток речных вод составляет 36 и более тыс. км3. Для обновления паров атмосферы требуется также незначительное время, но огромный объем воды в Мировом океане возобновляется медленно, как и подземные глубинные воды. Общий круговорот воды на Земле осуществляется за два миллиона лет. Круговорот воды можно образно сравнить с вечным двигателем, который ритмично и беспрерывно качает воду из океана на материки и обратно в течение сотен миллионов и миллиарды лет. Замечательной особенностью этого отработанного механизма является то, что он не только подает воду, но и очищает ее от всевозможных примесей. Таким образом, природа позаботилась о безупречном аппарате для снабжения водой всего живого на Земле.
Значение гидросферы
1. Гидросфера играет огромную роль в формировании природной среды нашей планеты. Вода - скульптор, она формирует поверхность планеты - разрушает каменные глыбы, растворяет органические соединения, активизирует процессы почвообразования. Она же условие миграции химических элементов и соединений, геологического (большого) и биологического (малого) круговоротов веществ.
2. Она влияет на атмосферные процессы (нагревание и охлаждение воздушных масс, насыщение их влагой), участвует в формировании климата и погоды на планете. Большая подвижность, высокая теплоемкость и способность легко переходить из одного состояния в другое являются основным условием регулирования теплового режима планеты, переноса колоссальных масс тепла на большие расстояния, например, с теплыми океаническими течениями.
3. Вода - растворитель для различных соединений.
4. Вода - среда обитания живых организмов.
5. Вода - необходимое условие для получения урожая (чтобы получить 1 кг сухого пшеничного зерна растение должно потребить 750 л воды, на орошение 1 га кукурузы требуется 3000 м3 (3 млн. литров) воды, 1 га капусты - 8000 м3 воды).
6. Вода используется для судоходства.
7. Вода - источник электроэнергии.
8. Вода - промышленное сырье (для производства 1 т стали требуется 20 м3 воды, 1 т бумаги - 350 м3 воды, 1 т капрона - 700 м3 воды).
9. Высокая теплоемкость и способность поглощать тепло при испарении делают воду незаменимым охлаждающим агентом в биологических (транспирация растений, потовыделение животных) и технических системах (атомная электростанция для охлаждения атомных ректоров расходует примерно 3 млн. литров воды в минуту).
10. Вода - важнейший гарант защиты планеты от перегрева, альтернатива глобальному термодинамическому кризису, в то же время основной агент локальных тепловых загрязнений среды.
11. Она - источник минерального сырья (по имеющимся данным, в водах Мирового океана растворена вся таблица Менделеева), включая нефть, газ, иод, железо, поваренную соль.
12. Вода - источник биологических ресурсов.
13. Вода - структурная и функциональная основа всех живых существ. Доля воды в теле человека составляет 60-70%, но в отдельных органах и тканях она варьирует. Процентное содержание воды составляет:
- в хлебе - 33%,
- в картофеле - 80%,
- в теле 8-мимесячного человеческого зародыша - 81%,
- в салате, огурцах - до 95%,
- в теле 3-х-дневного человеческого зародыша - 97%,
- в теле медузы - 99%.
14. Вода - физико-химическая среда, благодаря которой может осуществляться большинство реакций обмена веществ, обеспечивающих непрерывный процесс разрушения и восстановления живых тканей.
15. Жизнь, по современным представлениям, зародилась в воде.
16. Вода - продукт обмена веществ.
17. Вода - непременное условие и фактор жизни. Любой живой организм при потере воды может погибнуть. Потеря гомойогидрическими организмами 10-12% воды равносильна их гибели. В то же время пойкилогидрические организмы способны терять ее до 90%. Для человека гибельны потери воды, превышающие 10%. Без воды человек может жить несколько дней.
18. Вода имеет оздоровительное значение (минеральная вода, минеральные источники).
Вода играет большую роль для человека: это - вид транспорта, источник электрической энергии, разнообразного сырья, в том числе лекарственного сырья. Вода в больших количествах используется в хозяйственно-бытовых и санитарных целях, при этом растет культура человека, растет и расход воды. Если ранее воду брали ведрами из колодцев, колонок, и вода расходовалась экономно (на одного человека приходилось в среднем 20 литров в сутки), то в настоящее время в городах на человека приходится 150-200-250 литров воды в сутки и более. Очень широко применяется вода в промышленности.
Литература
1. Голубев И.Р., Новиков Ю.В. Окружающая среда и её охрана. - М.: Просвещение, 1985, 125 с
2. Гудков А.Г. Биологическая очистка городских сточных вод. Вологда, 2000, 127 с.
3. Дювиньо П., Танг М. Биосфера и место в ней человека / Пер. с франц. М.: Прогресс, 1973.267 с.
4. Израэль Ю.А. Экология и контроль состояния природной среды. - Л., 1984
5. Исидоров В.А. Введение в экотоксикологию. СПб., Химиздат, 1999, 141 с.
6. Комплексное использование и охрана водных ресурсов.М., Агропромиздат, 1985, 303 с.
7. Лопух П.С. Гидрология суши. Мн., БГУ, 2009, 198 с
8. Лукьяненко В.И. Экологические аспекты ихтиотоксикологии.М., Агропромиздат, 1987, 239 с.
9. Львович М.И. Вода и жизнь: (Водные ресурсы, их преобразование и охрана). М.: Мысль, 1986.254 с.
10. Львович М.И. Мировые водные ресурсы и их будущее. М.: Мысль, 1974.447 с.
11. Мазаев В.Т. и др. Коммунальная гигиена.М., ГЭОТАР-Медиа, 2005, 300 с
12. Мироненко В.А., Румынин В.Г. Проблемы гидрогеоэкологии. Т.1.1998, 611 с.
13. Никаноров А.М. Гидрохимия.Л., ГМИ, 1989, 352 с.
14. Одум Ю. Экология. М.: Мир, 1986, в 2=х томах
Размещено на Allbest.ru
...Подобные документы
Сущность понятия "самоорганизация биосферы". Экологические функции гидросферы в формировании климата и развитии жизни на Земле. Особенности биогеохимического круговорота воды в природе. Последствия загрязнения гидросферы. Способы самоочищения водоемов.
реферат [17,5 K], добавлен 24.12.2013Мировые запасы пресной воды, темпы и причины их уменьшения. Источники загрязнения природной воды. Существующие в данной области и проблемы, направления и перспективы их преодоления. Перспективы применение подземных вод как основной источник пресной воды.
контрольная работа [38,4 K], добавлен 23.04.2015Подземные воды как часть геологической среды. Практическое значение подземных вод. Характеристика техногенного воздействия на подземные воды (загрязнение подземных вод). Вода в промышленности, охрана источников питьевого водоснабжения от загрязнения.
презентация [1,9 M], добавлен 18.06.2012Снижение биосферных функций водоемов. Изменение физических и органолептических свойств воды. Загрязнение гидросферы и его основные виды. Основные источники загрязнения поверхностных и подземных вод. Истощение подземных и поверхностных вод водоемов.
контрольная работа [36,9 K], добавлен 09.06.2009Качество питьевой воды, доступ к чистой воде городского и сельского населения. Основные пути и источники загрязнения гидросферы, поверхностных и подземных вод. Проникновение загрязняющих веществ в круговорот воды. Методы и способы очистки сточных вод.
презентация [3,1 M], добавлен 18.05.2010Взаимосвязь подземной гидросферы с окружающей средой. Особенности трансграничного (глобального) переноса загрязненных атмосферных осадков. Влияние окружающей среды на качество подземных вод. Источники загрязнения подземных вод суши, их последствия.
курсовая работа [53,7 K], добавлен 13.10.2015Происхождение воды на Земле: теории ее появления. Соотношение площадей суши и Мирового океана на нашей планете. Примеры содержания воды в клетках разных организмов, их тканях и органах. Круговорот воды в биосфере. Свойства воды, значение в жизни человека.
контрольная работа [33,4 K], добавлен 02.04.2010Основные пути загрязнения гидросферы Земли. Источники засорения поверхностных, подземных вод, рек, озер и мирового океана. Методы их очистки и охраны от истощения. Проникновение вредных веществ в круговорот воды. Изучение способов самоочищения водоемов.
презентация [1,3 M], добавлен 29.11.2014Технический прогресс и оценка его негативного влияния на окружающую природную среду. Охрана вод как деятельность людей, направленную на сохранение, восстановление и улучшение природных запасов воды на земле, ее специфика и правовые основы в стране.
реферат [19,2 K], добавлен 18.04.2011Общая характеристика водной среды. Водный баланс Земли. Гидросфера как природная система. Вода с точки зрения химии, общие свойства воды. Ионный состав природных вод. Подземные воды, загрязнение водоемов. Загрязнение поверхностных и подземных вод.
реферат [29,7 K], добавлен 09.06.2010Формирование химического состава подземных вод. Миграция элементов в подземных водах. Водные ресурсы и баланс Кавказа. Влияние химического состава воды на здоровье населения. Методы определения показателей, гигиенические нормативы качества питьевой воды.
дипломная работа [159,5 K], добавлен 14.07.2010Вода из поверхностных или подземных источников как источник питьевой воды во многих странах мира. Загрязнение источников воды нефтепродуктами и химическими примесями. Технологии очистки воды и почвы от разливов нефти, нефтепродуктов, химических веществ.
реферат [18,2 K], добавлен 08.04.2014Значение воды в природе и жизни человека. Водные ресурсы земли. Загрязнение рек и озер и меры борьбы с ним. Пресные воды гидросферы. Минеральное загрязнение сточных вод. Создание эффективных установок по очистке дымовых газов от соединений серы.
реферат [26,3 K], добавлен 31.01.2010Рассмотрение особенностей стронция и его поведения в подземных водах мира, России и области. Изучение экологической гидрогеохимии элемента в подземных водах. Выбор природных сорбентов для очистки питьевой воды от стронция, выявление лучшего из них.
дипломная работа [1,2 M], добавлен 14.11.2017Роль воды в жизни человека, ее физические и химические свойства. Формы существования воды на нашей планете (жидкое, газообразное, твердое, кристаллы). Виды воды в природе (дождевая, почвенная, из свежего снега и пр.). Уникальные озера и водоемы.
презентация [2,4 M], добавлен 19.12.2013Водная оболочка Земли, включающая океаны, моря, реки, озера, подземные воды, ледники. Масса гидросферы Земли. Потребности воды для промышленности и сельского хозяйства. Загрязнение Мирового океана. Усиление антропогенных воздействий на морские экосистемы.
презентация [878,3 K], добавлен 19.05.2012Вода как наиболее важный фактор формирования внутренней среды организма. Общая характеристика основных факторов, определяющих возникновение водных инфекций. Рассмотрение самых перспективных абсорбентов для удаления из воды примесей и загрязнений.
курсовая работа [56,6 K], добавлен 04.06.2014Вода – вещество, которое находится в жидком состоянии. Свойство прозрачности воды. Вода не имеет запаха. Вода течет. Вода может растворять разные вещества. Воду можно очистить с помощью фильтра. Без воды немыслима жизнь на планете Земля.
реферат [12,6 K], добавлен 02.04.2007Истощение ресурсов гидросферы. Загрязнение воды и нормирование параметров качества воды. Экологические факторы и их составляющие: абиотические, биотические, антропогенные. Рациональное использование водных ресурсов. Защита гидросферы от загрязнений.
контрольная работа [287,8 K], добавлен 17.05.2009Понятие, характеристика, функции и значимость гидросферы. Виды и источники загрязнений поверхностных и подземных вод. Группы сточных вод. Влияние сельского хозяйства и тепловых электростанций на загрязнение рек и водоемов. Методы очистки сточных вод.
реферат [24,9 K], добавлен 17.11.2016
