ГИДРОСФЕРА
Гидросфера
Гидросфера (от греч.
hydro – вода) –
жидкая оболочка планеты. Человек, являясь сухопутным обитателем, воспринимает
Землю прежде всего как сушу, однако при рассмотрении из космоса наша планета
представляется планетой воды, ибо более 3/4 ее занимают водные поверхности
океанов, морей, континентальных водоемов и ледников, причем 3/4 – это нижний
предел величины, так как площадь, покрываемая гидросферой, существенно меняется
и достигает в декабре – феврале 443 млн
км2 или около 87 %
поверхности Земли, равной 510 млн
км2. Земля уникальна потому, что на ней много воды в жидкой
фазе, которая играет очень важную роль в формировании многих особенностей планеты.
Главнейшей из них является изобилие жизни. Гидросфера необходима для
существования биосферы, поскольку жизнь зародилась в гидросфере и большинство
растений и животных состоит в основном из воды. Велика роль гидросферы в поддержании относительно
неизменного климата, что позволило жизни воспроизводиться в течение трех с
лишним миллиардов лет. Ископаемые останки животных, растений и микроорганизмов
указывают на то, что жизнь, появившись в период раннего докембрия, не
прерывалась и развивалась по пути увеличения разнообразия и совершенствования. Для жизни необходимы температуры в диапазоне от 0 до 100 оС (пределы жидкой фазы воды), значит,
температура на протяжении большей части истории планеты отличалась
относительным постоянством. К особенностям гидросферы следует отнести циркуляцию
приповерхностных вод океанов, которая вызывается действием ветров. В тропиках
вода движется к западу, увлекаемая пассатами, а в средних широтах - к востоку
под действием западных ветров. Это порождает круговые течения в субтропиках,
характеризующиеся циркуляцией вод по часовой стрелке в северном полушарии и
против часовой стрелки - в южном. Нижний предел гидросферы близок к зоне, где проходит
сейсмически активный слой Земли, а поверхность граничит с атмосферой. Гидросфера состоит из всех океанов,
морей, рек, озер, водохранилищ, болот, подземных вод, ледников, снежного
покрова, включает атмосферную и почвенную влагу, а также биологическую воду
(например, в организме человека содержится около 70 % воды). Понятие
«гидросфера» включает все свободные воды Земли, которые не связаны химически и
физически с минералами земной коры, т. е. могут двигаться под действием
гравитационной силы либо теплоты. Зимой люди на значительной территории суши ходят «по
колено» в твердой воде и, как все живое, не могут не учитывать наличие этой
сезонной разновидности гидросферы в своей жизнедеятельности. Рис. Соотношение
площади суши и водной поверхности на Земле: а – океаническое полушарие; б – материково-океаническое
полушарие Таблица. Площадь,
занимаемая гидросферой на поверхности Земли
Количество воды в океане, основной составляющей гидросферы,
не строго постоянно. Уровень океана за время его существования неоднократно
падал на 120–150 м ниже современного, и тогда шельф становился сушей, а
континентальный склон местами обнажался. «Ушедшая» вода накапливалась на суше
ледяными горами, подобными тем, что сейчас существуют в Антарктиде и
Гренландии. В периоды оледенения доля поверхности Земли, занятая Мировым
океаном, сокращалась примерно на 5 %. Тем не менее
океан всегда преобладал над сушей. Вода обладает рядом уникальных особенностей, отличающих ее
от большинства других жидкостей, что накладывает отпечаток на строение и
жизнедеятельность организмов: –
высокая универсальная растворяющая способность; –
поверхностное натяжение; –
скрытая теплота плавления льда (336 Дж/г); –
теплопроводность; диэлектрическая проницаемость; –
полярность молекулы; –
полная прозрачность в видимом участке спектра; –
наивысшая среди жидкостей и твердых тел удельная
теплоемкость; –
аномально высокая для жидкости удельная теплота
испарения (2263,8 Дж/г при 100 °С); –
способность испаряться и сублимироваться при
любой температуре; –
малая сжимаемость; –
источник кислорода, выделяемого при фотосинтезе,
и донор ионов водорода в фотосинтетических реакциях; –
наличие максимальной плотности при +4°С (Это свойство воды объясняет, почему в средних широтах
зимой температура подземелий и на дне глубоких озер достаточно стабильна и
равна примерно +4 ° С). Морская вода, содержащая 3,5 % солей, не имеет
температурного максимума плотности, что является одним из ее важных отличий от
пресной воды. Чем морская вода холоднее, тем тяжелее, вплоть до температуры -2°С, когда в ней появляются кристаллы льда. Следует подчеркнуть, что пресная вода, в отличие от
большинства веществ, при плавлении сжимается, а при замерзании, наоборот,
расширяется. Этим объясняется тот факт, что вода активно участвует в
формировании облика поверхности Земли, разрушая материнские породы гор на
мелкие частицы – первичный материал почвы. За миллионы лет вода уничтожает
самые высокие горы, снося продукты их разрушения в пониженные места рельефа и
вынося ручьями и реками в моря. Все реки планеты ежегодно выносят в моря и
океаны около 20 млрд т
твердых частиц, полученных при разрушении суши, и около 3 млрд
т растворенных веществ. За год суша теряет 10–12 км3 горной породы и
почвы. В целом, на Земле поверхность суши понижается за счет разрушения со
скоростью около 90 мм за тысячелетие. Кроме того, вода – единственное вещество
на Земле, которое одновременно и в больших количествах встречается во всех трех
агрегатных состояниях. Если условно воду всей гидросферы равномерно распределить
по поверхности планеты, то она покроет ее слоем толщиной около 3 000 м. Если
земной шар уподобить яйцу, то земная кора будет соответствовать скорлупе, а
гидросфера – тончайшей, менее микрона толщиной, пленке на ее поверхности. Тончайшая в масштабах нашей планеты пленка воды на ее
поверхности оказывает стабилизирующее воздействие на условия среды, прилегающей
к поверхности, в которой развивалась и существует биосфера. Средняя глобальная
температура у поверхности планеты на протяжении всей ее истории, т. е. около
4,6 млрд лет, изменялась в
очень незначительных пределах. Гидросфера за этот период никогда не кипела, не
испарялась полностью и не замерзала. Все это говорит о достаточно узком диапазоне
колебаний температуры, верхний предел которого заведомо был значительно ниже
100 °С, а нижний несколько выше О° С. Учитывая, что при температуре более 50–60
°С (температура пастеризации) основная часть организмов не может
существовать и что при средней температуре ниже +5 °С начался бы необратимый
процесс полного оледенения планеты, можно сделать вывод о еще более узком
возможном диапазоне температур на поверхности Земли. В стабилизации условий на
поверхности Земли особенно велика роль Мирового океана, что обусловлено его
массой и занимаемой площадью. Несмотря на внушительный объем вод, на нашей планете лишь
2,5 % приходится на долю пресной воды (с минерализацией,
то есть количеством
солей в граммах на 1 литр воды, г/л менее 1 г/л),
причем в пресных озерах и реках ее содержится всего 0,007 % от общих запасов. |
| |||||||||||||||||||||||||||