Некоторые свойства воды в аспекте ее роли в географической оболочке

Министерство образования Республики Беларусь

Учреждение образования

«Гомельский государственный университет

Имени Франциска Скорины»

Г. Н. КАРОПА

Общее землеведение

Курс лекций

для студентов специальности

1 – 31 02 01 02 «География (научно-педагогическая деятельность)»

ЧАСТЬ II

Гомель

УО «ГГУ им. Ф. Скорины»

Общее землеведение – географическая наука, изучающая строение, развитие и пространственное расчленение географической оболочки.

Понятие о гидросфере. Единство и части гидросферы

Гидросфера – это совокупность всех водных объектов земного шара: океанов, морей, рек, озер, водохранилищ, болот, подземных вод, ледников и снежного покрова.

Гидросфера состоит из Мирового океана, вод суши – рек, озер, ледников, а также подземных вод, которые залегают всюду на материках, на дне озерных и морских впадин и под толщей вечных льдов. Гидросфера, таким образом, непрерывна. В гидросферу обычно не включают парообразную и капельно-жидкую воду атмосферы, в которой одновременно содержится около 15 тыс. км³ воды (примерно 0, 001 % объема гидросферы).

Объем гидросферы приблизительно равен 1,5 млрд.км³. Главная масса природной воды сосредоточена в океанах – 1 370 322 тыс. км³ (около 94%). Из них примерно 35 тыс. км³ приходится на айсберги. Второе место по объему занимает вода земной коры. Ее объем не поддается точному учету. Однако предполагается, что объем воды, сосредоточенный в земной коре, составляет около 170-200 млн. км³. Третье место по объему воды занимают ледники Антарктиды, Арктики и горных стран. В них сосредоточено около 24 млн. км³ пресных вод. Объем воды в ледниках составляет около 1,65% гидросферы и около 90% запасов пресной воды на Земле.

Поверхностные воды сосредоточивают только 0, 04-0,06% вод планеты. Например, объем озерной воды оценивается в 230 тыс. км3. В реках сосредоточено всего 1,2 тыс. км³ (около 0, 00001%). Таким образом, единовременный запас пресной воды на Земле составляет около 32 млн. км³. Условно к гидросфере можно причислить воду, содержащуюся в живых организмах.

Воды гидросферы постоянно обновляются. Известно, что льды Антарктиды и Гренландии обновляются за 15 тыс. лет, подземные воды за 300 лет, озерные воды за 3,5 года, почвенные воды за 8-11 месяцев, речные воды за 12 суток.

Происхождение воды. Развитие гидросферы

Вода – это самый распространенный на Земле минерал. Наличие воды – это космическая особенность нашей планеты. Практически все процессы в географической оболочке протекают с участием воды. Зарождение и развитие жизни также связано с водой. Вода – основа жизни.

В свете космогонической теории происхождение воды представляется следующим образом. 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 и водяной пар, поднялись на поверхность. По мере охлаждения земной поверхности из водяного пара сформировалась водная оболочка – гидросфера. Она появилась на завершающем этапе формирования планеты Земля.

К началу палеозоя гидросфера Земли приобрела объем, близкий к современному. С тех пор он существенно не изменился. Выделение воды из мантии происходит и в настоящее время – около 1 км³ в год. Эта вода называется ювинильной.

Вода поступает и из космического пространства. Подсчитано, что за геологическое время на Землю могло выпасть 0,73 х 10²⁰ г., или слой в 15 см. Следовательно, межпланетное пространство не может рассматриваться как прародитель воды на Земле.

Развитие гидросферы. Водная оболочка Земли развивалась вместе с литосферой, атмосферой и живой природой. В архее в жарком климате интенсивно протекал круговорот воды по сокращенной схеме: «океан-атмосфера-океан». В то время не было зеленых растений, вода не разлагалась фотосинтезом, поступала интенсивно ювенильная вода. Объем гидросферы интенсивно увеличивался.

С протерозоя начинается рост массы живого вещества, в развитии гидросферы и атмосферы начинает активно участвовать фотосинтез, изымающий значительное количество воды. В гидросфере появились следующие два противоположно направленных процесса: поступление воды в результате дегазации мантии и изъятие ее фотосинтезом. Одновременно шло развитие материков, рост геосинклиналей, горообразование, формирование мощной коры выветривания. Эти процессы также связывали значительную массу воды и кислорода.

В палеозое литосфера Лавразии и Гондваны переживала бурное геологическое развитие, моря заливали геосинклинали и наступали на платформы, которые неоднократно то поднимались, то погружались. Земная поверхность резко дифференцировалась на материковую и океанскую. Неуклонно росла континентальная часть гидросферы: реки, озера и, особенно, подземные воды. Неоднократно значительные массы воды связывались материковыми ледниками. Это вызывало уменьшение объема океанов и поверхностных вод суши.

Одновременно увеличивалась масса зеленых растений, достигнувшая апогея в карбоне. Дифференцировались климаты и влагообороты. Непрерывно усложнялось взаимодействие в системе «океан-атмосфера-материки».

В мезозое и палеогене (ранний кайнозой) в результате расколов Лавразии и Гондваны и дрейфа блоков литосферы сформировались современные океаны. Возраст океанов различный. Например, впадина Тихого океана является древнейшей, ее дно образовано архейской литосферой. Индийский океан возник в палеозое; южная часть Атлантического океана – в мелу, а северная часть Атлантического океана – в палеогене.

В современной научной географической литературе существует несколько точек зрения относительно развития гидросферы за время, начиная с протерозоя: 1) объем гидросферы оставался постоянным, 2) объем гидросферы непрерывно увеличивался, 3) объем гидросферы постоянно уменьшался.

Гидросфера развивается непрерывно. Особого внимания заслуживает роль фотосинтеза в развитии гидросферы. Фотосинтез изымает и удерживает на некоторое время часть воды. В этом смысле фотосинтез выступает в качестве регулятора объема гидросферы. Без фотосинтеза географической оболочке угрожало бы «затопление». С другой стороны, фотосинтез доставляет в атмосферу свободный кислород. В процессе фотосинтеза безвозвратно разлагается из четырех молекул H₂O только одна, а три снова образуют воду. Следовательно, из общего объема воды, идущей на фотосинтез, изымается только 25%. За 600 млн. лет с начала появления зеленых растений это дает 16,9 млрд. км³, то есть вся свободная гидросфера прошла 12 полных циклов разложения воды. Следовательно, все природные воды на Земле являются эндогенно-биогенными.

Некоторые свойства воды в аспекте ее роли в географической оболочке

Вода (H₂O) – простейшее и устойчивое соединение водорода с кислородом.

1.Вода – единственный минерал, который в термодинамических условиях земной поверхности находится в трех состояниях – жидком, газообразном и твердом. Температура, при которой жидкая вода, пар и лед находятся в равновесии, равна + 0, 01 ⁰С.

2. Максимальной плотности вода достигает при температуре 4 ⁰С. По этой причине зимой невозможна циркуляция воды в водоемах. При понижении температуры от 4 ⁰С до 0 ⁰С уменьшается плотность воды. Охлажденная более легкая вода остается на поверхности, а в глубинах водоемов скапливается теплая вода с температурой 4 ⁰С (точнее 3, 98 ⁰С).

3. Вода – универсальный растворитель, она взаимодействует со всеми веществами. Универсальная растворительная способность воды обеспечивает перенос веществ в географической оболочке, в том числе солевой обмен.

4. Вода имеет высокую удельную теплоемкость. Она обеспечивает поглощение большого количества тепла водоемами и их смягчающее действие на климат. При охлаждении 1 м³ воды на 1 ⁰С на один градус нагревается свыше 3 000 м³ воздуха. Стометровая толща воды при остывании на 1 ⁰С способна повысить температуру всей тропосферы на 6 ⁰С.

5. Вода может подниматься по капиллярам, что является непременным условием почвообразования и питания растений, а следовательно, и сельскохозяйственного производства.

6. Вода самоочищается. При прохождении через грунт вода фильтруется, испаряется только чистая вода, все примеси остаются на месте.

Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском по сайту: