Общая циркуляция атмосферы. Циклоны и антициклоны

Общей циркуляцией атмосферы называют совокупность основных воздушных течений на Земном шаре. Общая циркуляция атмосферы включает воздушные течения тропо-, страто- и мезосферы. Наиболее изучена циркуляция тропосферы.

Если предположить, что поверхность Земли однородна и Земной шар освещается Солнцем одинаково в северных и южных полушариях (весна и осень), то циркуляция была бы очень простой. Над экватором будет экваториальная депрессия, у полюсов – области повышенного давления, и, следовательно, возникает меридианный перенос (от полюсов к экватору). Но т.к. Земля вращается вокруг оси, то направление движения воздуха происходит с запада на восток (геострофический ветер). Если учесть, что поверхность Земли неоднородна и нагревается и охлаждается неодинаково (особенно в умеренных широтах), то картина общей циркуляции очень усложняется и несколько изменяется по сезонам.

Летом (июль) картина поясов атмосферного давления смещается немного к северу, а зимой – немного к югу, т.к. изменяется угол падения солнечных лучей. Вслед за изменением положения поясов атмосферного давления происходит и смещение основных крупномасштабных атмосферных движений, входящих в общую циркуляцию.

Основными атмосферными движениями являются:

1) воздушные течения, вызванные разностью между температурой различных широтных зон;

2) струйные течения;

3) пассаты (тропические ветры) – их направление постоянно весь год;

4) муссоны – 2 раза в год меняют направление;

5) западные ветры (умеренных широт) – их направление постоянно весь год;

6) воздушные течения в циклонах и антициклонах.

Циклоны – восходящие атмосферные вихри с наклонной осью вращения, представляющие собой замкнутые области пониженного давления (барический минимум), с циклонической системой ветров от периферии к центру области (в северном полушарии против часовой стрелки). Антициклоны – нисходящие атмосферные вихри с наклонной осью, представляющие собой замкнутые области повышенного давления (барический максимум), с антициклонической системой ветров от центра к периферии области (в северном полушарии по часовой стрелке). Вихри эти относительно плоские, имеют в диаметре 1500-3000 км, а высота их 2-3 км (максимально до 15 км).

Циклоны образуются во фронтальной зоне. Признаками циклона в умеренных широтах являются пониженное атмосферное давление, выпадение осадков, усиление ветра, зимой - потепление, летом - похолодание. Циклоны обычно существуют несколько суток, движутся чаще всего с запада на восток со скоростью 20-40 км/ч (700 км в сутки). В начале развития циклон движется быстро, затем движение его замедляется, и циклон становится малоподвижным. Иногда циклон в конце своего развития вновь начинает развиваться, т.е. регенерирует. Это бывает в тех случаях, когда в область старого циклона вторгаются новые порции ХВ или ТВ. Так, на одном атмосферном фронте последовательно возникает до 3-4-х циклонов – серия циклонов. Прохождение серии циклонов составляет в среднем 5-6 суток, но может быть до 12 суток. Сотни фронтальных циклонов существуют одновременно в каждом полушарии, оказывая огромное влияние на погоду. В поднимающемся воздухе образуются облака, и как следствие – выпадают осадки.

В тропических широтах развиваются циклоны огромной силы, в которых возникают ураганные ветры. От циклонов умеренных широт они отличаются меньшими размерами – их поперечник не более 1000 км. В них возникают обильные ливни, сильные грозы. Образуются тропические циклоны над теплой (не ниже +27^оС) поверхностью океана, между 5^ош. и 20^ош. в каждом полушарии. Тропические циклоны со скоростью ветра более 30 м/с называются тропическими ураганами. Их максимальная скорость более 100 м/с.

В центре циклона (вихря) находится глаз бури – область затишья (диаметр около 30 км) – небо тут ясное, безоблачное, а вокруг – мощные «С_в» облака, ливни и грозы. На Земле каждый год возникает до 70 тропических циклонов, причем в северном полушарии их бывает больше, чем в южном. Наиболее часто они зарождаются в Тихом океане, у берегов юго-восточной Азии (здесь их называют тайфунами) и в восточной акватории океана, к западу от Мексики. В Атлантическом океане наиболее часто – в Карибском море, в Индийском океане – в северной его части (Аравийское море, Бенгальский залив). Смещаясь в умеренные широты, тропический циклон теряет свои свойства и становится обычным циклоном (внетропический циклон).

В атмосфере могут образовываться и вихри малого диаметра – в несколько десятков или сотен метров. Ось такого вихря слабо наклонена. Воздух в вихре вращается со скоростью 50-200 м/с, скорость движения самого вихря – 10-20 м/с. Над морем вихрь называется смерчем, над сушей – тромбом (в Северной Америке – торнадо). Возникают такие вихри при неустойчивом вертикальном равновесии атмосферы.

Антициклоны развиваются в умеренных широтах между циклонами. Они тоже движутся с запада на восток со скоростью 30-40 км/ч. Развитие антициклона начинается с возникновения приземной области повышенного давления. В первой стадии развития молодой антициклон представляет собой сравнительно небольшой нисходящий вихрь до высоты 3 км. Во второй стадии – стадии максимального развития – в антициклонное движение включаются все более высокие слои – до высоты 8-12 км. В третьей стадии – стадии разрушения – антициклон малоподвижен.

Для антициклона характерно повышенное атмосферное давление. В антициклонах образуются температурные инверсии. Погода малооблачная и без осадков. В центре антициклона у земной поверхности – штили, на периферии могут быть ветры. Летом в умеренных широтах устанавливается жаркая погода, зимой – морозная. Антициклоны более устойчивы, чем циклоны, и более продолжительны.

Погода и климат

Погода – состояние атмосферы и все процессы, протекающие в ней в данное время и на данной территории.

Особенно важно понятие «погода суток», т.к. сутки – самый короткий естественный период закономерных изменений состояния тропосферы. Существует суточный ход температуры, влажности воздуха, облачности, осадков, ветра и т.д. Состояние атмосферы характеризуется не отдельно взятыми элементами, а их комплексом.

Погода различных районов Земли зависит от радиационного баланса, фронтальных и внутримассовых процессов. Внутримассовые процессы связаны с нагреванием или охлаждением воздуха от подстилающей поверхности. В первом случае образуются кучевые облака, во втором – температурная инверсия. Фронтальные процессы сопровождаются образованием облаков, осадками, ветрами. Для теплого фронта характерны слоистые облака, обложные осадки, слабые ветры. Для холодного фронта – кучево-дождевые облака, ливневые осадки, порывистые ветры. Для погоды умеренных широт свойственны постоянные перемещения циклонов и антициклонов.

Изменения погоды наблюдаются во всех широтах. Особенно изменчива погода в умеренных широтах. Сравнительным постоянством отличается погода экваториальных широт.

Для наблюдения за погодой традиционно используются различные метеорологические приборы: термометры (срочный, максимальный, минимальный, самопишущий, почвенный и другие), барометры (ртутный, анероид), гигрометр, психрометр, флюгер, анемометр, осадкомер, плювеограф, гигрограф, барограф, гелиограф, снегомер, плотномер и другие. В настоящее время для метеорологических наблюдений и мониторинга используются самые современные приборы и оборудование – вплоть до применения компьютерной техники и метеоспутников («Метеор» и др.).

Изучение погоды, ее прогнозирование имеет огромное практическое значение. Прогнозом погоды занимается раздел метеорологии, который называется синоптической метеорологией. Наблюдения за погодой ведутся на метеорологических станциях и постах. Служба погоды есть почти во всех странах. Данные со станций и постов поступают в Бюро погоды. Центральным органом службы погоды является Гидрометцентр. Наблюдения проводятся 8 раз в сутки: в 0 ч., 3 ч., 6 ч., 9 ч. и т.д. Обработка данных осуществляется на ЭВМ, составляются синоптические карты – карты погоды. Карты погоды являются основой для ее предсказания. Кроме карт, составляют уравнения гидродинамики атмосферных процессов, которые решают путем интегрирования.

Наиболее достоверными являются краткосрочные прогнозы (на 1-3 суток), их оправданность почти 90%. Чем больше срок прогноза, тем меньше его оправдываемость.

Долгосрочные прогнозы могут составляться на неделю, месяц, сезон. Систематическое составление долгосрочных прогнозов началось в нашей стране в 1922 г. Прогнозы погоды на месяц оправдываются не более, чем на 70%. На Земле существует 3 мировых гидрометеорологических центра: в Вашингтоне, Мельбурне и Москве.

Прогнозы погоды даются обычно для большого района. В конкретной местности для их уточнения полезно использовать местные признаки погоды.

Слово «климат» произошло от греческого «клима» – зона (буквально - наклон солнечных лучей) – или «клинейн» – наклонять. Этот термин ввел древнегреческий ученый Гиппарх. Плавая в разных широтах, люди заметили, что угол, под которым относительно горизонта видно Солнце в полдень, с продвижением на север уменьшается.

Климат – это многолетний режим погоды, характерный для данной местности («усредненная погода»). Климат изучает наука климатология. Основоположниками климатологии считаются А. Гумбольдт, А.И. Воейков, В.П. Кеппен, П.И. Броунов, А.С. Берг, Б.П. Алисов, А.А.Григорьев, М.И. Будыко и другие.

Климат формируется в результате сложного взаимодействия атмосферы с подстилающей поверхностью. К факторам климатообразования должны быть отнесены:

1) географическая широта (количество солнечной радиации);

2) циркуляция атмосферы (воздушные массы, атмосферные фронты, господствующие ветры);

3) характер подстилающей поверхности:

а) влияние океанов:

- близость к океану;

- океанические течения;

б) рельеф:

- высота места над уровнем моря;

- расположение горных хребтов;

в) влияние ледникового и снежного покровов, растительности;

г) влияние растительного покрова.

Все многообразие климатов на Земле можно классифицировать. В основу классификации могут быть положены различные признаки – какая-либо одна или несколько характеристик климата. Так, В.Кеппен на первое место в классификации климатов ставит температурный режим и степень увлажнения, Л. Берг – зональные ландшафтные особенности территории, в частности, характер растительности, Б. Алисов – господство одной или двух (для переходных поясов) географических воздушных масс.

Рассмотрим современную классификацию климатических поясов, предложенных Ф.Н. Мильковым.

Экваториальный пояс. Расположен в экваториальных широтах примерно до 5^о-10^о от экватора в северном и южном полушариях, на материках Южная Америка, Африка, Зондских островах и полуострове Малакка. Весь год господствующими здесь являются экваториальные воздушные массы. Климат равномерно жаркий и влажный. Сезонные колебания температуры и влажности воздуха очень малы. Среднемесячные температуры составляют +24^о – +28^оС, а относительная влажность воздуха – около 90%. Суточная амплитуда температур оказывается больше годовой.

В пределах экваториального пояса можно выделить две климатические области с двумя подтипами: зенитальных дождей (постоянно влажно) и тропических муссонов (периодически влажно).

Для экваториального климата зенитальных дождей характерно очень большое количество осадков – до 2000-3000 мм в год и более, с относительно равномерным их распределением по сезонам. Особенно много осадков выпадает в этих широтах после дней весеннего и осеннего равноденствия (зенитальные дожди). Характер погоды в течение дня практически не меняется. С утра солнечно, к полудню появляются кучевые облака, перерастающие в кучево-дождевые, и начинается ливневый дождь, сопровождающийся грозой. К вечеру небо вновь становится ясным, и наступает душная тропическая ночь. Смена погоды в течение суток совершается так же, как и ход часов.

Климат тропических муссонов представлен на восточных окраинах материков экваториального пояса – там, где появляется непродолжительный перерыв в осадках. Соответственно и количество их несколько меньше, чем в области зенитальных дождей. Сухой период в экваториальном поясе связан с перемещением зенитальных дождей в северном (июль) и южном (январь) направлениях и проникновением сюда пассатных ветров.

Субэкваториальные пояса. Они простираются к северу и к югу от экваториального, захватывая Южную Америку, Африку, север Австралии, Индостан и Индокитай. Климат здесь жаркий и переменно влажный (климат обусловлен действием тропических муссонов). Летом господствуют экваториальные воздушные массы, а зимой – тропические. В этом поясе появляются сезонные различия температур, особенно заметные на Индостане и в Индокитае. Средняя температура самого теплого месяца года составляет +26^о – +28^оС, а самого холодного – +20^о – +22^оС. Наиболее жарко бывает в конце сухого сезона, перед началом периода дождей. Годовая сумма осадков колеблется от 2000 мм вблизи экваториального пояса (на наветренных склонах гор намного больше) до 500 мм на границе с тропическими поясами. Почти все осадки приходятся на лето (в северном полушарии – с апреля по октябрь, в южном – с октября по апрель). Продолжительность сухого и влажного сезонов неодинакова. Вблизи экваториального пояса продолжительность сухого периода 2-3 месяца, в направлении к тропическим поясам он возрастает до 9-10 месяцев, соответственно изменяется и влажный сезон.

Тропические пояса. Они расположены в северных и южных тропических широтах. В северных тропических широтах тропический пояс не образует сплошной полосы. На севере Индостана и Индокитая, вследствие ярко выраженной муссонной циркуляции (лето дождливое, зима сухая), климат субэкваториальный, а не тропический.

Весь год в тропических поясах господствуют тропические воздушные массы. В пределах тропических поясов выделяют области с 3 подтипами климатов: тропический пассатный, тропический морской (влажный) и тропический континентальный (сухой).

Тропический пассатный климат хорошо выражен на океанах в тропических широтах. Его отличительные черты: умеренный устойчивый ветер с восточной составляющей, малая облачность, небольшое количество осадков – 150-250 мм в год.

Тропический морской климат свойствен восточной окраине материков тропических широт. Здесь климат равномерно влажный, с годовой суммой осадков до 1000 мм. Средние температуры самого теплого месяца +24^о – +26^оС, холодного +18^о + 20^оС.

Тропический континентальный климат (климат тропических пустынь – Сахары, Калахары, Аравии, Австралии и др.) отличается исключительно жарким летом (+30^о - +32^оС) и крайней бедностью атмосферных осадков (менее 100 мм в год), дожди носят эпизодический характер. На севере Сахары, в Ливийской пустыне, была отмечена самая высокая из температур, наблюдавшихся на Земле, – +58^оС. На северо-западе Сахары дожди могут не выпадать по нескольку лет подряд. Зима в тропических пустынях намного прохладнее. Таким образом, годовые амплитуды составляют 15-20^оС. Воздух этих пустынь отличается крайней сухостью, относительная влажность его не превышает 20-25%.

Ряд особенностей имеют прибрежные тропические пустыни (западное побережье Сахары, пустыни Намиб и Атакама, юг Калифорнии). Омываемые холодными течениями, они оказываются намного прохладнее внутриматериковых тропических пустынь. Особенно заметно отличаются летние температуры, значения которых редко превышают +20^оС. Количество осадков столь же мало, но дожди, как правило, не выпадают; вся атмосферная влага образуется за счет ночных рос и туманов.

Субтропические пояса. Они располагаются в среднем от 30^о до 40^о широты в северном и южном полушариях. Летом здесь господствует тропический воздух, зимой – умеренный. При столь контрастной смене воздушных масс субтропики существенно отличаются от умеренных поясов тем, что температура воздуха самого холодного месяца положительна и вегетация многих растений не прекращается и зимой. Снег в субтропиках может выпадать, но на низменных равнинах снежного покрова не образуется. В субтропическом поясе 4 подтипа: средиземноморский, континентальный(сухой), муссонный, океанический (равномерно влажный).

Субтропический средиземноморский климат характерен для акватории и побережья Средиземного моря, Тихоокеанского побережья на юго-западе США и Чили, юго-запада Африки и Австралии. Лето жаркое и сухое, со средними температурами +24^о – +26^оС; зима мягкая и дождливая – +8^о – +12^оС. Осадков выпадает 500-700 мм в год, преимущественно в зимний период.

Субтропический внутриматериковый (континентальный) климат имеет место в Северной Америке (штат Калифорния), во внутренних районах Евразии субтропических широт, на южном побережье Австралии. Здесь очень жаркое лето (средняя температура самого теплого месяца +28^о – +30^оС) – солнечное и сухое. Абсолютный максимум температуры воздуха почти такой же, что и в тропических пустынях. В «Долине смерти» в Калифорнии наблюдалась температура почти +57^оС. Зима прохладная (0^о – +5^оС), в горных районах ниже 0^оС и тоже сухо. Годовая сумма осадков 200-250 мм.

Муссонный климат субтропиков складывается на восточных окраинах материков Евразии, Северной Америки с примыкающими к ним акваториями океанов. Годовой ход осадков здесь прямо противоположен средиземноморскому. Лето жаркое и влажное, средняя температура июля +22^о – +24^оС; зима прохладная и сухая, средняя температура января +2^о – +6^оС. Осадков выпадает около 1000 мм в год, причем почти все это количество приходится на летний сезон.

Океанический климат субтропиков (с равномерным увлажнением) мягкий и влажный. Он характерен для крайнего юго-востока Австралии, Африки, восточного побережья Южной Америки в субтропических широтах и примыкающих к ним акваторий океанов. Средние температуры составляют летом +20^о – +22^оС, зимой +10^о – +12^оС. осадков выпадает около 1000 мм в год, большая часть которых приходится на зимний период.

Умеренные пояса. Они размещаются между 40^о и 65^о широты северного и южного полушария. Характерные черты умеренных поясов: господство воздуха умеренных широт и западных ветров, активная циклоническая деятельность, прохладная или холодная зима с устойчивым снежным покровом. Климат умеренного пояса распадается на несколько подтипов: океанический, окраинно-материковый (морской), умеренно-континентальный, континентальный, резко-континентальный и муссонный.

Океанический климат свойствен почти всему умеренному поясу южного полушария и умеренному поясу северного полушария над Атлантикой и Тихим океаном. Этот тип климата отличается повышенной влажностью, облачностью и малой годовой амплитудой температур в 5-10^оС, с устойчивыми сильными западными ветрами. Самым теплым месяцем года является август, а самым холодным – февраль (это верно для северного полушария, а в южном – наоборот). Моряки называли эти широты в южном полушарии «ревущими сороковыми».

Морской умеренный климат характерен для западных берегов Евразии и Северной Америки. Здесь в течение всего года наблюдаются влажные западные ветры с океана – относительно теплые зимой и прохладные летом. Средняя температура января слабо положительная (+1^о – +5^оС), устойчивого снежного покрова нет. Средняя температура июля +14^о – +16^оС. Осадков выпадает много – до 1000-1500мм в год, распределены они относительно равномерно в течение года.

Умеренно-континентальный климат господствует на большей части Восточной Европы и Русской равнины, на востоке Северной Америки и на крайнем юго-востоке Южной Америки. Осадков здесь выпадает от 800 до 500 мм в год, большая часть из которых приходится на теплое время года. Средняя температура июля составляет +16^о – +19^оС, января – от –5^о до –15^оС. Начиная с этой климатической области, зимой образуется снежный покров.

Континентальный климат характерен для Западной Сибири, Казахстана, внутриконтинентальных районов Канады. Годовое количество осадков здесь становится меньше – от 400 до 600 мм, а годовая амплитуда температуры воздуха возрастает в основном за счет низких зимних температур: -20^о –25^оС.

Резко-континентальный климат имеет место только на материке Евразия, в Средней и Восточной Сибири и Центральной Азии. Наличие этой климатической области объясняется огромными размерами континента и значительной удаленностью от океанов. Годовая сумма осадков снижается до 250-300 мм, большая часть их выпадает в теплое время года. Средние температуры июля +20^о – +22^оС, в Центральной Азии до +26^оС. Средние температуры января –30^о –40^оС, на юге области на 10-15^оС выше. Таким образом, здесь наблюдается одна из самых высоких годовых амплитуд на Земле – до 60^оС.

Муссонный климат умеренного пояса хорошо выражен на тихоокеанском побережье Евразии – в Приморье, на Сахалине, Японии и северо-востоке Китая. Зима холодная и малоснежная (-15^о –20^оС), лето относительно теплое и влажное, со средне-июльскими температурами +16^о – +20^о . Осадков выпадает до 1000 мм а в год, причем до 80-90% их приходится на лето. Очень слабо муссонный климат выражен на восточном побережье США и Канады, но здесь он скорее имеет черты умеренно-континентального климата с обильными осадками летом и зимой.

Субарктический пояс проходит по северу Северной Америки и северу Евразии, простираясь вблизи Северного полярного круга. В субарктическом поясе можно выделить два подтипа: материковых тундр и лесотундр и безледных полярных морей и их побережий (морской).

В климате материковых тундр и редколесий средняя температура июля составляет +10^о – +13^оС, января –20^о –40^оС. Здесь находится зимний полюс холода северного полушария (в районе Омякона была зарегистрирована температура –71^оС). Осадков выпадает мало – 200-300 мм в год, большая часть их приходится на лето.

Климат полярных морей присущ Норвежскому, Баренцеву и Берингову морям. Зима здесь теплая, около 0^оС, на побережье – ниже; лето прохладное - +5^о – +12^оС. Годовая сумма осадков 500 мм и более.

Арктический пояс занимает большую часть Северного Ледовитого Океан, острова и побережье Азии. Весь год здесь господствуют арктические воздушные массы. Характерна долгая полярная ночь и столь же продолжительный полярный день. Температура летних месяцев около 0^оС (во внутренних районах побережья до +2^оС), зимних – от –20^о до –40^оС. Особенно холодна зима на о.Гренландия. Сумма годовых осадков менее 250 мм.

Субантарктический пояс проходит узкой полосой у берегов Антарктиды, включая околоантарктические острова и север Антарктического полуострова. Средние температуры самого холодного месяца года (июля) – -10^о –16^оС, самого теплого (января) – 0^о +5^оС. Осадков выпадает 400 мм и более. Почти весь год держится низкая облачность, густые туманы и сильные ветры.

Антарктический пояс охватывает Антарктический материк. Это так называемый климат ледяных плато с морозным летом. Весь год здесь господствуют антарктические воздушные массы. Средние температуры июля –40^о –64^оС (при абсолютном минимуме –89^оС). Даже средние температуры января, самого теплого месяца года, составляют –16^о –32^оС. Годовая сумма осадков меньше 100 мм, причем почти все количество осадков выпадает в виде инея и изморози. Столь низкие в течение всего года температуры воздуха во внутренних районах Антарктиды являются результатом не только высокой широты и устойчивого антициклона, но и значительной высоты ледяного панциря над уровнем моря.

Тема. ГИДРОСФЕРА

План

1. Понятие о гидросфере и происхождении воды.

2. Свойства воды

3. Круговорот воды на планете

4. Мировой океан.

5. Свойства океанической воды

6. Движение вод океана

7. Жизнь в океане

8. Воды суши. Поверхностные воды.

9. Подземные воды. Мерзлота.

Гидросфера– это водная оболочка Земли, включающая в себя воды Мирового океана, воды суши – подземные и поверхностные (реки, озера, болота, ледники), водяной пар в атмосфере и химически связанную воду (это вода, содержащаяся в горных породах и живых организмах). Вода – самое распространенное вещество на планете, она занимает 71% поверхности Земли. Вода находится повсюду и проникает во все оболочки Земли, поэтому гидросферу на планете можно считать непрерывной.

Мощность (толщина) гидросферы около 70-80 км, т.е. верхняя ее граница проходит в мезосфере (там, где есть серебристые облака), а нижняя соответствует уровню залегания осадочных пород.

Гидросферу изучают многие науки: океанология (наука о Мировом океане), гидрография (изучает воды суши), гидрология (наука о реках), лимнология (изучает озера), гляциология (наука о ледниках), геокриология (наука о мерзлоте), болотоведение и другие.

Происхождение воды

1. Ювинильное (юное) происхождение: вода возникла с образованием планеты, ибо входила в исходное протопланетное вещество. При разогреве недр и диффузии вещества внутри Земли водяной пар выделялся наружу и, охлаждаясь, конденсировался. И сейчас при извержении вулканов каждый год выделяется около 1,3^.10⁸ тонн воды.

2. Космическое происхождение: с ядрами комет и метеорным веществом вода может приноситься на Землю.

3. Атмосферное происхождение («солнечный дождь»): атомы водорода, приносимые солнечным ветром, вступают в реакцию с атомами кислорода в верхних слоях атмосферы, в результате чего образуется вода.

4. При разложении органического вещества может выделяться вода.

5. Антропогенное происхождение: вода может образовываться при горении, окислении и т.п.

Свойства воды

Впервые воду описал в IV в. до н.э. древнегреческий ученый Аристотель. До XVIII в. существовало представление о воде как об индивидуальном химическом элементе. В 1781 г. английский химик Г.Кавендиш синтезировал воду путем соединения водорода с кислородом (пропускал электрический разряд через смесь водорода и кислорода). В 1783 г. французский химик А.Лавуазье повторил опыт Кавендиша и сделал вывод о том, что вода – это сложное соединение, состоящее из кислорода и водорода.

Формула химически чистой воды: Н₂О (окись водорода). Молекула воды представляет собой равнобедренный треугольник с отрицательно заряженным атомом «О» в вершине и двумя положительно заряженными атомами «Н» в основании.

Кроме обычной воды (Н₂О), встречается в очень малых количествах тяжелая (Д₂О) и сверхтяжелая (Т₂О) вода. (Д – дейтерий, Т – тритий).

Обычная вода в условиях нормального атмосферного давления кипит при температуре +100^оС, замерзает при температуре 0^оС и имеет максимальную плотность при температуре +4^оС. При охлаждении воды ниже +4^оС плотность ее уменьшается, а объем увеличивается, и при замерзании происходит резкое увеличение объема. В отличие от всех веществ в природе вода при переходе из жидкого состояния в твердое приобретает меньшую плотность, поэтому лед легче воды. Эта аномалия воды играет важную роль в природе. Лед держится на поверхности водоемов. Будь лед тяжелее воды, образование его начиналось бы со дна, и водоемы были бы многолетнемерзлыми (за лето не все успевали бы оттаять), а жизнь могла бы погибнуть.

Вода – сильнейший растворитель в природе. Химически чистой воды в природе нет. Даже в самой чистой воде – дождевой – содержатся соли. Различают воду пресную (до 1^о/_оо солей), солоноватую (до 25^о/_оо) и соленую (больше 25^о/_оо). От солености воды зависит температура ее замерзания, поэтому океаническая вода замерзает при температуре ниже 0^оС. Минерализация воды до некоторого предела является благоприятным условием существования жизни. Чистая вода в силу своей огромной растворяющей способности была вредной для живых тканей.

Вода обладает аномально высокой теплоемкостью. Ее теплоемкость в 2 раза больше, чем теплоемкость дерева, в 5 раз – песка и в 3000 раз – воздуха, следовательно, можно сказать, что океан – это аккумулятор тепла. Таким образом, водоемы смягчают климат.

Вода имеет небольшую теплопроводность, из чего следует, что лед предохраняет воду от охлаждения.

Из всех жидкостей (кроме ртути) вода имеет самое большое поверхностное натяжение. Отсюда способность воды подниматься по капиллярам почвы и в растениях.

Вода пребывает одновременно в газообразном, жидком и твердом состоянии на планете. На Земле нет места, где бы не было воды в той или иной форме. Температура, при которой жидкая вода, пар и лед находятся в равновесии, равна +0,01^оС. При переходе воды из одного состояния в другое происходит либо выделение тепла (при конденсации, замерзании), либо поглощение его (при испарении, таянии).

Вода способна к самоочищению, но до известного предела. Испаряется только чистая вода, все примеси остаются на месте. Загрязнение воды промышленными отходами нередко переходит предел самоочищения.

Свойства воды сильно изменяются под влиянием давления и температуры. При давлении в 1 атм. (760 мм) вода замерзает при температуре 0^оС, а в 600 атм. – при температуре –5^оС. При сверхвысоком давлении (больше 20000 атм.) вода переходит в твердое состояние при температуре +76^оС (горячий лед). Такой лед может быть в недрах Земли. При очень низких температурах (меньше –170^оС) и небольшом давлении образуется сверхплотный лед (как твердый камень), такой лед может быть в ядрах комет.

Под действием ультрафиолетовых лучей вода распадается на водород и кислород.

Объем воды на Земле

Мировой океан 95%

Подземные воды 3%

Ледники 1,6%

Озера 0,15%

Реки 0,0001%

Почвенная влага 0,005%

Атмосферная влага 0,001%

На долю пресной воды приходится только около 2,5%, из которых большая часть – это вода в ледниках и глубинных слоях земной коры.

Круговорот воды на планете

Непрерывный процесс перемещения воды под воздействием солнечной энергии и силы тяжести, охватывающий все оболочки Земли, называют Мировым влагооборотом (или круговоротом воды).

Выделяют разомкнутые и замкнутые круговороты. К разомкнутым относят: а) поступление воды из мантии и с метеоритами; б) распад воды на водород и кислород и улетучивание водорода в космос.

Существует 4 замкнутых круговорота: 1) большой круговорот – океан-суша; 2) малый – внутриматериковый; 3) влагооборот отдельного ландшафта; 4) круговорот отдельного растения.

Круговорот воды на Земле связывает все оболочки Земли между собой, создавая единое целое, осуществляет перенос вещества и энергии между отдельными частями географической оболочки.

Общая сумма осадков на планете за год составляет слой в 1030 мм (т.е. около 1 м), примерно столько же воды испаряется за тот же период. Это составляет водный баланс Земли (он равен 0).

В течение года в Мировом влагообороте принимает участие всего около 0,04% общей массы воды гидросферы. Полное обновление воды в различных частях гидросферы происходит за разные промежутки времени. Так, подземные воды обновляются в среднем за сотни тысяч лет, вода в ледниках - приблизительно за 10 тысяч лет, вода Мирового океана – за 3 тысячи лет, озерная вода – за 10-100 лет, почвенная влага за 1 год. Вода в реках обновляется 30 раз в год, через каждые 12 суток, вода в атмосфере – 40 раз в год, через каждые 9 суток.

Процесс перемещения влаги – это одновременно процесс перераспределения тепла. Значение влагооборота в природе огромно. Баланс влагооборота в планетарном и местном масштабе не может оставаться неизменным. Так, в ледниковый период до 150 млн. км³ воды изымалось из «оборота», оказываясь в ледниках. Количество воды в океане при этом уменьшалось, сокращалась акватория океана, меньше становилось испарение и т.д.

Итак, единство гидросферы проявляется в том, что всякое изменение в одном ее месте приводит к изменениям в других.

Мировой океан

Мировой океан занимает около ¾ поверхности Земли (или 71%). На долю вод Мирового океана приходится почти 95% объема гидросферы. Средняя глубина Мирового океана составляет приблизительно 4 км.

Единый Мировой океан подразделяется на части – отдельные океаны. В настоящее время выделяют 4 океана: Тихий (с площадью 180 млн. км²), Атлантический ( с площадью 93 млн. км²), Индийский (75 млн. км²) и Северный Ледовитый (13 млн. км²). Некоторые географы выделяют еще пятый океан – Южный; а ряд зарубежных географов считают Северный Ледовитый океан морем Атлантики (Полярное море).

Границы океанов проводят условно. В океанах выделяют моря и заливы. Море – более или менее обособленная часть океана, отличающаяся особенностями физических и химических свойств, характером течений и приливов (т.е. природными особенностями).

Всего в мире более 50 морей. Моря составляют около 10% площади Мирового океана. Самые крупные моря: Филиппинское, Аравийское, Коралловое, Южно-Китайское, Тасманово, Фиджи и другие.

Различают моря:

1) окраинные – они свободно сообщаются с океаном, расположены, как правило, на шельфовой зоне (неглубокие); окраинные моря отделяются от океана островами (Баренцево, Карское, море Лаптевых, Восточно-Сибирское, Чукотское, Берингово, Восточно-Китайское, Коралловое, Фиджи, Тасманово, Росса, Девиса, Аравийское, Уэделла, Норвежское, Бофорта и другие);

2) внутренние – это моря, далеко вдающиеся в сушу: они соединяются с океаном проливами и заметно от него отличаются своими природными особенностями:

а) межматериковые – Средиземное, Красное, Мраморное;

б) внутриматериковые – Балтийское, Черное, Азовское,

Адриатическое и др.;

3) межостровные – это моря, находящиеся между островами (Яванское, Сулавеси, Филиппинское, Баффина, Гренландское и другие);

4) моря, расположенные внутри океана, – Саргассово море (единственное море без берегов).

Залив – это часть океана или моря, вдающаяся в сушу. Заливы менее изолированы, чем моря, поэтому их режим и свойства близки к океаническим. Наиболее крупные заливы: Гвинейский, Мексиканский, Гудзонов, Калифорнийский, Аляска, Бенгальский, Персидский, Бискайский, Большой Австралийский и некоторые другие.

Пролив – сравнительно узкая часть океана или моря, разделяющая два участка суши и соединяющая два смежных водоема. Самый широкий – пролив Дрейка (около 1000 км), самый длинный – Мозамбикский пролив (1700 км).

Свободную поверхность Мирового океана называют уровенной. В спокойном состоянии она должна совпадать с поверхностью геоида, но ряд факторов – температура, давление, ветер, приливы и т.д. – вызывает ее отклонение.

Уровень Мирового океана изменялся и в прошлом: трансгрессии (увеличение площади океана) сменялись регрессиями (сокращение площади океана) и наоборот; происходило материковое оледенение и др.

В России за нулевой уровень принимают средний уровень Балтийского моря (Крондштадский футшток).

Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском по сайту: