Водная оболочка земли

Подземные воды

Подземные воды служат одним из источников питания рек и озёр, используются человеком для водоснабжения. Наиболее важны пресные подземные воды, которые, как правило, меньше загрязнены, чем поверхностные.

Ближайшие к поверхности воды — грунтовые — сильно зависят от климатических условий. Чем больше осадков и чем меньше испарение, тем воды обильнее и тем ближе к поверхности расположены. В засушливых районах грунтовые воды чаще всего находятся на большой глубине. Залегающие глубже межпластовые подземные воды мало зависят от климата. Их наличие и химический состав определяются геологическим строением.

Минеральные подземные воды во многих странах применяют в лечебных целях (курорты), а горячие — для отопления жилищ и теплиц. Широкое использование подземных вод приводит к понижению их уровня и истощению, поэтому требуется разработка и внедрение способов их пополнения.

Береговая линия Мирового океана

Для береговой линии океана характерно наличие заливов, лагун, бухт, эстуариев впадающих рек, полуостровов, кос, лиманов, пляжей или клифов и других форм рельефа.

Заливы

Заливы – это части океана или моря, вдающиеся в сушу, но не отделённые от него подводными порогами (поднятиями). Самый большой по площади залив – Бенгальский, а самый глубокий – Бискайский. В зависимости от происхождения, строения берегов и формы заливы имеют различные, зачастую местные названия:

• фьорды – норвежское название длинных узких, глубоко вдающихся в сушу морских заливов, образовавшихся в результате затопления морем долин бывшего ледника. Многие из них очень глубокие. Примерами типичных заливов могут быть фьорды Норвежского моря. Викинги на своих кораблях прятались в них и, затаившись, ждали жертв для нападения;
• бухты – небольшие спокойные участки моря, с трёх сторон отделённые от открытых вод скалами, выступами берегов или островами и защищённые ими от ветра и волн. Образуются они в результате вымывания волнами мягкого скального или глинистого грунта. Примерами бухт могут служить Севастопольская и Балаклавская в Чёрном море, Золотой Рог в Японском море;
• лагуны – мелководные участки моря, отделённые от него коралловым рифом, косой или баром. От других заливов они отличаются большей степенью изолированности от моря. Часто лагуны встречаются внутри атоллов;
• лиманы – заливы, отделённые от моря песчаной косой (пересыпью). Обычно это затопленные участки ближайших к морю речных долин (Днепровский, Днестровский лиманы на побережье Чёрного моря). Различают лиманы открытого типа (эстуарного) – постоянно обменивающиеся водами с морем, и закрытого типа (лагунного). На режим лимана в значительной степени оказывает влияние река, которая в него впадает;
• губы – распространённое на севере России название заливов, образованного работой крупных рек. Они глубоко вдаются в сушу (Невская в Финском заливе, Обская в Карском море).

Фьорд Люсе, Норвегия

Исторически сложилось, что некоторые моря отнесены к заливам (Персидский, Мексиканский, Бенгальский, Гудзонов), а заливы — к морям, хотя по своему режиму должны быть названы заливами (море Бофорта, море Линкольна и др.).

Проливы

Проливы – это сравнительно узкие части мирового океана, разделяющие материки или острова и соединяющие между собой океаны или моря. Самый широкий и глубокий – пролив Дрейка (средняя ширина и глубина, соответственно, 986 км и 3111 км), самый длинный – Мозамбикский пролив – 1760 км. Проливам присущ свой особый гидрологический режим, особая система течений. Проливы, соединяющие два океана, не разделяются между ними, а относятся к одному из них.

Искусственные проливы называются каналами. Например, Суэцкий и Панамский каналы.

Гибралтар

Озеро

Озером называют естественно возникший водоём, существующий на ограниченной берегами территории. По происхождению выделяют такие видыозерных котловин:

• Тектонические(образованные впоследствии разломов земной коры) – Байкал, Каспийское;
• Вулканические (расположенные в кратерах не действующих вулканов) – Кроноцкое, Курильское, озеро Новой Зеландии,;
• Ледниковые – в образовавшихся ранее выпаханных ледником впадинах – Ладонежское. Онежское, Селигер, Ильмень, Чудское;
• Карстовые (возникают в местах растворения горных пород (известняка, гипса, мела) земными водами) — Неджели;
• Завальные (образуются при преграждении движения реки) – Севан, Тана;
• Старицы (участок реки, отделившийся от основного русла). Отличаются от завальных тем, что находятся на пойме;
• Искусственные (пруды, водохранилища).

По стоку озера различаются на сточные (реки впадают и вытекают из водоема) и бессточные (реки только впадают) 

Ледники

Зимой можно наблюдать лед на поверхности различных водоемов, а с приходом теплого времени он тает. Однако существуют ледники, остающиеся неизменными в течение всего года. Формируются они в полярных, а также горных районах, составляют 11% всей площади суши.

По месту образования различают ледники покровные или материковые и горные.

Покровные ледники расположены на поверхности Антарктиды, Гренландии и некоторых островах Арктики. К примеру, толщина покровного ледника Гренландии достигает 2000 м.

Ледники острова Гренландия 

В России покровные ледники сосредоточены на островах Арктики — Новая Земля, Северная Земля, Земля Франца-Иосифа. Получается их совсем немного на территории России, почему тогда покровные ледники занимают площадь больше, чем горные?

Это связано с тем, что покровные ледники занимают всю площадь островов, то есть закрывают их как будто бы одеялом. Горные ледники могут образовываться только на вершинах, поэтому занимают небольшую площадь.

Горные ледники часто принимают форму долины, по которой движутся. Нижняя граница вечных снегов именуется снеговой линией. Она расположена на разной высоте в зависимости от климата и рельефа местности, в которой расположены горы.

Снег, накопившийся выше снеговой линии, слеживается, а потом преобразуется в лед, который способен течь по уклону ложа. Движутся ледники с различной скоростью, которая определяется уклоном и количеством льда. Языки горных ледников, спускающиеся ниже снеговой линии, тают и дают начало рекам.

На горные ледники в России приходится всего около 5% площади. Сосредоточены они в горных системах Кавказа, Камчатки, Урала, Алтая. 

Горы Кавказа 

В некоторых районах в верхних частях земной коры имеется слой земли, сохраняющий отрицательную температуру в течение длительного периода. Это слой многолетней мерзлоты.

Занимает многолетняя мерзлота не менее 20% суши. Глубина слоя различна, а толщина его измеряется метрами.

Причинами образования многолетней мерзлоты считается холодный климат, сопровождающийся суровыми зимами с небольшим количеством снега. Получается, что земная кора промерзает больше, чем способна оттаять в теплое время года. Причем многолетняя мерзлота является водоупорным слоем и препятствует проникновению воды вглубь. Вследствие этого в зоне многолетней мерзлоты происходит заболачивание верхнего слоя почвы.

На этих территориях замедляются почвообразовательные процессы, корни растений не могут проникнуть вглубь, поэтому в условиях многолетней мерзлоты бедный растительный покров.

Многолетняя мерзлота под слоем растительности

В мире многолетняя мерзлота распространена в основном по северным районам, а также на юге Антарктиды.

Многолетняя мерзлота на карте мира

В России многолетняя мерзлота занимает около ½ площади территории на севере. С мерзлотой приходится считаться при постройке зданий, проведении дорог и других видов хозяйственной деятельности.

Агрегатные состояния

Из всех веществ, существующих на Земле, только вода может иметь три принципиально разных агрегатных состояния: жидкое, газообразное и твердое. Благодаря трём агрегатным состояниям происходит круговорот воды в природе и жизнь на Земле. Рассмотрим подробнее каждое агрегатное состояние.

1. Жидкое (вода). В нормальных условиях вода является жидкостью. Образует мировой океан, реки, ручьи и т.д.
2. Газообразное (водяной пар) — это бесцветный газ, не имеет вкуса и запаха. Испаряется с поверхности океанов, рек, болот, почвы, растений и поступает в воздух или образуется путём кипения жидкой воды или сублимации из льда. Сублимация — переход вещества из твёрдого состояния сразу в газообразное, минуя стадию плавления (перехода в жидкое состояние).
3. Твердое (лёд). При температуре от нуля и ниже вода превращается в лёд. В холодное время года он сковывает реки и лужи, выпадает в виде осадков: снежинок, града, инея, образует ледяные облака. Встречается в виде ледников и айсбергов.

Строение в различных агрегатных состояниях

Жидкая вода, лёд и водяной пар имеют один и тот же состав, но разные состояния.

Рассмотрим строение молекулы на изображении.

Многочисленные исследования ученых подтверждают, что по структуре вода и лед близки друг к другу. Структура льда – это решетчатый каркас. Структура воды зависит от содержания разных веществ, которые в ней растворяются, а также от нерастворимых соединений и некоторых других факторов.

В воде возникают структуры, которые стали называть «кластерами» — группа атомов или молекул, которые представляют собой единую структуру, но внутри имеют свои индивидуальные особенности.

При температуре близкой к точке замерзания, молекулы жидкой воды собираются в небольшие группы, практически так, как в кристаллах. При температуре близкой к точке кипения они располагаются более свободно.

Свойства

Вода — уникальный природный компонент, который обладает рядом свойств. Рассмотрим основные:

• не имеет цвета, запаха и вкуса;
• распространенный растворитель;
• обладает высоким поверхностным натяжением, уступая в этом только ртути;
• имеет большую теплоту испарения (используется для терморегуляции);
• чистая вода — хороший изолятор;
• обладает большой теплоёмкостью (увеличение тепловой энергии вызывает лишь сравнительно небольшое повышение ее температуры);
• плотность в разных диапазонах температур меняется неодинаково.

Существуют необычные свойства. Например, в твердом виде вода легче, чем в жидком. Лёд не тонет в воде. В твёрдом состоянии частички воды располагаются по порядку, между ними остается много свободного пространства. Когда лёд тает, активность частичек повышается, свободное пространство заполняется. Жидкая форма становится более тяжелой, нежели твердая.

Такая уникальная способность даёт возможность любому водоёму не замерзать по всей глубине. Даже при самом сильном морозе температура воды у дна не опускается ниже +4 ᵒС. Все живые существа (рыбы и другие) могут спокойно пережить самую суровую зиму подо льдом.

Горячая вода замерзает быстрее, чем холодная. Это связано с большей скоростью испарения и излучения тепла.

Теплоемкость и некоторые другие физические свойства воды тоже зависят от температуры неодинаково. Другие виды жидкостей не имеют таких особенностей – чтобы какой-то один параметр менялся по-разному на разных порогах температуры.

Круговорот воды в природе

Вода образует водную оболочку нашей планеты – гидросферу.

Её делят на Мировой океан, континентальные поверхностные воды и ледники, а также подземные водоёмы. Переходы H2O из одних частей гидросферы в другие составляют сложный круговорот воды на Земле

Круговорот воды в природе — это непрерывное движение воды в гидросфере Земли. В процессе этого обмена водная масса меняет агрегатное состояние: из жидкой или твердой превращается в газообразную и обратно.

Рассмотрим на примере.

• С поверхности океанов, морей, рек и суши вода в виде пара поднимается вверх.
• Высоко над землей он охлаждается и образует множество водяных капелек и льдинок. Из них образуются облака.
• В виде осадков вода возвращается на Землю.

Поверхностные, грунтовые и подземные воды

Требования к описанию местоположения береговой линии (границы водного объекта) устанавливаются уполномоченным Правительством Российской Федерации федеральным органом исполнительной власти.

(часть 4.1 введена Федеральным законом от 13.07.2015 N 244-ФЗ)

5. К подземным водным объектам относятся:

1) бассейны подземных вод;

2) водоносные горизонты.

5.1. Классификация водоносных горизонтов (первый, второй и иные водоносные горизонты) утверждается уполномоченным Правительством Российской Федерации федеральным органом исполнительной власти.

(часть 5.1 введена Федеральным законом от 29.12.2014 N 459-ФЗ)

6. Границы подземных водных объектов определяются в соответствии с законодательством о недрах.

Ст. 5 ВК РФ. Поверхностные водные объекты и подземные водные объекты

Запасы воды на Земле

Наземные и подземные водоемы объединяет гидросфера.
Примерное распределение воды на земле:

• львиная доля 90,4% принадлежит мировому океану;
• ледники, снег составляют 1,87% запасов воды на
  Земле;
• доля подземных источников – 1,7%, земля под
  водой объединяет грунтовые воды и подземные водяные пласты;
• реки, озера, другие водоемы на суше составляют
  0,02% запасов водных ресурсов;
• в живых клетках, атмосфере содержится остальные
  0,02% водных запасов.

Средняя толщина гидросферы планеты не более 4 км. Если бы
структура почвы была песчаной, влага не задерживалась бы на поверхности. Какой
же слой земли задерживает воду на поверхности? Это глинистый грунт. Глина при
набухании обладает способностью образовывать водяной замок, не пропускает
влагу. По подсчетам ученых, в почвенном слое содержится в 10-12 раз больше
воды, чем в мировом океане. Но в основном она не пригодна для питья.

Ответ на вопрос, какой воды на Земле больше, однозначный,
пресной воды не более 3% мировых запасов, причем большая ее часть содержится в
ледниках. Существует много методов получения воды путем опреснения. Технологии
очистки водных ресурсов актуальны в районах, где нет запасов пресной воды, нет
питьевых наземных и подземных источников.

Вода в жизни всего живого имеет первостепенное значение.
Водные ресурсы на планете возобновляемые, но их необходимо оберегать,
рационально использовать, не загрязнять. Гидросфера – основа жизни биосферы, от
ее состояния зависит судьба всего живого на Земле. Тайны воды еще не разгаданы,
ученые продолжают ее исследование.

Воды суши. Реки

Помимо Мирового океана можно еще выделить воды суши, то есть воды, находящиеся на поверхности литосферы. Какие виды вод различают на суше? Познакомимся с ними на схеме.

Остановимся подробнее на характеристике рек.

Появляются они при слиянии временных ручейков и небольших рек в непрерывный водоток. Вода этого потока размывает сыпучие породы и появляется углубление в земной коре, называемое руслом реки. Исходя из этого, можно сформулировать определение «река» и познакомиться с ее частями.

Следует обратить внимание, что руслом реки будет являться углубление, по которому вода течет постоянно. Если в каком-то месте река меняет свое направление, и вырабатывает новое углубление, то предыдущее русло будет считаться старым

Часто так образуются остаточные озера, получившие название старицы.

Помимо русла у реки есть еще две основные части – исток, устье. Участок, на котором река берет свое начало, получил название исток. Находится исток реки в горной или равнинной местности. В горных участках река берет начало от тающих ледников, озер, а на равнине вытекать из родников, болот.

Устьем реки считается место ее впадения в какой-либо водоем. По своей форме устья могут различаться, так как скорость течения здесь меньше и происходит отложение различных наносов из осадочных пород. Эти наносы и определяют форму устья.

У любой реки можно увидеть притоки, то есть впадающие в нее реки. Притоки у реки могут быть правые и левые, крупные и мелкие. Давайте посмотрим, как их можно определять с помощью карты.

Река и все ее притоки составляют речную систему. Именуется речная система по основной реке, к примеру, система Волги, Конго, Амазонки. Крупными речными системами мира считаются Амазонка, Конго, Миссисипи, Обь.

Все пространство, которое занимает речная система, получило название бассейна реки. Линия, разграничивающая бассейны двух соседних рек, именуется водоразделом. В речном бассейне водораздел может проходить по хребтам или возвышенностям.

Площадь основного бассейна реки зависит от разветвленности речной системы – чем больше притоков, тем она больше. Значительным бассейном обладает река Амазонка – площадь 7млн.км2, в России крупным бассейном обладает Обь – площадь 3млн.км2.

На свойствах рек сказывается рельеф того участка, где они находятся. Работа вод, расположенных на поверхности, способствует формированию речных долин, то есть линейных форм рельефа. Рассмотрим составляющие речной долины.

Начинается рекана более возвышенной территории, а участок, на котором она вливается в водоем, имеет меньшую высоту. Разница высоты истока и устья реки определяет характер ее течения. Горная местность отличается значительным уклоном, поэтому реки приобретают высокую скорость течения. С этим же связано наличие у горной реки узкого русла с крутыми берегами.

Равнинные реки характеризуются малыми скоростями течения воды, их русла более извилистые. Равнинные реки имеют обширную речную долину, способную увеличиваться за счет размывания берегов.

Для равнинных рек свойственны поймы. Существует период времени, когда вода разливается на большие пространства вокруг. Эта часть суши получила название пойма реки. Часто вода после себя оставляет различные наносы, которые делают почву плодородной.

Для горных рек характерны пороги, представляющие собой каменные неровности. Образуются они при работе поверхностных вод в горных породах. Воды горных рек способны размывать самые прочные породы, когда река пересекает скалу, то формируются пороги.

Таким же образом появляются водопады, только на пути реки при этом встречается значительный отвесный выступ. Водопады также образуются на горных реках. Самым высоким водопадом в мире считается Анхель, высота которого 1054 м. Наиболее знаменитым среди туристов является Ниагарский, представляющий собой комплекс водопадов.

На протяжении года реки способны менять уровень воды, замерзать, разливаться, все эти процессы устанавливают режим реки, который определяется климатом. Существуют реки, способные в течение всего года быть полноводными. Они находятся в районах с теплым климатом, к примеру, Амазонка.Сложный водный режим рек наблюдается на территориях с выраженными сезонами года. В зимний период происходит замерзание рек, с наступлением тепла начинается продолжительное половодье.

Уровень воды в реке определяется ее питанием, которое способно различаться в разное время года. Познакомимся с основными типами питания рек.

Равнинные реки зимой питаются подземными, весной талыми, а летом водами атмосферных осадков. В горной местности реки подпитываются влагой от таяния снега и ледников. Многим рекам России характерно смешанное питание.

Проблема нехватки пресной воды

В последнее время человечество стоит перед проблемой нехватки. Сейчас свыше 1,2 миллиарда населения испытывают постоянный дефицит. По прогнозам через несколько десятилетий в таких условиях окажется более 4 миллиардов человек, так как ее количество уменьшится в два раза. К причинам такого положения относятся:

• загрязнение источников воды;
• рост населения;
• таяние ледников в результате парникового эффекта.

Данный дефицит пытаются восстановить следующими путями:

• экспорт;
• созданием искусственных водоемов;
• экономией расхода;
• искусственным получением пресной воды.

Методы получения пресной воды:

• опреснение морских вод;
• конденсация водяных паров из воздуха в естественных хранилищах холода, чаще всего в прибрежных пещерах.

С помощью конденсации образуются огромные запасы воды, которые попадают под морское дно, где часто пробиваются пресными ключами.

Морские течения

Вода в океане постоянно находится в движении. Два раза в день уровень воды во всех морях повышается и два раза понижается. Это явление называется приливом. Высота прилива в открытом океане обычно около 1 м, а у берегов вода может подниматься до 13,5 м в Бретани (Франция) и даже на 21,6 м в заливе Фанди (Канада). Движение воды иногда принимает форму «рек в океане» — морских течений.

Если температура воды течения выше, чем у окружающей его воды, оно считается тёплым, если ниже — холодным. К северу и к югу от экватора в Атлантическом, Индийском и Тихом океанах с востока на запад устремляются мощные потоки тёплых пассатных течений с межпассатными противотечениями между ними. Вокруг же Антарктиды мчится холодное течение Западных Ветров. Роль этих течений невозможно переоценить.

Течение Гольфстрим

 Тёплые течения приносят осадки и смягчают климат, холодные течения делают его суровее. Благодаря холодному течению Куросио на японском о. Хоккайдо проводили зимние Олимпийские игры, в то время как на соседнем о. Хонсю люди ходили в летних платьях. Из-за обогревания Европы тёплым Гольфстримом широколиственные леса там растут на тех же широтах, на которых в Северной Америке ледяное Лабрадорское течение обусловливает появление тундры.

Холодные течения — Бенгальское, Перуанское и Калифорнийское — ответственны за появление пустынь на тех материках, возле которых они проходят. Но иногда и с пустынями происходят чудеса. Когда к западному берегу Южной Америки, оттеснив Перуанское, пробивается тёплое течение Эль-Ниньо, после нескольких дней проливных дождей пустыня Атакама преображается — повсюду появляются травы и цветы.

Жидкое состояние воды

Вода в жидком состоянии встречается на нашей планете не только в реках и океанах. Облака состоят из крошечных капелек воды и кристалликов льда, и дождь – это тоже жидкая вода.

Также вода в жидком состоянии просачивается через почву и образует подземные водные горизонты, из которых черпается основная масса питьевой воды.

Вода в жидком состоянии отличается высокой прилипчивостью к различным твердым материям. Сама по себе она не является «влажной», но легко делает влажными большинство твердых материалов.

Жидкая вода легко переходит в твердое и газообразное состояние. Главным образом, это зависит от температуры. Но свою роль играет и давление.

Физический переход воды из жидкого состояния в газообразное называется испарением, потому что газообразное состояние воды называется паром.

Как жидкое состояние воды превращается в газообразное? Когда мы кипятим воду, она превращается из жидкости в газ, или водяной пар. Когда его часть остывает, мы видим небольшое облако, которое и называют паром. Хотя, если мы его видим, то это уже жидкое состояние воды, т.е. скопление ее микроскопических капелек.

Пар — это вода в газообразном состоянии, которое образуется, когда вода кипит или испаряется. Настоящий пар невидим; однако слово «пар» часто ошибочно относят к влажному пару, видимому туману, как аэрозолю водяных капель, образующихся при конденсации водяного пара.

И тут всплывает такое понятие, как «точка росы». Это температура воздуха, которая меняется в зависимости от давления и влажности, ниже которой водный пар начинает конденсироваться в водяные капли и образуется роса. Т.е. агрегатное состояние воды из газообразного состояния меняется на жидкое.

Закипает жидкая пресная вода при 100°C (градусах Цельсия) или 212°F (градусах Фарингейта), в условиях нормального атмосферного давления. Чем ниже давление (например, в горах), тем выше температура кипения.

Состояние газа

Итак, вода в газообразном состоянии – это пар. Утверждение, что большая часть воды в гидросфере находится в газообразном состоянии – не верно.

Не все хорошо себе представляют, в каком состоянии вода способна испаряться. Оказывается, вода в твердом состоянии испаряется так же, как и жидкая, только медленнее! Скорость испарения зависит от температуры. Т.е. в газообразное состояние вода может переходить прямо из твердого, минуя жидкое.

Испаренная с поверхности Земли вода в газообразном состоянии образует облака и тучи

Земная суша: формирование материков

Со школы каждый из нас знает во всех подробностях очертания континентов и самых крупных островов. Но они не всегда были такими. Учеными уже давным-давно доказано, что литосферу Земли составляют тектонические плиты, удел которых перемещаться по мантии, лежащей под ними.

Возраст нашего земного шарика, по оценкам ученых, приблизительно равняется четырем с половиной миллиардам лет. Уже в архейскую эру (древнейшую в земной истории) Земля состояла из океанов и материков, очертания которых, впрочем, были далеки от современных. И тогда, и в наши дни континентальная кора формировалась и формируется из пород, расплавленных в глубинах земных недр и вынесенных на поверхность.