Файл: n1.doc

Гидросфера и ГЦ – единая саморегулирующаяся система, состоящая из четырех резервуаров: океан, криосфера (оболочка Земли, содержащая воду в твердой фазе), литосфера (поверхностные и подземные воды суши) и атмосфера.

Резервуарная модель гидросферы Земли

Все четыре резервуара гидросферы (океан, материки, криосфера и атмосфера) взаимосвязаны посредством непрерывного процесса циркуляции и перераспределения природных вод (Рисунок 1).

V_A

13 км³

0.001%

P_AC (2,5) P_AL (113,5)

E_LA (69,0)

V_L

31,14*10⁶ км³

2,475 %

V_O

1386*10⁶ км³

96,5 %

I (2,5) R (44,5)

Рисунок 1 - Резервуарная модель гидросферы Земли

Стрелками показаны потоки влаги между резервуарами. Р (precipitation) – осадки, E (evaporation) – испарение, R (run off) – материковый сток, I (ice) – айсберговый сток, а цифры - их объем в 10³ км³/год и доля от общих запасов вод на Земле в %. Самый большой резервуар – Мировой океан, самый малый – атмосфера, но атмосферная влага, как будет показано, чрезвычайно важна для ГЦ.

Общие запасы воды на Земле (ОЗВ) составляют 1386*10 ⁶ км ³. ОЗВ (суммарный объем всех четырех резервуаров) в течение периода времени, измеряемого геологическими эпохами, практически не изменяются, так как поступление воды из земных недр и космического пространства на поверхность Земли очень мало и практически компенсируется безвозвратной потерей воды вследствие фотодиссипации водяного пара в верхних слоях атмосферы. Следовательно, гидросфера – квазизамкнутая система, для которой:

V_o + V_c + V_l + V_a = const

Здесь V_o, V_c, V_l , V_a – суммарные запасы воды в Мировом океане, криосфере, материках и атмосфере соответственно.

Не смотря на замкнутость системы, в ней постоянно происходит перераспределение вод между резервуарами, приводящее к изменению запасов вод в каждом отдельном резервуаре во времени.

Часть Б Общие сведения о водах гидросферы

Воды Мирового океана

Площадь поверхности Земли составляет 510 млн км². Мировой океан (МО) занимает 71% поверхности Земли, суша – 29%. Еще в 1914 г. Дж. Грегори в своей работе «Образование Земли» писал, что фундаментальная разница между Северным и Южным полушариями есть наиболее бросающаяся в глаза «черта в плане Земли». И действительно, прежде всего сама фигура Земли асимметрична, причем северная полуось на 70-100 м длиннее южной, поэтому полярное сжатие Северного полушария меньше, чем Южного. Асимметричность Северного и Южного полушарий заключается в том, что суша в Северном полушарии составляет 39 % , а в Южном - 19 %. Неравномерность распределения воды и суши влияет на многие планетарные процессы, влечет за собой асимметричность в распределении компонентов географической оболочки и, следовательно, и биосферы.

Дж. Грегори заметил, что в 19 из 20 случаев напротив суши на противоположной стороне Земли – вода. Воды много! Наша планета, голубая из космоса (из-за воды), должна было бы быть названа планета Вода. Однако, при средней глубине МО 3704 м и диаметре Земли 12 756 км ее слой составляет всего 0,03 % от диаметра Земли. (Наглядный пример: диаметр футбольного мяча 222 мм, а 0,03 % от него составляет всего 0,07 мм – пленка!)

Воды Мирового океана образуют непрерывное водное пространство, со всех сторон окружающее разобщенные им материки. Понятие Мировой океан ввел Ю.М. Шокальский. В 1928 г Международное гидрографическое бюро приняло деление МО по ряду признаков на четыре океана: Атлантический, Индийский, Тихий и Северный Ледовитый. Второй Международный океанографический конгресс счел возможным выделить пятый океан – Южный.

Самую значительную площадь, составляющую почти половину всей площади МО и превышающую площадь всех материков и островов, имеет Тихий океан. Он же является и самым глубоким океаном. В 1957 г участники советской экспедиции на научно-исследовательском судне “Витязь” измерили наибольшую глубину ТО в Марианском желобе – 11 022 м.

Самым малым является Северный Ледовитый океан, площадь которого в 12 раз меньше площади ТО. СЛО – единственный океан, находящийся полностью в полярной области, и имеющий в связи с этим специфический гидрологический режим.

Доля небольших глубин (до 500 м) составляет только 9,6% всей акватории МО, причем на долю шельфа (глубины до 150 – 200 м) приходится менее 7 % . На 73,8 % площади МО преобладают глубины 3000 – 6000 м.

В каждом океане можно выделить моря – достаточно большие районы океана, ограниченные берегами материков, островами, повышениями дна и обладающие собственным гидрологическим режимом. Площадь морей составляет 10 % площади МО, а объем воды в них – около 3 % объема МО. Самое большое – Коралловое море, самое малое – Мраморное. Самое глубокое (по средней глубине) - море Сулавеси, а абсолютно наибольшую глубину имеет Коралловое море (10 038 м). Самое мелкое море – Азовское (средняя глубина 7 м, а максимальная – 13 м.

По своему расположению и физико-географическим условиям моря делятся на три основные группы: внутренние, окраинные и межоcтровные.

Воды криосферы

Ледниковые покровы

Самые большие запасы воды в твердой фазе на Земле содержатся в ледниках Антарктиды и Гренландии, называемых ледниковыми покровами. Это огромные сплошные массы материкового льда, нависающие над океаном. Средняя толщина ледяных щитов около 2 000 метров, в Гренландии она достигает 3000 м, а в Восточной Антарктиде – 4000 м.

Ледниковый покров Антарктиды (28 млн км³) делится на 2 части: Восточно-Антарктический (единый ледяной купол, 24,7 млн км³) и Западно-Антарктический (несколько куполов) ледяные щиты. Потоки льда от ледоразделов движутся к краю щита и образуют шельфовые ледники и айсберги. Средняя скорость движения льда у края составляет 100-400 м/год.

Гренландский ледяной щит содержит 2,7 млн км³ льда. Средняя скорость движения льда составляет около 20 м/год. Гренландский ледяной щит сформировал характерный рельеф ложа. Центральная часть острова под тяжестью льда опустилась ниже уровня моря (до -40 м). На юге ложе имеет абсолютные отметки до 1000 м.

Главное различие между двумя современными ледяными щитами состоит в том, что в Антарктиде поверхностная аккумуляция почти полностью компенсируется айсберговым стоком, в то время как на поверхности Гренландского щита существует область интенсивного таяния. Крупных шельфовых ледников в Гренландии нет, поэтому лед, подошедший к берегу, обрушивается в выводные ледники в виде айсбергов.

Горные ледники

Горные ледники по своему объему и площади составляют сравнительно небольшую часть криосферы. Часть ледников расположена на островах Арктики (запас воды 83 500 км³), а остальные представляют собой непосредственно горное обледенение (40 000 км³). Ледники встречаются на всех континентах, и высота их расположения зависит от широты местности. Наиболее распространены горные ледники в Азии: Гималаи, Тибет, Каракорум. В Северной Америке ледники есть на Аляске, в Южной Америке – на огненной Земле, в Европе - на Кавказе, в Альпах, в Африке – на Калиманджаро. На ледниках берут начало горные реки, имеющие своеобразный водный режим. Горные ледники чутко реагируют на изменение климата.

Морской лед

Морской лед – это лед, непосредственно образовавшийся при замерзании морской воды. В основном он распространен в Северном Ледовитом океане, в морях, относящихся к северным частям Атлантического и Тихого океанов и омывающих Антарктиду. Морские течения переносят лед на сотни и тысячи километров от места образования. Лед является продуктом взаимодействия океана и атмосферы и влияет на многие процессы в океане, а через альбедо – на тепловой баланс атмосферы.

Зона многолетнемерзлых пород (вечная мерзлота) –

зона, в поверхностных горных породах которой находится замерзшая вода. Вечная мерзлота, по разным оценкам, покрывает от 14 до 20 % поверхности суши и представляет собой рудименты (остатки) послеледниковых эпох. Основная часть вечной мерзлоты сосредоточена в Северном полушарии, и лишь 1 млн км² – в южном. Толщина мерзлых пород изменяется от нескольких метров до 1 500 м. Максимальная мощность многолетнемерзлых пород зафиксирована в Сибири – до 1 500 м и в Северной Америке – до 600 м. Верхний слой, сезонно оттаивающий, называется деятельным. Вечная мерзлота сформировалась в течение последних тысячелетий и, одновременно, существенно зависит от изменений климата и влияет на них. Однако ее реакция столь неоднозначна, что с трудом поддается прогнозированию.

Сезонный снежный покров

Может, за редким исключением, наблюдаться почти повсеместно, но продолжительность его залегания различна. Максимальная площадь сезонного снежного покрова 100 млн км², в том числе примерно 64 млн км ² в Северном полушарии ( примерно 25% его площади) и 36
млн км ² в Южном (14,5%). Согласно спутниковым данным средняя продолжительность залегания в Северном полушарии около 6, а в Южном – около 8 месяцев. Снежный покров на только служит индикатором климата, но и сам может существенно влиять на его колебания (в следствие изменения альбедо суши).

Влага атмосферы

Атмосфера – единственная оболочка Земли, содержащая воду во всех трех агрегатных состояниях. Наиболее важен водяной пар, которого нет ни в одной другой оболочке. В атмосфере постоянно происходят фазовые переходы воды (под действием солнечной энергии), из которых самый важный – процесс конденсации, сопровождающийся выделением огромного количества тепла, которое обеспечивает поддержание общей циркуляции атмосферы. Образовавшаяся из водяного пара в процессе конденсации жидкая вода выпадает на поверхность Земли в виде осадков. Следовательно, основными движущими силами круговорота воды является солнечная энергия и сила тяжести. Атмосфера играет центральную роль в ГЦ, это самый подвижный его компонент: скорость переноса водяного пара на порядок больше скорости движения речных вод и на два порядка выше типичной скорости океанских течений. Самыми важными характеристиками атмосферной влаги являются: влажность вблизи подстилающей поверхности (приземная или приводная), интегральное влагосодержание столба воздуха (осажденная вода) и облачность.

Вопросы на зачет

1. Понятие гидросфера, резервуарная модель гидросферы

2. Гидрологический цикл, его движущие силы

3. Общие сведения о водах Мирового океана

4. Общие сведения о водах криосферы

5. Общие сведения о влаге атмосферы

Использованные источники

1 Догановский А.М., Малинин В.Н. Гидросфера Земли. – СПб., Гидрометеоиздат, 2004.

2 Дж. Грегори. Образование Земли; пер. с англ. М.А. Энгельгардта. - СПб.: Издание П.П. Сойкина, 1914.

ЛЕКЦИЯ 3

ВОДЫ СУШИ

Часть А – Общие сведения о водах суши

Часть Б – Водные объекты суши – реки

Часть В – Подземные воды

Часть А Общие сведения о водах суши

По сравнению с другими резервуарами гидросферы для суши характерно исключительное разнообразие водных объектов и крайне неравномерное их распределение в пространстве. Это обусловлено:

- изменчивостью климатических условий;

- особенностями рельефа земной поверхности;

- пестротой ландшафта;

- крупномасштабным вмешательством человека в природную среду (антропогенной деятельностью).

Точно определить суммарные запасы вод суши сложно. Однако они могут быть оценены следующим образом (Таблица 1)

Таблица 1 Запасы воды на суше и периоды их возобновления

Период возобновления – отношение суммарного притока воды к ее объему в данной емкости. Реки - самые мобильные воды суши, подземные воды зоны вечной мерзлоты – самые консервативные.

Всего на поверхности материков 253 000 км³ воды, включая почвенные воды и воды горных ледников, что составляет 0,02 % ОЗВ^* на Земле. Из них 70 % - пресные воды. Наиболее доступны для хозяйственного использования воды рек, пресных озер, водохранилищ – 0,28 % ОЗ пресных вод и 0,007 % ОЗВ на Земле.

Воды гидросферы в пределах материков, которые могут быть использованы человеком, называются водными ресурсами суши. Водные ресурсы можно разделить на стационарные, сосредоточенные в водных объектах замедленного водообмена, и динамические – то есть непрерывно возобновляемые в процессе круговорота воды: на поверхности Земли они представлены речным стоком, то есть водами рек.

Существуют классификации природных вод по различным признакам. Для поверхностных вод наиболее часто применяется классификация О.А. Алекина, в соответствии с которой по преобладающему аниону природные воды делятся на три класса:

1) гидрокарбонатные и карбонатные (большинство маломинерализованных вод рек, озер, водохранилищ и некоторые подземные воды);

2) сульфатные воды (промежуточные между гидрокарбонатными и хлоридными водами, генетически связаны с различными осадочными породами);

3) хлоридные воды (высокоминерализованные воды океана, морей, соленых озер, подземные воды закрытых структур и т.д.).

Каждый класс по преобладающему катиону подразделяется на три группы: кальциевую, магниевую и натриевую. Каждая группа в свою очередь подразделяется на четыре типа вод, определяемых соотношением между содержанием ионов в процентах в пересчете на количество вещества эквивалента.

Выделяют несколько классификаций природных вод по минерализации (общая минерализация - суммарный количественный показатель содержания растворенных в воде веществ). Округляя различные пределы значений, О.А.Алекин наметил следующее деление природных вод по минерализации:

1) рассолы (соленость > 50‰);

2) морские (соленость 25 - 30‰);

3) солоноватые (соленость 1 - 25‰);

4) пресные (соленость до 1‰).

(Проми́лле (от лат. pro mille, букв. «за тысячу») –одна тысячная доля, 1/10 процента).

Классификация подземных вод по температуре (по О.А. Алекину)

1) Исключительно холодные < 0°С

2) Весьма холодные 0-4 °С

3) Холодные 4-20 °С

4) Теплые 20-37°С

5) Горячие 37-42 °С

6) Весьма горячие 42-100 °С

7) Исключительно горячие >100 °С

Области внешнего и внутреннего стока

Главный водораздел Земли

С материков реки текут в разных направлениях и впадают в океаны, окраинные и внутренние моря. Часть суши, с которой реки несут воды в океаны и соединенные с ними моря, называется областью внешнего стока, а часть, с которой вода поступает в замкнутые водоемы, не имеющие связи с океаном – областью внутреннего стока.

Область внешнего стока делится на Тихоокеанско-Индийский и Атлантико-Ледовитый склоны. При этом в Атлантический океан поступает сток с 35 % площади суши, в Северный-Ледовитый и Индийский океаны – с 14 % суши, в Тихий – с 15 %. Максимальное число крупнейших рек сосредоточено на Атлантическом склоне.