Гидросфера Состав гидросферы

Гидросфера — водная оболочка Земли, совокупность океанов, морей, водных объектов суши (реки, озера, болота, водохрани­лища), подземных вод, включая запасы воды в твердой фазе (лед­ники, снежный покров). Гидросфера Земли представляет собой единую водную оболочку, основным компонентом которой является химическое соединение Н₂О. Гидросфера — это глобальная открытая система, а вода — самое распространенное на Земле вещество. Почти 3/4поверхности земного шара покрыто водой.

Основная часть воды гидросферы (94%) сосредоточена в морях и океанах второе место при­ходится на долю подземных вод (4%), около 2 % объема гидросферы образовано льдом и снегом. Поверхност­ные воды континентов и островов составляют всего лишь 0,03 % общего объема гидросферы.

Мировой океан — непрерывная водная оболочка Земли, окру­жающая континенты и острова, — занимает около 70,8 % земной поверхности. Океанические воды распределены между полушари­ями неравномерно: в Северном полушарии они покрывают 66%, а в Южном — 81 % поверхности.

Вода — это единственное химическое соединение, которое в природных условиях существует в виде жидкости, твердого веще­ства (лед) и газа (пары воды). Вода имеет ковалентный тип химической связи. Она представляет собой бесцветную прозрач­ную жидкость, без запаха, обладающую рядом аномальных физи­ко-химических свойств:

- высоким поверхностным натяжением и зависящим от него значительным капиллярным поднятием, что обеспечивает пита­ние растений по корневым системам;

- высокими температурами замерзания и кипения;

- плотность воды в жидком состоянии больше плотности льда, поэтому лед плавает на поверхности воды, и природные водоемы не промерзают до дна.

Аномальные свойства воды объясняются существованием в ней водородных связей, которые связывают молекулы Н₂О в газооб­разном, жидком и в твердом состояниях. Известно около 42 ста­бильных и нестабильных молекулярных структур воды. В кристал­лах льда молекулы воды расположены тетраэдрически.

Вода является прекрасным растворителем многих веществ, так как характеризуется высокой диэлектрической проницаемостью (е = 81), ослабляя в 81 раз силы притяжения между частицами веществ при растворении их в воде. По этой причине гидросфера представляет собой сложную экосистему с большим разнообрази­ем и видом компонентов.

Огромное значение имеет решение проблемы чистой воды для всего живого на Земле. Почти все биохимические процессы, обес­печивающие жизнедеятельность организмов, сводятся к реакци­ям в водных растворах. При этом биосфера является огромным фильтром, через который вся масса гидросферы Земли прогоня­ется не менее двух раз в год.

Природная вода — это раствор многих веществ, в том числе солей, газов, а также веществ органического происхождения, некоторые из них находятся во взвешенном состоянии. В боль­шинстве случаев природная вода имеет атмосферное происхожде­ние (дождевая вода), реже — глубинное (конденсация паров, под­нимающихся из недр Земли). Состав грунтовых, озерных, реч­ных, морских и океанических вод изменяется в широких пределах в зависимости от состава почв, пород, растительного мира, с ко­торыми вода контактирует.

Существует несколько классификаций химического состава природных вод. Так, в гидрохимии компоненты химического со­става природных вод делятся на шесть групп.

1. Главные ионы (макрокомпоненты): К⁺, Nа⁺, Мg²⁺, Са²⁺, С1^-, SО₄^2-, НСО₃^-, СО₃²- в открытом океане независимо от абсолютной концентрации соотношение между главными компонентами основного солевого состава остается примерно постоянным.

2. Растворенные газы: О₂, N₂, Н₂S, NН₃, СН₄ и др. Концентра­ция газов в воде определяется их парциальным давлением и зако­ном Генри.

3. Биогенные вещества (продукты жизнедеятельности организ­мов), главным образом неорганические соединения азота и фос­фора. Их концентрация в пределах пресных поверхностных вод изменяется в очень широких пределах: от следов до 10 мг/л. К био­генным элементам относятся также соединения кремния, нахо­дящегося в воде в виде коллоидных или истинно растворенных форм мета- и ортокремневой кислот (Н₂SiО₃ и Н₄SiО₄), соедине­ния железа, в основном в форме гидроксилов железа или органи­ческих комплексов.

4. Растворенные органические вещества (РОВ), т.е. органические формы биогенных элементов. Эта группа включает практически все классы органических соединений. Средний элементный состав РОВ природных вод соответствует химической формуле С₁₃Н₁₇О₁₂. Эту группу составляют вещества, придающие воде запах и цвет.

5. Микроэлементы: все металлы, кроме главных ионов, а также анионы. Например: Са²⁺, Мg²⁺ и другие ионы переходных метал­лов; анионы и др., которые встречаются в природных водоемах в очень малых концентрациях.

6. Бактерии и микроорганизмы.

Из природных вод человек чаще всего сталкивается с так на­зываемыми поверхностными природными водами. Они ха­рактеризуются большим содержанием нерастворимых веществ и, в частности, органических соединений. Помимо частиц песка и глины они содержат илистые вещества, различные карбонаты, гидрокарбонаты, сульфаты, хлориды, гидроксиды алюминия, марганца, железа, высокомолекулярные органические примеси гумусового происхождения (иногда в виде органоминеральных комплексов), планктон и др.

В химический состав природных вод можно внести еще одну разновидность соединений, связанных с деятельностью челове­ка, — токсичные загрязняющие вещества: тяжелые металлы, неф­тепродукты, хлорорганические соединения, синтетические поверх­ностно-активные вещества (СПАВ), фенолы и т.д. При хлориро­вании природной воды в ней могут также образоваться диоксины.

Всего в природных водах в заметных количествах содержится около 50 химических элементов. Общее количество растворимых в гидросфере солей оценивается в 4,5-10⁶ т, что по порядку вели­чины сравнимо с массой всей атмосферы.