Гідросфера, роль води в кругообігу речовин у природі і житті людей

Гідросфера - сукупність усіх водних об’єктів земної кулі: океанів, морів, річок, озер, водосховищ, боліт, підземних вод, атмосферних вод, льодовиків і снігового покриву. Отже, гідросфера на нашій планеті - це основна частина її поверхні: понад 380 млн.

Обсяг гідросфери - 1370,3 млн. км³, що складає 1:800 загального обсягу планети. Незначна частина води знаходиться в атмосфері і в живих організмах. Хімічний склад гідросфери наближається до середнього складу морської води. Гідросфера перебуває у безперервній взаємодії з атмосферою, земною корою та біосферою.

Світовий океан містить найбільшу масу води (1,34 млрд. км³) і охоплює площу 361 млн. км². Із 149 млн. км² площі суходолу 3% припадає на внутрішні водойми - озера, водосховища, річки. Більшість водних об’єктів суходолу, за винятком деяких солоних озер, прісноводні. Вони мають пріоритетне значення для розвитку життєвих процесів і господарської діяльності людини. Обсяг води у них становить 184 тис. км³.

Серед прісноводних об’єктів найбільші запаси води зосереджені у льодовиках (26 млн. км³). Це понад дві третини всіх запасів прісних вод. Обсяг підземних вод становить 23,7 млн. км³, з них близько половини є прісними, а решта - різного ступеня солоності. Для задоволення потреб людини найбільшу цінність мають річкові води. їх одночасний обсяг дуже малий - 2 тис. км³ - 0,0002% загального обсягу вод і 0,006% обсягу прісних вод планети, (табл.6.1.)

Таблиця 6.1

Площа гідросфери та її складових на поверхні Землі (млн.

Гідросфера як одна із геосфер Землі виконує наступні функції:

• вода входить до складу усіх живих організмів;

• з участю води здійснюються більшість обмінних процесів у геосистемах;

• вода є універсальним розчинником для багатьох хімічних сполук і елементів;

• гідросфера виступає основним кліматотвірним фактором накопичуючи запаси енергії влітку, та «віддаючи» їх узимку;

• вода - один із найважливіших видів сировини, основний природний ресурс що споживаються людством у більшості сфер його діяльності;

• гідросфера є одним із провідних чинників формування рельєфу, у формуванні екзогенних процесів.

У становленні людини, в її історії і культурі роль води значна. Опанування просторів Землі проходило, в основному, річками і морями. Але ще важливіше значення води в історії

Прикладна екологія розвитку землеробства. Зрошення і обводнення були надійною основою для виробництва сільськогосподарських культур, що, в свою чергу, сприяло формуванню потужних державних утворень стародавності. Недаремно значні стародавні цивілізації виникли на великих річках.

Кругообіг води (або гідрологічний цикл) має основні риси кругообігу хімічних елементів, він також збалансований у масштабах усієї Земної кулі і приводиться в рух енергією.

Кругообіг води в природі - це безперервний процес руху й обміну води між складовими частинами гідросфери.

Рис. 6.1. Кругообіг води в природі

Розпочинається кругообіг із рухомих молекул води й зростає у просторі й в часі від молекулярного до глобального масштабу.

Переміщення води з місця на місце в масштабах планети проходить головним чином між океаном і сушею. Океан - основний споживач сонячної енергії. Приблизно 7% отриманого від Сонця тепла він витрачає на нагрівання атмосфери у результаті теплообміну з нею, 42% - на власну тепловіддачу, яку випромінює будь-яке нагріте тіло. Частина, що залишилася, йде на підтримання кругообігу води, тому вона витрачається на випромінювання, а це більше половини отриманого тепла - 51%. Велика кількість тепла перетворюється у водяну пару (близько 5x10 т води в рік), що майже в два рази перевищує сумарну масу всіх озер світу і може покрити планету шаром води в 1 м.

Отже, за добу з поверхні Світового океану випаровується майже стільки води, скільки її знаходиться у руслі річок усього світу.

Підраховано, що приблизно за 3000 років вся сучасна маса гідросфери повністю випаровується, тобто інтенсивність обміну або відновлення води в ній за рахунок випаровування дуже велика. З часу останнього зледеніння (10 тис. років тому), вона вже три рази пройшла через пароподібний стан в атмосфері, а за час існування Землі - декілька мільйонів разів.

Молекули випаруваної води в атмосфері формують складову гідросфери. Концентрація водяної пари в атмосфері змінюється від 0,2% біля полюсів до 2,6 % поблизу екватора і швидко зменшується з висотою. З висотою температура повітря знижується, тому водяна пара на визначеній висоті досягає насичення і конденсується.

Хмари досить швидко завершують свій життєвий шлях, випадаючи у вигляді дощу або снігу. Процес “випаровування-конденсація-опади” нетривкий, в атмосфері вода затримується в середньому на 8-9 днів.

Основна маса випарованої води випадає на поверхню Світового океану, так і не досягнувши материків, - приблизно 4,5'IO²⁰, що відповідає шару води в океані 1,25 м. Ця частина кругообігу називається малою або океанічною. Але не всі океани однаково активні у водообміні. Багато вологи випаровується з поверхні Індійського океану, оскільки велика частина його акваторій лежить у тропічних і субтропічних широтах. В Атлантичному океані витрати вологи більші, ніж поступлення. А в Тихому океані опади перевищують випаровування з його поверхні.

Кожний континент отримує з океану свою частку опадів: над Європою в рік проноситься до 10 тис км³ води, над Південною Америкою - 20 тис км³ з Атлантики і 10 тис. км³ з Тихого океану.

Більша частина водяної пари, перенесеної вітрами з океанів на сушу, включається в кругообіг води на суші, де вона випаровується з поверхні водойм - річок, озер, боліт за допомогою зволоженого ґрунту, воду випаровують рослини, відкачуючи її через кореневу систему із ґрунту.

На суші проходить неодноразове випадання опадів і їх випаровування, тобто виникають місцеві кругообіги. Загальна маса опадів на суші складає 1,2 ' IO²⁰ г, що відповідає шару води на її поверхні 0,85 м. Це майже на четверту частину менше, ніж шар опадів на поверхні Світового океану. Основна частина опадів є рідкими (85%), а твердими - 15%. Найнижча доступність населення до прісної води спостерігається на півдні Євпазійського і північному сході Африканського иатериків (ри. 6.2.).

Рис. 6.2.

Опади на суші частково надходять у ґрунт, але велика частина знову випаровується. Злиття потічків утворює потоки, які з’єднуються і перетворюються у річки. Річки зливаються

Прикладна екологія і утворюють головну річку, яка виносить воду в океан або закритий безстічний басейн. Випаровування води з суші, стік її річковими руслами, надходження в ґрунт і ґрунтові води утворюють континентальну частину кругообігу. Випаровування з поверхні океану, привнесення вологи на сушу і стік води з суші в океан утворюють глобальний (або головний) кругообіг води.

SottfCtt Wsterfoct о

Рис. 6.3. Глобальний водний слід

Кругообіг води - природно важливе явище, оскільки він забезпечує сушу прісною водою, яка постійно поповнюється. Необхідно пам’ятати, що на основі кругообігу води із розчинених в ній мінеральних сполук, а також компонентів атмосфери закономірно виникла жива речовина, а з нею і біохімічний кругообіг, масштаби якого зростають.

Вода - не тільки елемент природного середовища, але й активний геологічний і географічний чинник. Вона є носієм механічної і теплової енергії, транспортує речовини, здійснює роботу. Вода завдяки своїй рухливості відіграє важливу роль в обміні речовин і енергії між геосферами і різними географічними районами.

Сучасне суспільне виробництво засноване на широкому застосуванні води: її Екологічні аспекти гідросфери використовують у процесі отримання енергії, вода - необхідна умова існування сільського господарства, водного транспорту, добувних галузей промисловості, рибного і комунального господарства, відпочинку й туризму. Вода дійсно пронизує все життя людини. Нестача води - велика біда для людей. Без широкого її використання не можна вирішити у глобальному масштабі ні продовольчої, ні енергетичної кризи.

На сучасному етапі з’явився термін «водний слід», який визначається як обсяг води, необхідний для виробництва товарів і послуг.

Всі галузі господарства стосовно використання води можна поділити на споживачів і користувачів. Споживачі безпосередньо забирають воду з поверхневих та підземних джерел для виробничих чи інших процесів, а потім повертають її у меншій кількості та зі зміненою якістю. Користувачі використовують воду як середовище (транспорт, рибальство, водний спорт тощо) а також як джерело енергії (ГЕС, ГАЕС тощо). Промисловість використовує близько 20% води, що споживається людством. Рівень споживання залежить від виду виробництва, рівня технологічної забезпеченості та багатьох інших факторів.

Основним споживачем води у світі виступає сільське господарство (близько 70% загального споживання). Це зумовлено постійним збільшення площ зрошувальних земель, якими в світі зайнято близько 15% сільськогосподарських угідь планети. Особливістю цього водоспоживання є майже повністю безповоротне використання води (більшість з неї витрачається на випаровування).

Водопостачання населення (близько 10%) задовольняє потреби у питній воді та комунально-побутові потреби. Особливістю цього виду споживання води є те, що майже 100% води повертається у водні об’єкти, зазвичай у забрудненому або сильно-забрудненому вигляді (якість зворотної води залежить від наявності та функціонування очисних споруд).

Вода на Землі - це в основному відновлювальний природний компонент, водні ресурси в окремих районах піддаються антропогенному виснаженню і забрудненню. Вода - безцінне багатство, тому водні ресурси людство повинно дбайливо й економно використовувати і охороняти.

6.2.