Гидросфера – водная оболочка нашей планеты, включает в себя всю воду, химически не связанную, независимо от ее состояния (жидкую, газообразную, твердую). Гидросфера является одной из геосфер, располагающейся между атмосферой и литосферой. Эта прерывистая оболочка включает все океаны, моря, континентальные пресные и соленые водоемы, ледяные массивы, атмосферную воду и воду в живых существах.

Примерно 70% поверхности Земли покрыты гидросферой. Ее объем около 1400 млн. кубометров, что составляет 1/800 объема всей планеты. 98% вод гидросферы – Мировой океан, 1,6 % заключено в материковых льдах, остальная часть гидросферы приходится на долю пресных рек, озер, подземных вод. Таким образом, гидросфера делится на Мировой океан, подземные воды и континентальные воды, причем каждая группа, в свою очередь, включает подгруппы более низких уровней. Так, в атмосфере вода находится в стратосфере и тропосфере, на земной поверхности выделяют воды океанов, морей, рек, озер, ледников, в литосфере – воды осадочного чехла, фундамента.

Несмотря на то, что основная масса воды сосредоточена в океанах и морях, а на долю поверхностных вод приходится лишь малая часть гидросферы (0,3%), именно они играют главную роль в существовании биосферы Земли. Поверхностные воды – это основной источник водоснабжения, обводнения и орошения. В зоне водообмена пресные подземные воды быстро обновляются в ходе общего круговорота воды, поэтому при рациональной эксплуатации можно использовать их неограниченно долгий срок.

В процессе развития молодой Земли гидросфера формировалась при становлении литосферы, которая за геологическую историю нашей планеты выделила огромное количество водяного пара и подземных магматических вод. Гидросфера образовалась в ходе длительной эволюции Земли и дифференциации ее структурных компонентов. В гидросфере впервые на Земле зародилась жизнь. Позднее в начале палеозойской эры состоялся выход живых организмов на сушу, и началось постепенное расселение их на континентах. Жизнь без воды невозможна. В тканях всех живых организмов содержится до 70-80% воды.

Воды гидросферы постоянно взаимодействуют с атмосферой, земной корой литосферы и биосферой. На границе между гидросферой и литосферой формируются практически все осадочные горные породы, которые составляют осадочный слой земной коры. Гидросферу можно рассматривать как часть биосферы, так как она полностью заселена живыми организмами, которые, в свою очередь, оказывают влияние на состав гидросферы. Взаимодействие вод гидросферы, переход воды из одного состояния в другое проявляется как сложный круговорот воды в природе. Все виды круговорота воды различных объемов представляют собой единый гидрологический цикл, в ходе которого осуществляется возобновление всех типов вод. Гидросфера является незамкнутой системой, воды которой тесно взаимосвязаны, что обусловливает единство гидросферы как природной системы и взаимовлияние гидросферы и других геосфер.

Похожие материалы:

Континентальные воды очень важны для человека, поскольку являются единственным надежным источником питьевой воды. Химический состав рек, озер и грунтовых вод сильно варьирует и контролируется преимущественно тремя факторами:

• - химией элементов;
• - режимами выветривания;
• - биологическими процессами.

Кроме того, сильное влияние на некоторые системы, обеспечивающие питьевой водой, может оказать деятельность человека.

Двадцать крупнейших рек Земли несут около 40% общего континентального стока, из которых на одну Амазонку приходится 15%. Но реки, в отличие от других малых составляющих гидросферы, являются быстрыми транспортерами воды. Вода в реках возобновляется намного быстрее, чем в любой другой части гидросферы. Поэтому, несмотря на сравнительно небольшой мгновенный запас воды в руслах, реки в течение года доставляют к устьям массу воды, равную 4,5 10 19 г.

Реки весьма разнообразны по своим размерам, глубинам и скоростям течения. Такой гигант, как Амазонка, крупнейшая река мира, характеризуется следующими показателями:

Длина почти равна радиусу Земли;

количество воды, проносимое через поперечное сечение, в устье составляет около 200 тыс. и 3 /с;

- площадь водосбора с территории 6,915 млн км 2 , что лишь ненамного меньше такого континента, как Австралия.

Характеристики десяти крупнейших рек мира приведены в табл. 2.2

Но большая часть рек - это средние, малые и совсем небольшие речушки и ручьи, длина которых может измеряться метрами.

Реки длиной от 101 до 200 км и площадью водосбора от 1 тыс. до 2 тыс. км 2 называются малыми. На территории СНГ насчитывается около 150 тыс. рек с длиной 10 км и более. Но если считать все реки с длиной много меньше 10 км, то тогда таких рек будет порядка 3 млн.

Общая длина малых, средних и больших рек превышает 3,9 млн км. В табл. 2.3 сравниваются средний глобальный химический состав речных вод и средний состав континентальной коры. Такое сравнение позволяет выделить две особенности:

• в растворенном состоянии в химическом составе пресной воды преобладают четыре металла, присутствующие в виде простых катионов (Са 2+ , Na + , К + и Mg 2+);
• ионный состав растворенных веществ в пресной воде принципиально отличается от состава веществ в континентальной коре, а именно концентрация ионов в растворе ниже концентрации ионов в коре.

Характеристики десяти крупнейших рек мира

Таблица 2.2

Таблица 23

Сравнение среднего состава основных катионов в породах континентальной коры и речных водах

Общий характер растворимости солей в воде зависит от заряда и ионных радиусов z/r (рис. 2.1). Ионы с низкими значениями z/r высокорастворимы, образуют в растворе простые ионы, и ими обогащена фаза раствора речной воды по сравнению с фазой взвеси.

Рис. 2.1.

Ионы со средними значениями z/r относительно нерастворимы и имеют сравнительно большие отношения част- ица/раствор в речной воде. Ионы с большими значениями z/r образуют комплексные анионы (так называемые оксиа- нионы) и снова становятся растворимыми.

Ион кальция, высвобождаемый в процессе растворения известняка, выступает в качестве индикатора процесса выветривания. Отсюда отношение Na + /(Na + + Са 2+) можно использовать для разграничения источников ионов для пресной воды - дождевого и процесса выветривания.

Когда доминирующим катионом является натрий (существенен вклад морской соли), относительное содержание Na + /(Na + + Са 2+) приближается к единице.

Когда преобладает кальций (существенен вклад процессов выветривания), значения NaV(Na + +Ca 2+) приближаются к нулю. Состав растворенных солей в речной воде можно классифицировать, сравнивая относительное содержание Na + /(Na + +Ca 2+) с общим количеством ионов, присутствующих в растворе (рис. 2.2).

Рис. 2.2. Изменение весового отношения Na + /(Na + + Са 2+) в зависимости от общего содержания растворенных твердых веществ и ионной силы для поверхностных вод.

Стрелки показывают эволюцию химического состава от истока и вниз по течению

Концентрация раствора электролита может быть выражена через ионную силу (/), определяемую как

где С - концентрация ионов i, моль л -1 ; z { - заряд иона г п - число ионов в растворе.

Поскольку ионная сила учитывает влияние зарядов разновалентных ионов, ее лучше использовать в качестве меры концентрации сложного раствора электролита, чем простую сумму молярных концентраций. Пресные воды имеют значения ионной силы в пределах от 10~ 4 до 10 _3 моль л -1 . Морская вода имеет довольно постоянную ионную силу, равную 0,7 моль -л -1 .

Континентальные водоемы

Континентальные водоемы, находящиеся в углублениях суши, могут быть естественными и искусственными. Первые представлены реками, озерами, болотами, родниками, временными водоемами; вторые – водохранилищами, прудами и каналами.

Реки – водоемы, водная масса которых перемещается от истока к устью вследствие разницы их положения над уровнем моря, т.е. под действием силы тяжести. Реки, выносящие свои воды в океаны или моря называются главными, а впадающие в них – притоками первого порядка. Реки, впадающие в притоки первого порядка, называются притоками второго порядка и т.д. Например, река Днепр является главной, Березина – ее притоком первого порядка, а Свислочь – притоком второго порядка

Совокупность всех притоков сбрасывающих воду в главную реку, образует речную систему. Часть суши, занятая речной системой и отделенная водоразделами от других подобных участков, образует речной бассейн, а поверхность, с которой она собирает воды, – водосборную площадь. На территории Беларуси находятся речные бассейны Днепра, Вислы, Немана, Западной Двины и Невы. Из них Днепр относится к водосборному бассейну Черного моря, а остальные реки – к бассейну Балтийского моря. Водораздел между бассейнами Черного и Балтийского морей на территории Беларуси образует Белорусская гряда – цепь возвышенностей, протянувшихся с юго-запада на северо-восток.

Реки обычно текут в понижениях – долинах. В них различают самую пониженную часть – ложе, линию, соединяющую самые низкие точки долины, – тальвег, углубление в ложе – коренное русло, по которому вода течет в межень (период между половодьями) и пойму – часть дна долины, по которой вода течет в половодье.

В межень обсохшее пойменное русло находится над уровнем воды, образую пойменную террасу. Выше пойменной террасы может располагаться один или несколько ярусов надпойменных террас. Последние представляют природные памятники предыдущих геологических эпох, когда русло реки залегало более высоко.

Линия сопряжения склона долины с прилегающей местностью называется бровкой. По поперечному течению реки выделяют прибрежную часть - рипаль, срединную – медиаль и участок с наибольшей скоростью течения – стрежень.

В направлении от истока к устью выделяются верхнее, среднее и нижнее течение реки. Верхнее течение относительно маловодное, здесь значительная крутизна уклона и высокая скорость течения воды. В среднем течении уклон русла уменьшается, река становится многоводнее за счет притоков, скорость течения падает. В нижнем течении, как правило, река наиболее многоводная, а скорость течения наименьшая. Наиболее известное исключение из этого правила – Нил, который наиболее полноводен в среднем течении.

Часто река в месте впадения в море или океан ветвится на многочисленные протоки, образующие дельту, или формирует узкий морской залив – эстуарий.

Движение воды в реках образует эрозию ее ложа, т.е. его размывание в глубинном и боковом направлениях. В результате боковой эрозии река, особенно в среднем течении, часто меняет очертания берегов, как бы блуждая по долине, образуя петлеобразные излучины (меандры).

Уровень воды в реках определяется соотношением поступления и расхода воды. Водное питание рек может быть дождевым, снеговым, подземным и ледниковым (обычно, у горных рек). У большинства рек питание смешанное, однако соотношение между отдельными его компонентами может существенно различаться по сезонам года.

Повышение уровня воды в реке, когда вода выходит на пойму, называется половодьем, или наводнением. В Беларуси половодье обычно бывает весной, в результате таяния снегового покрова, и осенью – в период осенних дождей. Самый низкий уровень воды обычно отмечается в конце лета – начале осени.

Родники представляют выходы подземных вод на дневную поверхность. Для большинства родников характерна относительно низкая (по сравнению с другими водоемами Беларуси) летняя температура. Как правило, температура воды в большинстве родников колеблется в достаточно узких пределах. Зимой она изменяется от –1,5 о С до 6,5 о С, а летом – от 6 до 12 о С. В результате этого, родники с достаточно высоким дебитом т.е. объемом подземных вод, вытекающих на поверхность в единицу времени, не замерзают даже в холодные зимы. Чем глубже расположен водоносный слой, тем ниже температура подземных вод и, соответственно, ниже температура воды в роднике. Чем выше дебит родника, тем меньше пределы ее годовых колебаний. Содержание кислорода в воде родников может быть очень высоким, в отдельных до 8,5 – 13,5 мл 0 2 л -1 .

Родники подразделяются на три основных геоморфологических типа – реокрены, лимнокрены и гелокрены.

Реокрен представляет собой излив воды из одного или нескольких близлежащих грифонов , т.е. выходов подземных вод на дневную поверхность. Грифоны выделяются характерным бурлением воды, захватывающим мелкие песчинки, детрит и другие донные отложения. Их диаметр в большинстве родников Беларуси изменяется от 1 – 2 см до 5 – 10 см, но в самых крупных, например, в Болцикском роднике, достигает 70 – 80 см.

Реокрены, как правило, находятся на склонах озерных котловин и речных террас, у основания гор, холмов или иных возвышенностей. Излив воды дает начало родниковому ручью, который стекает вниз по склону и обычно впадает в другой более крупный водоем. Заметное углубление и расширение русла у истока ручья отсутствует.

Лимнокрен при выходе подземных вод образует небольшой проточный водоем, или «ванну », из которой берет начало ручей. На дне ванны часто имеется достаточно мощный слой ила, листового опада, лесной подстилки и т.п. Как правило, на дне ванны имеются один или несколько грифонов.

Гелокрен характеризуется множественными очень мелкими выходами подземных вод на относительно ровную поверхность, в результате чего образуется топкое, заболоченное место. Совокупность нескольких близко расположенных гелокренов составляет «кренополе ». Обычно на гелокрене или кренополе берут начало один или несколько родниковых ручьев, скорость течения которых обычно сравнительно невелика. Гелокрены в зимний период, как правило, не промерзают до дна.

В чистом виде указанные типы родников встречаются сравнительно редко. Чаще имеют место смешанные или промежуточные формы, сочетающие признаки разных типов. Для их обозначения используются такие термины, как «гелореокрен», «реолимнокрен» и т.п.

Совокупность всех водотоков и водоемов, образуемых выходами родников от места их выхода на дневную поверхность до впадения в другой водоем или водоток или до места своего превращения в водоток смешанного питания определяется как «родниковый бассейн » .

Во многих родниковых ручьях, особенно, находящихся на открытой местности, вода после выхода на дневную поверхность летом достаточно быстро нагревается, а зимой – остывает. В таких местах температурные условия водоема уже не являются характерными для родника, как такового. Поэтому границей родникового бассейна считаются такие участки родниковых ручьев или иных водоемов, где температура воды отличается (в большую или меньшую сторону) более чем на 2,5 о С от таковой у выходов подземных вод. Для родниковых ручьев, в зависимости от дебита, это наблюдается уже в 20 – 30 м от их истока.

Озера представляют собой котловины различной формы и размера, заполненные водой. По происхождению озера различают тектонические, которые образовались в результате сдвигов и разломов земной коры (Байкал, Танганьика, Телецкое и др.), реликтовые, представляющие остатки древних морей (Каспийское и Аральское моря), ледниковые, возникшие при отступлении ледников (многочисленные озера Скандинавии, Карелии, озера Белорусского Поозерья), вулканические (находящиеся в жерлах вулканов), карстовые, котловины, которых образовались в результате разрушения карстовых (известняковых) пород.

По характеру водного режима озера могут быть бессточными , получающие воды из подземных источников и атмосферных осадков; сточными – с тем же характером питания, что и предыдущие, но имеющие сток; проточные , или речные – с притоком и стоком; устьевые , имеющие приток, но лишенные стока.

Котловина озера обычно образована подводной террасой, которая характеризуется постепенным слабым понижением суши. Далее следует свал с более крутым углом понижения и переходящий в котел, который занимает большую часть озерного дна.

Соответственно этому в донной части (бенталь ) выделяются:

Эулитораль – прибрежное мелководье, совпадающее с зоной полупогруженной растительности. Эта зона периодически осушается и заливается водой при сезонных колебаниях уровня воды озера.

Сублитораль , которая простирается до нижней границы распространения донной (погруженной) растительности.

Профундаль , охватывающая остальную часть озерного дна.

Рис. 2. Экологические зоны бентали и пелагиали озер. Слева – по Зернову (1949); справа – по Ruthner, 1962).

Первые две зоны бентали часто объединяются в литораль, а последняя зона имеется только в достаточно глубоких озерах (свыше 10 – 15 м).

Водная толща озера (пелагиаль ) делится на прибрежную часть, расположенную над литоралью и собственно пелагиаль, расположенную над свалом и котлом.

В период стагнации (отсутствие перемешивания) водная масса достаточно глубоких (свыше 10 – 15 м) озер по вертикали разделяется на три слоя:

Верхний слой (эпилимнион ), в котором температура испытывает резкие сезонные и суточные колебания;

Нижний слой (гиполимнион ), где температура в течение года меняется слабо и в глубоких озерах не превышает 4 – 6 о С;

Относительно тонкий промежуточный слой (металимнион ), или слой температурного скачка. В нем летний период имеет место резкий перепад температур между нагретыми водами эпилимниона и холодными водами гиполимниона.

По биологической классификации пресноводные озера подразделяются на ряд типов.

Эвтрофные озера (высокопродуктивные) – неглубокие (до 10 – 15 м) равнинные озера с обильным поступлением биогенных элементов (N, P, K). Летом в них в массовом развивается фитопланктон (в частности, цианобактерии), соответственно обильны бактерио- и зоопланктон, бентос и рыбы. Грунты илистые, прозрачность воды низкая, ее цвет от зеленого до буро-зеленого.

Литораль хорошо выражена, сильно зарастает макрофитами. Водная масса гиполимниона по сравнению с эпилимнионом мала, бедна кислородом, а в начале летней и зимней стагнации лишена его. Водная толща летом прогревается до дна.

Олиготрофные озера (малопродуктивные) Обычно они расположены на кристаллических породах, глубокие (свыше 30 м). Гиполимнион, по объему превосходящий эпилимнион, относительно богат кислородом.

Озера характеризуются слабым поступлением биогенных элементов, поэтому фитопланктона в них мало. Соответственно, количественно бедны бактерио- и зоопланктон, бентос; рыбы относительно мало. Прозрачность воды высокая, гуминовых веществ очень мало, литораль развита слабо, донные отложения бедны органикой. Цвет воды близкий к голубому.

Мезотрофные озера (среднепродуктивные) занимают промежуточное положение между двумя указанными типами.

Дистрофные озера (недостаточно кормные) представляют неглубокие водоемы с сильно гумифицированной водой, часто заболоченные с торфянистыми отложениями на дне. Последние исключают контакт воды с грунтом, поэтому она слабо минерализована, бедна биогенными элементами.

Планктон и бентос очень бедны, рыба часто вовсе отсутствует.

Болота – представляют неглубокие скопления воды, частично или полностью закрытые сверху растительностью. Болото – нечто переходное между водой и сушей, при этом провести четкую границу между заболоченными водами и заболоченной сушей невозможно. Обязательный признак болот – образование торфа из отмирающего мха и других водных растений.

По характеру водного питания, условиям залегания и составу растительности болота подразделяются на низинные , или эвтрофные ; верховые , или олиготрофные ; переходные , или мезотрофные .

Низинные болота располагаются в понижениях рельефа, поверхность их вогнутая или плоская, в питании основную роль играют грунтовые воды, речные разливы, поверхностный сток и атмосферные осадки.

Верховые болота находятся на повышенных формах рельефа, имеют выпуклую поверхность, питаются атмосферными осадками.

Переходные болота занимают промежуточное положение.

Искусственные водоемы сооружены человеком. Рассмотрим лишь важнейшие их типы.

Водохранилища – крупные водоемы с замедленным водообменном.

Топические группировки водных организмов

В водных экосистемах существуют специфические биоценозы донных организмов и обитающих в водной толще, называемые соответственно бентос и планктон . Далее сообщество донных бактерий называется бактериобентос , растений – фитобентос и животных – зообентос . По тому же принципу выделяют бактериопланктон , фитопланктон и зоопланктон.

В морских экосистемах фитобентос образуют исключительно многоклеточные водоросли – красные, бурые и др.; виды цветковых растений, например, зостера Zostera marina ,здесь единичны. В фитобентосе пресных водоемов, напротив, доминируют погруженные и полупогруженные цветковые растения, а многоклеточные водоросли (харовые, зеленые и др.) имеют второстепенное значение.

Фитопланктон в обоих случаях представлен одноклеточными водорослями; в морских экосистемах доминируют диатомовые, а в пресноводных – зеленые водоросли. К пресноводному фитопланктону (а не к бактериопланктону) также обычно относят и цианобактерий. Последние периодически, обычно во второй половине лета, могут достигать очень высокой численности и биомассы («цветение воды ») и тогда вытесняют остальные виды водорослей.

К зоопланктону относят достаточно мелких животных, не способных противостоять течению воды, хотя многие их виды в стоячей воде способны к активному плаванию. В зоопланктоне пресных водоемов представлены преимущественно мелкие формы – веслоногие и ветвистоусые ракообразные и коловратки. Зоопланктон морских водоемов значительно более разнообразен. В нем помимо мелких ракообразных (преимущественно веслоногих, мизид и эуфаузиид), аппендикулярий и других, присутствуют и значительно более крупные медузы и сальпы; последние, наряду с аппендикуляриями, относятся к разным подтипам хордовых. Значительную долю в зоопланктоне континентальных и морских водоемов составляют личинки многочисленных видов бентосных животных, выполняющие функцию расселения, а также личинки и мальки рыб.

Сестон – это вся совокупность взвешенного вещества в толще воды. Он включает как живое вещество (плактон ), так и мертвое органоминеральное вещество с ассоциированными с ним микроорганизмами (детрит ).

Зообентос континентальных водоемов в видовом отношении достаточно однообразен – в нем доминируют брюхоногие и двустворчатые моллюски, членистоногие (почти исключительно ракообразные и насекомые и их личинки) и кольчатые червы из отряда малощетинковых. Напротив, в зообентосе морских водоемов представлено большинство таксонов водных животных, поэтому его можно здесь охарактеризовать лишь в самых общих чертах. В первую очередь необходимо отметить коралловых полипов, которые как виды-эдификаторы в экосистемах коралловых рифов создают среду обитания для многочисленных видов морских водорослей, беспозвоночных и рыб. Значительная роль в морском зообентосе также принадлежит двустворчатым и брюхоногим моллюскам, кольчатым червям, ракообразным, иглокожим, асцидиям. В зообентосе глубоководных океанических экосистем доминируют погонофоры.

Сообщество водных организмов, постоянно обитающих в толще воды, но способных активно плавать и противостоять течению, называется нектон . Нектон пресных водоемов образуют почти исключительно рыбы. В нектоне морей и океанов наряду с ними присутствуют головоногие моллюски (кальмары, осьминоги) и морские млекопитающие (киты, дельфины, дюгони).

Сообщества, образующие обрастания на вертикальных естественных (скалы, камни, подводные растения) и искусственных (сваи, подводные сооружения, днища судов) подводных субстратах, называются перифитоном . Он подразделяется на зоо- и фитоперифитон .

Сообщества зоо- и фитоперифитона континентальных и морских водоемов в таксономическом отношении достаточно сходны. В зооперифитоне присутствуют губки, мшанки, моллюски, нематоды, полихеты и др. Для морских сообществ характерно также наличие усоногих ракообразных и иглокожих. Видами-эдификаторами в разных сообществах зооперифитона могут являться двустворчатые моллюски, образующие устричные

Каждая из сфер планеты обладает своими характерными особенностями. Ни одна из них до конца пока не изучена, несмотря на то, что исследования проводятся постоянно. Гидросфера – водная оболочка планеты, представляет большой интерес как для ученых, так и для просто любознательных людей, желающих глубже изучить происходящие на Земле процессы.

Вода лежит в основе всего живого, она является мощным транспортным средством, отличным растворителем и поистине бесконечной кладовой пищевых и минеральных ресурсов.

Из чего состоит гидросфера

Гидросфера включает в себя всю воду, не связанную химически и независимо от того, в каком агрегатном состоянии (жидком, парообразном, замороженном) она пребывает. Общий вид классификации частей гидросферы выглядит так:

Мировой океан

Это основная, самая значительная часть гидросферы. Совокупность океанов — водная оболочка, не являющаяся сплошной. Она разделяется островами и материками. Воды Мирового океана характеризуются общим солевым составом. Включает в себя четыре основных океана – Тихий, Атлантический, Северный Ледовитый и Индийский океаны. В некоторых источниках также выделяют пятый, Южный океан.

Изучение Мирового океана началось много веков назад. Первыми же исследователями считаются мореплаватели — Джеймс Кук и Фердинанд Магеллан. Именно благодаря этим путешественникам европейские ученые получили бесценные сведения о масштабах водного пространства и очертаниях и размерах материков.

Океаносфера составляет примерно 96% Мирового океана и имеет достаточно однородный солевой состав. В океаны поступают и пресные воды, но доля их невелика – всего около полумиллиона кубических километров. Эти воды поступают в океаны с осадками и речными стоками. Небольшое количество поступающих пресных вод обуславливает постоянство состава соли в океанических водах.

Континентальные воды

Континентальные воды (их также называют поверхностными) — те, которые временно или постоянно находятся в водных объектах, расположенных на поверхности земного шара. К ним относятся все текущие и собирающиеся на поверхности земли воды:

• болота;
• реки;
• моря;
• прочие водостоки и водоемы (например, водохранилища).

Поверхностные воды подразделяются на пресные и соленые, и являются противоположностью подземных вод.

Подземные воды

Все воды, находящиеся в земной коре (в горных породах) называются . Могут находиться в газообразном, твердом или жидком состоянии. Подземные воды составляют весомую часть водных запасов планеты. Их общий составляет 60 миллионов кубических километров. Классифицируются подземные воды по глубине залегания. Они бывают:

• минеральными
• артезианскими
• грунтовыми
• межпластовыми
• почвенными

Минеральными называют воды, содержащие в своем , микроэлементы, растворенную соль.

Артезианские – это напорные подземные воды, располагается между водоупорными слоями в горных породах. Относятся к полезным ископаемым, и залегают обычно на глубине от 100 метров до одного километра.

Грунтовыми называют гравитационные воды, находящиеся в верхнем, самом близком от поверхности, водоупорном слое. Такой тип подземных вод имеет свободную поверхность и обычно не имеет сплошной кровли из пород.

Межпластовыми водами называют залегающие низко воды, находящиеся между слоями.

Почвенными называют воды, которые перемещаются под влиянием молекулярных сил либо силы тяжести и заполняют некоторую часть промежутков между частицами почвенного покрова.

Общие свойства составных частей гидросферы

Несмотря на разнообразие состояний, составов и мест расположения, гидросфера нашей планеты едина. Объединяет все воды земного шара общий источник происхождения (земная мантия) и взаимосвязь всех вод, включенных в круговорот воды на планете.

Круговорот воды — непрерывающийся процесс, заключающийся в постоянном перемещении под воздействием силы тяжести и солнечной энергии. Круговорот воды – связующее звено для всей оболочки Земли, но и объединяет между собой другие оболочки – атмосферу, биосферу и литосферу.

В ходе данного процесса может находиться в основных трех состояниях. На протяжении всего существования гидросферы происходит ее обновление, причем каждая из ее частей обновляются за разный период времени. Так, период обновления вод Мирового океана составляет примерно три тысячи лет, водяной пар в атмосфере полностью обновляется за восемь суток, а покровным ледникам Антарктиды для обновления может потребоваться до десяти миллионов лет. Интересный факт: все воды, находящиеся в твердом состоянии (в вечной мерзлоте, ледниках, снежных покровах) объединяет название криосфера.

От нефтяного загрязнения страдают, естественно, не только морские, но и пресные воды. Сточные воды нефтеперегонных заводов, смена масла в автомобилях, утечки масла из картеров, расплескивание бензина и дизельного топлива в момент заправки автомобилей – все это приводит к загрязнению источников воды и водоносных слоев. При этом загрязняются не только и даже не столько поверхностные, сколько подземные воды. Поскольку бензин проникает в почву в семь раз быстрее, чем вода, и придает неприятный вкус питьевой воде даже при таких низких концентрациях, как 1 млн -1 , подобное загрязнение способно сделать неприемлемой для питья довольно значительное количество подземных вод.

3.Воздействие нефтепродуктов на водные экосистемы

Мазут, дизельное топливо, керосин (сырая нефть значительно легче подвергается биологической и другой деструкции), покрывая пленкой воду, ухудшают газо- и теплообмен океана и атмосферы, поглощают значительную часть биологически активной компоненты солнечного спектра.

Интенсивность света в воде под слоем разлитой нефти составляет, как правило, только 1 % интенсивности света на поверхности, в лучшем случае 5-10 %. В дневное время слой темноокрашенной нефти лучше поглощает солнечную энергию, что приводит к повышению температуры воды. В свою очередь, в нагретой воде снижается количество растворенного кислорода и увеличивается скорость дыхания растений и животных.

При сильном нефтяном загрязнении наиболее очевидным оказывается ее механическое действие на среду. Так, нефтяная пленка, образовавшаяся в Индийском океане в результате закрытия Суэцкого канала (маршруты всех танкеров с аравийской нефтью шли в этот период через Индийский океан), снизила испарение воды в 3 раза. Это привело к уменьшению облачности над океаном и развитию засушливого климата в прилегающих районах.

Немаловажным фактором является биологическое действие нефтепродуктов: их прямая токсичность для гидробионтов и околоводных организмов.

Береговые сообщества можно расположить по возрастанию чувствительности к нефтяному загрязнению в следующем порядке:

Скалистые берега, каменные платформы, песчаный пляж, галечный пляж, укрытые скалистые берега, укрытые пляжи, марши и мангровые заросли, коралловые рифы.

4.Полициклические ароматические соединения: источники бен(а)пирена, бен(а)пирен в воде, донных отложениях, планктонных и бентосных организмах, разложение бен(а)пирена морскими организмами, последствия загрязнения бен(а)пиреном

В настоящее время загрязнение полициклическими ароматическими углеводородами (ПАУ) носит глобальный характер. Их присутствие обнаружено во всех элементах природной среды (воздух, почва, вода, биота) от Арктики до Антарктиды.

ПАУ, обладающие выраженными токсическими, мутагенными и канцерогенными свойствами, многочисленны. Их количество достигает 200. Вместе с тем, ПАУ, распространенных повсеместно в биосфере не более нескольких десятков. Это антрацен, флуорантрен, пирен, хризен и некоторые другие.

Наиболее характерным и наиболее распространенным в ряду ПАУ является бенз(а)пирен (БП):

БП хорошо растворим в органических растворителях, тогда как в воде он растворим чрезвычайно мало. Минимальная действующая концентрация бенз(а)пирена мала. БП трансформируется под действием оксигеназ. Продукты трансформации БП являются конечными канцерогенами.

Доля БП в общем количестве наблюдаемых ПАУ невелика (1–20%). Его делают значимым:

Активная циркуляция в биосфере

Высокая молекулярная устойчивость

Значительная проканцерогенная активность.

С 1977 г. БП на международном уровне считается индикаторным соединением, по содержанию которого оценивается степень загрязненности среды канцерогенными ПАУ.

Источники бенз(а)пирена

В формировании природного фона бенз(а)пирена участвуют различные абиотические и биотические источники.

Геологические и астрономические источники. Поскольку ПАУ синтезируются при термических превращениях простых органических структур, БП обнаруживается в:

материале метеоритов;

магматических породах;

гидротермальных образованиях (1-4 мкг кг -1);

Вулканических пеплах (до 6 мкг кг -1). Глобальный поток вулканического БП достигает 1,2 т год -1 (Израэль, 1989).

Абиотический синтез БП возможен при сгорании органических материалов во время природных пожаров. При горении леса, травяного покрова, торфа образуется до 5 т год -1 . Биотический синтез БП обнаружен для целого ряда анаэробных бактерий, способных синтезировать БП из природных липидов в донных отложениях. Показана возможность синтеза БП и хлореллой.

В современных условиях рост концентрации бенз(а)пирена связан с антропогенным происхождением. Главными источниками БП являются: бытовые, промышленные сбросы, смывы, транспорт, аварии, дальний перенос. Антропогенный поток БП составляет примерно 30 т год -1 .

Кроме того, важный источник поступления БП в водную среду – транспортировка нефти. При этом в воду попадает около 10 т год -1 .

Бенз(а)пирен в воде

Наибольшее загрязнение БП характерно для бухт, заливов, замкнутых и полузамкнутых морских бассейнов, подверженных антропогенному воздействию (табл. 26). Самые высокие уровни загрязнения БП в настоящее время отмечены для Северного, Каспийского, Средиземного и Балтийского морей.

Бенз(а)пирен в донных отложениях

Поступление ПАУ в морскую среду в количестве, превышающем возможности их растворения, влечет за собой сорбцию этих соединений на частицах взвесей. Взвеси оседают на дно и, следовательно, БП накапливаются в донных осадках. При этом основной зоной накопления ПАУ является слой 1-5 см.

Зачастую ПАУ осадков имеют природное происхождение. В этих случаях они приурочены к тектоническим зонам, участкам глубинного термического воздействия, ареалам рассеяния газо-нефтяных скоплений.

Тем не менее, наиболее высокие концентрации БП обнаруживаются в зонах антропогенного влияния (табл. 27).

Таблица 27

Средние уровни загрязнения морской среды бенз(а)пиреном мкг л –1

Бенз(а)пирен в планктонных организмах

ПАУ не только сорбируются на поверхности организмов, но и концентрируются внутриклеточно. Для планктонных организмов характерен высокий уровень накопления ПАУ (табл. 28).

Содержание БП в планктоне может варьировать от нескольких мкг кг-1 до мг кг-1 сухой массы. Наиболее обычное содержание (2-5) 10 2 мкг кг -1 сухой массы. Для Берингова моря коэффициенты накопления (отношение концентрации в организмах к концентрации в воде) в планктоне (Сп/Св) колеблются от 1,6 10 до 1,5 10 4 , коэффициенты накопления в нейстоне (Сн/Св) колеблются от 3,5 10 2 до 3,6 10 3 (Израэль, 1989).

Бенз(а)пирен в бентосных организмах

Поскольку большинству бентосных организмов основой питания служит взвешенное органическое вещество и детрит грунтов, зачастую содержащие ПАУ в концентрациях выше, чем в воде, бентонты часто накапливают БП в значительных концентрациях (табл. 28). Известно накопление ПАУ полихетами, моллюсками, ракообразными, макрофитами.

Таблица 28

Коэффициенты накопления БП в различных объектах экосистемы Балтийского моря (Израэль, 1989)

Разложение бенз(а)пирена морскими микроорганизмами

Поскольку ПАУ – вещества, встречающиеся в природе, естественно, что существуют микроорганизмы, способные их разрушать. Так, в экспериментах в Северной Атлантике БП-окисляющие бактерии разрушали от 10-67 % внесенного БП. В опытах в Тихом океане была показана способность микрофлоры разрушать 8-30 % внесенного БП. В Беринговом море микроорганизмы разрушали 17-66 % внесенного БП, в Балтийском море – 35-87 %.

На основании экспериментальных данных была построена модель, позволяющая оценить трансформацию БП в Балтийском море (Израэль, 1989). Было показано, что бактерии верхнего слоя воды (0-30 м) за лето способны разложить до 15 т нефти, за зиму – до 0,5 т. Общая масса БП в Балтийском море оценивается в 100 т. Если предположить, что микробное разрушение БП является единственным механизмом его элиминации, то время, которое будет затрачено на разрушение всего имеющегося запаса БП, составит от 5до 20 лет.

Последствия загрязнения бенз(а)пиреном

Для БП доказаны токсичность, канцерогенность, мутагенность, тератогенность, действие на репродуктивную способность рыб. Кроме того, как и другие трудноразложимые вещества, БП способен к биоаккумуляции в пищевых цепях и, соответственно, представляет опасность для человека.

Лекция №18;Проблема повышения кислотности вод

Источники и распространение: антропогенные выбросы окислов серы и азота.

Действие кислотных осадков на окружающую среду: чувствительность водоемов к повышению кислотности, буферная емкость озер, рек, болот; действие закисления на водную биоту.

Борьба с закислением: перспективы.

Закисление окружающей среды накоплением сильных кислот, или веществ, образующих сильные кислоты, оказывает сильнейшее воздействие на химический режим и биоту десятков тысяч озер, рек, водосборных бассейнов в Северной Европе, на северо–востоке Северной Америки, части Восточной Азии и повсюду, хотя и в меньшей степени. Закисление вод определяется снижением нейтрализационной емкости (acid neutralizing capacity – ANC). Закисленные воды претерпевают химические и биологические изменения, меняется видовая структура биоценозов, снижается биоразнообразие и т.п. Высокая концентрация Н+ ведет к высвобождению из почв металлов, с последующим их транспортом в озера и болота. Высокая концентрация Н+ в водотоках также ведет к высвобождению металлов, в том числе токсичных, из речных осадков.