Гидросфера, ее состав и строение. Мировой океан и его части, взаимодействие с атмосферой и сушей. Поверхностные и подземные воды суши. Ледники и многолетняя мерзлота. Водные ресурсы Земли - ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ СВЕДЕНИЯ - ПРИРОДА ЗЕМЛИ И ЧЕЛОВЕК

Гидросфера — прерывистая водная оболочка Земли, располагающаяся между атмосферой и твердой земной корой и представляющая собой совокупность вод Мирового океана и поверхностных вод суши (табл. 15). Гидросферу называют еще водной оболочкой планеты.

Таблица 15

Соотношение воды на планете

Мировой океан	97,2%
Материковые воды: — подземные воды (реки, болота, озера) — лед, снег — поверхностные воды	0,6% около 2,2% 0,02%
Атмосфера	около 0,001%

Мировой океан — все водное пространство. Средняя глубина Мирового океана — 3700 м.

Основные свойства вод Мирового океана — это соленость, температура и плотность.

Соленость. В океанической воде концентрируются разные соли: 78% (от всего количества солей) — хлористый натрий (придает воде соленый вкус); 11% — хлористый магний (придает воде горький вкус); 11% — другие соли и растворены различные газы: азот, кислород, углекислый газ и др.

Степень солености прежде всего зависит от количества атмосферных осадков, испарения, а также опреснения водами рек, впадающих в море. Изменяется она и с глубиной: до глубины 1500 м соленость несколько уменьшается по сравнению с поверхностью, а глубже изменения солености воды незначительны и она почти везде составляет 35%. Минимальная соленость — 5% — в Балтийском море, максимальная — до 41% — в Красном море.

Температура вод. Вода океана нагревается от притока солнечного тепла на его поверхность, поэтому температура поверхностных вод зависит от широты места (максимальна на экваторе (+27°) и падает к полюсам.

В отдельных районах океана это распределение нарушается неравномерным размещением суши, океаническими течениями, постоянными ветрами, стоком вод с материков. Температура изменяется и с глубиной.

С глубиной вначале температура понижается очень быстро, а затем довольно медленно. Среднегодовая температура поверхностных вод Мирового океана +17,5 °С. На глубине 3-4 тыс. м она обычно держится в пределах от +2 до 0 °С.

Однако у падения температуры вод с глубиной бывают и исключения, обусловленные поднятием глубинных теплых вод. Примером может служить западная часть Северного Ледовитого океана, куда вторгается Гольфстрим.

При охлаждении морской воды ниже точки замерзания образуется морской лед.

Льдом постоянно покрыто 3-4% площади океана. У соленой воды температура замерзания понижается по мере увеличения солености. В диапазоне солености от 30 до 35 промилле точка замерзания меняется от -1,6 до -1,9 °С. Для замерзания морской воды необходимо, чтобы либо глубина была невелика, либо ниже поверхностного слоя на небольших глубинах располагалась вода с более высокой соленостью.

Плотность морской воды определяется соленостью и температурой. Соленая вода более плотная, чем пресная.

Поверхность Мирового океана никогда не бывает спокойной. Существует два основных вида движения вод: поступательные (течения) и колебательные (волны).

Морские течения — горизонтальное перемещение водных масс в определенном направлении. Морские массы воды перемещаются вследствие разных причин. Основная причина морских течений — ветер, однако движение воды может вызываться скоплением воды в какой-либо части океана, а также разницей в плотности воды в разных частях океана и другими причинами. Поэтому течения по своему происхождению так отличаются (табл. 16).

Таблица 16

Классификация морских течений по происхождению

Морские течения по происхождению

1) дрейфовые — вызываются постоянными ветрами (Северное и Южное пассатные, течение Западных Ветров);

2) ветровые — вызываются действием сезонных ветров (летние муссонные в Индийском океане);

3) сточные — образуются вследствие разницы уровня воды в разных частях океана, текут из районов избытка воды (Гольфстрим, Бразильское, Восточно-Австралийское);

4) компенсационные — возмещают (компенсируют) отток воды из разных частей океана (Калифорнийское, Перуанское, Бенгальское);

5) плотностные (конвекционные) — образуются вследствие неравномерного распределения плотности океанической воды из-за разной температуры и солености (Гибралтарское течение);

6) приливно-отливные периодические течения — образуются в связи с притяжением Луны.

Морские течения могут быть теплыми и холодными. На картах направление теплых течений обозначается красными стрелками, а холодных — синими или черными. Примеры таких течений представлены в табл. 17.

Таблица 17

Течения в океане

Важнейшие течения Атлантического океана
Холодные	Теплые
Лабрадорское Канарское Бенгельское Западных Ветров	Северное Пассатное Южное Пассатное Гольфстрим Северо-Атлантическое Бразильское Гвианское Антильское Гвинейское
Северные	Южные
Лабрадорское Канарское Северное Пассатное Гольфстрим Северо-Атлантическое Гвианское Антильское Гвинейское	Бенгельское Южное Пассатное Западных Ветров Бразильское Гвинейское
Важнейшие течения Индийского океана
Холодные	Теплые
Сомалийское Западных Ветров	Южное Пассатное Муссонное Мозамбикское
Важнейшие течения Тихого океана
Холодные	Теплые
Калифорнийское Перуанское Западных Ветров	Северное Пассатное Южное Пассатное Межпассатное противотечение Куросио Северо-Тихоокеанское Аляскинское Восточно-Австралийское
Северные	Южные
Северное Пассатное Куросио Северо-Тихоокеанское Калифорнийское Аляскинское Межпассатное противотечение	Южное Пассатное Восточно-Австралийское Перуанское Западных Ветров

Таблица 18

Влияние течений на климат

Течения, проходящие вдоль восточных побережий материков (сточные)	Течения, проходящие вдоль западных побережий материков (компенсационные)
Переносят воду из более теплых приэкваториальных широт в более прохладные. Воздух над ними теплый, насыщенный влагой. При продвижении к северу или югу от экватора воздух охлаждается, приближается к насыщению и, следовательно, дает осадки на побережье, смягчая при этом температуру.	Идут из более холодных в более теплые широты, воздух нагревается, удаляется от насыщения, осадков не дает. Это одна из главных причин формирования пустынь на западных побережьях материков.

Волны — колебательные движения вод Мирового океана (рис. 17).

Рис. 17. Волны

Длинные волны, возникающие из-за сотрясения воды в океане или другом водоеме, называются цунами. Причиной большинства цунами являются сильные подводные землетрясения.

Периодические колебания уровня океана (моря), вызываемые силами притяжения Луны и Солнца, — это приливы и отливы. Высота приливов в открытом океане не более 1 м, но при входе в сужающиеся заливы приливная волна поднимается; наибольшие высоты приливов в заливе Фанди на юго-востоке Канады — 18 м.

Большинство ученых в составе Мирового океана выделяют 5 океанов — Тихий, Атлантический, Индийский, Северный Ледовитый и Южный (табл. 19). Основанием для деления океанов служат самостоятельная система течений, распределение солености, температуры. Границы океанов условны.

Таблица 19

Общие сведения об океанах¹

Название	Площадь, млн кв. км	Объем, млн куб. км	Ср. глубина, м	Глубочайшая впадина, м	Ср. темп-ра в поверхн. слое, °С
Тихий	178,62	710,36	3980	11 022 (Марианский желоб)	+18,1
Атлантический	91,56	329,66	3600	8742 (желоб Пуэрто-Рико)	+16,5
Индийский	76,17	282,65	3710	7729 (Зондский желоб)	+17
Сев. Ледовитый	14,75	18,07	1220	5527 (Гренландское море)	-1-2

¹ Таблица составлена по данным “Атласа океанов”.

Моря, заливы и проливы — это части океанов.

Моря — части океанов, в большей или меньшей степени отделенные от него сушей, отличающиеся особым гидрологическим режимом. Различают моря внутренние и окраинные. Внутренние моря глубоко вдаются в глубь материка (Средиземное, Балтийское). Окраинные моря прилегают к материку обычно с одной стороны, а с другой — сравнительно свободно сообщаются с океаном (Баренцево, Охотское). Моря относятся к бассейну какого-либо океана или внутреннего стока.

Заливы — более или менее значительные пространства океана или моря, которые врезаются в сушу и имеют широкую связь с океаном. Небольшие заливы называются бухтами. Глубокие, извилистые, длинные заливы с обрывистыми берегами — фьорды.

Проливы — более или менее узкие водные пространства, которые соединяют два соседних океана или моря.

Воды суши — материковые воды — часть водной оболочки. К ним относятся подземные воды, реки, озера, болота.

Река — постоянный водный поток, текущий в разработанном им русле и питающийся главным образом атмосферными осадками.

Части реки: исток — место, где река берет свое начало. Истоком может быть родник, озеро, болото, ледник в горах; устье — место впадения реки в море, озеро или другую реку. Понижение в рельефе, тянущееся от истока до устья реки, — речная долина. Углубление, в котором река течет постоянно, — русло. Пойма — плоское, затопляемое во время половодья дно речной долины. Над поймой обычно поднимаются склоны долины, часто ступенчатой формы. Эти ступени называются террасами. Они возникают в результате размывающей деятельности реки (эрозии), вызванной понижением базиса эрозии.

Речная система — река со всеми ее притоками. Название системы дается по названию главной реки.

Бассейн реки — территория, с которой река со всеми притоками собирает воду.

Водораздел — линия раздела бассейнов двух рек или океанов. Обычно водоразделами служат какие-либо возвышенные пространства.

Поступление воды в реки называется их питанием. В зависимости от источника поступающих вод различают реки с дождевым, снеговым, ледниковым, подземным, а при их сочетании — со смешанным питанием.

Роль того или иного источника питания зависит главным образом от климатических условий. Дождевое питание свойственно рекам экваториальных и большинства муссонных областей. В странах с холодным климатом главное значение приобретают талые снеговые воды (снеговое питание). В умеренных широтах питание рек, как правило, смешанное. Реки с ледниковым питанием берут начало в ледниках высокогорий. Соотношение между источниками питания рек может изменяться в течение года.

От того, какое питание преобладает, в значительной мере зависит режим реки. Режим рек — закономерные изменения состояния рек во времени, обусловленные физико-географическими свойствами бассейна и в первую очередь климатическими условиями. Он проявляется в виде суточных, сезонных и многолетних колебаний уровня и расхода воды, ледовых явлений, температуры воды, количества переносимых потоком наносов и т.п. Элементами режима реки являются, например, межень — уровень воды в реке в сезон наиболее низкого ее стояния и половодье — продолжительный подъем воды в реке, вызываемый основным источником питания, повторяющийся из года в год. В зависимости от наличия гидротехнических сооружений на реках (например, ГЭС), влияющих на режим реки, различают зарегулированный и естественный режим рек.

На направление и характер течения рек влияет и рельеф. Реки по характеру течения могут быть горными и равнинными. Равнинные реки имеют довольно медленное течение, они сильно меандрируют, их долины неглубокие, но широкие, с хорошо развитой широкой поймой. Горные реки бурные, быстрые, обычно текут в узких долинах.

Все реки земного шара распределены между бассейнами четырех океанов.

Значение рек:

1) источники пресной воды для промышленности, сельского хозяйства, водоснабжения;

2) источники получения электроэнергии;

3) транспортные пути (в том числе сооружение судоходных каналов);

4) места ловли и разведения рыбы, отдыха и т.п.

Одной из самый длинных рек считается Нил (с Кагерой) — 6671 км, далее следует р. Янцзы — 6300 км. Самая большая площадь речного бассейна у Амазонки — 7050 тыс. км².

Падение воды в реке с уступа, пересекающего речное русло, называется водопадом. Крупнейшим в мире водопадом считается водопад Анхель (Южная Америка, Венесуэла). Его высота 979 м (по другим данным — 1054 м).

Озера — водоемы замедленного водообмена, размещенные в природных углублениях поверхности суши.

На размещение озер влияет климат, обусловливающий их питание и режим, а также факторы возникновения озерных котловин (рис. 18).

Рис. 18. Виды озер

Озера питаются за счет атмосферных осадков, подземных вод и стекающих в них поверхностных вод. По водному режиму различают сточные и бессточные озера. Из сточных озер вытекает река (реки) — Байкал, Онежское, Онтарио, Виктория и др. Из бессточных озер не вытекает ни одна река — Каспийское, Мертвое, Чад и др. Бессточные озера, как правило, более минерализованы. В зависимости от степени солености воды озера бывают пресные и соленые.

Крупнейшими по площади акватории озерами мира считаются Каспийское море (Европа, 376 000 км²), озеро Верхнее (Северная Америка, 82 100 км²) и Виктория (Африка, 68 100 км²). Самым глубоким в мире считается озеро Байкал. Его дно на 1167 метров ниже уровня Мирового океана, максимальная глубина озера — 1637 м, а средняя — 744,4 м.

Болота — избыточно увлажненные участки суши, покрытые влаголюбивой растительностью и имеющие слой торфа не меньше 0,3 м. Вода в болотах находится в связанном состоянии.

Болота образуются вследствие зарастания озер и заболачивания суши.

Главной причиной образования огромных болот является чрезмерная влажность климата в сочетании с высоким уровнем грунтовых вод вследствие близкого залегания к поверхности водоупорных пород и равнинного рельефа.

Распространение болот зависит и от климата, значит, тоже в определенной степени зонально. Больше всего болот в лесной зоне умеренного пояса и в зоне тундры. Большое количество осадков, малая испаряемость и водопроницаемость грунтов, равнинность, слабая расчлененность междуречий способствуют заболачиванию.

Ледники — превращенная в лед вода атмосферного происхождения. Ледники постоянно движутся благодаря своей пластичности. Под действием силы тяжести скорость их движения достигает нескольких сотен метров в год. Движение замедляется или ускоряется в зависимости от количества осадков, потепления или похолодания климата, а в горах на движение ледников оказывают влияние тектонические подъемы.

Ледники образуются там, где в течение года выпадает больше снега, чем успевает растаять. В Антарктиде и Арктике такие условия создаются уже на уровне моря или чуть выше. В экваториальных и тропических широтах снег может накапливаться только на большой высоте (выше 4,5 км в экваториальных, 5-6 км в тропических). Поэтому высота снеговой линии там выше. Снеговая линия — граница, выше которой в горах сохраняется нетающий снег. Высота снеговой линии определяется температурой, которая связана с широтой местности и степенью континентальности ее климата, количеством твердых осадков.

Общая площадь ледников составляет 11% поверхности суши с объемом 30 млн км³. Если бы все ледники растаяли, уровень Мирового океана поднялся бы на 66 м.

Таблица 20

Отличительные особенности покровных и горных ледников

Покровные ледники	Горные ледники
Покрывают земную поверхность независимо от форм рельефа в виде ледяных шапок и щитов, под которыми скрыты все неровности рельефа. Движение льда происходит от центра купола к окраинам. Лед имеет огромную мощность. Примеры: льды Антарктиды и Гренландии.	Значительно меньше покровных по размеру. Пример: ледник Федченко на Памире. Движение льдов происходит по уклону долины.

Многолетняя, или вечная, мерзлота — толщи мерзлых горных пород, не оттаивающих в течение долгого времени — от нескольких лет до десятков и сотен тысяч лет. Вода в многолетних мерзлых породах находится в твердом состоянии, в виде ледяного цемента. Возникновение многолетней мерзлоты происходит в условиях очень низких температур зимы, малой высоты снежного покрова. Такие условия были в окраинных областях древних ледниковых покровов, а также в современных условиях в Сибири, где зимой мало снега и крайне низкие температуры. Причины распространения вечной мерзлоты могут объясняться как наследием ледникового периода, так и современными суровыми климатическими условиями.

Гейзер (исландское geysir, от geysa — хлынуть) — источник, периодически выбрасывающий фонтаны горячей воды и пара. Распространены в областях современной вулканической деятельности (Исландия, Северная Америка, Новая Зеландия, Камчатка и др.).

Водные ресурсы — это воды, пригодные для использования в хозяйстве: реки, озера, каналы, водохранилища, подземные воды, почвенная влага, вода ледников. Сравнительно недавно вода считалась одним из бесплатных даров природы и водные ресурсы относились к категории неисчерпаемых (сейчас к категории исчерпаемых возобновимых). По мере роста ее потребления во многих регионах Земли начинает ощущаться ее нехватка. Кроме того, в результате загрязнения рек и озер их воды становятся непригодными для использования человеком.

Особенно велика потребность людей в пресной воде, запасы которой на Земле ограниченны — 2,5% объема гидросферы.

Большая часть пресных вод “законсервирована” в ледниках Антарктиды, Гренландии, во льдах Арктики, в горных ледниках и пока еще практически недоступна для использования.

Главный источник пресной воды — реки (водные ресурсы рек (ресурсы речного стока) оцениваются в 47 тыс. куб. км в год, а среднемировой показатель обеспеченности речным стоком (сток на душу населения) составляет около 8 тыс. куб. м/год). Однако из всех речных вод планеты реально можно использовать только половину.

Более половины ресурсов пресной воды с речного стока планеты приходится на Азию, где протекают такие крупные реки Земли, как Янцзы, Иравад, Меконг, Ганг, Брахмапутра, и Южную Америку с ее величайшей рекой (по объему стока, площади бассейна, протяженности и ширине) Амазонкой.

Таблица 21

Обеспеченность ресурсами полного речного стока отдельных регионов и стран мира

Регион, страна	Обеспеченность ресурсами полного речного стока в тыс. м3 в год на душу населения
Весь мир	7,2
Европа	8,6
Азия	3,8
Африка	5,5
Северная Америка	15,4
Южная Америка	29,8
Австралия и Океания	56,5
Конго	320
Канада	98
Норвегия	90
Новая Зеландия	90
Либерия	75
Среднемировой показатель	7,0
Египет	Менее 1
Саудовская Аравия	Менее 1
ЮАР	1
Польша	1

Речной сток широко используется и для получения гидроэнергии.

Гидроэнергетические ресурсы — это запасы энергии текущей воды речных потоков и водоемов, расположенных выше уровня моря (а также энергии морских приливов).

Мировой гидроэнергетический потенциал, пригодный для использования, оценивается почти в 10 трлн кВт ∙ ч. возможной выработки электроэнергии.

Таблица 22

Мировой экономический гидропотенциал и его использование

Регионы	Всего		В том числе использованный, %
	млрд кВт ∙ ч	в %
СНГ	1100	11,2	20
Зарубежная Европа	710	7,3	70
Зарубежная Азия	2670	27,3	14
Африка	1600	16,4	3
Северная Америка	1600	16,4	38
Латинская Америка	1900	19,4	16
Австралия и Океания	200	2,0	18
Весь мир	9780	100,0	21

Около 1/2 этого потенциала приходится всего на 6 стран: Китай, Россию, США, Конго (бывший Заир), Канаду, Бразилию.

Воду озер относят к статическим запасам ввиду замедленного водообмена, хотя незначительная доля запасов (в среднем 1,5-2% их общего объема, а в озере Байкал — 0,3%) возобновляется ежегодно.