Водную оболочку Земли — гидросферу — формируют подземные воды, атмосферная влага, ледники и поверхностные водоемы, в том числе океаны, моря, озера, реки, болота. Все воды гидросферы взаимосвязаны между собой и находятся в беспрерывном круговороте.

Основной состав гидросферы — соленые воды. На пресную воду приходится менее 3% всего объема. Цифры условны, так как в расчетах учтены только разведанные запасы. Между тем, по предположениям гидрогеологов, в глубинных слоях Земли находятся колоссальные хранилища подземных вод, месторождения которых еще предстоит открыть.

Подземные воды как часть водных ресурсов планеты

Подземные воды — воды, содержащиеся в водовмещающих осадочных породах, слагающих верхний слой земной коры. В зависимости от окружающих условий, таких как температура, давление, виды горных пород, воды находятся в твердом, жидком или парообразном состоянии. Классификация подземных вод прямым образом зависит от грунтов, слагающих земную кору, их влагоемкости и глубины залегания. Слои водонасыщенных пород носят название «водоносные горизонты».

Водоносные горизонты с пресной водой считаются одним из важнейших стратегических ресурсов.

Характеристики и свойства подземных вод

Различают безнапорные водоносные горизонты, ограниченные пластом водонепроницаемых пород снизу и называемые грунтовыми водами, и напорные, расположенные между двумя водоупорными пластами. Классификация подземных вод по типу водонасыщенных грунтов:

• поровые, залегающие в песках;
• трещинные, наполняющие пустоты твердых скальных пород;
• карстовые, находящиеся в известняках, гипсах и подобных им водорастворимых породах.

Вода, универсальный растворитель, активно поглощает вещества, входящие в состав пород, и насыщается солями и минералами. В зависимости от концентрации растворенных в воде веществ различают пресную, солоноватую, соленую воду и рассолы.

Виды воды в подземной гидросфере

Вода под землей находится в свободном или связанном состоянии. К свободным подземным водам относятся напорные и безнапорные воды, способные перемещаться под действием гравитационных сил. В числе связанных вод:

• кристаллизационная вода, химически входящая в кристаллическую структуру минералов;
• гигроскопическая и пленочная вода, физически связанная с поверхностью частичек минералов;
• вода, находящаяся в твердом состоянии.

Запасы подземных вод

На подземные воды приходится около 2 % от объема всей гидросферы планеты. Под термином «запасы подземных вод» подразумевается:

• Количество воды, содержащееся в водонасыщенном слое грунта — естественные запасы. Пополнение водоносных горизонтов происходит за счет рек, атмосферных осадков, перетока воды из других водонасыщенных пластов. При оценке запасов подземных вод учитывается среднегодовой объем подземного стока.
• Объем воды, который может быть использован при вскрытии водоносного горизонта — упругие запасы.

Еще один термин — «ресурсы» — обозначает эксплуатационные запасы подземных вод или объем воды заданного качества, который возможно добыть из водоносного горизонта в единицу времени.

Загрязнение подземных вод

Эксперты классифицируют состав и вид загрязнения подземных вод следующим образом:

Химические загрязнения

Неочищенные жидкие стоки и твердые отходы предприятий индустрии и сельского хозяйства содержат различные органические и неорганические вещества, в том числе тяжелые металлы, нефтепродукты, токсичные ядохимикаты, почвенные удобрения, дорожные реагенты. Химические вещества проникают в водоносные горизонты через грунтовые воды и неправильно изолированные от смежных водонасыщенных пластов скважины. Химические загрязнения подземных вод отличаются широким распространением.

Биологические загрязнения

Неочищенные хозяйственно-бытовые стоки, неисправные канализационные магистрали и поля фильтрации, расположенные вблизи водозаборных скважин, могут стать источниками заражения водоносных горизонтов болезнетворными микроорганизмами. Чем выше фильтрационная способность грунтов, тем медленнее распространяется биологического загрязнение подземных вод.

Решение проблемы загрязнения подземных вод

Учитывая, что причины загрязнения подземных вод носят антропогенный характер, мероприятия по охране подземных водных ресурсов от загрязнения должны включать мониторинг бытовых и промышленных стоков, модернизацию систем очистки и утилизации сточных вод, ограничение сбросов стоков в поверхностные водоемы, создание водоохранных зон, усовершенствование технологий производства.

Атмосферные воды.

Содержание воды в атмосфере сравнительно невелико - около 0,001% всей ее массы на нашей планете. Основным источником атмосферной влаги являются поверхностные водоемы и увлажненная почва; кроме того, влага поступает в атмосферу в результате испарения воды растениями, а также дыхательных процессов живых существ. Вода в атмосфере находится во всех трех агрегатных состояниях - газообразном (водяной пар), жидком (капли дождя) и твердом (кристаллики снега и льда). Конденсация водяных паров приводит к образованию облаков; атмосферная влага, теряемая в результате осадков, пополняется за счет поступления новых порций испарившейся воды. Дождевая влага, находясь в облаке, уже содержит некоторое количество солей. В ходе мощных циркуляционных процессов, осуществляющихся в облачных массах, вода и частицы солей, почвы, пыли, взаимодействуя, образуют растворы разнообразнейшего состава. По утверждению академика В.И. Вернадского, среднее солесодержание облака составляет около 34 мг/л. В дождевых каплях находят десятки химических элементов и различные органические соединения. Дождевая влага, соприкасаясь с атмосферным воздухом, вбирает в себя новые порции солей и пыли. Обычная дождевая капля весом 50 мг при падении с высоты 1 км "промывает" 16 л воздуха, а 1 л дождевой воды захватывает с собой примеси, содержавшиеся в 300 тыс. л воздуха. В итоге с каждым литром дождевой воды на Землю поступает до 100 мг примесей. Атмосферная влага содержит в своем составе и микроорганизмы, простейшие, водоросли и т.д., что объединяется понятием «аэропланктон» .

Все перечисленное препятствует использованию атмосферных вод в качестве источника хозяйственно-питьевого водоснабжения, однако в безводных районах используется населением как для хозяйственных, так и для питьевых нужд.

Поверхностные воды.

Качество поверхностных вод зависит от сочетания климатических и геологических факторов. Основным климатическим фактором является количество и частота осадков, а также экологическая ситуация в регионе. Выпадающие осадки несут с собой определенное количество нерастворенных частиц, таких как пыль, вулканический пепел, пыльца растений, бактерии, грибковые споры, а иногда и более крупные микроорганизмы. Океан является источником разных солей, растворенных в дождевой воде. В ней можно обнаружить ионы хлорида, сульфата, натрия, магния, кальция и калия. Промышленные выбросы в атмосферу также "обогащают" химическую палитру, в основном за счет органических растворителей и оксидов азота и серы, являющихся причиной выпадения "кислотных дождей". Вносят свою лепту и химикаты, применяемые в сельском хозяйстве.

К числу геологических факторов относится структура русла рек. Если русло образовано известняковыми породами, то вода в реке, как правило, прозрачная и жесткая. Если же русло из непроницаемых пород, например гранита, то вода будет мягкой, но мутной за счет большого количества взвешенных частиц органического и неорганического происхождения.

В качестве источников хозяйственно-питьевого водоснабжения чаще всего используются реки , которые представляют собой естественные стоки родников, болот, озер, ледников. При этом непосредственное питание рек осуществляется дождями, при таянии снегового покрова, талыми водами ледников, а также подземными источниками. Речные воды характеризуются большим количеством взвешенных веществ, низкой прозрачностью, большой микробной обсемененностью.

Озера и пруды представляют собой естественные или искусственные котлованы, пополняющиеся водой главным образом за счет атмосферных осадков и подземных вод. Эти водоисточники менее пригодны для питьевых целей, так как значительно подвержены загрязнению и имеют слабовыраженную способность к самоочищению.

К искусственным открытым водоисточникам относятся водохранилища , которые создаются путем сооружения плотин, задерживающих водоток. Качество воды в водохранилищах зависит от состава речных, талых и грунтовых вод, а также от состояния дна (ложа) водохранилища, которое является затопленной территорией, использовавшейся ранее в хозяйственном обороте.

В целом поверхностные воды характеризуются относительной мягкостью (т.е. небольшим количеством содержащихся минеральных солей), высоким содержанием взвешенных и коллоидных веществ и наличием микроорганизмов. Для этих вод характерно непостоянство химического и бактериального состава, резко меняющихся в зависимости от сезонов года и атмосферных осадков.

Подземные воды

Значительная часть выпадающей дождевой воды, а также талая вода, просачивается в почву. Там она растворяет содержащиеся в почвенном слое органические вещества и насыщается кислородом. Глубже находятся песчаные, глинистые, известняковые слои. В них органические вещества по большей части отфильтровываются, но вода начинает насыщаться солями и микроэлементами. В общем случае, на качество подземных вод влияют несколько факторов:

1) Качество дождевой воды (кислотность, насыщенность солями и т.д.).

2) Качество воды в подводном резервуаре. Возраст такой воды может достигать десятков тысяч лет.

3) Характер слоев, через которые проходит вода.

4) Геологическая природа водоносного слоя.

Подземные воды подразделяются на почвенные , грунтовые и межпластовые. Такое их разделение обусловлено строением земной коры. Все породы, из которых слагается земная кора, делятся на водопроницаемые (песок, гравий, трещиноватый известняк и др.) и водоупорные (гранит, глина и др.), не пропускающие воду. Чередование этих слоев и глубина их залегания определяют условия формирования и состав подземных источников.

Почвенные воды располагаются у самой поверхности земли в виде пленочной гигроскопической воды. Горизонт почвенных вод весной обилен, летом пересыхает, а зимой промерзает. Поэтому, как источники водоснабжения, почвенные воды не используются.

Грунтовые воды располагаются в первом от поверхности земли водоносном горизонте, скапливаясь на первом водоупорном (водонепроницаемом) слое на глубине от 1-2 до нескольких десятков метров о поверхности.

В наиболее значительных количествах в грунтовых водах содержатся, как правило, кальций, магний, натрий, калий, железо и в меньшей степени марганец (катионы). Вместе с распространенными в воде анионами - карбонатами, гидрокарбонатами, сульфатами и хлоридами - они образуют соли. Концентрация солей зависит от глубины. В наиболее глубоких водах концентрация солей настолько велика, что они обладают явственно солоноватым вкусом. Наиболее качественную воду получают из известняковых слоев, но глубина их залегания может быть достаточно большой.

Грунтовые воды характеризуются достаточно высокой минерализацией, жесткостью, низким содержанием органики и практически полным отсутствием микроорганизмов. Качество их отличается разнообразием и непостоянством состава, хотя и не в такой степени, как воды поверхностных водоемов.

Эти воды используются в качестве источников хозяйственно-питьевого водоснабжения преимущественно в малонаселенных местах (особенно в сельской местности), забор воды осуществляется с помощью шахтных и трубчатых колодцев.

Межпластовые воды представляют собой подземные воды, заключенные между двумя водонепроницаемыми пластами: нижним – ложем и верхним – кровлей . Водоупорная кровля защищает водоносный слой (горизонт) от атмосферных осадков и поверхностного стока. Питание межпластовых горизонтов происходит в местах их выхода на поверхность земли, иногда на большом расстоянии от мест водопользования.

Межпластовые воды подразделяются на безнапорные и напорные (артезианские). В отличие от грунтовых вод, минеральный состав межпластовых вод находится в зависимости от длительности контакта воды с породами водоносного горизонта, а также состава и свойств последних. Для межпластовых вод характерны значительные колебания минерального состава в разных местах, постоянство состава в различные сезоны года, малое содержание растворенного кислорода, благоприятные органолептические показатели, практически полное отсутствие микрофлоры. Исключения составляют случаи, когда водонепроницаемая кровля не является сплошной – истончена, прорезана оврагами или руслами рек, в результате возможно загрязнение подземных вод волами поверхностного стока.

Учитывая стабильность химического состава, практическую стерильность, благоприятные органолептические свойства межпластовых вод, они используются в первую очередь для питьевых целей, потому что, как правило, не требуют специальной очистки, а в ряде случаев и обеззараживания.

Для удовлетворения питьевых и хозяйственных нужд населения и отраслей экономики России из поверхностных и подземных источников ежегодно забирается в пределах 2 % возобновляемых ресурсов и подземных вод.

Суммарный забор воды из природных водных объектов на все нужды (включая забор транзитной воды) в 2004 г составил 79,4 км 3 в том числе пресной из подземных водных объектов - 10,8 км 3 В последние годы масштабы водопотребления и водоотведения, выявленные государственным статистическим наблюдением, неуклонно снижаются. Это отражает как сокращение числа отчитывающихся водопользователей, так и реально существующие процессы, связанные с экономией воды и уменьшением ее потребления. Определенное влияние оказывают водохозяйственные и водоохранные мероприятия, изменение структуры хозяйственной деятельности и выпускаемых товаров (оказываемых услуг), продолжающийся экономический кризис в некоторых видах деятельности и на целом ряде территорий, уточнение в учете и другие факторы.

Всего в Российской Федерации в 2004 г использовано 61,5 км 3 свежей воды (в 1999 г - 67,7 км 3), в т. ч. из поверхностных источников - 48,1 км 3 (53,1 км 3), из подземных - 8,2 км 3 (9,3 км 3), морской воды - 5,2 км 3 (5,3 км 3).

Характерной особенностью в 90-х годах XX века было увеличение забора воды и сброса загрязненных сточных вод. С 1991 г по 2000 г уменьшился примерно на 40%, то забор воды для использования сократился лишь на 29%, а сброс загрязненных стоков - примерно на 27%, что отражает хозяйственные реалии, связанные со структурной перестройкой экономики, ликвидацией многих производственных объектов, прежде всего в сельском хозяйстве, экономией забора и потребления воды в целях снижения соответствующих затрат и рядом других факторов.

В народном хозяйстве страны в количественном отношении потребление воды превышает суммарное использование всех иных природных ресурсов. Это во многом определяется сложившейся структурой производства во многих отраслях промышленности, при которых, например, для переработки 1 т нефти необходимо затратить около 60 т воды, для изготовления условной единицы тканевой продукции - 1100 т, синтетического волокна - до 5000 т воды. Подобная картина наблюдается и в сельском хозяйстве: для производства 1 т пшеницы необходимо около 2 т воды, для производства 1 т риса - свыше 25 т.

Наиболее водоемкими отраслями хозяйства, потребляющими значительные объемы как поверхностных, так и подземных вод, продолжают оставаться энергетика, черная и цветная металлургия, машиностроение, целлюлозно-бумажная, топливная, химическая и нефтехимическая, пищевая промышленность, а также жилищно-коммунальное и сельское хозяйство. При этом, если по промышленности в целом в 2001–2005 гг. доля воды, используемой предприятиями отрасли, от общего объема водопотребления практически не изменилась и находится на уровне менее 50%, то в жилищно-коммунальном хозяйстве этот уровень повысился с 20 до 22% и более, а в сельском хозяйстве - уменьшился с 20 до 18%.

Потери воды во внешних сетях при транспортировке от водоисточников до водопотребителей в 1991 г. составили 9,1км3, в 2000 г. - 8,5 км3, а в 2004 г. - 8,0 км3. Значительные объемы забранной воды теряются в процессе промышленного производства, а также в коммунальном и сельском хозяйстве вследствие несовершенства технологий,утечек в системах водоснабжения и т.п. В последние годы снижение потерь воды происходит адекватно уменьшению водопотребления. Так, в 2001–2004 гг. объем водозабора для использования сократился на 5%; на эту же величину упали потери воды. В коммунальном хозяйстве, из-за изношенности водопроводных сетей и несовершенства запорной арматуры, теряется в среднем 15–20% подаваемой потребителям воды. Весьма велики потери в орошаемом

Поверхностные воды суши

К поверхностным водам суши относятся озера, реки, болота и ледники.

Озера

Озера являются важными объектами гидросферы, поскольку являются хранилищами пресной воды. Озеро – это углубление на поверхности суши, постоянно заполненное водой . Озера питаются за счет атмосферных осадков, поверхностных вод, стекающих в них по склонам, впадающих в них ручьев и рек, выходов на дне подземных вод. Различают сточные озера, из которых вытекает река (реки), и бессточные , в которых вода расходуется только путем испарения. Углубление, в котором находится водоем, называется озерной котловиной . В зависимости от причин возникновения (происхождения) озерных котловин выделяют следующие озера: тектонические, вулканические, плотинные (завальные), пойменные, ледниковые, карстовые, термокарстовые и искусственные (водохранилища).

Тектонические озерные котловины образуются в результате тектонических движений, приводящих к прогибанию участков земной коры и к опусканиям блоков земной коры по разломам с образованием грабенов. Это самые крупные и глубокие озера – Каспийское море-озеро, Аральское море-озеро, Байкал, Танганьика. Вулканическими озерами называются озера, образованные в кратерах уснувших или потухших вулканов. Завальные озера образуются в горах в результате обваливания больших масс горных пород, перегораживающих в виде плотины долину горной реки, например, Сарезское озеро на Памире. Пойменные озера возникают в долинах рек в результате отчленения от русла излучин (меандр), которые превращаются в замкнутые вытянутые водоемы изогнутой формы – старицы.

Ледниковыми озерами называются озера, котловины которых сформировались в результате выпахивающей или аккумулятивной деятельности ледников. Они широко развиты в районах подвергшихся в прошлом покровному оледенению. В областях, где преобладал снос материала (денудация), развиты, в основном, озерные котловины выпахивания (озера Финляндии, Карелии, Кольского п-ова), а в областях, где происходило накопление моренных отложений в виде холмов и гряд, образовались в замкнутых межхолмовых понижениях многочисленные озерные котловины ледниковой аккумуляции (например, озера Валдайской возвышенности или озера южной части Карельского перешейка).

Карстовые озера формируются в районах развития растворимых карбонатных горных пород (известняков). Среди них выделяют карстовые наземные озера, котловины которых образовались на земной поверхности в результате обрушения подземных полостей, и карстовые подземные озера в карстовых пещерах. Термокарстовые озера возникают в районах распространения многолетней мерзлоты из-за неодновременного протаивания в силу разных причин (механического состава грунтов, растительности и др.) верхней границы многолетнемерзлых пород. В результате протаивания в рельефе образуются блюдцеобразные понижения, которые заполняются талой водой.

Искусственные озера создаются человеком чаще всего в результате перегораживания плотиной речных долин в целях получения электроэнергии или для создания необходимых водных запасов для промышленных, сельскохозяйственных и бытовых нужд. Такие озера называются водохранилища . Искусственные озера образуются также в результате заполнения водой отработанных карьеров.

В распределении озер на Земле наблюдается климатическая зональность, связанная с увлажнением территории, зависящим от количества атмосферных осадков и величины испарения. Наибольшее количество озер наблюдается в тундровой зоне, меньше – в лесной, совсем мало – в степной зоне. С величиной увлажнения связано и распределение на земной поверхности пресных и соленых озер . Напомним, что вода считается пресной, если в ней растворено солей не более 1 г/литр, солоноватой – до 25 г/литр, соленой – от 25 до 37 г/литр и минерализованной – свыше 37 г/литр. В водах, поступающих в озеро, всегда содержится какое-то количество растворенных солей. При отсутствии постоянного притока пресной воды (рек) в озере происходит в результате интенсивного испарения постепенное повышение солености озерной воды. Поэтому соленые озера обычно приурочены к территориям с жарким и сухим летним климатом и, как правило, являются бессточными. Появлению соленых озер способствует также залегание в пределах водосборной площади солесодержащих горных пород. В зависимости от того, каких солей больше различают содовые, сульфатные или хлоридные озера. В сильно минерализованных озерах происходит самоосаждение солей, как, например, в озерах Эльтон и Баскунчак.

Вопросы для самоконтроля.

1. Что относится к поверхностным водам суши?
2. Что такое озеро?
3. Какие бывают озера в зависимости от стока?
4. Что такое озерная котловина?
5. На какие группы делятся озера в зависимости от происхождения котловин?
6. Как и в связи с чем проявляется зональность в распределении количества озер на Земле?
7. Какая вода считается пресной, солоноватой, соленой, минерализованной?
8. Какие соленые озера бывают в зависимости от состава солей?

Реки

Реки играют одну из главных ролей в круговороте воды, осуществляя возврат воды в Мировой океан.Годовой объем возвращаемой воды всеми реками на Земле составляет приблизительно 40 000 км 3 . Река – это постоянный водный поток, протекающий в выработанном им русле, питающийся за счет поверхностных и подземных вод . Место, где река берет свое начало, называется истоком реки, а место ее впадения в водоем (море, озеро, океан) или в другую реку – устьем . Выделяют главную реку, впадающую непосредственно в водоем, и притоки , впадающие в другие реки. Главная река и ее притоки образуют речную систему . Земная поверхность вместе с залегающими сверху почво-грунтами, с которой речная система собирает свои воды, называется водосборным речным бассейном или просто водосбором . Водосборы двух соседних рек разделены водоразделом. Водораздел – это линия, разделяющая направленные в разные стороны склоны, по которым происходит стекание атмосферных вод. Выделяют: Мировой водораздел , который разделяет речной сток, поступающий в разные океаны; главный водораздел , отделяющий бассейны главных рек; боковой водораздел , разделяющий бассейны смежных притоков главной реки. Реки разделяют на равнинные и горные .

Существуют реки за счет поступления в них воды от различных источников питания. Выделяют 4 вида питания: дождевое , снеговое , ледниковое и подземное . Чаще всего наблюдается смешанное питание. В зависимости от местоположения реки и сезона преобладает тот или иной вид питания. Для экваториального, тропического и субтропического поясов характерно дождевое питание, для умеренного пояса с холодными снежными зимами – снеговое питание. Реки, берущие начало в высоких покрытых ледниками горах, получают ледниковое питание. Подземные воды питают реки зимой и во время отсутствия дождевого питания, благодаря чему они не пересыхают ни летом, ни зимой.

Основными характеристиками реки являются скорость течения, уровень и расход воды. Скорость течения рек зависит от падения и уклона реки. Падение реки – это разность высот между истоком и устьем реки. Уклон реки – это отношение разности высот крайних точек участка реки (или всей реки) к его (ее) длине, представляемое обычно в %. Скорость течения рек изменяется в значительных пределах от нескольких сантиметров в секунду в равнинных до нескольких метров в секунду в горных реках. Скорость водного потока влияет на скорость обновления вод в реке. Реки обладают высокой скоростью водообмена. В среднем вся вода во всех реках мира обновляется через каждые 11 суток.

Уровень воды в реке не является постоянной величиной. Изменение уровня зависит от объема поступающей в реку воды и носит сезонный характер. Наиболее высокие уровни воды наблюдаются во время интенсивного снеготаяния весной и после продолжительных или проливных дождей. Высокий уровень воды, связанный с весенним снеготаянием, называется половодье , а поднятие уровня воды в реке, обусловленное выпавшими дождями – паводком . Самый низкий уровень воды в реке носит название межень . В межень река питается, в основном, подземными водами. Различают летнюю и зимнюю межень .

Уровень воды тесно связан с расходом воды. Расход воды – это объем воды в м 3 , проходящий через поперечное сечение русла за 1 секунду. Самый большой расход воды имеет р. Амазонка. Через ее поперечное сечение в устье в среднем протекает 220 000 м 3 воды в секунду. В России самый большой расход наблюдается у Енисея – 19 800 м 3 /с. Расход воды в реке за крупные промежутки времени (месяц, сезон, год) называется стоком . Колебания уровня и расхода воды реки характеризуют ее водный режим . Водный режим напрямую зависит от климата. Например, такие реки, как Амазонка и Конго, располагающиеся во влажном тропическом поясе полноводны круглый год из-за постоянно выпадающих там обильных дождей. Реки, протекающие в районах с муссонным климатом, разливаются только летом, в период муссонных дождей. Реки умеренного пояса замерзают зимой и разливаются весной во время снеготаяния. Половодье, паводок, летняя и зимняя межень, ледостав – это фазы водного режима.

Вопросы для самоконтроля.

1. Что такое река?

1. Что такое сток?
2. Каков годовой объем стока рек на Земле?
3. Что такое речная система, водосбор, водораздел?
4. Какие водоразделы бывают?
5. Какие виды питания рек существуют?
6. Назовите основные характеристики реки?
7. Что называется половодьем, паводком, меженью?
8. Что такое расход воды?
9. Что такое водный режим?
10. Назовите фазы водного режима?

Болота

Болота являются также важными гидросферными объектами потому, что, являются накопителями влаги и содержат ее большое количество. Именно в болотах находятся истоки многих, в том числе крупных рек. Например, крупнейшая река Европы Волга берет начало из болота на Валдайской возвышенности. Запасы воды, заключающейся во всех болотах Земли, оцениваются в 11,5 тыс. км 3 . Болото – это постоянно переувлажненный участок земной поверхности с влаголюбивой растительностью, в результате отмирания которой происходит образование торфа . Болота возникают в результате зарастания озер или избыточного увлажнения земной поверхности. В случае зарастания озер сначала происходит их постепенное обмеление за счет осаждения принесенных ветром пылеватых и глинистых частиц, а также микроскопических животных и водорослей, часто в большом количестве. Затем в обмелевшем водоеме поселяются водные растения (кувшинки, камыш, тростник), которые, отмирая, осаждаются на дне, тем самым, увеличивая скорость обмеления водоема. В результате водоем превращается в болото, а от прежнего озера остаются в наиболее его глубоких местах открытые участки воды ("окна").

Избыточное увлажнение земной поверхности происходит или из-за близости к поверхности грунтовых вод, или в результате превышения количества атмосферных осадков над величиной испарения. В том и другом случае происходит заболачивание территории, заключающееся в повышенной влажности почвы, затрудняющей в нее доступ воздуха (кислорода), и в поселении влаголюбивой растительности (багульник, различные мхи и др.). Мхи усиливают накопление влаги за счет своей высокой влагоемкости и уменьшают испарение, способствуя тем самым еще большему заболачиванию территории. Болота широко распространены в лесной и тундровой зонах.

В зависимости от режима питания различают низинные, верховые и переходные болота. Низинные болота располагаются в понижениях (например, в долинах рек) и питаются за счет грунтовых вод, выходящих на поверхность у подножия склонов или залегающих близко от поверхности. Они имеют вогнутую, плоскую или слегка наклонную поверхность. Растительность низинных болот достаточно разнообразная и представлена в умеренном поясе древесными (ольха, береза, ива) и травяными (осока, тростник и др.) видами. Травяные болота широко развиты на поймах и в дельтах крупных рек.

Верховые болота располагаются чаще всего на плоских водоразделах и питаются за счет атмосферных осадков, обладающих слабой минерализацией. Они образуется также в случае полного зарастания озера. Ввиду слабого минерального питания формируется однообразная растительность, представленная ковром сфагновых мхов и часто встречающимися пушицей, вереском, карликовой березки, клюквой и др. По краям болот, в зависимости от региона встречаются угнетенные формы сосны или лиственницы. Верховые болота имеют выпуклую поверхность в результате быстрого роста сфагновых мхов в центре болота, где минеральное питание минимально (сфагновые мхи мало требовательны к минеральному питанию).

Болота переходного типа по характеру питания и растительности занимают промежуточное положение между низинными и верховыми болотами. В пониженных участках, где имеется связь с грунтовыми водами, развита растительность низинных болот, а на повышенных участках (кочках, возвышениях у стволов и пней) – растительность верховых болот.

Вопросы для самоконтроля.

1. Что такое болото?
2. Какие типы болот существуют в зависимости от режима питания?
3. Что характерно для болот низинного типа?
4. Что характерно для болот верхового типа?

5. Что характерно для болот переходного типа?

Ледники

Ледники занимают около 11% поверхности суши. В них сосредоточено примерно 30 млн. км 3 чистой пресной воды. Ледник – движущаяся по земной поверхности масса льда, образовавшаяся в результате накопления и перекристаллизации твердых атмосферных осадков (снега) . Крупнейшие покровные ледники располагаются в Антарктиде, Гренландии, крупные – на о-вах Исландия, Шпицберген, Новая Земля и Северная Земля. Накопление снега может происходить только выше условной границы, которая называется снеговой линией (границей) . Выше нее накопление снега преобладает над его таянием и испарением. Снеговая линия на полюсах снижается до уровня моря, а на экваторе располагается на высоте около 5 км. На Кавказе она находится на высоте около 3,5 км. Расположение снеговой границы зависит от климатических условий и подвержено цикличности. Поэтому ледники могут наступать и отступать, появляться и исчезать. В четвертичный период из-за глобальных похолоданий и потеплений происходило неоднократное изменение высоты снеговой границы, что приводило к появлению и исчезновению покровных ледников на значительных площадях Земли.

Накапливающийся в понижениях (углублениях) или на ровной поверхности снег под воздействием солнечного тепла, оттепелей и уплотнения испытывает перекристаллизацию, превращаясь сначала в фирн, а потом в результате давления вышележащих слоев в лед. Лед под действием постоянного давления обладает текучестью. Течение льда в ледниках происходит под действием собственного веса и силы тяжести. Таким образом, в леднике существуют область накопления (питания), где происходит увеличение объема льда, и область расходования (убывания, стока), где за счет таяния, испарения или откалывания льда происходит уменьшение его массы. У горных ледников область накопления находится выше снеговой границы, ниже ее по долине спускается язык ледника , относящийся к области расходования льда.

Покровные ледники формируются в высоких широтах, где снеговая граница опускается к земной поверхности и накопление твердых атмосферных осадков превышает над их таянием и испарением. Центр покровного ледника образуется там, где накопление снега максимально, поэтому его центральная часть является областью накопления. Покровный ледник имеет выпуклую форму в виде щита, за счет медленного растекания льда от центра к краям. Его периферийная часть представляет собой область расходования. Самый крупный покровный ледник располагается в Антарктиде. Его толщина составляет в среднем около 2 км, максимальная - до 4 км. Образование этого мощного покровного ледника началось еще в неогеновом периоде, 12 млн. лет назад, во время общего климатического похолодания на Земле. Его края спускаются в море, образуя шельфовые ледники , часть которых лежит на дне, а другая находится в плавучем состоянии. При обламывании концов шельфовых ледников образуются айсберги . Самые крупные айсберги достигают в длину первых километров, а в высоту - до 100 м. Наибольшая часть айсберга (до 90% объема) находится под водой. Морскими течениями и ветрами айсберги выносятся в более низкие широты, где постепенно тают. Антарктические айсберги достигают 45°ю.ш., а гренландские – 40°с.ш., в редких случаях их наблюдают в еще более низких широтах.

Вопросы для самоконтроля.

1. Что такое ледник?
2. Какую долю поверхности суши занимают ледники?
3. Сколько в ледниках Земли сосредоточено пресной воды?
4. Какие бывают ледники?
5. Что такое снеговая граница?
6. На какой высоте находится снеговая граница на полюсах, на экваторе, на Кавказе?
7. Что представляет собой горный ледник?
8. Что представляет собой покровный ледник?
9. Какова максимальная толщина льда покровного ледника в Антарктиде?
10. Что такое шельфовый ледник?
11. Как образуются айсберги?

10. БИОСФЕРА

Все организмы (растения, животные, микроорганизмы (бактерии, вирусы и т.д.), грибы), обитающие на Земле, составляют особую живую оболочку (пленку жизни). Эту оболочку впервые назвал «биосферой» в 1875 г. австрийский геолог Э. Зюсс. В таком узком понимании биосфера – это совокупность организмов, существующих на Земле . За все время эволюции организмов (более 3,5 млрд. лет) на Земле существовало около 500 млн. видов животных и растений. Сегодня на Земле насчитывается порядка 1,8 млн. видов животных и 0,5 млн. видов растений, а биоразнообразие грибов и микроорганизмов подсчитать невозможно, по некоторым оценкам оно составляет от 3-х и более млн. видов.

Организмы распространены в биосфере крайне неравномерно. Общая масса живого вещества, приходящаяся на единицу поверхности или объема воды, земли или воздуха, называется биомассой Земли. На суше биомасса убывает в 3-х направлениях от экваториальных широт, где она максимальна – в сторону тропических пустынь, где существует недостаток воды; затем в сторону полярных широт и, наконец, в сторону высокогорий, где наблюдается недостаток тепла. Биомасса суши намного превышает биомассу океана за счет преобладания растительной биомассы. В океане преобладает животная биомасса, большую часть которой составляет планктон. В теплых экваториальных и тропических широтах огромное видовое разнообразие организмов, но количество особей каждого вида ограничено. В холодных широтах – наоборот, ограничено видовое разнообразие, но количество особей каждого вида велико.

Распространению жизни на Земле помогала способность организмов приспосабливаться к самым разнообразным условиям среды обитания. Отдельные организмы приспособлены к жизни на льду и на дне глубоководных океанических впадин. Организмы могут жить даже в агрессивной среде: микроорганизмы обнаружены на дне океана в горячих термальных источниках с температурами порядка 300 о С, в обшивке атомного реактора, в воде гейзеров, анаэробные бактерии (способные жить без кислорода) были найдены на большой глубине в земной коре. Поэтому неудивительно, что жизнь очень быстро распространилась на Земле.

Максимальная концентрация организмов находится на границе контрастных сред: на поверхности суши, в поверхностном слое океана, в придонном слое океана, на границах теплых и холодных течений, в прибрежной полосе суши. Все это - зоны контакта между литосферой, гидросферой и атмосферой.

Особенность живых организмов – постоянный обмен веществом и энергией с окружающей средой в форме биологического круговорота в природе. Сущность круговорота сводится к двум противоположным процессам – созданию органического вещества за счет солнечной энергии в процессе фотосинтеза растений и разрушению его в дальнейшем с помощью микроорганизмов на простые минеральные вещества, которые потом снова усваиваются растениями.

Организмы активно включились в общий круговорот веществ, изменяя основные природообразующие компоненты. Почти весь кислород атмосферы, а следовательно, и озоновый слой, спасающий все живое на земле от губительной ультрафиолетовой солнечной радиации, создан благодаря жизнедеятельности организмов. Организмами было удалено из атмосферы и переведено в осадочные породы (мел, известняк-ракушечник, рифовые известняки, уголь, горючие сланцы) огромное количество углекислого газа. В результате газовый состав атмосферы изменился и принял современное состояние. Кроме того, за время своего существования организмы поглотили и законсервировали в виде ископаемого топлива огромное количество солнечной энергии. Примером такой «консервации» может быть торф, каменный уголь, нефть и газ. Они переработали большие массы вещества, создав почвенный покров планеты.

Подсчитано, что находящийся в атмосфере кислород совершает полный оборот через организмы примерно за 2 тыс. лет, а углекислый газ - за 6,3 года. Вся вода на Земле разлагается и восстанавливается за счет живых организмов за 2 млн. лет. Кроме этого известно, что организмы поглощают почти все химические элементы. Можно констатировать, что через живое вещество многократно прошли атомы почти всех химических элементов. В результате круговорот веществ на Земле стал носить биотический характер.

Таким образом, за длительный срок своего существования организмы оказали огромное влияние на дальнейшую эволюцию геосфер, в которых произошли качественные изменения:

Включился процесс фотосинтеза и произошло изменение газового состава атмосферы (уменьшилось количество СО 2 и увеличилось содержание О 2), таким образом, восстановительная среда заменилась на окислительную;

Химический и газовый состав вод Мирового океана сформирован во многом благодаря влиянию биохимической деятельности организмов;

В литосфере появился новый тип осадочных пород органического происхождения (известняки, торф, каменный уголь, нефть) и начались процессы органического выветривания. организмы играют очень важную роль в процессах почвообразования и формировании некоторых форм рельефа – например, коралловых островов.

Организмы не только изменили круговорот веществ в глобальном масштабе, но и стали играть определяющую геохимическую роль в общем круговороте веществ. Именно это и установил в начале XX в великий русский ученый В.И. Вернадский. Он считал организмы, взятые в целом, самой могущественной по своим конечным результатам силой на земной поверхности . Состояние Земли, при котором главную роль в общем круговороте веществ играют организмы, он назвал биосферой. В данном случае под биосферой он подразумевал сферу деятельности живых организмов, область взаимодействия живого и неживого (косного) вещества, которая включает в себя нижнюю часть атмосферы, всю гидросферу, верхнюю часть литосферы и все организмы, обитающие на Земле. То есть биосфера в широком понимании – это оболочка Земли, где происходит взаимодействие живого и неживого (косного) вещества, в результате которого деятельность организмов приобретает глобальное значение .

В.И. Вернадский, создав в 20-30 гг. 20 в. учение о биосфере, определил и теоретические границы биосферы - от озонового слоя в атмосфере в среднем на высоте 20 км до глубины 10 - 12 км в литосфере, где по расчетам располагается изотерма 100 ºС. Следовательно, толщина (мощность) биосферы составляет около 30 километров. Практически же мощность биосферы еще меньше. Экспедиции на Эверест показали, что на высоте более 7 км репродуцирующие организмы отсутствуют. В литосфере организмы, по-видимому, распространены до глубины залегания подземных вод.

Таким образом, существуют два определения биосферы: узкое и широкое. С одной стороны – это только совокупность, обитающих на Земле организмов (пленка жизни по В.И. Вернадскому), а с другой по В.И. Вернадскому – это сфера активного взаимодействия оболочек. По мнению авторов, такой двоякий смысл термина «биосфера» запутывает обучающихся и затрудняет восприятие ими материала. Попытки замены одного из терминов делались неоднократно, но широкого употребления они не получили. Авторы предлагают в основу нового термина положить понятие «биота». Биота – это совокупность организмов, обитающих на крупной ограниченной территории и необязательно связанных между собой пищевыми (трофическими) цепями . Например, биота Западной Сибири, биота Дальнего Востока и т.п. Планета Земля тоже имеет ограниченную площадь и совершенно правомерно назвать всю совокупность организмов, обитающих на Земле, биотосферой . В этом случае исключается двойственное толкование понятия "биосфера".

В настоящее время биосфера испытывает на себе сильное антропогенное воздействие хозяйственной деятельности человека, причем последствия этого воздействия неоднозначны:

С одной стороны, человек создает новые виды растений и породы животных; он ускоряет эволюцию видов в природе; обогащает природные сообщества путем акклиматизации живых организмов; повышает плодородие почв; создает заповедники, охраняемые природные территории,

С другой стороны, идет интенсивное уничтожение естественной растительности, редких животных; ухудшаются условия обитания живых организмов (включая и самого человека); происходит разрушение почв в результате процессов эрозии и дефляции.

Поэтому одна из важнейших проблем современности – охрана биосферы и рациональное использование ее богатств.

Вопросы для самоконтроля.

1. Что называется биосферой и какие компоненты входят в ее состав?

2. Где проходят границы биосферы?

3. Каковы особенности распространения живых организмов на Земле?

4. Как появление живых организмов повлияло на дальнейшую эволюцию геосфер?

ВОДНЫЕ РЕСУРСЫ или Мутный режим

«Сухость доклада пропорциональна количеству в нём воды».

«Береги воду – принимай душ с девушкой».

Водные ресурсы - это пригодные для употребления пресные воды. Они заключены в реках, озерах, подземных горизонтах, ледниках. Пары воды в атмосфере, морские воды так же, как и абсолютное большинство полярных льдов и воды наиболее глубоких подземных горизонтов, в настоящее время не применяются и рассматриваются в качестве потенциальных водных ресурсов. Их будущее освоение зависит от совершенствования техники добычи, ее экономической обоснованности, а также от решения часто непредсказуемых негативных экологических проблем, возникающих при использовании нетрадиционных источников воды.

Вода как природный ресурс :

Быт: питьё, ресурс для приготовления пищи;

Быт: водопроводная система, канализационная система;

Промышленность: на производствах (как охладитель, «очиститель», и т.д.),

Рекреация: рекреационный ресурс;

Наука, промышленность: источник разных химических элементов,

Сельское хозяйство: полив, другие процессы;

Транспорт: возможность использования водных объектов как транспортные линии;

По мере развития нашей цивилизации ресурсы пресной воды на нашей планете истощаются.

За последние 30-40 лет чрезвычайно повысилось содержание вредных загрязняющих веществ в питьевой воде. Такие отходы промышленного производства как токсические вещества и тяжелые металлы, а также пестициды и гербициды сельского хозяйства превратились в ящик Пандоры. Открытие его будет иметь тяжелые последствия для нас и наших детей.

Обычно воды делят на поверхностные и подземные .

Поверхностные воды суши - воды, которые текут (водотоки) или собираются на поверхности земли (водоёмы).

Различаются морские, озерные, речные, болотные и другие воды.

Поверхностные воды постоянно или временно находятся в поверхностных водных объектах. Объектами поверхностных вод являются: моря, озёра, реки, болота и другие водотоки и водоёмы. Различают солёные и пресные воды суш.

Как правило, такие воды содержат весьма незначительное количество минералов поэтому их часто называют "мягкой водой", даже если это не так. Поверхностные воды подвержены воздействию многих загрязнителей, таких как продукты жизнедеятельности животных, пестициды, инсектициды, отходы промышленных производств, водоросли и многие другие органические материалы. Даже поверхностные воды, берущие начало от древних горных источников могут содержать бактерии Giardia или Coliform Bacteria, которые попадают туда с экскрементами животных. То есть, даже воду из горных источников, взятую для питья или приготовления пищи необходимо кипятить либо дезинфицировать.

Подземные воды - все воды, находящиеся в толще горных пород в твердом, жидком или газообразном состоянии.

На материках они образуют сплошную оболочку, которая не прерывается даже в областях сухих степей и пустынь. Как и поверхностные воды, они находятся в постоянном движении и участвуют в общем круговороте воды в природе. Строительство и эксплуатация большинства наземных сооружений и всех подземных связаны с необходимостью учета движения подземных вод, их состава и состояния. От подземных вод зависят физико-механические свойства и состояние многих горных пород. Они часто затопляют строительные котлованы, канавы, траншеи и тоннели, а, выходя на поверхность, способствуют заболачиванию территории. Подземные воды могут являться агрессивной средой по отношению к горным породам. Они выступают основной причиной многих физико-геологических процессов, возникающих в естественных условиях, в процессе строительства и эксплуатации инженерных сооружений.

Дождь, который всасывается землей, реки, исчезающие под землей, тающий снег - вот всего несколько ресурсов, которые питают подземные воды. Поскольку существует много источников, питающих подземные воды, такие воды могут содержать несколько или все загрязняющие вещества, которые находятся в поверхностных водах, точно так же они содержат и растворенные минералы, которые захватывают во время своего долгого пути под землей. Воды, содержащие растворенные минералы, например кальций и магний, уровень которых выше установленного, называют "жесткой водой". Поскольку вода содержит "растворитель", то есть со временем она разбивает ионные связи, которыми связаны многие субстанции, это ведет к тому, что такая вода растворяет и уносит с собой небольшие количества всего, с чем соприкасается. Например, в местах, где в скалах собраны известняк, гипс, флуорит, мегнетит, пурит и магнезит источники воды весьма богаты содержанием кальция и "жесткостью".

Этим двум типам воды присущи разные характеристики, поэтому Вам очень важно знать происхождение употребляемой Вами воды. Из 326 миллионов кубических миль воды на Земле чистой только 3%; и 3/4 ее находятся в замороженном состоянии. Подземные воды составляют всего лишь 0,5% от всех подземных вод; и только 0,02% всей воды находится в озерах и ручьях. Обычный человек на 70% состоит из воды, то есть без нее Вы сможете жить не больше недели.