Гидросфера

Гидросфе́ра (от гидро... и сфера), непрерывная водная оболочка Земли, содержащая воду во всех её агрегатных состояниях (жидком, твёрдом и газообразном), с постоянным водообменом между всеми геосферами и космическим пространством и с превращением её из одного состояния в другое в ходе круговорота воды в природе.

Гидросфера – одна из древнейших оболочек Земли, существовавшая практически во все геологические эпохи (описаны горные породы с возрастом около 4 млрд лет, образовавшиеся в водной среде). Основная масса гидросферы сформировалась в результате выплавления и дегазации вещества мантии Земли, по-видимому, в течение первых сотен – тысяч млн лет истории Земли, когда дегазация могла происходить более интенсивно. Возникновение гидросферы определялось глубинными геофизическими процессами, результатом которых явилось также образование сопряжённых с ней оболочек – литосферы и атмосферы.

Процесс образования земной коры приводил к связыванию значительной массы воды в горных породах (свыше 20 %). Наряду с поступлением ювенильных вод на земную поверхность часть воды в процессе диссипации водорода в верхних слоях атмосферы уходила в космическое пространство. Возникновение биосферы привело к трансформации газового состава атмосферы, образованию экрана из ионного слоя, препятствующего диффузии влаги и замедляющего её вынос в космос с одновременным усилением накопления вод на поверхности Земли.

Гидросфера Земли практически пронизывает все геосферы планеты. Земная кора до её нижней границы содержит подземные воды. Верхняя граница гидросферы совпадает с верхней границей атмосферы. Основная масса водяного пара сосредоточена в тропосфере, но через тропопаузу происходит постоянный обмен влаги со стратосферой, где, несмотря на незначительное количество водяных паров, возможна их конденсация, в результате которой формируются перламутровые облака.

Гидросфера Земли подразделяется на три основные части (табл. 1). Атмосферная влага имеет наименьший объём и простирается от поверхности Земли до высоты 300 км (преимущественно в виде пара, капель жидкой влаги и кристаллов льда). Воды Мирового океана и поверхностные воды суши занимают пространство от Марианского жёлоба до высокогорных снегов Джомолунгмы (высота 8848 м).

Вода здесь находится главным образом в жидком (океаны, моря, реки, озёра, водохранилища и др.), а также в твёрдом (ледники, ледовый и снежный покровы и др.) и биологическом (растительный и животный мир) состояниях. Подземные воды могут находиться в парообразном, жидком, твёрдом и химически связанном состояниях. Это почвенная влага, гравитационные воды верхних слоёв земной коры, глубинные напорные воды, воды в связанном состоянии в различных горных породах и отложениях, а также воды, входящие в состав минералов, ювенильные воды (табл. 2). В земной коре мощностью 20–25 км объём вод может достигать 1,3·10⁹ км³ , до глубины 5 км – 60·10⁶ км³ , до 200 м – 23,4·10⁶ км³ , в почвенном горизонте до 2 м – около 16,5·10⁶ км³ вод. Часть подземных вод (200–500·10³ км³ ) содержится в подземных льдах зоны многолетнемёрзлых пород. Подземные воды, наиболее активно участвующие в современном глобальном водообмене, составляют всего около 0,7 % общих запасов воды на Земле.

Таблица 1. Подразделения гидросферы

Таблица 2. Объёмы и динамика вод гидросферы

По химическому составу воды гидросферы представляют собой сложный раствор различных веществ, отличаются по химическим элементам, концентрации растворённых веществ, по количественному соотношению между компонентами состава, форме их соединений (табл. 3). В состав воды входят газы, соли, органические вещества. Химическим составом гидросферы определяются различные процессы, протекающие в водной среде.

Таблица 3. Обобщённый химический состав поверхностных вод гидросферы

Гидросфера играла и играет основополагающую роль в геологической истории Земли, в ней зародилась жизнь на планете, эволюция организмов продолжалась в морской среде в течение всего докембрия, и лишь в начале палеозоя началось заселение суши различными организмами. Поверхностные воды суши, занимая сравнительно малую долю в общей массе гидросферы, играют важнейшую роль в жизни нашей планеты, являясь основным источником водоснабжения, орошения и обводнения.

Взаимодействие различных видов вод и взаимные переходы из одних в другие составляют сложный круговорот воды на земном шаре. Воды гидросферы оказывают механическое и химическое воздействие на горные породы – замерзая и расширяясь в трещинах горных пород или растворяя их, вода производит разрушительную работу. Воды рек разрабатывают широкие долины, перенося обломочный материал в более низкие районы, а в конечном итоге в Мировой океан. Осаждаясь на дно озёр, морей, океанов, твёрдый материал образует осадочные породы. Огромное количество природного материала переносится реками в растворённом состоянии. В результате выпадения из вод гидросферы различных солей образуются породы и минералы химического происхождения (гипс, доломиты и т. д.). Живущие в воде организмы обладают способностью поглощать из неё различные соединения (карбонат кальция, кремнезём и т. д.); скапливаясь на дне водоёмов, их скелеты образуют мощные слои известняков и различных кремнистых осадочных пород. Таким образом, подавляющая часть осадочных горных пород и такие полезные ископаемые, как нефть, уголь, бокситы, марганцевые и железные осадочные руды, образовались в прошлые геологические эпохи под воздействием гидросферы и происходящих в ней процессов.

Современный водный баланс на Земле определяется сложившимися климатическими условиями и поддерживается глобальным водообменом, в котором участвует свыше 1 млн км³ воды.

В истории Земли неоднократно происходили гигантские изменения глобального водного баланса, связанные с изменениями радиационного баланса на поверхности планеты. При похолодании и росте ледников вода накапливается на суше, сокращается объём Мирового океана, а при потеплении происходит обратный процесс. В периоды развития мощных похолоданий уровень Мирового океана мог понижаться на 110–130 м, происходила консервация значительной массы воды в ледниках, 40–50 млн км³ воды перемещалось из океана на территорию суши. Изменения в водном балансе приводили к значительным геофизическим последствиям, таким как изменение скорости вращения Земли, смещение полюсов и др. Современные климатические условия, установившиеся приблизительно 10 тыс. лет назад, являются достаточно устойчивыми, колебания глобальной температуры происходят в пределах 1–2 °C, обеспечивая стабилизацию водного баланса Земли. Об этом свидетельствует ход уровня Мирового океана в голоцене и в историческое время.Воды гидросферы играют важнейшую роль в жизни человека. Они используются в целях гидроэнергетики, для водоснабжения, судоходства, рыболовства, рекреации, добычи ценного химического сырья (рассолы) и т. д. Минеральные воды обладают целебными свойствами.