Гидросфера

По современным представлениям, гидросфера - это прерывистая волна оболочка Земли, которая находится между атмосферой и твердой земной корой - литосферой. Она представляет собой совокупность океанов, морей, озер, рек, болот, а также подземных вод. Гидросфера покрывает около 71% земной поверхности; ее объем составляет примерно 1 370 милл км3 (1/800 общего объема планеты); масса 1,4-1018 кг, из которых 98,3% сосредоточено в океанах и морях. Химический состав гидросферы примерно такой же, как и состав морской воды. Кроме того, вода является составной частью атмосферы, в которой она находится в виде пара, водяных капелек и ледяных кристаллов. Вола также является основной составной частью растений и животных.

Вода (Н2О) является продуктом сочетание легкого элемента - водорода - с кислородом. На поверхности Земли вода существует в трех состояниях - твердом (лед), жидком (вода) и газообразном (водяной пар). Давление и температура определяют состояние, в котором находится вода. Точка на диаграмме температура - давление, в которой вода сосуществует в трех состояниях - жидком, твердом и газообразном - называется тройной точкой. Это явление можно наблюдать при температуре 0,01 С и давлении 105 Паскаль. Вода обладает большой теплоемкостью, то есть требуется большое количество тепла для того, чтобы превратить ее в водяной пар или чтобы растопить лед.

При вертикальном перемещении воды в озерах и морях ее удельный объем меняется в зависимости от температуры и давления. Лед имеет меньшую плотность, чем жидкая вода. В результате лед плавает на поверхности воды. Когда вода замерзает, проникая в трещины горных пород, то объем воды увеличивается и породы со временем разрушаются. Лед, плавает * ЮЧ и на воде, защищает жизнь в озерах и морях. Слой льда изолирует воду от холодного воздуха над ней и тем самым замедляет дальнейшее замерзание. Если бы лед был плотнее воды, то, образовавшись на поверхности водоема, он опускался бы на дно, способствуя образованию новых порций льда на поверхности. В конечном итоге озеро промерзло бы до дна. Для жизни в озерах и других водоемах очень важным является то, что пресная вода с температурой 4 ° С при давлении 1 атм. имеет минимальный удельный объем, следовательно, максимальную плотность. Как только температура верхних слоев на поверхности озера снизится, холодная вода станет более плотной, чем слои, лежащие ниже, и она опускается вниз, на дно. Однако, если температура в озере составит 4 ° С, дальнейшее охлаждение не приведет к опускания воды. Температура воды на дне водоема зимой будет около 4 С, хотя на поверхности озера может быть более холодная вода и даже лед.

Другим важным свойством воды является то, что она - прекрасный растворитель. Большинство веществ какой-то степени растворяются в воде, а многие вещества растворяются очень хорошо.

Морская вода является раствором сложной смеси солей в воде. В морской воде открытого океана независимо от абсолютной концентрации количественные соотношения основных солей всегда примерно одинаковы. Когда содержание солей увеличивается, плотность воды возрастает, а температура замерзания и максимальная плотность снижаются. Соленость морской воды определяется по содержанию хлоридов или ее электропроводностью. Наличие солей всегда несколько снижает теплоемкость воды. Поэтому рост содержания солей способствует быстрому нагреву воды.

Когда морская вода замерзает, большая часть солей выделяется из льда и переходит в жидкость. Неоднократным замораживанием морскую воду можно очистить и получить пресную.

Взаимодействие океана и атмосферы

Поверхность океана представляет собой арену взаимодействия гидросферы и атмосферы. Граница раздела между океаном и атмосферой не является резкой границей между жидкой и газообразной оболочками Земли. Океаническая поверхность представляет собой транзитную зону, где осуществляется взаимодействие и обмен веществом и энергией между оболочками планеты. Это своеобразная связующее звено в цепи взаимодействия океана и атмосферы.

Воздух и верхний слой воды в океане находятся в постоянном контакте. Если воздух теплее от воды, то тепло переносится из атмосферы в воду если теплее окажется вода, перенос тепла будет происходить в противоположном направлении. Тенденция переноса всегда направлена к выравниванию температуры. Перенос тепла из океана в атмосферу осуществляется через поверхность океана путем турбулентного обмена. Если вода теплее воздуха, то воздух, находится в контакте с водной поверхностью, нагревается до тех пор, пока температура не выровняется. Чем больше разница температур, тем больше скорость переноса тепла. Однако для установления равновесия между воздухом и водой недостаточно одной равенства их температур. Кроме переноса явного тепла, которое нагревает воздух, существует еще и переноса тепла испарения. Только при условии одновременного соблюдения равенства температур воздуха и воды и насыщении воздуха водяным паром вода и воздух находятся в состоянии равновесия. Контактируя с более теплой водой, воздух требует большего содержания водяного пара, чтобы оставаться насыщенным.

Чтобы превратить жидкую воду в водяной пар, необходимо затратить определенное количество энергии - речь идет о так называемой теплоту испарения. Это скрытое тепло, которое поступает в воздух, реализуется в атмосфере, когда влага вновь конденсируется и выпадает обратно в океан в виде дождя или снега.

Таким образом, тепло, поступающее с водной поверхности в атмосферу, состоит из двух частей - явного и скрытого тепла. Поскольку теплоемкость воздуха почти не зависит от температуры, явное тепло, необходимое для восстановления равновесия за существование данной разницы в температурах, также не зависит от температуры. Напротив, содержание влаги в насыщенном воздухе увеличивается с ростом температуры. В результате количество скрытого тепла увеличивается по мере нагревания воздуха. Таким образом, для того, чтобы повысить температуру воздуха на один градус, нужно затратить гораздо больше тепла в тропиках, чем в полярных районах. Если над океаном воздух всегда близко к состоянию насыщения, то над сушей это не так. Поскольку влага, которая насыщает воздух над сушей, поступает из почвы или с поверхности растительности, приповерхностный слой воздуха, особенно в засушливых районах, будет иметь низкую относительную влажность. Поэтому воздух переносить незначительное количество скрытого тепла. Такой воздух будет нагреваться быстрее, и поэтому летние температуры над сушей выше, чем над океаном. Затраты тепла на испарение и быстрое увеличение содержания водяного пара с ростом температуры определяют границы нагрева воздуха над океаном. Наличие водной поверхности ограничивает максимум температуры воздуха.

Перенос скрытого тепла вызывает изменение температуры воды, а именно испарение водяного пара - увеличение солености моря. Необходимость сохранения глобального баланса между испарением и осадками приводит на локальном уровне возникновения потока влаги в атмосфере между различными широтами. Между экватором и 23 "с.ш. общий поток направлен на юг, севернее этой широты существует тенденция перемещения водяного пара к полюсу.

Поскольку плотные слои воды опускаются на глубину, вытесняя более теплые и легкие слои вверх, придонная часть океанов заполнена холодными антарктическими водами, а более теплые экваториальные воды подстилающих холодные воды с повышенной соленостью, сформированы около максимума солености. Таким образом, обмен теплом и солями на поверхности океана, контролируя изменение плотности поверхностных вод, определяет и глубинную циркуляцию океанических вод. После опускания водной массы на глубину ее характеристики могут изменяться только путем смешивания с другими водами. Поэтому характеристики морских вод зависят исключительно от взаимодействия моря с атмосферой.

 
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ   След >