Химический состав гидросферы

       
 
 
 
 
 

     ВВЕДЕНИЕ 

     Вода  – самое удивительное природное  соединение на Земле – источник жизни и условие ее формирования. «Нет природного тела, которое могло бы сравниться с ней по влиянию на ход основных, самых грандиозных геологических процессов», – писал В.И. Вернадский (1934).

     Вода  стоит особняком в истории  нашей планеты. Э. Дюбуа образно  заметил, что «жизнь есть одушевленная вода». Вулканы Земли в совокупности выбрасывают в атмосферу около 40 миллионов тонн водяного пара. Любая минеральная частица, выглядящая вроде бы совершенно сухой, при нагревании примерно до 500° С растрескивается под давлением пара, в который превратилась вода, изначально содержавшаяся в микроскопических трещинках или включениях. В составе живых организмов вода вообще основной компонент (от 60 до 98% массы тела). Диапазон температурных условий в биосфере таков, что вода здесь может находиться в трёх различных состояниях (жидком, твёрдом и газообразном) и переходить из одного состояния в другое. Это придаёт процессам её круговорота особую динамичность и разнообразие (Вернадский В. И., 1978; Дривер Д. И., 1985).

     Все природные воды тесно связаны  между собой и находятся в  постоянном движении. Даже самые глубокие подземные воды участвуют в общем круговороте. Вода – самая универсальная и самая важная среда миграции. Все природные воды содержат растворенные газы, ионы недиссоциированные молекулы и коллоидные частицы. Вода – «это кровь земной коры» (Вернадский В. И., 1934).

     Свойства  воды резко отличают ее от всех известных веществ на Земле. Вода – аномальное вещество. Причем, аномальны практически все свойства этой самой распространенной на Земле жидкости. Аномальны ее теплоемкость, коэффициент теплового расширения, величина поверхностного натяжения, температуры кипения и замерзания, диэлектрическая постоянная и т.д. По этим параметрам вода резко отличается от всех других известных жидкостей. У подавляющего большинства веществ твердая фаза тяжелее жидкой, а лед легче воды и плавает на ее поверхности. Причина – ажурная кристаллическая структура льда (Посохов Е. В., 2005).

     Многие  «странности» воды объясняются своеобразием строения ее молекулы – самой маленькой  из трехатомных молекул. Радиус молекулы воды лишь ненамного превышает радиус иона кислорода. Угол, между линиями, соединяющими протоны с центром атома кислорода, равен 105º. Такая структура обуславливает крайне неравномерное распределение зарядов в молекуле воды. Молекула воды является своеобразным диполем, один конец которого несет положительный заряд, а другой заряжен отрицательно. Таким образом, многие особенности воды объясняются наличием водородных связей (Скурлатов Ю. И. и др., 1994).

     В настоящее время проблема загрязнения  водных объектов (рек, озер, морей, грунтовых вод и т.д.) является наиболее актуальной, т.к. всем известно – выражение «вода - это жизнь». Без воды человек не может прожить более трех суток, но, даже понимая всю важность роли воды в его жизни, он все равно продолжает жестко эксплуатировать водные объекты, безвозвратно изменяя их естественный режим сбросами и отходами (Левин  А. С., 2006).

     Цель  работы: проанализировать геохимические особенности гидросферы.

     Задачи  работы:

     1. рассмотреть состав современной гидросферы;

     2. определить основные геохимические особенности гидросферы;

     3.       выявить причины изменения химического состава гидросферы.  
 
 
 
 
 
 

     Глава 1. Классификация и характеристика вод

       гидросферы 

     Водная  оболочка Земли - гидросфера (от греческого hydor-вода и sphaira - шар) расположена между атмосферой и твердой земной корой – литосферой. Она объединяет в себе моря и океаны, все водоемы в пределах суши: реки, ручьи, озера, болота и т.д., а также льды и снега полярных и горных областей, атмосферные воды и воды, содержащиеся в живых организмах. Эта оболочка во много раз тоньше атмосферы. В океанах ее толщина в основном находится в пределах 4-5 км, лишь в самых глубоких местах достигая 10 км или чуть более. Глубина водоемов на суше - всего лишь несколько метров, редко - десятки метров, а еще большей она бывает в совсем исключительных случаях. Но, несмотря на столь незначительные размеры, гидросфера играет важнейшую роль в формировании облика нашей планеты, в процессах, происходящих на ее поверхности (Шилов И. А., 2003).

     Большая часть поверхности нашей планеты  представляет собой водную оболочку (71% площади поверхности Земли  приходится на Мировой океан). Можно  сказать, что континенты как бы плавают в Мировом океане. Основные компоненты воды – водород и кислород. Гидросфера представляет собой прерывистую оболочку, образованную пресной, соленой и твердой водой. Она включает в себя океаны с морями и заливами, озера, воды рек и ручьев, грунтовые воды, а также снег и лед (Скурлатов Ю. И. и др., 1994).

     Наиболее  обводнена географическая оболочка, в которой вода является самым распространённым веществом. 97% (1 370 000 км3) общей массы воды в биосфере Земли сосредоточено в Мировом океане, средняя глубина которого около 3 800 м.. На долю пресной воды приходится всего 2%, причем лишь 0,025% (360 000 км³) пресной воды находится в жидком состоянии (в реках, озерах и других водоемах, почве), 1,6% - это лед, а 4% - подземные воды, большая часть которых представляет собой глубинные рассолы.

     В. И. Вернадский (1934) считал воду особым минералом и выделял 485 ее видов, при этом он отмечал, что общее количество ее видов превышает 1500. Все воды он разделил на 3 подгруппы:

       1) твердую воду (льды);

      2) газообразную (надземные и подземные пары);

      3) жидкую.

     Среди жидких вод им были выделены классы пресных, соленых и рассольных вод. По физико-геологическим параметрам и характеру водовместилищ им были выделены царства, под царства и семейства вод:

     Царства: поверхностных, подземных и глубинных вод.

     Семейства: озерных, болотных, пластовых и др. вод.

     По  газовому составу: кислородные, углекислые, метановые, азотные, сероводородные, водородные воды и т.д.

     Поверхностная гидросфера суши включает в качестве основных элементов реки, озера, болота, ледники и снежный покров. Наиболее важным элементом являются реки - непрерывно действующие водотоки, собирающие атмосферные осадки и подземные воды с обширных территорий, называемых водосборными бассейнами. Для каждой реки в течение года характерно чередование паводков (половодий) и низкого уровня воды (межени). Количество воды во время половодий увеличивается в 5-20 раз и более по сравнению с меженью, а в особо многоводные годы - до 80-100 раз (Мейсон Б., 1970).

     Время проявления половодья и его сроки  зависят от питания рек. В реках  с преимущественно снеговым питанием половодье приходится на весенний период, с дождевым питанием - на летний. Своеобразный режим наблюдается в реках  смешанного питания (ледникового и дождевого), где время половодий растягивается до полугода и где максимумы приходятся на летние месяцы (Скурлатов Ю. И. и др., 1994).

     Важными характеристиками рек являются величины поверхностного руслового стока  и расхода воды. Под русловым стоком понимают количество воды, переносимое речным потоком через его поперечное сечение за некоторый период времени, под расходом - количество воды, переносимое потоком через его поперечное сечение за единицу времени. Также выделяют и твердый сток реки - количество перемещаемых твердых и растворенных веществ, проносимых рекой через любое поперечное сечение за определенный промежуток времени (Израэль Ю. А., 1984).

     Величина  твердого стока крупных рек в  некоторых случаях соизмерима с русловым стоком и измеряется десятками млн. т в год. Разные реки приносят к своему устью неодинаковый материал. Реки, имеющие на всем своем протяжении горный характер и впадающие в море или озеро, могут приносить гальку разной величины (Скурлатов Ю. И. и др., 1994).

     Большие равнинные реки, даже если их истоки находятся в горах, перетирают на своем длинном пути по равнине всю гальку и доносят до устья только песок или даже ил в виде взвешенной мути. Участки низменной суши, образовавшиеся из речных отложений у береговой линии моря (или озера) в устьевой части рек, называют дельтами (Крайнов С. Р., 2005).

     Основные гидрологические характеристики рек России приведены в Прил. 1. (табл.1). К наиболее крупным речным системам относятся реки Лена, Енисей, Волга и Обь, среднемноголетний расход воды в которых колеблется от почти 8000 до 18 600 м³/с, а величина стока оценивается в 238-489 км³/год.

     Воды  рек являются главными источниками  для питьевого и промышленного  водоснабжения, орошения земель, получения  гидроэлектроэнергии, местами вылова и разведения рыб (Скурлатов Ю. И. и др., 1994).

     Озера - впадины рельефа, заполненные застойной или слабопроточной водой, не имеющие прямой связи с Мировым океаном. Они занимают свыше 2 % площади суши. Крупнейшими озерами являются Каспийское (море), Верхнее в Северной Америке, Виктория в Африке, Аральское в Азии.

    Основные  характеристики наиболее крупных озер России приведены в табл. 1. 
 

    Таблица 1

    Наиболее  крупные озёра  России

    (Воронков  Н. А., 1999) 

      

     На  поверхности Земли озера распространены неравномерно. Наибольшее их количество сосредоточено в областях плейстоценового оледенения (озера Фенно-Скандинавского полуострова, севера США и Канады). Они могут находиться во всех природных зонах как на низменностях, так и в горах. К наиболее высокогорному из крупных озер относится озеро Титикака в Андах (3812 м над уровнем моря), а самое низкое - Мертвое море на Аравийском полуострове, поверхность которого располагается ниже уровня моря на отметке -395 м. Глубина озер измеряется десятками и сотнями метров. Самое глубокое озеро Байкал имеет глубину 1741 м. (Воронков Н. А., 1999).