Гидросфера. Мировой океан

Бассейн реки - территория, с которой река со своими притоками собирает воду. Болото - избыточно увлажнённый участок суши с влаголюбивой растительностью и слоем торфа не менее 0,3 м. Вода в болотах нахо­дится в связанном состоянии. Существует два основных типа болот - верховые (в которые влага поступает только из атмосферных осадков, пересыхают при их отсутствии) и низинные (питаются грунтовыми или речными водами, относительно богаты солями). Главная причина образования болот - избыточное увлажнение в сочетании с высоким уровнем грунтовых вод из-за близкого залегания к поверхности во­доупорных пород и равнинного рельефа.

Водораздел - линия раздела бассейнов двух рек или океанов, про­ходящая обычно по возвышенным территориям.

Воды суши - часть гидросферы, к ним относятся подземные воды, реки, озёра, болота, ледники.

Волнения - это преимущественно колебательные движения воды, имеющие разную природу (ветровую, приливную, сейсмическую). Общим для всех видов волн является колебательное движение частиц воды, при котором масса воды перемещается вокруг одной точки.

Гейзеры - источники, периодически выбрасывающие фонтаны воды и пара, которые являются проявлением поздних стадий вулка­низма. Известны в Исландии, США, Новой Зеландии, на Камчатке.

Водная оболочка Земли. Общий объем вод гидро­сферы составляет 1,4 млрд км 3 , их них 96,5% приходится на Мировой океан, 1,7% - на подземные воды, около 1,8% - на ледники, менее 0,01 % - на поверхностные воды суши (реки, озёра, болота).

Дельта - низменная равнина в низовьях реки, сложенная наноса­ми, принесенными рекой, и прорезанная сетью протоков.

Залив - часть океана, моря или озера, врезающаяся в сушу и имею­щая свободный водообмен с основной частью водоёма. Небольшой залив, хорошо защищенный от ветра, называют бухтой. Залив, отде­ленный от моря песчаной косой, в которой есть узкий пролив (часто образуется в устье реки) - лиманом. На севере России залив, глубоко вдающийся в сушу, в который впадает река, называют губой. Глубокие, длинные заливы с извилистыми берегами - это фьорды.

Из сточных озер вытекает одна или несколько рек (Байкал, Он­тарио, Виктория). Озера, не имеющие стока, - бессточные (Кас­пийское, Мёртвое, Чад). Бессточные озера часто бывают солёными (содержание солей выше 1 %о). В зависимости от степени солёности озера бывают пресные и солёные .

Исток - место, где берет начало река (например: родник, озеро, болото, ледник в. горах).

Ледники - естественные подвижные скопления льда, образо­вавшиеся из атмосферных осадков выше снеговой линии (уровень, выше которого снег не тает). Высота снеговой линии определяется температурой, которая связана с широтой местности и степенью континентальное™ её климата, количеством твердых атмосферных осадков. Ледник имеет область питания (т.е. накопления льда) и об­ласть таяния льда. Лёд в леднике под действием силы тяжести дви­жется от области питания к области таяния со скоростью несколько десятков метров в год (см. схему 1 на с. 76). Общая площадь ледни­ков - 11% от поверхности суши с объемом 30 млн км 3 . Если бы все ледники растаяли, уровень Мирового океана поднялся бы на 66 м.

Межень - период низкого уровня воды в реке.

Мировой океан - главная часть гидросферы, на которую прихо­дится 71 % площади земного шара (в Северном полушарии - 61 %, в Южном - 81 %). Мировой океан условно делится на четыре океана: Тихий, Атлантический, Индийский, Северный Ледовитый. Некоторые исследователи выделяют пятый - Южный океан. В него включают воды Южного полушария между Антаркти­дой и южными оконечностями материков Южной Америки, Африки и Австралии.

Многолетняя (вечная) мерзлота - горные породы в верхней части земной коры, остающиеся постоянно промерзшими или оттаиваю­щие только летом. Возникновение многолетней мерзлоты происхо­дит в условиях очень низких температур и малой высоты снежного покрова. Мощность мерзлотного слоя может достигать 600 м. Пло­щадь многолетней мерзлоты в мире составляет 35 млн км 2 , в том числе в России - 10 млн км 2 .

Море - часть океана, более или менее отделенная островами, полуостровами или подводными возвышенностями, отличающаяся особым гидрологическим режимом. Моря бывают внутренние - глу­боко вдающиеся вглубь материка (Средиземное, Балтийское) и окра­инные - примыкающие к материку и слабо обособленные от океана (Охотское, Берингово).

Озеро - водоём замедленного водообмена, размещенный в за­мкнутом природном углублении (котловине) поверхности суши. По происхождению озёрные котловины делятся на тектонические, вулканические, плотинные, ледниковые, карстовые, пойменные (старицы), лиманные. По водному режиму различают сточные и бес­сточные (таблица 1, с. 76).

Паводок - кратковременный, нерегулярный подъем уровня воды.

Подземные воды - воды, содержащиеся в верхней (12-16 км) толще земной коры в жидком, твёрдом и газообразном состоянии. Возможность нахождения вод в земной коре обуславливается пори­стостью горных пород. Водопроницаемые породы (гравий, галечник, пески) хорошо пропускают воду. Водоупорные породы - тонкозер­нистые, слабо или совсем не пропускают воду (глины, граниты, ба­зальты). По условиям залегания подземные воды подразделяются на почвенные (вода в связанном состоянии в почве), грунтовые воды (первый от поверхности постоянный водоносный горизонт, залегаю­щий на первом водонепроницаемом горизонте), межпластовые воды (заключенные между водонепроницаемыми горизонтами), в том чис­ле артезианские (напорные межпластовые).

Пойма - часть речной долины, затопляемая в период половодья и паводков. Над поймой обычно поднимаются склоны долины, часто ступенчатой формы - террасы.

Половодье - ежегодно повторяющийся период высокого уровня воды в реке, вызванный основным источником питания. Виды пита­ния рек: дождевое, снеговое, ледниковое, подземное.

Пролив - относительно узкое водное пространство, которое раз­деляет два участка суши и соединяет смежные водные бассейны или их части. Самый глубокий и широкий пролив - Дрейка, самый длин­ный - Мозамбикский.

Режим реки - регулярные изменения состояния реки, обуслов­ленные физико-географическими свойствами её бассейна и клима­тическими особенностями.

Река - постоянный водный поток, текущий в разработанном им же углублении - русле.

Речная долина - понижение в рельефе, на дне которого течет река.

Речная система - река со своими притоками. Название речной системы дается по главной реке. Самые крупные речные системы мира - Амазонка, Конго, Миссисипи и Миссури, Обь с Иртышем.

Солёность морской воды - количество солей в граммах, раство­рённых в 1 кг (л) морской воды. Средняя солёность воды в океане - 35 %о, максимальная - до 42 %о - в Красном море.

Температура воды в океане зависит от количества солнечного теп­ла, поступающего на его поверхность. Среднегодовая температура поверхностных вод составляет 17,5°, на глубине 3000-4000 м она обычно держится в пределах от +2° до 0 °С.

Течения - поступательные движения водных масс в океане, воз­никающие под действием различных сил. Течения также можно классифицировать по температуре (тёплые, холодные и нейтральные), по времени существования (кратковременные, пе­риодические и постоянные), в зависимости от глубины (поверхност­ные, глубинные и придонные).

Устье - место впадения реки в море, озеро или другую реку.

Эстуарий - воронкообразное затопляемое устье реки, расширяю­щееся в сторону моря. Образуется у рек, впадающих в моря, где силь­но воздействие движений океанских вод (приливов, волн, течений) на устье реки.

Гидросфера - совокупность всех вод Земли: материковых (глубинных, почвенных, поверхностных), океанических и атмосферных. Иногда воды океанов и морей объединяют в своеобразную часть гидросферы - океаносферу. Это логично, ибо подавляющая часть воды сосредоточена в океанах и морях.

Возникновение воды на Земле обычно связывают с конденсацией водяных паров вулканических извержений, происходивших с начала формирования планеты. Доказательством наличия воды в геологическом прошлом являются осадочные горные породы, имеющие горизонтальную слоистость, которая отражает неравномерное осаждение минеральных частиц в водной среде. Такие породы известны и их возраст датируется 3,8-4,1 млрд лет. Однако появление капельной воды могло быть и раньше - в воздухе, на поверхности планеты, в пустотах горных пород. Для того, чтобы вода могла сконцентрироваться в понижениях земной поверхности и образовать бассейны, должно было произойти обводнение изначально обезвоженных горных пород. Первичные воды были сильно минерализованы, что связано с растворением в них различных веществ, выделявшихся вместе с водяным паром при вулканических проявлениях. Пресные воды появились позднее. Возможно, что дополнительным источником воды на Земле были ледяные кометы, вторгавшиеся в атмосферу. Такой процесс наблюдается и в настоящее время, как и образование воды при конденсации паров вулканических извержений.

Несмотря на многообразие природных вод и их разное агрегатное состояние, гидросфера едина, ибо все ее части связаны потоками океанических и морских течений, русловым, поверхностным и подземным стоком, а также атмосферным переносом. Структурные части гидросферы приведены в табл. 5.3.

Физико-химические свойства воды. Вода - самое удивительное вещество на свете. Несмотря на то что А. Цельсий использовал для температурной шкалы точку таяния воды как 0° и точку ее кипения как 100°, эта жидкость может замерзать при температуре 100 °С и оставаться в жидком состоянии при -68°С в зависимости от содержания кислорода и атмосферного давления. Она обладает многими аномальными свойствами.

Пресная вода не имеет запаха, цвета и вкуса, тогда как морская вода обладает вкусом, цветом и может иметь запах. В естественных условиях только вода встречается в трех агрегатных состояниях: твердом (лед), жидком (вода) и газообразном (водяной пар).

Присутствие солей в воде изменяет ее фазовые превращения. Пресная вода на поверхности суши при давлении в одну атмосферу имеет температуру замерзания 0°С и температуру кипения 100°С. Морская вода при давлении в одну атмосферу и при солености 35‰ имеет температуру замерзания около -1,9°С и температуру кипения 100,55°С. Температура кипения зависит от атмосферного давления: чем больше высота над землей, тем она меньше. Вода - универсальный растворитель: она растворяет больше солей и прочих веществ, чем любое другое вещество. Это химически стойкое вещество, которое трудно окислить, сжечь или разложить на составные части. Вода окисляет почти все металлы и разрушает даже самые стойкие горные породы.

Таблица 5.3 Объем воды и активность водообмена различных частей гидросферы

При замерзании вода расширяется, увеличивая свой объем примерно на 10%. Плотность пресной воды составляет 1,0 г/см3, морской - 1,028 г/см3 (при солености 35‰), пресного льда - 0,91 г/см3 (поэтому лед плавает в воде). Плотность же других тел (кроме висмута и галлия) при переходе из жидкого состояния в твердое увеличивается. Вода обладает большой удельной теплоемкостью, т.е. способностью поглощать большое количество теплоты и сравнительно мало при этом нагреваться. Это свойство чрезвычайно важно, так как вода стабилизирует климат планеты.

Аномальные свойства воды объясняются строением ее молекулы: атомы водорода прикрепляются к атому кислорода не «классически», а под углом 105°. Вследствие асимметрии одна сторона молекулы воды имеет положительный заряд, а другая - отрицательный. Поэтому молекула воды представляет собой электрический диполь.

Процессы, где участвует вода, чрезвычайно многогранны: фотосинтез растений и дыхание организмов, деятельность бактерий и организмов, генерирующих из воды (главным образом морской) для строительства своих скелетов или аккумулирующих в себе химические элементы (Са, J, Со), процессы питания и антропогенное загрязнение и многие другие.

Мировой океан (океаносфера) - единая непрерывная водная оболочка Земли, которая включает океаны и моря. В настоящее время выделяют пять океанов: Тихий, Атлантический, Индийский, Северный Ледовитый (Арктический по зарубежным классификациям) и Южный (Антарктический). Согласно международной классификации, насчитывается 54 моря, среди которых выделяют внутренние и окраинные.

Объем вод Мирового океана составляет 1340-1370 млн км3. Объем суши, поднимающейся над уровнем моря, составляет 1/18 объема океана. Если бы поверхность Земли была совсем ровной, океан покрывал бы ее слоем воды в 2700 м.

Воды Мирового океана составляют 96,5% объема гидросферы и покрывают 70,8% поверхности планеты (362 млн км2). Благодаря огромной водной массе Мировой океан оказывает большое влияние на тепловой режим земной поверхности, выполняя функции планетарного терморегулятора.

Химический состав вод Мирового океана. Морская вода - особый тип природных вод. Формула воды Н2О верна и для морской воды. Однако помимо водорода и кислорода в морской воде содержатся 81 из 92 встречающихся в естественных условиях элементов (теоретически в морской воде могут быть найдены все существующие в природе элементы таблицы Менделеева). Большинство из них находится в чрезвычайно малых концентрациях.

В 1 км3 морской воды содержится около 40 т растворенных твердых веществ, которые определяют ее важнейшее свойство - соленость. Соленость выражается в промилле (0,1%) и ее средняя величина для океанских вод равна 35‰. Температура воды и соленость определяют плотность морской воды.

Основные из них, входящие в состав морской воды, приведены ниже.

1. Твердые вещества, составляющие в среднем 3,5% (по массе). Больше всего в морской воде содержится хлора (1,9%), т.е. более 50% всех растворенных твердых веществ. Далее следуют: натрий (1,06%), магний (0,13%), сера (0,088%), кальций (0,040%), калий (0,038%), бром (0,0065%), углерод (0,003 %). Главные растворенные в морской воде элементы образуют соединения, основные из которых: а) хлориды (NaCl, MgCl) - 88,7%, которые придают морской воде горьковато-соленый вкус; б) сульфаты (MgSO4, CaSO4, K2SO4) - 10,8%; в) карбонаты (СаСО3) - 0,3%. В пресной воде наоборот: больше всего карбонатов (60,1%) и меньше всего хлоридов (5,2%).

2. Биогенные элементы (питательные вещества) - фосфор, кремний, азот и др.

3. Газы. В морской воде содержатся все атмосферные газы, но в иной пропорции, чем в воздухе: преобладает азот (63%), который в силу своей инертности не участвует в биологических процессах. Далее следуют: кислород (около 34%) и углекислый газ (около 3%), присутствуют аргон и гелий. В тех морских районах, где отсутствует кислород (например, в Черном море), образуется сероводород, который в атмосфере при нормальных условиях отсутствует.

4. Микроэлементы, присутствующие в малых концентрациях.

Географические закономерности распределения температуры воды и солености. Общие закономерности горизонтального (широтного) распределения температуры и солености на поверхности Мирового океана показаны на рис. 5.9 и 5.10. Очевидно, что температура воды понижается в направлении от экватора к полюсам, а для солености характерны выраженный минимум в приэкваториальной области, два максимума в тропических широтах и пониженные значения у полюсов. Чередование очагов пониженной и повышенной солености у экватора и в тропиках объясняется обилием атмосферных осадков в экваториальной полосе и превышением испарения над количеством осадков у северного и южного тропиков.

Температура воды с глубиной понижается, что видно на рис. 5.11 для северной части Тихого океана. Эта закономерность свойственна для Мирового океана в целом, однако изменения температуры воды и солености различаются в его отдельных частях, что объясняется рядом причин (например, временем года). Наибольшие изменения происходят в верхнем слое до глубины 50-100 м. С глубиной различия стираются.

Водные массы - это большой объем воды, формирующийся в определенном районе Мирового океана и обладающий относительно постоянными физическими, химическими и биологическими свойствами.

Согласно В.Н.Степанову (1982), по вертикали выделяют следующие водные массы: поверхностные, промежуточные, глубинные и придонные.

Среди поверхностных водных масс выделяют экваториальные, тропические (северные и южные), субтропические (северные и южные), субполярные (субарктические и субантарктические) и полярные (арктические и антарктические) водные массы (рис. 5.12).

Границами различных типов водных масс являются пограничные слои: гидрологические фронты, зоны дивергенций (расхождения) или конвергенции (схождения) вод.

Поверхностные воды наиболее активно взаимодействуют с атмосферой. В поверхностном слое происходит интенсивное перемешивание вод, он богат кислородом, углекислым газом и живыми организмами. Их можно назвать водами «океанической тропосферы».

Наряду с поверхностными течениями (см. рис. 7.11) в Мировом океане существуют противотечения, подповерхностные и глубинные движения вод, а также вертикальное перемешивание, приливоотливные течения, колебания уровня.

Рис. 5.9. Среднегодовая температура (°С) поверхности Мирового океана (по В. Н. Степанову 1982): 1 - изотермы; 2 - области максимальной температуры воды; 3 - области температуры воды ниже среднего значения (средняя температура воды 18,56°С)

Рис. 5.10. Среднегодовая соленость (‰) поверхности Мирового океана (по В.Н.Степанову, 1982): 1 - изогалины; 2 - области максимальной солености; 3 - области солености ниже среднего значения; 4 - области минимальной солености (среднее значение солености 34,7 8‰)

Рис. 5.11. Графики вертикального распределения температуры, характерные для арктического (1), субарктического (2), субтропического (3), тропического (4) и экваториального (5) типов вод

Рельеф дна Мирового океана. В рельефе дна Мирового океана выделяют следующие структуры: шельф (материковая отмель), обычно ограниченный изобатой 200 м, материковый (континентальный) склон до глубины 2000-3000 м и ложе океана. Согласно другой классификации, выделяют: литораль (и сублитораль), батиаль, абиссаль (рис. 5.13). Участки с глубиной свыше 6000 м составляют не более 2% площади океанского дна с глубиной менее 200 м - примерно 7%.

Рис. 5.12. Океанические фронты и поверхностные водные массы Мирового океана (по В.Н.Степанову, 1982): типы водных масс: Ар - арктические; СбАр - субарктические; СбТс - субтропические Северного полушария; Тс - тропические Северного полушария; Э - экваториальные; Тю - тропические Южного полушария; СбТю - субтропические Южного полушария; СбАн - субантарктические; Ан - антарктические; Тар - Аравийского моря; 715 - Бенгальского залива. Названия океанических фронтов указаны на рисунке

Рис. 5.13. Схематическое подразделение дна океана

Роль океаносферы. Разнообразные (тепловые, механические, физические, химические и др.) процессы, протекающие на огромной (более 70% поверхности Земли) акватории Мирового океана оказывают существенное влияние на процессы, происходящие на суше и в атмосфере. Химические элементы, входящие в состав морской воды, участвуют в процессах газо-, массо- и влагообмена на границах гидросфера - литосфера - атмосфера. Гидрохимические процессы влияют на животный и растительный мир не только океана, но и планеты в целом. Постоянный газообмен с атмосферой регулирует газовый баланс Земли: содержание диоксида углерода в морской воде в 60 раз больше, чем в атмосфере.

Воды суши, несмотря на сравнительно небольшой объем, играют огромную роль в процессах функционирования географической оболочки и жизнедеятельности организмов. Следует заметить, что не все воды суши пресные, есть соленые озера и источники. Ионный состав пресной и морской воды приведен в табл. 5.4.

Реки - наиболее активный представитель пресных вод суши. К рекам относят постоянные и относительно крупные водотоки. Водотоки меньших размеров называют ручьями. Рельеф, геологическое строение, климат, почвы, растительность влияют на режим рек и формируют их природный облик. Река имеет исток - место, откуда она начинается, и устье - место непосредственного впадения реки в приемный водоем (озеро, море, река). Устье может разветвляться, образуя дельту реки. Участок суши, по которому протекает река, называется руслом. Главная река и ее притоки составляют речную систему. Реки, впадающие в Мировой океан, образуют эстуарии - обширные пространства смешения речной и морской воды. Эстуарии в значительной степени находятся под влиянием океанических вод.

Таблица 5.4. Ионный состав речной и морской воды (по П.Вейлю, 1977)

Характер стока рек связан с их питанием, которое бывает дождевым, снеговым, ледниковым и подземным, и определяется климатическими условиями в речном бассейне. Реки преимущественно снегового питания имеют ярко выраженное весеннее половодье и летнюю межень (Волга, Днепр, Дунай, Северная Двина, Амур и др.). Подземное питание сглаживает годовой сток. У рек с дождевым питанием максимум стока часто приходится на разные сезоны года. Участки земной поверхности и толщи почв и грунтов, откуда река получает питание, называется водосбором.

Реки производят значительную работу, размывая русло, транспортируя и отлагая продукты размыва - аллювия. Они не только механически разрушают, но и растворяют горные породы. Речные отложения образуют порой обширные аллювиальные равнины площадью в миллионы километров (Амазонская, Западно-Сибирская низменности и др.). Подсчитано, что в реках одновременно находится 2100 км3 воды, в то время как в океан стекает ежегодно 47 000 км3. Значит, объем воды в реках обновляется приблизительно каждые 16 дней. Для сравнения укажем, что воды Мирового океана осуществляют большой круговорот примерно за 2500 лет.

Озера - естественный водоем суши с замедленным водообменом, не имеющий прямой связи с океаном. Для его образования необходимо наличие замкнутого понижения земной поверхности (котловины). Озера занимают общую площадь приблизительно в 2 млн км2, а суммарный объем их вод превышает 176 тыс. км3. По условиям образования котловины, размерам, химическому составу вод, термическому режиму озера очень разнообразны. Немало создано и искусственных озер - водохранилищ (около 30 тыс.), объем воды в которых составляет более 5 тыс. км3. Примерно половина озерных вод - соленые, причем основная их часть сосредоточена в самом большом бессточном озере - Каспийском море (76 тыс. км3). Из пресных озер крупнейшими являются Байкал (23 тыс. км3), Танганьика (18,9 тыс. км3), Верхнее (16,6 тыс. км3). Режим озер характеризуется притоком тепла, колебаниями уровня воды, течениями, условиями водообмена, ледовитостью и др. Крупные озера во многом определяют климатические условия прилегающих территорий (например, Ладожское оз.).

Болота - это области суши, характеризующиеся избыточным увлажнением, застойным или слабо проточным режимом вод и гидрофитной растительностью. Они занимают площадь 2,7×106 км2, или около 2% поверхности суши. Объем болотных вод мира составляет около 11,5 км3, что в 5 раз превышает разовый объем воды в реках. Возникновение болот связано как с климатическими условиями (избыток влаги), так и с геологическим строением территории (близость водоупорного горизонта), которые способствуют заболачиванию суши или зарастанию водоемов. В некоторых районах умеренных и субполярных широт роль водоупора выполняет вечная мерзлота. Специфическим образованием болот является торф.

Подземные воды - это воды, находящиеся в горных породах в жидком, твердом или газообразном состоянии. Согласно последним исследованиям, содержание воды в горных породах в пределах литосферы превосходит данные, указанные в табл. 5.3, и составляет около 0,73 - 0,84 млрд км3. Это всего лишь вдвое меньше, чем ее содержится в морях, океанах и поверхностных водоемах, включая и мировые запасы льда. Вода скапливается во всевозможных пустотах - каналах, трещинах, порах. Установлено, что ниже уровня грунтовых вод до глубины 4 - 5 км и более почти все пустоты горных пород заполнены водой. По данным глубокого бурения, вода в пустотах горных пород находится на глубине более 9,5 км, т. е. ниже среднего уровня дна Мирового океана.

Совокупность водотоков (рек, ручьев, каналов), водоемов (озер, водохранилищ) и других водных объектов (болот, ледников) составляет гидрографическую сеть.

Воды суши сильно преобразованы человеком за счет ирригации, мелиорации, распашки земель и других урбанистических процессов, в связи с чем остро обозначилась проблема питьевой воды.

Сложность ее решения заключается в том, что потребности в чистой воде растут, а ее запасы остаются прежними. Используемая в быту, в промышленных и сельскохозяйственных циклах пресная вода чаще всего возвращается в речную сеть в виде сточных вод, по-разному очищенных или неочищенных вовсе.

Водная оболочка Земли. Она включает в себя всю воду Земли в жидком, твердом и газообразном состоянии. Гидросфера состоит из нескольких частей.

Основные части гидросферы Земли Их соотношение, %
Мировой океан 96,4
Ледники Земли 1,8
Подземные воды 1,7
Реки, озера, болота 0,01
Мировой океан занимает около 71% поверхности нашей планеты. Он делится материками на четыре океана: Тихий, Атлантический, Индийский и Северный Ледовитый. Некоторые ученые выделяют пятый океан - Южный. Самый большой и глубокий из них - Тихий. Все океаны имеют моря, заливы, проливы.
Моря - это части океанов, более или менее отделенные от них сушей или подводными порогами, поднятиями дна. Балтийское море, например, является частью Атлантического океана, а Красное - частью Индийского.
Те моря, которые незначительно вдаются в сушу, называются окраинными (Баренцево, Карское). Но есть моря, далеко вдающиеся в сушу; с океанами они соединяются проливами. Такие моря называются окраинными (Средиземное, Балтийское).
Залив - это часть океана, моря или озера, вдающаяся в сушу, постепенно уменьшающаяся по ширине и глубине. Атлантический океан у берегов Европы образует Бискайский залив, а Индийский, вдаваясь в сушу на юге Евразии, - Бенгальский.
Рельеф дна Мирового океана. Вдоль побережий материков тянется их подводная окраина - материковая отмель, или шельф. Ее глубины не превышают 200 м, а ширина может быть различной. Шельф - важнейшее место промысла рыбы и других морепродуктов, а также полезных ископаемых: нефти и газа. Морской шельф на расстоянии 200 миль считается территорией прибрежного государства и его собственностью.
С глубины от 200 до 2500 м довольно круто вниз уходит материковый склон, который постепенно переходит в ложе океана. Ложе океана, подобно суше, имеет равнинные участки, горы, вершины которых иногда выступают над поверхностью океана в виде островов, а также впадины - глубоководные океанические желоба.
Измерение глубин Мирового океана производится с помощью специального прибора - эхолота. В 1957 г. этим прибором была измерена самая глубокая впадина в Тихом океане - Марианский желоб (11 022 м).
Неровности дна океанов и морей изображаются на физических картах послойной окраской (различными оттенками синего цвета) и отметками глубин.
Донные отложения . Дно океанов и морей покрыто морскими осадками. По происхождению эти осадки бывают двух видов: материковые, т. е. смытые с суши (песок, глина, галька), и океанические, которые образуются в результате отмирания морских организмов. Океанические осадки накапливаются на дне в виде ила. Накопление происходит очень медленно.
Температура вод . Температура воды у поверхности океана зависит от климата (она уменьшается от экватора к полюсам), а также от мощных течений, которые могут нарушить эту закономерность. С глубиной на каждые 1000 м вода становится холоднее на 2 °С. На дне глубоководных впадин температура воды около 0 °С.
Соленость вод океана . Во всех морях и океанах вода имеет горьковато-соленый вкус. В среднем в каждом литре морской воды содержится 35 г соли. Вода внутренних морей отличается по солености и температуре от воды океанов: в морях жаркого пояса повышенная температура и соленость, а в морях умеренного пояса, принимающих в себя большой сток речных вод, соленость значительно ниже.
Лед в Мировом океане . Температура замерзания у соленой океанической воды на 1-2 °С ниже, чем у пресной. Воды Мирового океана покрываются льдом только в полярных районах. Океанический лед может быть неподвижным (связанным с сушей) или подвижным (дрейфующие льды в Северном Ледовитом океане).
Кроме льда, образующегося в самом океане, встречаются льды, отколовшиеся от ледникового покрова суши. Такими «поставщиками» льда могут быть полярные острова, остров Гренландия и конечно же «ледяной» материк Антарктида. Айсберги (от голландского ice - лед, berg - гора) Антарктиды достигают иногда 150 м в длину. Обычно основная часть айсберга находится под водой, над поверхностью он возвышается на 70-100 м. Течения перемещают айсберги по Мировому океану, где они постепенно тают.
Движение воды в океане . Волны. Как образуются волны на поверхности океанов? Под действием ветра. Его порывы как бы вдавливают поверхность океана, образуя волны высотой до нескольких метров.
Океанские течения . Вода в Мировом океане перемещается. Горизонтальные перемещения масс воды в океане в виде огромных потоков, движущихся по определенным постоянным путям (своего рода реки в океане), называются океанскими течениями. Они образуются главным образом под влиянием постоянных ветров, которые заставляют перемещаться воду в определенном направлении. Одно из самых больших океанских течений на земном шаре начинается у берегов Северной Америки в Атлантическом океане и называется Гольфстрим. Гольфстрим - теплое течение: его температура выше температуры окружающей воды. Есть в океане и холодные течения, как, например, Лабрадорское. Направления теплых океанских течений на картах обозначаются красными стрелками, а холодных - синими или черными. Океанские течения сильно влияют на климат прибрежных районов суши.
Растительный и животный мир океанов и морей богат и разнообразен, в воде обитают самые крупные животные на земном шаре - киты, также тысячи видов рыб, морских водорослей и планктон - мельчайшие растительные и животные организмы. Эти организмы содержат много питательных веществ и являются кормом для китов и других морских обитателей.
В морях Северного Ледовитого океана водятся тюлени и моржи. На островах в Беринговом море живут морские котики.
Минеральные богатства Мирового океана . Морскую воду можно назвать жидкой рудой, так как в ней растворены многие вещества, которые широко используются человеком, - поваренная соль, магний, бром и другие.
Огромные запасы нефти и газа скрыты в недрах морского дна. Люди пока не научились достаточно интенсивно использовать эти богатства.
Судоходство. Морские каналы. С каждым годом по морям и океанам перевозится все больше различных грузов. Важное значение для судоходства имеют морские каналы Суэцкий и Панамский. Первый был построен в 1869 г. и сделал возможным морской путь из Средиземного моря в Индийский океан. Панамский канал был официально открыт для судоходства в 1920 г. и в два с половиной раза сократил путь между восточным и западным побережьями Северной Америки. Морские пути сообщения на географических картах обозначаются синими пунктирными линиями, а у морских портовых городов ставится условный знак - якорь.
Современные способы изучения океанов и морей . Большое значение в изучении океана играют экспедиционные суда, оборудованные специальной аппаратурой, в частности для изучения океанического дна.
В Северном Ледовитом океане наблюдения за соленостью и температурой воды, направлением и скоростью течений, глубиной океана ученые ведут с дрейфующих станций.
Изучение глубин Мирового океана осуществляют с помощью разнообразных подводных аппаратов: батискафов, подводных лодок и т. п.
Наблюдения за океанскими течениями, волнами и дрейфующими льдами ведутся также из космоса.
Воды океана нуждаются в защите от загрязнения, а многие животные - от уничтожения. Главный загрязнитель вод океана - нефть, она попадает в воду при ее добыче со дна морей, при загрузке и разгрузке нефтеналивных судов, а также в результате аварий нефтеналивных танкеров. Опасны также захоронения радиоактивных веществ на дне океана.

Гидросфера располагается между земной корой и атмосферой и представляет собой совокупность океанов, морей, поверхностных вод, льдов и снегов. Иногда в состав гидросферы включают также подземные воды и воду, содержащуюся в атмосфере и живых организмах (табл. II. З).

Подавляющая часть воды сосредоточена в океанах. Среди других водных объектов выделяются подземные воды и ледники. В подземных горизонтах и ледниках сосредоточена основная масса пресной воды, которая представляет важнейшую часть водных ресурсов человечества. Объем подземных вод, особенно в нижних частях земной коры, оценивается приближенно.

Несмотря на многообразие видов вод, гидросфера едина. Ее единство связано как с общим происхождением всех вод (поступили из мантии Земли), так и с непрерывным обменом между резервуарами.

Мировой океан. Воды Мирового океана составляют 96,5 % массы воды гидросферы. Они покрывают большую часть поверхности планеты (70,8 %), образуя практически непрерывную водную оболочку Земли. Мировой океан - важнейшее звено влагооборота в системе взаимодействия «океан - атмосфера - материки». Он оказывает исключительно большое влияние на тепловой режим земной поверхности, выполняя функции планетарного нагревателя и терморегулятора.

Единый Мировой океан исторически принято делить на отдельные части - океаны. Их морфометрические показатели приведены в табл. II.2. Внутри океанов выделяют более мелкие части: моря, заливы, проливы, лиманы и др.

Морская вода. Мировой океан называют большим отстойным бассейном, поскольку он аккумулирует различные вещества, поступающие с суши. В морской воде присутствуют почти все элементы таблицы Менделеева, однако концентрация различных элементов неодинакова. Средняя соленость Мирового океана около 35 %о, т. е. в1000 кг морской воды содержится 35 кг солей. Подавляющая часть солей - хлориды натрия и магния (88,7 %). Второе место занимают сульфаты (10,8%), затем карбонаты (0,3%) и прочие соединения. Распределение солености в поверхностных водах (рис. II.6) имеет в значительной мере зональный характер. Оно отражает структуру водного баланса в разных„частях Мирового океана. Максимальная соленость (более 36 %о) наблюдается в тропических и частично субтропических районах, т. е. там, где наиболее значительно испарение и в то же время сравнительно мало выпадает атмосферных осадков. Вот почему в целом распределение солености соответствует изолиниям картосхемы (см. рис. III.14), на которой показано распределение разности испарение - атмосферные осадки на океанах. В приэкваториальной зоне происходит некоторое снижение солености. В еще большей степени соленость снижается в умеренных, субполярных и полярных районах.

Общие зональные закономерности распределения солености осложняются влиянием региональных факторов. В Атлантическом океане соленость выше, чем в других океанах. В Северном Ледовитом она ниже под влиянием ледового покрова, в Индийском и Тихом - из-за увеличения количества выпадающих над ними осадков.

Во внутренних морях соленость зависит в значительной мере от величины поступающего речного стока и от интенсивности водообмена с открытым океаном. Невелика соленость, например, в Балтийском море (8%о). Значительно ниже средней солености океана соленость в Черном море- 17-18 %о. Зато в Красном море она повышается до 40%о. Это объясняется очень большим испарением с поверхности Красного моря в условиях сильного прогревания и практически отсутствием речного стока в этом районе.

Ниже глубины 2000 м соленость всех океанов близка 34,7- 34,9 %о, т. е. в низких широтах она меньше, чем у поверхности, в полярных - выше.

В воде океанов и морей растворены также газы, наибольшее значение среди которых имеют кислород и диоксид углерода (углекислый газ). Между океаном и атмосферой происходит постоянный обмен газами, так что океан выступает регулятором их содержания в атмосфере.

Важное значение имеет плотность морской воды, средняя величина которой составляет 1,025 г/см3. Как уже говорилось, соленая морская вода имеет максимальную плотность при температуре замерзания. Поэтому охлажденная морская вода погружается вниз. Если бы не было стока в океаны пресных вод, океаны никогда бы не покрывались льдом.

Океанические водные массы. Сравнительно большой объем воды, формирующийся в определенных районах Мирового океана, обладающий относительно постоянными физическими, химическими и биологическими характеристиками и образующий единый комплекс (природно-аквальный), называют океанической водной массой. Водные массы в океанах являются аналогами природных территориальных комплексов на суше. Границы между водными массами в океане выражены менее отчетливо, чем границы природных территориальных комплексов на суше. По вертикали выделяют четыре основные водные массы или структурные зоны: поверхностную, промежуточную, глубинную и придонную.

Поверхностная структурная зона распространяется примерно до глубин 300 м. Воды этой зоны активно взаимодействуют с атмосферой. Иногда этот слой называют океанической тропосферой по аналогии с тропосферой атмосферы. В поверхностном слое происходит активное перемешивание воды, он богат кислородом и диоксидом углерода, организмами. Его физические характеристики и соленость подвержены колебаниям, связанным с воздействием атмосферы. Поверхностные воды захвачены течениями, которые образуют специфические круговороты (см. III. 2.3).

Поверхностные воды в горизонтальном направлении разделяются океаническими фронтами на водные массы. Выделяют следующие типы водных масс в поверхностной структурной зоне.

1. Экваториальные с температурой воды 26-28 °С, соленостью 33-35 %о, содержанием кислорода 3-4 г/м3 и относительно небольшой насыщенностью жизненными формами.

2. Тропические, подразделяющиеся на северотропические и южнотропические, с температурой воды от 18 до 27 °С, соленостью 34,5-35,5 %о, содержанием кислорода 2-4 г/м3.

3. Субтропические, подразделяющиеся на северные и южные субтропические, с температурой от 15 до 28 °С, соленостью от 35 до 37 %о, содержанием кислорода 4-5 г/м3.

4. Субполярные, подразделяющиеся на субарктические и субантарктические, с температурой от 5 до 20 °С, соленостью 34- 35 %о, содержанием кислорода 4-6 г/м3. Весьма богаты жизненными формами: рыбой, млекопитающими (киты, тюлени и др.). Именно в этих водных массах находятся основные рыболовецкие районы.

5. Полярные, включающие арктические и антарктические водные массы, с низкими температурами (от 5 до -1,8 °С), с пониженной соленостью (32-34%о), весьма богатые кислородом (5- 7 г/м3). Большую часть года они покрыты льдами, но тем не менее богаты жизнью, особенно в контактных зонах (каменистые берега, кромка льдов и др.).

Природные особенности перечисленных водных масс в большой степени определяются особенностями вертикальной циркуляции, которая будет рассмотрена ниже.

Переходная, или промежуточная, структурная зона располагается на глубинах от 300 до 2000 м. В полярных районах воды этой зоны характеризуются сравнительно высокой температурой, поскольку с поверхности ее перекрывает примерно стометровый слой поверхностной зоны, имеющий низкую температуру и низкую соленость.

Глубинные водные массы занимают большую часть объема океана. Для них характерна невысокая температура (2-3°С), отсутствие ее сезонных колебаний, а также сезонных изменений солености, содержания кислорода и других характеристик, которые подвержены сезонной изменчивости в вышележащих водных массах.

Придонные воды заполняют наиболее глубокие части океана. Как и глубинные водные массы, они образуются в результате опускания холодных полярных поверхностных водных масс. В придонных водах наблюдается некоторое повышение температуры (примерно на 0,1 °С). Это повышение связывают с потоком тепла из недр.

Океанические фронты, формирующиеся в зонах контакта и взаимодействия различных водных масс, отличаются вихревыми движениями вод - циклоническими и антициклоническими, скоплением жизни, активным взаимодействием с атмосферой. Они динамичны и неустойчивы. Только некоторые из них отличаются приуроченностью к определенным районам.

Поверхностные воды суши. Они представлены реками, озерами и водами болот и составляют всего 0,014 % от мировых запасов воды. Несмотря на незначительный процент их в мировых запасах воды, они играют существенную роль в природных процессах, протекающих в географической оболочке.

Реки. Наиболее активным элементом этой группы вод являются реки. В руслах рек находится одновременно примерно 2100 км3 воды, в то время как в океан стекает за год 47 000 км3. Значит, объем воды в реках обновляется примерно каждые 16 дней. Такова интенсивность обмена воды в реках. Для сравнения укажем, что воды океана проходят через большой круговорот примерно за 2,5 тыс. лет.

Важнейшей характеристикой рек (наряду со стоком) является их питание. Выделяются реки со снеговым, дождевым, ледниковым и подземным питанием. Более или менее значительные реки имеют, как правило, смешанное питание, включающее и дождевое, и подземное, а нередко и снеговое, и ледниковое. Это зависит от величины бассейна и разнообразия его ландшафтов. Существенным элементом питания рек являются подземные воды, обеспечивающие постоянство водного потока рек. В годовом итоге им принадлежит до 30 % суммарного стока рек.

Годовой сток рек тесно связан с их питанием. Так, реки преимущественно снегового питания обладают ярко выраженным весенним половодьем и летней меженью (реки европейской части СССР). Реки ледникового питания отличаются преимущественно летним стоком, так как в этот сезон года особенно интенсивно тают снега и ледники в горах (Амударья, Сырдарья, Кубань, Терек и др.). Сток в реках дождевого питания зависит от сроков преимущественного выпадения осадков: он может быть летним (в областях мусонного климата), зимним (в средиземноморских областях), может быть равномерным в течение всего года (реки Западной Европы). Следовательно, речной сток в большой мере определяется климатическими условиями в речных бассейнах. Это дало основание климатологу А. И. Воейкову сделать заключение, что «реки - продукт климата».

Текучие воды рек обладают кинетической энергией, производят значительную работу, размывая русло и транспортируя продукты размыва - аллювий. Речные отложения образуют аллювиальные равнины, например Амазонскую, Западно-Сибирскую, Восточно-Китайскую, Конголезскую и др. Ими сложены дельты в устьях рек (pp. Нил, Лена, Волга, Парана) и речные террасы на склонах долин.

Речные воды не только механически разрушают, но и растворяют горные породы, а затем транспортируют и аккумулируют вещества в виде ионов, коллоидов, биогенных веществ, микроэлементов и др. В океан выносится ежегодно около 1,6-1012-1,7-1012 кг растворенных веществ, в том числе 0,72- 1011 кг органических веществ.

В современную эпоху наблюдается загрязнение поверхностных вод органическими и неорганическими веществами промышленного и сельскохозяйственного происхождения, минеральными удобрениями. В результате некоторые озера эвтрофируются, т. е. бурно зарастают водорослями (преимущественно синезелеными), которые получают обильное питание в виде указанных загрязнений. Опасно загрязнение поверхностных вод нефтепродуктами, химическими отходами, средствами защиты растений.

Обращает на себя внимание различие химического состава солей, растворенных в морских и речных водах. Если в океанических водах преобладают хлориды и сульфаты при незначительном участии карбонатов, то в реках абсолютно господствуют карбонаты (до 60 % массы солей). В морской воде их всего 0,3 %.

Озера. Роль озер в географической оболочке достаточно важна и многообразна. Прежде всего, они - регуляторы речного стока, в особенности в реках, вытекающих из озер. Озера часто служат крупными аккумуляторами пресной воды: Байкал - 23-1012м3, Танганьика- 18,9-1012, Верхнее- 16,6-1012 м3 и др. Озера содержат запасы ценных видов рыб и т. д. В некоторых озерах добывают полезные ископаемые.

Озера играют существенную роль в водном балансе поверхностных вод суши. Общая площадь, занимаемая ими, оценивается приблизительно в 2 млн. км2 с суммарным объемом вод свыше 1.76Х 1014 м3. Это в четыре раза превышает суммарный годовой сток всех рек земного шара. В пресноводных озерах содержится около половины общего объема вод озер (0,91 1014 м3).

Человечество создало (почти исключительно во второй половине XX в.) большое количество (около 10 тыс.) искусственных озер. В настоящее время водохранилища имеют общий объем вод около 5-1012 м3. Наибольшее количество крупных водохранилищ создано в СССР, а также в США, Канаде, КНР, Индии и других странах. Они имеют водорегулирующее, мелиоративное, судоходное, рыбохозяйственное и другие значения и функции. Кроме крупных водохранилищ создано большое число (сотни тысяч) прудов, имеющих водохозяйственное и рыбохозяйственное значения.

Болота. Это области суши, характеризующиеся резко избыточным увлажнением, застойным или слабо проточным режимом вод и специфической гигрофитной растительностью. Общая площадь болот на земном шаре составляет около 2,7-106 км2, что составляет около 2 % суши. Суммарный объем болотных вод мира около 11,5Х Х109 м3. Это в 5 раз превышает разовый объем воды в руслах рек. Болота служат аккумуляторами атмосферных, речных, грунтовых вод. Медленно отдавая эти воды в реку, они тем самым регулируют меженный сток.

Подземные воды. Они находятся в толще горных пород верхней части земной коры в жидком, твердом и парообразном состояниях. По происхождению различают такие типы подземных вод: инфильтрационные, образовавшиеся вследствие просачивания с поверхности дождевых, талых и речных вод; конденсационные, возникающие в порах и трещинах горных пород из водяного пара; седиментационные, формирующиеся в процессе геологического осадконакопления в водных условиях; магматогенные, или ювенильные, образующиеся при кристаллизации магмы и метаморфизации горных пород. Полагают, что большая часть вод гидросферы произошла за счет дегазации магмы.

По физическому состоянию подземные воды бывают семи типов. 1. Гравитационные воды. Они перемещаются под действием силы тяжести, заполняют трещины и пустоты земной коры, перемещаются по ним, а также занимают замкнутые понижения на земной поверхности, образуя океаны, моря, озера.

1. Капиллярные воды. Они заполняют мелкие поры в почве и горных породах, удерживаются за счет сил поверхностного натяжения и перемещаются в зависимости от градиента температуры и влажности породы даже против градиента силы тяжести (благодаря этому, в частности, грунтовые воды поступают к поверхности). Гравитационные и капиллярные воды активно участвуют во влагообороте.

3. Пленочная вода. Она обволакивает частицы почвы и притягивается к ним силой поверхностного натяжения, поэтому слабо участвует во влагообороте и плохо используется растениями.

4. Гигроскопическая вода. Она обволакивает мелкие агрегаты почвы, удаляется только при сильном нагревании.

5. Кристаллизационная вода физически связана в минералах (гипсе и др.), поэтому при ее удалении изменяются их физические свойства.

6. Конституционная вода. Она химически связана в минералах таким образом, что при ее удалении минералы разрушаются.

По характеру заполнения горных пород подземные воды подразделяются на следующие типы: поровые, заполняющие пески, галечники и другие рыхлые породы; трещинные, или жильные,- в скальных породах (гранитах, песчаниках и др.); карстовые - в растворимых горных породах - известняках, доломитах, гипсах, каменной и калийной солях и др.

В подземных водах также наблюдается определенная стратификация (слоистость). Первый от земной поверхности постоянно существующий безнапорный горизонт называется грунтовыми водами. Подземные воды, залегающие ниже грунтовых и отделенные от них пластами водонепроницаемых пород, называют межпластовыми. Они обычно находятся под гидростатическим давлением и в таком случае называются напорными или артезианскими.

Грунтовые воды, как правило, пресные (содержание солей до 1 г/л) и относятся к зоне активного водообмена с поверхностными водами и прежде всего речными, так как реки дренируют этот горизонт, взаимодействуя с ним. Грунтовые воды наиболее полно отражают природные особенности территории. Мощность зоны грунтовых вод может достигать 100 м.

Межпластовые и трещинные воды примерно до глубины 200- 300 м относятся к зоне относительно активного водообмена. В этой зоне подземные воды частично разгружаются в глубокие речные долины и океан. Они по преимуществу пресные или слабоминерализованные (могут содержать до 10 г/л солей).

Зона замедленного водообмена находится ниже уровня моря. Ее подземные воды разгружаются только в океан. Они преимущественно соленые (до 50 г/л), а иногда представляют рассолы (свыше 50 г/л).