Гидросфера (от гидро... и сфера), геосфера, непрерывная водная оболочка Земли, содержащая воду во всех её агрегатных состояниях (жидком, твёрдом и газообразном), с постоянным водообменном 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 геосферных 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 значительных масс воды в горных породах (св. 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 практически 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 (преим. в виде пара, капель жидкой влаги и кристаллов льда). Воды Мирового океана и поверхностные воды суши занимают пространство от Марианского жёлоба (глубина 11022 м) до высокогорных снегов Джомолунгмы (высота 8848 м). Вода здесь находится главным образом в жидком состоянии (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.
Основные части гидросферы Глубины распространения относительно земной поверхности, км
Атмосферная влага В том числе: От 0 до 300
Ионосферная влага От 80 до 300
Стратосферная влага От 10 до 80
Тропосферная влага От 0 до 10
Воды Мирового океана и поверхностные воды суши В том числе: От -11,022 до 8,848
Воды Мирового океана От -11,022 до 0
Поверхностные воды суши От 0 до 8,848
Воды криосферы От -5 до 100
Воды растительного и животного мира От -11,022 до 15
Подземные воды В том числе: От 0 до -300
Почвенная влага От -2 до 0
Воды активного водообмена От -16 до 0
Воды замедленного водообмена От -25 до -16
Высокоминерализованные растворы От -70 до -25
Химически связанные воды От -300 до -70

Таблица 2. Объёмы и динамика вод гидросферы.
Виды вод Площадь распространения F, тыс. км2 Объём W, тыс. км3 Доля запасов, % Расход Q, тыс. км3/год Период водообмена Т = 2(W/Q), год Q
Воды Мирового океана 361800 1500000 94,3254 507,2 6000
Подземные воды активного водообмена до глубины 5 км 148800 60000 3,7731 14,5 8300
Воды криосферы 37227 30000 1,8865 3,8 15800
Воды озёр 2058 200 0,0126 1,2 330
Атмосферная влага 510000 14 0,0009 577,1 0,05
Воды болот 2683 12 0,0008 2,6 9,23
Воды водохранилищ 800 10 0,0006 11,5 1,74
Воды рек 148800 2 0,0001 45,8 0,09
Воды растительного и животного мира 510000 1 0,0010 8,45 0,24
Общий объём вод 510000 1590239 100,0000 577,10 5511

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

Таблица 3. Обобщённый химический состав поверхностных вод гидросферы.
Химический элемент % по массе Коэффициент содержания в воде по
отношению к среднему содержанию
в земной коре
О (кислород) 85,82 1,75
Н (водород) 10,72 10,70
CI (хлор) 1,90 9,45
Na (натрий) 1,05 0,37
Мд (магний) 0,14 0,06
S (сера) 0,088 8,8
Са (кальций) 0,04 0,12
К (калий) 0,038 0,014
Вг(бром) 6,5∙10-3 6,5
С (углерод) 2∙10-3 0,006
Sr(стронций) 1,0∙10-3 0,11
В (бор) 105∙10-4 0,09

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 так далее). 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 радиации 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 значительных 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 другие. 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 так далее. Минеральные воды обладают целебными свойствами.

Ссылки для перехода в следующие разделы: