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.
