Природные системы в гидросфере

Вода в атмосфере. В высоких слоях атмосферы нет физико-химических условий, бла­гоприятствующих накоплению воды, поэтому основная масса воды атмосферы (не менее 95%) сосредоточена в нижнем слое до 20 км. Вода в атмосфере находится в газообразном, жидком и твердом состоянии. В атмосфере содержится небольшая часть воды гидросферы, но это наиболее подвижная и, следовательно, наиболее активная ее часть, оказывающая воз­действие не только на атмосферу, но также на состояние и развитие литосферы и биосферы.

Поверхностные воды. Мировой океан содержит основную массу поверхностных вод гидросферы Земли и занимает площадь 361,10 млн. км2. Океанические воды характеризуют­ся соленостью. Соленость - это полная масса всех солей в граммах, содержащихся в 1 кг во­ды. В.И. Вернадский пишет, что соленость океанической воды очень часто рассматривают как результат накопления солей, выносимых в океан реками в течение миллиардов лет. Но если сравнить порядок распространенности отдельных химических соединений в океаниче­ской и речной воде, легко убедиться, что это два разных типа воды: в океанической воде 88,7% солей - это хлориды и ничтожная часть - карбонаты, в речной воде карбонатов до 80%. Главная масса солей океанической воды создавалась и создается до сих пор или из над­земных вулканических извержений, сопровождающихся всегда ливнями, или выходами вул­канов и фумароял на морском дне. Впадающая речная вода не в состоянии изменить перво­начальное сходство состава океанической воды и растворимых частей продуктов вулканиче­ских процессов. Средняя соленость океанических вод 35%. Наибольшая соленость наблюда­ется между 20...25⁰ широты, где наибольшее испарение. Однако самую большую соленость имеют Красное море и Персидский залив (42%), наиболее низкую (7%) - Балтийское море. Общее количество растворенных в океанических водах химических соединений составляет 48 ООО трлн. т. Если бы удалось извлечь из океанических вод эти растворенные элементы и распределить их равномерно по поверхности земной коры, они покрыли бы эту поверхность слоем в 45 м. В водах Мирового океана содержится столько золота (при среднем содержании его 0,00001 г в 1 мЗ воды), что если его извлечь, на каждого жителя Земли его пришлось бы более 3 т.

Мировой океан определяет лицо биосферы: огромная масса его вод формирует климаты планеты, служит источником большей части атмосферных осадков. Более половины кисло­рода поступает в атмосферу из океана благодаря обитающим в океане зеленым растениям. Мировой океан наряду с лесами - регулятор содержания углекислоты в атмосфере.

Для океанических вод характерна система поверхностных течений, образующихся под воздействием господствующих ветров. Вокруг субтропических антициклонов образуются циркуляционные кольца течений: в северном полушарии по часовой стрелке, в южном - про­тив (из-за воздействия силы Кориолиса). Вокруг субарктических (Исландского и Алеутского) минимумов образуются циркуляционные кольца против часовой стрелки.

К поверхностным водам относятся также ледники и постоянно залегающий снежный покров, занимающие площадь 16 227 тыс. км2. Из них на долю Антарктиды приходится 13 977 тыс. км2, Гренландии - 1801 тыс. км2, арктических островов - 225 тыс. км2 и горных районов - 224 тыс. км2.

Современное состояние ледника определяется процессами обмена массами и энергиями ледника и окружающей среды - атмосферой, земной корой, а в ряде случаев и океаном. Раз­личают внешний и внутренний массоэнергообмен ледника Внешний определяется процес­сами на дневной поверхности ледника: аккумуляцией, таянием и стоком, а также радиа­ционным балансом и обменом тепловой энергией между ледником и прилегающим слоем воздуха. Внутренний массоэнергообмен зависит от процессов, протекающих внутри ледника и на его ложе; источниками тепла здесь служат геотермический поток, энергия движения и преобразования льда, перемещение и замерзание воды в ледниковой толще. Большое значе­ние для массоэнергообмена имеют внутриледниковая и подледниковая абляция (убыль льда при таянии), а также экзарация (ледниковая эрозия), перенос и отложение мореного материа­ла.

Суммарный объем ледниковых покровов в 50...70 раз больше объема воды, принимаю­щего участие во влагообороте. Это существенный для человека резерв пресной воды. В на­стоящее время наблюдается сокращение объема оледенения и площади ледников в связи с увеличением содержания в воздухе углекислого газа, так как благодаря этому усиливается парниковый эффект.

Воды озер также относятся к поверхностным водам. Озера занимают площадь 2058,7 тыс. км2. Они располагаются в одиночку или группами, насчитывающими от десятка до ты­сяч озер. К одиночным озерам относятся такие крупные, как Байкал, Балхаш, Онежское, Ба­латон и др. Многочисленные труппы образуют озера в Фенноскавдии, Северо-Американские Великие озера, озера при альпийских предгорий, Великие Африканские озера; территории с многочисленными озерами называются озерными областями.

К поверхностным водам относят также воды болот, занимающих площадь 2682,6 тыс. км2. Болота образуются обычно при равнинном рельефе, чаще на поверхности осадочного чехла плит платформ в условиях замедленного поверхностного стока и избыточно влажного климата. Заболачиванию способствует наличие близкого водоупора в условиях обильного за­стойного или слабопроточного увлажнения грунта в течение большей части года.

Наиболее обширные площади болот расположены на равнинах в тундре и тайге северно­го полушария в районах с многолетней мерзлотой, служащей водоупором. Таковы болота Западно-Сибирской низменности и Лаврентийской равнины. Имеются болота также на вос­токе Индо-Гангской низменности и в Южной Америке - в Амазонии и в депрессии Пантанал.

Воды в руслах рек. Реки представляют собой естественные водные потоки, текущие в выработанных ими руслах, как правило, постоянные (лишь иногда в засушливых зонах на отдельных участках временно пересыхающие), питающиеся за счет стока с их водосбора. В питании рек принимают участие дожди, снега, ледники и подземные воды. Главная характе­ристика рек - величина их стока (расход, годовой объем), которая при одной площади водо­сбора может быть очень различной, в зависимости от источников питания и их сочетания, которые в разных регионах связаны с географической широтой, рельефом, климатическими особенностями. Реки в отличие от других малых составляющих гидросферы - это быстрые транспортеры воды. Вода в них возобновляется намного быстрее, чем в любой другой со­ставляющей гидросферы. Поэтому, имея сравнительно небольшой мгновенный запас воды в своих руслах, реки в течение года доставляют к устьям массу воды в 30...40 раз большую.

Реки разнообразны по своим размерам, глубинам и скоростям течения. Такой гигант, как Амазонка, имеет длину, почти равную радиусу Земли, а количество воды, проносимое за секунду через поперечное сечение в устье, составляет почти 200 тыс. мЗ. Площадь бассейна Амазонки лишь немного меньше площади такого материка, как Австралия. Одной из самых необычных рек можно назвать безымянную реку на юго-востоке Северной Америки, она вы­текает из озера Окичоби и через 160 км впадает в Мексиканский залив. Ширина ее местами достигает 80 км, а средняя глубина составляет всего 15 см, течение в реке почти не ощуща­ется, так как падение от истока до устья реки равно всего 4,5 м.

Литература: 2осн.[249-251. 301],3осн. [114-128]

Контрольные вопросы:

1. Общие сведения о гидросфере Земли.

2. Источники загрязнения гидросферы.

3. Природные процессы гидросферы.

4. Природные системы гидросферы.

Тема лекции 9 - Климатоформирующая роль Океана. Лед в Океане.

Мировой океан, располагающий неисчерпаемыми запасами влаги, рождающий живи­тельные ветры и морские течения, этот безотказный приемник всякого рода отходов, по- видимому, уязвим в гораздо большей степени, чем это можно предположить. Сброс в океан слишком большого количества вредных веществ - пестицидов, удобрений, возрастающее за­грязнение морской среды нефтью, засорение речных эстуариев - все это дает основание счи­тать, что может наступить такой момент, когда океан перестанет служить человеку. Океан - это всеобщая сточная яма вашей планеты, гигантский септический бак, из которого вода, со­вершив большой круговорот, возвращается к человеку, животным и растениям в чистом ви­де.

Мировой океан условно делится на четыре океана. Самый крупный и глубокий из них Тихий океан. По площади 178,62 млн. км² он занимает половину всей водной поверхности Земли. Средняя его глубина (3980 м) больше средней глубины Мирового океана (3700 м). В его пределах находится и самая глубоководная впадина - Марианская (11 022 м). В Тихом океане сосредоточено более половины объема воды Мирового океана (710,4 из 1341 млн. км³). Второй по размерам Атлантический океан. Его площадь 91,6 млн. км², средняя глубина 3600 м, наибольшая 8742 м (в районе Пуэрто-Рико), объем 329,7 млн. км³. Далее по размерам идет Индийский океан, который занимает площадь 76,2 млн. км², среднюю глубину 3710 м, наибольшую 7729 м (возле Зондских островов), объем воды 282,6 млн. км³. Самый малень­кий и самый холодный Северный Ледовитый океан, с площадью всего 14,8 млн. км². Он за­нимает 4% Мирового океана), обладает средней глубиной 1220 м (наибольшая 5527 м), объ­емом воды 18,1 млн. км³. Иногда выделяют т.н. Южный океан (условное название южных частей Атлантического, Индийского и Тихого океанов, прилегающих к Антарктическому ма­терику). В составе океанов выделяются моря. Для жизни Земли огромную роль играет посто­янно происходящий в ней круговорот воды (влагооборот). Это непрерывный замкнутый про­цесс перемещения воды в атмосфере, гидросфере и земной коре, состоящий из испарения, переноса водяного пара в атмосфере, конденсации пара, выпадения осадков и стока вод в Мировой океан. В этом едином процессе происходит непрерывный переход воды с земной поверхности в атмосферу и обратно.

КРУГОВОРОТ ВОДЫ В ПРИРОДЕ. - осадки, выпадающие над сушей; - осадки, выпадающие над океаном; — испарение с суши; - транспирация растительностью; - испарение с озер и рек; - испарение с океана; | - инфильтрация воды в почву; - по­требление воды растительностью; - подземный сток воды в реки и озера; В₄ - подземный сток воды в океан; Г - поверхностный сток в озера и реки.

Морские течения. Морские течения (океанические течения) - поступательные движе­ния масс воды в морях и океанах, обусловленные различными силами (действием сипы тре­ния между водой и воздухом, градиентами давления, возникающими в воде, приливообра- зуюхцими силами Луны и Солнца). На направление морских течений большое влияние ока­зывает вращение Земли, отклоняющее течения в Северном полушарии вправо, в Южном - влево. Морские течения вызываются либо трением ветра о поверхность моря (ветровые те­чения), либо неравномерным распределением температуры и солености воды (плотностные течения), либо наклоном уровня (стоковые течения). По характеру изменчивости бывают по­стоянные, временные и периодические (приливного происхождения), по расположению - поверхностные, подповерхностные, промежуточные, глубинные и придонные. По физико- химическим свойствам - опресненные и соленые.

Теплые и холодные морские течения. У этих течений температура вод соответственно выше или ниже окружающей температуры. Теплые течения направлены из низких широт в высокие (например, Гольфстрим), холодные - из высоких в низкие (Лабрадорское). Течения с температурой окружающих вод называют нейтральными.

Гольфстрим (англ. Gulf Stream) — система теплых течений в северной части Атлантиче­ского океана, простирающаяся на 10 тыс. км от берегов полуострова Флорида до островов Шпицбергена и Новой Земли. Скорость от 6-10 км/ч во Флоридском проливе до 3-4 км/ч в районе Б. Ньюфаундлендской банки, температура поверхностных вод соответственно от 24-28 до 10-20° С. Средний расход воды во Флоридском проливе 25 млн. м³/с (в 20 раз превы­шает суммарный расход воды всех рек земного шара). Гольфстрим переходит в Северо- Атлантическое течение (40° з.д.), которое под влиянием западных и юго-западных ветров следует к берегам Скандинавского полуострова, оказывая влияние на климат Европы.

В Мировом океане непрерывно происходит обмен воды между различными его частями. На этом снимке видно перемещение потоков воды из Черного моря в Мраморное (черная струя в Мраморном море) и из Мраморного моря в Эгейское (синяя струя в Эгейском море). Наблюдать такой феномен стало возможно благодаря различию в характеристиках вод Мра­морного и окружающих его морей. Мраморное море значительно мельче, поэтому воды его прогреты сильнее (это летний снимок). Вследствие испарения соленость воды больше. Это отражается на цвете воды.. Поэтому воды Мраморного моря более яркого-синего цвета. Можно проследить, как и в каких направлениях вода перемещается после того как она попа­ла в соседний морской бассейн.

Эльниньо - теплое тихоокеанское экваториальное течение, возникающее раз в несколько лет. За последние 20 лет отмечены пять активных циклов Эльниньо: 1982-1983, 1986-1987, 1991-1993, 1994-1995 и 1997-1998, т.е. в среднем через каждые 3-4 года.

В годы, когда Эльниньо отсутствует, вдоль всего тихоокеанского побережья Южной Америки из-за прибрежного подъема холодных глубинных вод, вызванного поверхностным холодным Перуанским течением, температура поверхности океана колеблется в узких сезон­ных пределах - от 15° С до 19° С. В период Эльниньо температура поверхности океана в прибрежной зоне повышается на 6-10° С. При Эльниньо в районе экватора это течение про­гревается сильнее, чем обычно. Поэтому пассатные ветры ослабевают либо совсем не дуют. Нагретая вода, растекаясь в стороны, идет обратно к американскому берегу. Возникает ано­мальная зона конвекции, и на Центральную и Южную Америку обрушиваются дожди и ура­ганы. Глобальное потепление уже в скором будущем может привести к катастрофическим последствиям. Вымирают целые виды животных и растений, которые не успевают приспосо­биться к изменению климата. Из-за таяния полярных льдов уровень океана может повысить­ся на целый метр, и островов станет меньше. За столетие потепление может достигнуть 8 градусов.

Аномальные погодные условия на Земном шаре в годы Эльниньо. В тропиках происходит увеличение осадков над районами к востоку от центральной части Тихого океана и умень­шение на севере Австралии, в Индонезии и на Филиппинах. В декабре-феврале осадки боль­ше нормы наблюдаются на побережье Эквадора, на северо-западе Перу, над южной Бразили­ей, центральной Аргентиной и над экваториальной, восточной частью Африки, а в течении июня-августа - на западе США и над центральной частью Чили.

Появления Эльниньо ответственны также за крупномасштабные аномалии температуры воздуха во всем мире. В эти годы бывают выдающиеся повышения температуры. Более теп­лые, чем нормальные, условия в декабре-феврале были над юго-восточной Азией, над При­морьем, Японией, Японским морем, над юго-восточной Африкой и Бразилией, на юго - востоке Австралии. Температуры выше нормы также отмечаются в июне-августе на запад­ном побережье Южной Америки и над юго-восточной Бразилией. Более холодные зимы (декабрь-февраль) бывают на юго-западном побережье США.

10 ноября 1997 был определен уровень воды в Тихом океане. Эльниньо характеризуется более высоким уровнем воды (красная и белая области) со стороны побережья Южной Аме­рики и в южной части Тихого океана. Более низкий уровень воды (голубая область) наблю­дался с другой стороны океана.

Ланиньо. Ланиньо - в противоположность Эльниньо, проявляется как понижение по­верхностной температуры воды на востоке тропической зоны Тихого океана. Такие явления отмечались в 1984-1985, 1988-1989 и 1995-1996. В этот период непривычно холодная пого­да устанавливается на востоке Тихого океана. Ветры сдвигают зону теплой воды и «язык» холодных вод растягивается на 5000 км, в районе Эквадора - островов Самоа, именно в том месте, где при Эльнино должен быть пояс теплых вод. В этот период в Индокитае, Индии и

Австралии наблюдаются мощные муссонные дожди. Страны Карибского бассейна и США при этом страдают от засух и смерчей.

Аномальные погодные условия на Земном ишре в годы Ланиньо. В течение периодов Ла­ниньо осадки усиливаются над западной экваториальной частью Тихого океана, Индонезией и Филиппинами и почти полностью отсутствуют в восточной части океана. Преимуществен­но осадки выпадают в декабре-феврале на севере Южной Америки и над Южной Африкой, и в июне-августе над юго-восточной Австралией. Более засушливые условия наблюдаются над побережьем Эквадора, на северо-западе Перу и над экваториальной частью восточной Афри­ки в течение декабря-февраля, а также над южной Бразилией и центральной Аргентиной в июне-августе. Во всем мире отмечаются крупномасштабные отклонения от нормы. Наблю­дается наибольшее количество областей с аномально прохладными условиями, например, холодные зимы в Японии и в Приморье, над Южной Алясхой и западной, центральной Кана­дой, а также прохладные летние сезоны над юго-восточной Африкой, над Индией и юго- восточной Азией. Более теплые зимы наступают на юго-западе США.

Ланиньо, как и Эльниньо, чаще всего возникают с декабря по март. Различие в том, что Эльниньо возникает в среднем один раз в три-четыре года, а Ланиньо - раз в шесть-семь лет. Оба явления несут с собой повышенное количество ураганов, но во время Ланиньо их бывает в три-четыре раза больше, чем при Эльниньо.

Согласно последним наблюдениям, достоверность наступления Эльниньо или Ланиньо, можно определить, если:

1. В районе экватора, в восточной части Тихого океана, образуется пятно более теплой воды, чем обычно, в случае Эльниньо и более холодной - в случае Ланиньо.

2. Если атмосферное давление в порте Дарвин (Австралия) имеет тенденцию к пониже­нию, а на острове Таити — к повышению, то ожидается Эльниньо. В противном случае будет Ланиньо.

Эльниньо и Ланиньо - наиболее ярко выраженные проявления глобальной годичной из­менчивости климата. Они представляют собой крупномасштабные изменения температур океана, осадков, атмосферной циркуляции, вертикальных движений воздуха над тропиче­ской частью Тихого океана.

ЭЛЬНИНЬО - теплое тихоокеанское экваториальное течение, возникающее раз в не­сколько лет. Характеризуется более высоким уровнем воды (красная область), более низкий уровень воды (голубая область) (1997-1998).

ЛАНИНЬО - в противоположность Эльниньо, проявляется как понижение поверхност­ной температуры воды на востоке тропической зоны Тихого океана. Такие явления отмеча­лись в 1984—1985, 1988-1989 и 1995-1996. В этот период непривычно холодная погода уста­навливается на востоке Тихого океана.

Дата добавления: 2014-12-16