Гидросфера (от древнегреческого ὕδωρ ( húdōr ) «вода» и σφαῖρα ( sphaîra ) «сфера») [1] [2] — это объединенная масса воды , находящаяся на, под и над поверхностью планеты , малой планеты или естественного спутника. Хотя гидросфера Земли существует уже около 4 миллиардов лет, [3] [4] она продолжает менять свою форму. Это вызвано расширением морского дна и дрейфом континентов , которые перестраивают сушу и океан. [5]
Подсчитано, что на Земле содержится 1,386 миллиарда кубических километров (333 миллиона кубических миль) воды. [6] [7] [8] Сюда входит вода в газообразном, жидком и замороженном состоянии в виде почвенной влаги, грунтовых вод и вечной мерзлоты в земной коре (на глубине до 2 км); океаны и моря , озера , реки и ручьи , водно-болотные угодья , ледники , лед и снежный покров на поверхности Земли; пар, капли и кристаллы в воздухе; и часть живых растений, животных и одноклеточных организмов биосферы. Соленая вода составляет 97,5% этого количества, тогда как пресная вода составляет всего 2,5%. Из этой пресной воды 68,9% находится в форме льда и постоянного снежного покрова в Арктике, Антарктике и горных ледниках ; 30,8% находится в форме пресных грунтовых вод; и только 0,3% пресной воды на Земле находится в легкодоступных озерах, водохранилищах и речных системах. [9]
Общая масса гидросферы Земли составляет около 1,4 × 10 18 тонн , что составляет около 0,023% от общей массы Земли. В любой момент времени около 2 × 10 13 тонн из этого находится в форме водяного пара в атмосфере Земли (для практических целей 1 кубический метр воды весит 1 тонну). Примерно 71% поверхности Земли, площадь около 361 миллиона квадратных километров (139,5 миллионов квадратных миль), покрыто океаном . Средняя соленость океанов Земли составляет около 35 граммов соли на килограмм морской воды (3,5%). [10]
Согласно Merriam Webster, слово «hydrosphere» было введено в английский язык в 1887 году, как перевод немецкого термина hydrosphäre , введенного Эдуардом Зюссом . [11]
Водный цикл относится к переносу воды из одного состояния или резервуара в другой. Резервуары включают в себя атмосферную влагу (снег, дождь и облака), ручьи, океаны, реки, озера, грунтовые воды , подземные водоносные горизонты , полярные ледяные шапки и насыщенную почву. Солнечная энергия в форме тепла и света ( инсоляция ) и гравитация вызывают переход из одного состояния в другое в течение периодов от часов до тысяч лет. Большая часть испарения происходит из океанов и возвращается на землю в виде снега или дождя. [12] : 27 Сублимация относится к испарению из снега и льда. Транспирация относится к истечению воды через мельчайшие поры или устьица деревьев. Эвапотранспирация - это термин, используемый гидрологами в отношении трех процессов вместе: транспирации, сублимации и испарения. [12]
Марк де Вилье описал гидросферу как закрытую систему , в которой существует вода. Гидросфера является сложной, комплексной, взаимозависимой, всепроникающей, стабильной и «кажется, специально построенной для регулирования жизни». [12] : 26 Де Вилье утверждал, что «на Земле общее количество воды почти наверняка не изменилось с геологических времен: то, что у нас было тогда, у нас есть и сейчас. Воду можно загрязнять, злоупотреблять и использовать не по назначению, но она не создается и не уничтожается, она только мигрирует. Нет никаких доказательств того, что водяной пар улетучивается в космос». [12] : 26
Ежегодно в круговороте воды на Земле участвует 577 000 км 3 воды. Это вода, которая испаряется с поверхности океана (502 800 км 3 ) и с суши (74 200 км 3 ). Столько же воды выпадает в виде атмосферных осадков, 458 000 км 3 на океане и 119 000 км 3 на суше. Разница между осадками и испарением с поверхности суши (119 000 − 74 200 = 44 800 км 3 /год) представляет собой общий сток рек Земли (42 700 км 3 /год) и прямой сток грунтовых вод в океан (2100 км 3 /год). Это основные источники пресной воды для поддержания жизненных потребностей и хозяйственной деятельности человека. [9]
Вода является основной жизненной необходимостью. Поскольку две трети Земли покрыты водой, Землю также называют голубой планетой и водной планетой. [примечания 1] Гидросфера играет важную роль в существовании атмосферы в ее нынешнем виде. Океаны важны в этом отношении. Когда Земля была сформирована, у нее была только очень тонкая атмосфера, богатая водородом и гелием, похожая на нынешнюю атмосферу Меркурия. Позже газы водород и гелий были выброшены из атмосферы. Газы и водяной пар, выделившиеся при охлаждении Земли, стали ее нынешней атмосферой. Другие газы и водяной пар, выделившиеся вулканами, также попали в атмосферу. По мере охлаждения Земли водяной пар в атмосфере конденсировался и выпадал в виде дождя. Атмосфера охлаждалась еще больше, поскольку атмосферный углекислый газ растворялся в дождевой воде. В свою очередь, это еще больше заставляло водяной пар конденсироваться и выпадать в виде дождя. Эта дождевая вода заполнила углубления на поверхности Земли и образовала океаны. Предполагается, что это произошло около 4000 миллионов лет назад. Первые формы жизни зародились в океанах. Эти организмы не дышали кислородом. Позже, когда эволюционировали цианобактерии , начался процесс преобразования углекислого газа в пищу и кислород. В результате атмосфера Земли имеет совершенно другой состав, чем на других планетах, и позволила жизни развиться на Земле .
Человеческая деятельность оказала влияние на водный цикл. Инфраструктура, такая как плотины, имеет явное, прямое влияние на водный цикл, блокируя и перенаправляя водные пути. Загрязнение, вызванное деятельностью человека, изменило биогеохимические циклы некоторых водных систем, а изменение климата значительно изменило погодные условия. [13] Водозаборы экспоненциально увеличились из-за сельского хозяйства, государственного и бытового использования, а также инфраструктуры. [14]
По данным Игоря А. Шикломанова , для полного восстановления и пополнения океанических вод требуется 2500 лет, вечной мерзлоты и льда – 10 000 лет, глубоких грунтовых вод и горных ледников – 1500 лет, озер – 17 лет, рек – 16 дней. [9]
«Удельная водообеспеченность — это остаточное (после использования) количество пресной воды на душу населения». [9] Ресурсы пресной воды неравномерно распределены в пространстве и времени и могут перейти от наводнений к нехватке воды в течение нескольких месяцев в одной и той же области. В 1998 году 76% всего населения имели удельную водообеспеченность менее 5,0 тыс. м 3 в год на душу населения. Уже к 1998 году 35% населения мира страдали от «очень низкого или катастрофически низкого водоснабжения», и Шикломанов предсказал, что ситуация ухудшится в двадцать первом веке, когда «большая часть населения Земли будет жить в условиях низкого или катастрофически низкого водоснабжения» к 2025 году. Только 2,5% воды в гидросфере является пресной водой, и только 0,25% этой воды доступно для нашего использования.
Деятельность современных людей оказывает радикальное воздействие на гидросферу. Например, отвод воды, развитие человека и загрязнение — все это влияет на гидросферу и естественные процессы в ней. Люди забирают воду из водоносных горизонтов и отводят реки с беспрецедентной скоростью. Водоносный горизонт Огаллала используется для сельского хозяйства в Соединенных Штатах; если водоносный горизонт высохнет, с мировых рынков исчезнут продукты питания и волокна на сумму более 20 миллиардов долларов. [15] Водоносный горизонт истощается настолько быстрее, чем пополняется, что в конечном итоге водоносный горизонт высохнет. Кроме того, только треть рек являются свободно текущими из-за обширного использования плотин, дамб, гидроэлектростанций и деградации среды обитания. [16] Чрезмерное использование воды также привело к тому, что прерывистые потоки стали еще более сухими, что опасно, поскольку они чрезвычайно важны для очистки воды и среды обитания. [17] Другие способы воздействия человека на гидросферу включают эвтрофикацию , кислотные дожди и закисление океана . Люди также зависят от здоровья гидросферы. Она используется для водоснабжения, навигации, рыболовства, сельского хозяйства, энергетики и отдыха. [18]
{{cite journal}}: CS1 maint: DOI неактивен по состоянию на апрель 2024 г. ( ссылка )