Автор – доцент кафедры Экологиии природопользования Владивостокскогогосударственного университета экономики и сервиса, кандидат географических наук,Тарасова Е.В.

Гидросфера.Гидросфера.Круговорот воды в Круговорот воды в природе.природе.Химические и Химические и физические свойства физические свойства природных вод.природных вод.

ГИДРОСФЕРАГИДРОСФЕРА

• Гидросфера – водная оболочка Гидросфера – водная оболочка Земли, располагающаяся между Земли, располагающаяся между атмосферой и твердой земной атмосферой и твердой земной корой (литосферой) и корой (литосферой) и представляющая собой представляющая собой совокупность вод океанов, морей и совокупность вод океанов, морей и поверхностных вод суши.поверхностных вод суши.

• Гидросфера покрывает 70,8% Гидросфера покрывает 70,8% земной поверхностиземной поверхности

СТРОЕНИЕ МОЛЕКУЛЫ ВОДЫСТРОЕНИЕ МОЛЕКУЛЫ ВОДЫ

• Вода состоит из 11,11% водорода Вода состоит из 11,11% водорода и 88,89% кислорода (по весу). и 88,89% кислорода (по весу).

СТРОЕНИЕ МОЛЕКУЛЫ ВОДЫСТРОЕНИЕ МОЛЕКУЛЫ ВОДЫ

• Полярность Полярность способность способность молекул воды объединяться в молекул воды объединяться в агрегаты по несколько молекулагрегаты по несколько молекул

• НН22О – гидрольО – гидроль

• (Н(Н22О)О)2 2 – дигидроль– дигидроль

• (Н(Н22О)О)33 - тригидроль - тригидроль

Между формами молекул воды в Между формами молекул воды в зависимости от температуры установлено зависимости от температуры установлено следующее соотношение (в процентах):следующее соотношение (в процентах):

ФормаФорма

молекумолекулылы

ЛедЛед ВодаВода

00˚С˚С 44˚С˚С 3838˚С˚С 9898˚С˚С

НН22ОО 00 1919 2020 2929 3636

(Н(Н22О)О)22 4141 5858 5959 5050 5151

(Н(Н22О)О)33 5959 2323 2121 2121 1313

Аномальные свойства водыАномальные свойства воды

• Если сравнить Если сравнить температуру кипения и температуру кипения и замерзаниязамерзания гидридов, образованных гидридов, образованных элементами шестой группы таблицы элементами шестой группы таблицы Менделеева (селена HМенделеева (селена H22Se, теллура НSe, теллура Н22Те), Те), и воды (Ни воды (Н22О), то по аналогии с ними О), то по аналогии с ними температура кипения воды должна быть температура кипения воды должна быть порядка порядка (-(-60°С60°С)), а температура , а температура замерзания — нижезамерзания — ниже (- (-100°С100°С))

• НоНо при нормальном давлении в 1 атм при нормальном давлении в 1 атм вода вода кипит при +100° С, а замерзает кипит при +100° С, а замерзает при 0° С.при 0° С.

Аномальные свойства воды.Аномальные свойства воды. ПлотностьПлотность• Плотность воды зависит отПлотность воды зависит от

– ее температурыее температуры– минерализацииминерализации– давлениядавления– количества взвешенных частиц и растворенных количества взвешенных частиц и растворенных

газовгазов

• С С Т-ры плотность Т-ры плотность ((ρρ ) ) всех жидкостей, как всех жидкостей, как правило,правило,

• ρρ водыводы – при Т при Т >> 4°С с 4°С с Т-ры Т-ры – При 0°СПри 0°С < < Т Т << 4° С с 4° С с Т-ры Т-ры

• При 4° С, наблюдается наибольшая При 4° С, наблюдается наибольшая плотность плотность

Плотность водыПлотность воды

• При переходе воды из жидкого При переходе воды из жидкого состояния в твердое (лед) плотность состояния в твердое (лед) плотность

резко, скачкообразно резко, скачкообразно приблизительно на 9% (приблизительно на 9% (ρρ дистиллированной воды при 0°С равна дистиллированной воды при 0°С равна 999,87 кг999,87 кг//мм33, а , а ρρ льда, льда, образовавшегося из той же воды при образовавшегося из той же воды при 0°С, равна 916,70 кг0°С, равна 916,70 кг//мм33..

• С С Т Т -- ρρ чистого льда несколько чистого льда несколько и и при -20° С достигает 920,00 кгпри -20° С достигает 920,00 кг//мм33..

водводаа

леледд

ПЕРЕХОД ВОДЫ ИЗ ОДНОГО ПЕРЕХОД ВОДЫ ИЗ ОДНОГО АГРЕГАТНОГО СОСТОЯНИЯ В АГРЕГАТНОГО СОСТОЯНИЯ В ДРУГОЕДРУГОЕ• Только вода в нормальных земных Только вода в нормальных земных условияхусловиях может находиться в трех может находиться в трех агрегатных состояниях — твердом, жидком и агрегатных состояниях — твердом, жидком и газообразном. Это обеспечивает газообразном. Это обеспечивает вездесущность воды, она пронизывает всю вездесущность воды, она пронизывает всю географическую оболочку Земли и географическую оболочку Земли и производит в ней разнообразную работу.производит в ней разнообразную работу.

• Переход воды из одного состояния в другое Переход воды из одного состояния в другое сопровождается затратами (испарение, сопровождается затратами (испарение, таяние) или выделением (конденсация, таяние) или выделением (конденсация, замерзание) соответствующего количества замерзание) соответствующего количества тепла. На таяние 1 г льда необходимо тепла. На таяние 1 г льда необходимо затратить 677 кал, на испарение 1 г воды — затратить 677 кал, на испарение 1 г воды — на 80 кал меньше. на 80 кал меньше. Высокая скрытая Высокая скрытая теплота плавлениятеплота плавления льдальда обеспечивает обеспечивает медленное таяние снега и льда.медленное таяние снега и льда.

Схема изменения агрегатного Схема изменения агрегатного состояния водысостояния воды

ПЕРЕХОД ВОДЫ ИЗ ОДНОГО ПЕРЕХОД ВОДЫ ИЗ ОДНОГО АГРЕГАТНОГО СОСТОЯНИЯ В АГРЕГАТНОГО СОСТОЯНИЯ В ДРУГОЕДРУГОЕ• Линия Линия АВАВ - граница - граница

равновесия между равновесия между парообразной и парообразной и твердой водойтвердой водой

• линия линия ВС - ВС - между между парообразной и парообразной и жидкой водойжидкой водой

• При Т = 0,0075°С и При Т = 0,0075°С и давлении давлении Р Р == 6,1 гПа в 6,1 гПа в устойчивом устойчивом равновесии могут равновесии могут одновременно одновременно существовать лед, пар существовать лед, пар и жидкая вода (точка и жидкая вода (точка ВВ на графике). на графике).

Аномальные свойства водыАномальные свойства воды

• Громадное значение в жизни природы Громадное значение в жизни природы имеет и тот факт, что вода обладает имеет и тот факт, что вода обладает аномально высокой теплоемкостьюаномально высокой теплоемкостью, , в 3000 раз большей, чем воздухв 3000 раз большей, чем воздух

• Т.е. при охлаждении 1 мТ.е. при охлаждении 1 м33 воды на 1°С воды на 1°С на столько же нагревается 3000 мна столько же нагревается 3000 м33 воздуха. Поэтому, аккумулируя тепло, воздуха. Поэтому, аккумулируя тепло, океан оказывает смягчающее влияние океан оказывает смягчающее влияние на климат прибрежных территорийна климат прибрежных территорий

Аномальные свойства водыАномальные свойства воды

• Вода — универсальный Вода — универсальный растворительрастворитель, поэтому в природе не , поэтому в природе не бывает химически чистой водыбывает химически чистой воды

• Эта способность воды обеспечивает Эта способность воды обеспечивает перенос веществ в географической перенос веществ в географической оболочке, лежит в основе обмена оболочке, лежит в основе обмена веществами между организмами и веществами между организмами и средой, в основе питания. средой, в основе питания.

Аномальные свойства водыАномальные свойства воды

• Из всех жидкостей (кроме ртути) Из всех жидкостей (кроме ртути) у у воды самое высокое воды самое высокое поверхностное натяжение и поверхностное натяжение и поверхностное давлениеповерхностное давление

• В силу этого В силу этого – капля воды стремится принять форму капля воды стремится принять форму

шарашара– при соприкосновении с твердыми телами при соприкосновении с твердыми телами

смачивает поверхность большинства из смачивает поверхность большинства из них,именно поэтому она может них,именно поэтому она может подниматься вверх по капиллярам подниматься вверх по капиллярам горных пород и растений, обеспечивая горных пород и растений, обеспечивая почвообразование и питание растений. почвообразование и питание растений.

Схема увлажнения капилляров водой без Схема увлажнения капилляров водой без отрыва от грунтовых вод (слева) и с отрыва от грунтовых вод (слева) и с отрывом от грунтовых вод (справа)отрывом от грунтовых вод (справа)  

Аномальные свойства водыАномальные свойства воды

• Вода обладает Вода обладает высокой высокой термической устойчивостьютермической устойчивостью. . Водяной пар начинает разлагаться Водяной пар начинает разлагаться на водород и кислород только при на водород и кислород только при температуре выше 1000° С.температуре выше 1000° С.

Аномальные свойства водыАномальные свойства воды

• Химически чистая вода является Химически чистая вода является очень очень плохим проводником плохим проводником электричестваэлектричества

• Вследствие малой сжимаемости Вследствие малой сжимаемости в в воде хорошо распространяются воде хорошо распространяются звуковые и ультразвуковые звуковые и ультразвуковые волны.волны.

Аномальные свойства водыАномальные свойства воды

• Свойства воды сильно изменяются Свойства воды сильно изменяются под влиянием давления и под влиянием давления и температурытемпературы– при росте давления температура кипения при росте давления температура кипения

воды повышается, а температура воды повышается, а температура замерзания, наоборот, понижаетсязамерзания, наоборот, понижается

– с повышением температуры с повышением температуры уменьшаются поверхностное натяжение, уменьшаются поверхностное натяжение, плотность и вязкость воды и возрастают плотность и вязкость воды и возрастают электропроводность и скорость звука в электропроводность и скорость звука в воде.воде.

КРУГОВОРОТ ВОДЫ В КРУГОВОРОТ ВОДЫ В ПРИРОДЕПРИРОДЕ

Испарение

Конденсация пара

Осадки –

дождь

Осадки –снегВетер

Круговорот воды в природе

Подземные воды

Грунтовые воды

Ледники

Родник

Реки

Океан

Суша

Значение круговорота Значение круговорота воды в природеводы в природе

Перенос воды из водоёмов на Перенос воды из водоёмов на сушусушу

Самоочищение водыСамоочищение воды

Перенос тепла и минеральных Перенос тепла и минеральных солей из океана на сушусолей из океана на сушу

Связь оболочек ЗемлиСвязь оболочек Земли

ВОДНЫЙ БАЛАНС ЗЕМЛИВОДНЫЙ БАЛАНС ЗЕМЛИ

• Для периферийной части сушиДля периферийной части суши

EEpp= P= Ppp- R- Rpp

• Для областей, лишенных выхода к Для областей, лишенных выхода к морю (бессточных)морю (бессточных)

EEaa= P= Paa

• Для Мирового океанаДля Мирового океана

EEmm= P= Pmm++ R Rpp

• Для всего земного шараДля всего земного шара

EE = E= Epp+ E+ Eaa+ E+ Emm= P= P

ВОДНЫЙ БАЛАНС ЗЕМЛИВОДНЫЙ БАЛАНС ЗЕМЛИ

• EEpp – – испарение с периферийной части испарение с периферийной части сушисуши

• PPp p – – атмосферные осадки на атмосферные осадки на периферийную часть сушипериферийную часть суши

• RRpp- речной сток с периферийной части суши

• Ea и Pa-испарение и осадки в областях, лишенных стока в океан

• Em и Pm-испарение и осадки Мирового океана

• E и P - испарение и осадки на всем земном шаре