Материал: Л12 Экология гидросферы

ГИДРОСФЕРА

Гидросфера - водная оболочка Земли, представляющая собой совокупность океанов, морей, озер, рек, прудов, болот, подземных ввод. Общая площадь океанов и морей в 2,5 раза больше площади суши. На 75% площади преобладают глубины от 3 до 6 тыс. м.

Классификация природных вод и характеристика их примесей. Таблица 5. Распределение водных масс в гидросфере

Растворенные вещества определяют соленость - массу растворенного вещества, в граммах, в 1000 г морской воды.

Различают соленые воды Мирового океана и внутренних морей; пресные воды суши, сосредоточенные в горных льдах, реках, озерах, болотах. Соленые воды Мирового океана и внутренних морей содержат 3,5% солей. Пресные воды суши (горные льды, реки, озера, болота) содержат менее 0,1% солей.

Соленость воды определяется катионами: Na+, Mg2+, Ca2+ и анионами Cl-, SO42-, HCO3-. Соотношения концентрации ионов достаточно постоянны.

В морской воде:

Na+> Mg2+> Ca2+, Cl- > SO42- > HCO3-

1

В материковых водах:

Ca2+ > Na+ > Mg2+, HCO3- > SO42- > Cl-

Пресные воды, содержащие значительное количество солей, называются жесткими. Различают:

1.Временная (карбонатная) жесткость, которую можно удалить при кипячении, т.к. она обусловлена присутствием Ca(HCO3)2 и

Mg(HCO3)2:

Ca(HCO3)2®CaCO3 + CO2 + H2 O

Образуется, в основном, при прохождении воды, насыщенной CO2, через известковые породы:

CaCO3 + CO2 + H2 O® Ca(HCO3)2

CO2 + H2 O « H2CO3

H2CO3 « Н+ + НCO3-

2.Постоянная (некарбонатная) жесткость обусловлена присутствием солей металлов: SO42-,Cl-, NO3-, и др., которые не удаляются при

кипячении.

Если суммарная концентрация ионов Mg2+ и Ca2+ меньше 4 ммоль/л, то вода мягкая; 4÷8 ммоль/л вода - средней жесткости; 8÷12 ммоль/л вода - жесткая

иболее 12 ммоль/л вода - очень жесткая. Наиболее мягкая вода - из атмосферных осадков (дожди, снег), содержит менее 0,1 ммоль/л ионов Mg2+

иCa2+.

р.Амур Москва-река Урал Океан Жесткость, ммоль/л 1,45 4,5 8,2 130

Еще одна характеристика природных вод - общая минерализация воды, определяется суммарной концентрацией (г/л) всех молекул, ионов, различных соединений, содержащихся в воде. Хорошая питьевая вода содержит менее 0,5 г/л растворенных веществ; пресная вода содержит 0÷1 г/л; минеральная вода - 1÷30 г/л, а соленая вода более 30 г/л.

2

Газообмен между атмосферой и гидросферой

Все газы, содержащиеся в атмосфере, частично присутствуют в растворенном состоянии в гидросфере. Между атмосферой и поверхностными слоями воды через поверхностную пленку осуществляется газообмен, причем благодаря диффузии и перемешиванию, газы равномерно распределяются в объеме воды.

Таблица 6. Диапазон значений рН для различных видов природных вод

При нормальных условиях поверхностный слой воды насыщен газом в соответствии с его содержании в атмосфере и давлением, и в большинстве случаев вода содержит максимально допустимое количество газа.

Эта величина определяется законом Генри, который связывает между собой массу газа в единице объема растворителя с парциальным давлением газа, находящимся в равновесии с растворителем:

m=kP,

где k - коэффициент Генри; P- парциальное давление газа; m - масса газа в единице объема растворителя.

Общее содержание кислорода в гидросфере меняется в пределах 6÷12

ppm. Растворимость кислорода понижается с увеличением температуры и

3

солености воды, поэтому холодные пресные воды содержат больше растворенного кислорода, чем теплые соленые.

Карбонатное равновесие

Система "CO2-CO3-2" является одной из наиболее сложных и важных для гидросферы. Она участвует в обмене "воздух-поверхностные слои воды", влияет на химию водной системы, биологическую структуру организмов и отложение осадков, содержащих углерод. От этой системы зависит величина рН среды, что непосредственно влияет на некоторые химические равновесия в данной локальной системе, особенно в отношении ионов тяжелых металлов. Величина рН непосредственно влияет на биологический цикл организмов, в котором углерод используется в процессах развития, гибели и разложения.

Распределение CO2 неравномерно и частично зависит от биологической активности в данном районе. Подобно кислороду, содержание CO2 в поверхностных слоях воды является функцией его содержания в атмосфере, т.е. парциального давления. Однако схемы распределения CO2 и O2 сильно отличаются друг от друга. Так, поверхностные воды Индийского океана вблизи экватора перенасыщены CO2. Это указывает на аномалию равновесной растворимости CO2, т.е. содержание растворимого CO2 в водах Индийского океана повышается при увеличении температуры.

Распределение же общего углерода в зависимости от глубины более единообразно: наблюдается единая тенденция к повышению содержания углерода по мере увеличения глубины вследствие оседания продуктов распада погибших организмов из биологически более богатого поверхностного слоя воды.

Усваиваемый углерод является существенной частью питательных веществ и имеет первостепенное значение во всей экологической структуре гидросферы. CO2 играет основную роль в фотосинтезе.

4

0,5