Автор – доцент кафедры Экологии и природопользования Владивостокского государственного университета экономики и сервиса, кандидат географических наук, Тарасова Е.В.

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

ГИДРОСФЕРА Гидросфера – водная оболочка Земли, располагающаяся между атмосферой и твердой земной корой (литосферой) и представляющая собой совокупность вод океанов, морей и поверхностных вод суши. Гидросфера – водная оболочка Земли, располагающаяся между атмосферой и твердой земной корой (литосферой) и представляющая собой совокупность вод океанов, морей и поверхностных вод суши. Гидросфера покрывает 70,8% земной поверхности Гидросфера покрывает 70,8% земной поверхности

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

СТРОЕНИЕ МОЛЕКУЛЫ ВОДЫ Полярность способность молекул воды объединяться в агрегаты по несколько молекул Полярность способность молекул воды объединяться в агрегаты по несколько молекул Н 2 О – гидроль Н 2 О – гидроль (Н 2 О) 2 – дигидроль (Н 2 О) 2 – дигидроль (Н 2 О) 3 - тригидроль (Н 2 О) 3 - тригидроль

Между формами молекул воды в зависимости от температуры установлено следующее соотношение (в процентах): Форма молекулы Лед Вода 0˚С 4˚С 38˚С 98˚С Н2ОН2ОН2ОН2О (Н 2 О) (Н 2 О)

Аномальные свойства воды Если сравнить температуру кипения и замерзания гидридов, образованных элементами шестой группы таблицы Менделеева (селена H 2 Se, теллура Н 2 Те), и воды (Н 2 О), то по аналогии с ними температура кипения воды должна быть порядка (-60°С), а температура замерзания ниже (-100°С) Если сравнить температуру кипения и замерзания гидридов, образованных элементами шестой группы таблицы Менделеева (селена H 2 Se, теллура Н 2 Те), и воды (Н 2 О), то по аналогии с ними температура кипения воды должна быть порядка (-60°С), а температура замерзания ниже (-100°С) Но при нормальном давлении в 1 атм вода кипит при +100° С, а замерзает при 0° С. Но при нормальном давлении в 1 атм вода кипит при +100° С, а замерзает при 0° С.

Аномальные свойства воды. Плотность Плотность воды зависит от Плотность воды зависит от –ее температуры –минерализации –давления –количества взвешенных частиц и растворенных газов С Т-ры плотность (ρ ) всех жидкостей, как правило, С Т-ры плотность (ρ ) всех жидкостей, как правило, ρ воды ρ воды –при Т > 4°С с Т-ры –при Т > 4°С с Т-ры –При 0°С < Т < 4° С с Т-ры –При 0°С < Т < 4° С с Т-ры При 4° С, наблюдается наибольшая плотность При 4° С, наблюдается наибольшая плотность

Плотность воды При переходе воды из жидкого состояния в твердое (лед) плотность резко, скачкообразно приблизительно на 9% (ρ дистиллированной воды при 0°С равна 999,87 кг/м 3, а ρ льда, образовавшегося из той же воды при 0°С, равна 916,70 кг/м 3. При переходе воды из жидкого состояния в твердое (лед) плотность резко, скачкообразно приблизительно на 9% (ρ дистиллированной воды при 0°С равна 999,87 кг/м 3, а ρ льда, образовавшегося из той же воды при 0°С, равна 916,70 кг/м 3. С Т - ρ чистого льда несколько и при - 20° С достигает 920,00 кг/м 3. С Т - ρ чистого льда несколько и при - 20° С достигает 920,00 кг/м 3.

вод а лед

ПЕРЕХОД ВОДЫ ИЗ ОДНОГО АГРЕГАТНОГО СОСТОЯНИЯ В ДРУГОЕ Только вода в нормальных земных условиях может находиться в трех агрегатных состояниях твердом, жидком и газообразном. Это обеспечивает вездесущность воды, она пронизывает всю географическую оболочку Земли и производит в ней разнообразную работу. Только вода в нормальных земных условиях может находиться в трех агрегатных состояниях твердом, жидком и газообразном. Это обеспечивает вездесущность воды, она пронизывает всю географическую оболочку Земли и производит в ней разнообразную работу. Переход воды из одного состояния в другое сопровождается затратами (испарение, таяние) или выделением (конденсация, замерзание) соответствующего количества тепла. На таяние 1 г льда необходимо затратить 677 кал, на испарение 1 г воды на 80 кал меньше. Высокая скрытая теплота плавления льда обеспечивает медленное таяние снега и льда. Переход воды из одного состояния в другое сопровождается затратами (испарение, таяние) или выделением (конденсация, замерзание) соответствующего количества тепла. На таяние 1 г льда необходимо затратить 677 кал, на испарение 1 г воды на 80 кал меньше. Высокая скрытая теплота плавления льда обеспечивает медленное таяние снега и льда.

Схема изменения агрегатного состояния воды Схема изменения агрегатного состояния воды

ПЕРЕХОД ВОДЫ ИЗ ОДНОГО АГРЕГАТНОГО СОСТОЯНИЯ В ДРУГОЕ Линия АВ - граница равновесия между парообразной и твердой водой Линия АВ - граница равновесия между парообразной и твердой водой линия ВС - между парообразной и жидкой водой линия ВС - между парообразной и жидкой водой При Т = 0,0075°С и давлении Р = 6,1 г Па в устойчивом равновесии могут одновременно существовать лед, пар и жидкая вода (точка В на графике). При Т = 0,0075°С и давлении Р = 6,1 г Па в устойчивом равновесии могут одновременно существовать лед, пар и жидкая вода (точка В на графике).

Аномальные свойства воды Громадное значение в жизни природы имеет и тот факт, что вода обладает аномально высокой теплоемкостью, в 3000 раз большей, чем воздух Громадное значение в жизни природы имеет и тот факт, что вода обладает аномально высокой теплоемкостью, в 3000 раз большей, чем воздух Т.е. при охлаждении 1 м 3 воды на 1°С на столько же нагревается 3000 м 3 воздуха. Поэтому, аккумулируя тепло, океан оказывает смягчающее влияние на климат прибрежных территорий Т.е. при охлаждении 1 м 3 воды на 1°С на столько же нагревается 3000 м 3 воздуха. Поэтому, аккумулируя тепло, океан оказывает смягчающее влияние на климат прибрежных территорий

Аномальные свойства воды Вода универсальный растворитель, поэтому в природе не бывает химически чистой воды Вода универсальный растворитель, поэтому в природе не бывает химически чистой воды Эта способность воды обеспечивает перенос веществ в географической оболочке, лежит в основе обмена веществами между организмами и средой, в основе питания. Эта способность воды обеспечивает перенос веществ в географической оболочке, лежит в основе обмена веществами между организмами и средой, в основе питания.

Аномальные свойства воды Из всех жидкостей (кроме ртути) у воды самое высокое поверхностное натяжение и поверхностное давление Из всех жидкостей (кроме ртути) у воды самое высокое поверхностное натяжение и поверхностное давление В силу этого В силу этого –капля воды стремится принять форму шара –при соприкосновении с твердыми телами смачивает поверхность большинства из них,именно поэтому она может подниматься вверх по капиллярам горных пород и растений, обеспечивая почвообразование и питание растений.

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

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

Аномальные свойства воды Химически чистая вода является очень плохим проводником электричества Химически чистая вода является очень плохим проводником электричества Вследствие малой сжимаемости в воде хорошо распространяются звуковые и ультразвуковые волны. Вследствие малой сжимаемости в воде хорошо распространяются звуковые и ультразвуковые волны.

Аномальные свойства воды Свойства воды сильно изменяются под влиянием давления и температуры Свойства воды сильно изменяются под влиянием давления и температуры –при росте давления температура кипения воды повышается, а температура замерзания, наоборот, понижается –с повышением температуры уменьшаются поверхностное натяжение, плотность и вязкость воды и возрастают электропроводность и скорость звука в воде.

КРУГОВОРОТ ВОДЫ В ПРИРОДЕ

Испарение Конденсация пара Осадки – дождь Осадки – снег Ветер Круговорот воды в природе Подземные воды Грунтовые воды Ледники Родник Реки Океан Суша

Значение круговорота воды в природе Перенос воды из водоёмов на сушу Самоочищение воды Перенос тепла и минеральных солей из океана на сушу Связь оболочек Земли

ВОДНЫЙ БАЛАНС ЗЕМЛИ Для периферийной части суши Для периферийной части суши E p = P p - R p Для областей, лишенных выхода к морю (бессточных) Для областей, лишенных выхода к морю (бессточных) E a = P a Для Мирового океана Для Мирового океана E m = P m + R p Для всего земного шара Для всего земного шара E = E p + E a + E m = P

ВОДНЫЙ БАЛАНС ЗЕМЛИ E p – испарение с периферийной части суши E p – испарение с периферийной части суши P p – атмосферные осадки на периферийную часть суши P p – атмосферные осадки на периферийную часть суши R p R p - речной сток с периферийной части суши E a и P a -испарение и осадки в областях, лишенных стока в океан E m и P m -испарение и осадки Мирового океана E и P - испарение и осадки на всем земном шаре