1.2. Природні води і водні ресурси.

Загальне уявлення про структуру гідросфери.

Вода - найпоширеніша у природі речовина. Вона посідає особливе місце серед усіх сполук як абсолютно необхідна для підтримування життєдіяльності живих організмів. З неї складається гідросфера. У зв'язаному стані вода міститься в мінералах, гірських породах, грунті; живі організми на 50—90 % складаються з води.

Загальна площа поверхні Землі досягає ~ 510 млн. Км2, площа морів і оке­анів становить 361,2 млн км2 (70,8 %). Льодовики вкривають ще 16,3 млн. Км2 (близько 12 %). Меншу площу займають річки й озера — 2,3 млн. Км2 (1,7 %), З млн. Км2 — болота і перезволожені грунти (табл. 1.2).

Таблиця 1.2. Площа гідросфери та її складових на поверхні Землі,

Світовий океан	Льодовики	Річки й озера	Болота, перезволожені грунти	Гідросфера (без снігового покриву)	Періодичний сніговий покрив
361,2	16,3	2,3	3,0	382,8	60,2

Маса води у Світовому океані оцінюється в 1338 • 1015 т. Сумарна маса гідросфери загалом дорівнює близько (1464...1512) • 1015 т, тобто маса Світового океану становить 88,5—91,4 % маси гідросфери. Маса гідросфери здається величезною (півтора мільярди кубічних кілометрів), але це становить усього 0,00033 маси Землі. Якщо воду гідросфери рівномірно розподілити по поверхні планети, то вона вкриє її шаром завтовшки 3 км. Якщо ж нашу планету уявити подібною голівці малюка, то вся гідросфера буде двома сльозинками на його віях. Тільки "сльозинки" будуть значно солонішими, оскільки лише незначна частина гідросфери (менш ніж 4 %) представлена прісною водою. До того ж основна маса прісної води (до 77 %) скована в сніжно-льодовиковому покриві.

Значна частина підземних вод, деякі озера, а зрідка й річки та струмки є солоними або солонуватими.

Найменше відомостей є про підземні води, особливо про ті, що глибоко залягають, тому оцінки маси цих вод дуже різняться. Бурінням глибоких свердловин (10—12 км) доведено, що в надрах Землі вода може існувати в рід­кому стані значно глибше 5 км від поверхні, а в окремих випадках і глибше 10 км.

З глибиною температура земної кори зростає, і там все більше води перебуває в пароподібному стані. На значній глибині за високої температури уся вода переходить у пароводяну суміш. У надкритичних умовах за температури 374°С для прісної води і 425 °С і вище для солоних насичених розчинів та тиску 21,8 мпа вода утворює своєрідну "водяну плазму" - зникає відмінність між парою і водою, оскільки молекули води набувають швидкості газових, а її густина наближається до густини рідкої води.

Підземні води.

Підземна вода може перебувати у вільному, пароподібному і фізично зв'язаному стані. До фізично зв'язаної води звичайно відносять міцнозв'язану (гігроскопічну) воду, яка у вигляді молекул сконцентрована на поверхні часточок породи й утримується молекулярними силами. Чим менший розмір часточок породи, тим більше гігроскопічної води міститься в ній. На великих глибинах, де тиск досягає сотень мегапаскалів, така вода витискується з породи і переходить у вільний стан. До фізично зв'язаної води належить також капілярна вода, яка під дією капілярних сил переміщується по тонких порах і шпарах.

Вільна підземна вода — це гравітаційна вода, яка вільно переміщується під дією сили гравітації по проміжках між часточками породи в бік нахилу водної поверхні чи меншого гідростатичного тиску.

У товщі земної кори за інтенсивністю обміну з іншими складовими гід­росфери виділяють кілька зон. До глибини 0,3—0,5 км розміщується зона активного водообміну. Вода в цій зоні тісно зв'язана з наземними водоймами — річками, озерами, болотами — і звичайно є прісною: мінералізація до 1 г/л з переважанням гідрогенкарбонат-іонів нсоз-. У зоні утрудненого водообміну (до 1,5—2 км) вода солона або солонувата (мінералізація 1—3,5 г/л з пере­важанням сульфат-іонів). У глибоких шарах, тобто в зоні пасивного во­дообміну, де середні темпи поновлення ресурсів підземних вод обчислюються мільйонами років, переважають води з мінералізацією понад 3,5 г/л (за скла­дом вони хлоридні, подібні до морської води). У світових запасах прісної води частка підземних і ґрунтових вод становить ~ 22,4 %.

У підземних водах може бути розчинена велика кількість газів (кисню, азо­ту, оксиду карбону (IV), метану, сірководню і навіть водню) —до 1000—1500 см/л. Загальна маса газів, розчинених у підземних водах, перевищує масу газів, розчинених у Світовому океані (середній вміст 20 см/л), і наближається до маси всієї атмосфери Землі.

Води сніжно – льодових покривів Землі.

Перше місце за запасами води після Світового океану належить водам, акумульованим у постійних сніжно-льодовикових покривах, переважно Антарк­тиди, Гренландії й Арктики, де об'єм криги оцінюється вражаючою цифрою -24 млн км3. Вода (у твердому стані) в льодовиках перебуває в ультрапрісному стані. Солонуваті, а тим більше солоні, льодовики невідомі (максимальна міне­ралізація льодовикової криги - 3 мг/л). Тож недаремно, говорячи про водний баланс майбутнього, людство з надією дивиться на цю величезну комору, де зосереджено до 77 % прісної води Землі. Існують навіть проекти буксирування айсбергів з льодовиків Антарктиди до західного узбережжя Австралії, пус­тельних районів Південної Америки тощо для забезпечення цих районів прісною водою, яка за вартістю не перевищуватиме (за попередніми розрахунками) вартості підземних або опріснених вод.

"Малі" складові гідросфери.

Порівняно зі Світовим океаном, сніжно-льодовиковими утворами і під­земними водами всі інші складові гідросфери є мізерно малими (їх називають "малими" складовими гідросфери). Однак ці "малі" складові, безперечно, життє­во важливі для людства.

Найбільшою за масою "малою" складовою гідросфери є озера і ставки (~ 0,28 • 1015 т води), яких на Землі налічується багато мільйонів. Деякі з озер мають дуже великі розміри і глибини: озеро Верхнє в Північній Америці (82,1 тис.км2), озеро Вікторія в Африці (69 тис.км2), озеро Байкал у Росії (завглибшки 1620 м) і Танганьїка в Африці (завглибшки 1435 м).

Озера дуже різняться як за набором, так і за концентрацією розчинених речовин. За останньою характеристикою вони ближчі до підземних вод, ніж до океанічних. У посушливих і пустельних зонах Землі переважають солонуваті і солоні озера. Одне з найсолоніших озер — Вікторія, вода в якому в 11 разів солоніша за океанічну. Є й дивні озера, наприклад озеро Балхаш (Казахстан), західна частина якого має прісну воду, а східна — солонувату. Безстічні озера найчастіше є солоними внаслідок випаровування води з їхніх поверхонь і нагромадження солей, які приносяться річками або підтоплювальними підземними водами. Солоними є й озера, які залягають на розчинних солоних породах.

Болота є "малою" складовою гідросфери, проміжною між озерами і під­земними водами. Найбільша їх кількість розміщується в помірних і високих широтах, де вони є пастками рослинного органічного вуглецю і в яких останній нагромаджується, частково розкладається і зберігається у вигляді торфу. До боліт належать і перезволожені ґрунти, більш поширені в тропічних районах, де торф не нагромаджується, оскільки органічні речовини здебільшого розкла­даються. Загальна площа боліт і перезволожених ґрунтів становить ~ 3 млн. Км2. Нерідко болота в прибережних морських районах є солоними і солонуватими.

Ґрунтові води як "мала" складова гідросфери за інтенсивністю обміну з поверхневими водами та атмосферою подібна до поверхневих вод, за дією капілярних сил — до підземних вод, а за вмістом розчинених речовин, газів, органічних сполук і організмів — це особливе середовище. Завдяки цій воді в тонкому шарі ґрунту відбуваються інтенсивні біогеохімічні процеси, які забезпечують родючість ґрунту. Масу прісної озерної і болотної води разом оцінюють в 0,35 % загальної маси прісної води Землі, маса води річок і струмків становить ~ 0,01 % загальної маси прісної води, але їхню роль у життєдіяльності людства важко переоцінити. Річки і струмки, на відміну від інших "малих" складових гідробіосфери, - це швидкі конвеєри води, яка відтворюється в них набагато швидше, ніж у будь-якій іншій складовій біосфери. Тому, маючи відносно невеликий запас води, річки впродовж року доставляють масу води (~ 4,5 • 1013 т) у 37—38 разів більшу, ніж її миттєва маса (~ 1,2 • 10 15т).

Узагальнення.

Вода – унікальніша речовина, що складається з атомів Оксигену та Гідрогену. В залежності від того, які ізотопи складають її молекулу, воду можна поділити на "звичайну" та важку, властивості яких дещо відрізняються.

Фізичні властивості води обумовлені властивостями атомів – складових молекули, особливостями їх взаємодії. Існують декілька гіпотез, що пояснюють аномальність її фізичних властивостей.

Хімічні властивості також обумовлені електронною структурою Оксигену та Гідрогену. Вода – надзвичайно реактивно здатна речовина.

Вода утворює окрему геооболонку – гідросферу, в межах якої можна виділити окремі складові (солоні води та прісна вода).

Література для самоосвіти: 3, 4, 7.