Физико-химические процессы в гидросфере

Что предстоит?
В семестре
8 лекций.
8 семинаров.
2 контрольные работы - по 10 баллов каждая.
Итоговая контрольная работа по материалам двух семестров - до 15 баллов
Самостоятельные работы, контрольные по лекциям и фильмам - общая оценка до 15 баллов.
Доклад - до 10 баллов.
Экзамен
Вопросы по материалам двух семестров -
оценка до 40 баллов.

Гидросфера - водная оболочка Земли, представляющая совокупность всех водных объектов планеты:
океанов, морей, рек, озер, болот, ледников, снежного покрова, подземных вод.
В состав гидросферы также входит вода в атмосфере, почвенная влага и вода живых организмов.
В гидросфере представлены основные фазовые состояния воды - жидкое, твердое и газообразное.

Границы гидросферы
Воды Мирового океана охватывают территорию
в 71% Земли.
Средняя глубина океана составляет 3800 метров, а максимальная – 11022 метра.
На суше расположены так называемые континентальные воды (поверхностные и подземные), которые обеспечивают всю жизнедеятельность биосферы, водоснабжение, обводнение и орошение.
Гидросфера имеет нижнюю и верхнюю границу в литосфере. Она проходит по так называемой поверхности Мохоровичича.
Верхняя граница располагается в верхних слоях атмосферы.

Вода - единственное химическое вещество, которое находится в природе в 3-х агрегатных состояниях.
Свойства воды, играющие важную роль в поддержании жизни на Земле:
Аномальный вид температурной зависимости плотности.
При 40С плотность воды - 1 г/см3.
Плотность льда - 0,92 г/см3, т.е. лед плавает на поверхности.
Способствует сохранению жизни в водоемах зимой (теплопроводность льда очень маленькая)
Вызывает эрозию. Вода проникает в микроскопические трещины, замерзает и увеличивает трещины

Высокая теплоемкость воды (выше, чем у всех твердых и жидких веществ- за исключением аммиака и водорода) - океаны сглаживают колебания и перепад температуры воды от экватора до полюсов (разница до 30 градусов).
Свойства воды, играющие важную роль в поддержании жизни на Земле:

Высокая теплота плавления воды, т.е. льда. Весна и осень на Земле - фазовый переход воды.
Сравнительно легко нагреваясь или охлаждаясь, вода, снег, лед для перехода в другое фазовое состояние требует значительных расходов энергии. Поэтому переходы растянуты во времени.
Свойства воды, играющие важную роль в поддержании жизни на Земле:

Высокая теплота испарения
Наибольшее значение теплоты испарения приводит к тому, что большая часть солнечной энергии, достигающей Земли, расходуется на испарение воды, препятствуя перегреву ее поверхности.
При конденсации паров воды в атмосфере происходит выделение этой энергии, которая может переходить в кинетическую энергию воздушных масс, вызывая ураганные ветры.
Свойства воды, играющие важную роль в поддержании жизни на Земле:

Высокая теплота испарения
Наибольшее значение теплоты испарения приводит к тому, что большая часть солнечной энергии, достигающей Земли, расходуется на испарение воды, препятствуя перегреву ее поверхности.
При конденсации паров воды в атмосфере происходит выделение этой энергии, которая может переходить в кинетическую энергию воздушных масс, вызывая ураганные ветры.

Свойства воды, играющие важную роль в поддержании жизни на Земле:
Поверхностное натяжение
Максимальное, за исключением ртути, поверхностное натяжение воды приводит к появлению ряби и волн на водной поверхности уже при слабом ветре.
В результате этого резко возрастает площадь водной поверхности, и интенсифицируются процессы теплопередачи между атмосферой и гидросферой

Диэлектрическая постоянная
Диэлектрическая постоянная имеет аномально высокое значение.
Это определяет самую большую растворяющую способность воды по отношению к веществам с полярной и ионной структурой.
Поэтому в природе нет химически чистой воды, мы всегда имеет дело с ее растворами
Свойства воды, играющие важную роль в поддержании жизни на Земле:

Соленость, или общая минерализация
Общая минерализация представляет собой суммарный количественный показатель содержания растворенных в воде веществ. , которые находятся именно в виде солей.
К числу наиболее распространенных относятся неорганические соли
бикарбонаты
хлориды
сульфаты кальция, магния, калия и натрия
небольшое количество органических веществ, растворимых в воде

Классификация природных вод по величине их минерализации

Классификация О.А. Алёкина

группа – температура;
тип – окислительно-восстановительные условия;
класс – щелочно-кислотные условия;
семейство – общая минерализация;
род – растворенное органическое вещество;
вид – ведущие катионы и анионы (кроме Н+ и ОН- ).
Классификация А.И. Перельмана

Мировые запасы воды

Глобальный кругооборот воды в природе
Qиспарения = Qосадки
Qиспарения = Qиспарения океан + Qиспарения суша
520 тыс. км3 = 449 тыс. км3 + 71 тыс. км3
Qосадки = Qосадки океан + Qосадки суша
520 тыс. км3 = 404 тыс. км3 + 116 тыс. км3
_____________________________________________
Океан Суша
- 45 тыс. куб. км +45 тыс. куб. км

Примерный расход воды в мире
(тыс. км3)
Сельское хозяйство 7
Промышленность 1,7
Разбавление
сточных вод 9
В быту 0,6
Прочие 0,4
Подземный сток 13
Итого 31,7
Остаток 13,3

Резолюция Генеральной ассамблеи ООН
Преобразование нашего мира: Повестка дня в области
устойчивого развития на период до 2030 года
Цель 6 устойчивого развития - Обеспечение наличия и рационального использования водных
ресурсов и санитарии для всех

Средний состав природных вод

В океанической воде обнаружены практически все элементы, но содержание их весьма различно. На первые восемь элементов - кислород (85,7%), водород (10,8%), хлор (1,93%), натрий (1,03%), магний (0,13%), сера (0,09%), кальций (0,04%), калий (0,039%) - приходится 99,78% массы воды Мирового океана. Все остальные элементы в сумме составляют менее 0,3% от массы гидросферы.

Легко заметить, что для всех рассмотренных нами природных вод более 90% растворенных солей представлено одними и теми же анионами и катионами. Поэтому катионы
Na+ , Ca2+, Mg2+ и K+
называют главными катионами, а анионы
HCO3- , SO42- и Cl- -
главными анионами природных вод.

ЗАКОН ДИТМАРА
В воде открытого океана независимо от абсолютной концентрации количественные соотношения между главными компонентами основного солевого состава всегда постоянны. В воде открытого океана независимо от абсолютной концентрации количественные соотношения между главными компонентами основного солевого состава всегда постоянны.