Гідросфера - це переривчаста водна оболонка Землі, сукупність морів, океанів, континентальних вод (включаючи підземні) і крижаних покривів. Моря і океани займають близько 71% земної поверхні, в них зосереджено близько 96,5% всього обсягу гідросфери. Сумарна площа всіх внутрішніх водойм суші становить менше 3% її площі. На частку льодовиків доводиться 1,6% запасів води в гідросфери, а їх площа становить близько 10% площі континентів.
Найважливіша властивість гідросфери - єдність всіх видів природних вод (Світового океану, вод суші, водяної пари в атмосфері, підземних вод), яке здійснюється в процесі кругообігу води в природі. Рушійними силами цього глобального процесу служать що надходить на поверхню Землі теплова енергія Сонця і сила тяжіння, які забезпечують пересування і відновлення природних вод усіх видів.
Випаровування з поверхні Світового океану і з поверхні суші є початковою ланкою кругообігу води в природі, що забезпечує не тільки відновлення найціннішого його компоненти - прісних води суші, але і їх високу якість. Показником активності водообміну природних вод служить висока швидкість їх відновлення, хоча різні природні води поновлюються (заміщаються) з однаковою швидкістю. Найбільш мобільний агент гідросфери - річкові води, період відновлення яких становить 10-14 діб.
Переважна частина гідросферних вод зосереджена в Світовому океані. Світовий океан - основне замикаючу ланка круговороту води в природі. Він віддає більшу частину випаровується вологи в атмосферу. Водні організми, які населяють поверхневий шар Світового океану, забезпечують повернення в атмосферу значної частини вільного кисню планети.
Величезний обсяг Світового океану свідчить про невичерпності природних ресурсів планети. Крім того, Світовий океан є колектором річкових вод суші, щорічно приймаючи близько 39 тис. М 3 води. Намітилося в окремих районах забруднення Світового океану загрожує порушити природний процес влагоооборота в його найбільш відповідальному ланці - випаровуванні з поверхні океану.
Величезна роль води в житті людини і природи послужила причиною того, що вона була одним з перших сполук, які привернули увагу вчених. Проте, вивчення води ще далеко не закінчено.
Загальні властивості води
Вода в силу популярності її молекул сприяє розкладанню контактують з нею молекул солей на іони, але сама вода проявляє велику стійкість і в хімічно чистій воді міститься дуже мало іонів по H + і OH -.
Вода - інертний розчинник; хімічно не змінюється під дією більшості технічних з'єднань, що не розчиняє. Це дуже важливо для всіх живих організмів на нашій планеті, оскільки необхідні тканинам поживні речовини надходять у водних розчинах в порівняно мало зміненому вигляді. У природних умовах вода завжди містить ту чи іншу кількість домішок, взаємодіючи не тільки з твердими і рідкими речовинами, але розчиняючи також і гази.
Навіть з свіжовипадшої дощової води можна виділити кілька десятків міліграмів різних розчинених в ній речовин на кожен літр обсягу. Абсолютно чисту воду ніколи і нікому ще не вдавалося отримати ні в одному з її агрегатних станів; хімічно чисту воду, значною мірою позбавлену розчинених речовин, виробляють шляхом тривалої і копіткої очищення в лабораторіях або на спеціальних промислових установках.
Сольовий склад морської води в основному на 89% складається з хлоридів (переважно хлориду натрію, калію, кальцію), 10% припадає на сульфати (натрію, калію, магнію) і 1% - на карбонати (натрію, кальцію) та інші солі. Прісні води містять звичайно найбільше до 80% карбонатів (натрію, кальцію), близько 13% сульфатів (натрію, калію, магнію) і 7% хлоридів (натрію і кальцію).
Вода має винятково високу теплоємність. Теплоємність води прийнята за одиницю. Теплоємність піску, наприклад, складає 0,2, а заліза - лише 0,107 теплоємності води. Здатність води накопичувати більші запаси теплової енергії дозволяє згладжувати різкі температурні коливання на прибережних ділянках Землі в різні пори року і в різну пору доби: вода виступає як би регулятором температури на всій нашій планеті.
Слід зазначити особливу властивість води - її високий поверхневий напруга - 72,7 ерг / см 2 (при 20С). В цьому відношенні з усіх видів рідин вода поступається тільки ртуті. Подібна властивість води багато в чому обумовлено водневими зв'язками між окремими молекулами H2 O. Особливо наочно проявляється поверхневу напругу в прилипании води до багатьох поверхнях - змочуванні. Встановлено, що речовини - глина, пісок, скло, тканини, папір і багато інших, легко змочуються водою, неодмінно мають в своєму складі атоми кисню. Такий факт виявився ключовим при поясненні природи змочування: енергетично неврівноважені молекули поверхневого шару води отримують можливість утворити додаткові зв'язки з «чужими» атомами кисню.
Змочування і поверхневий натяг лежать у складі явища, названого капиллярностью: у вузьких каналах вода здатна підніматися на висоту набагато більшу, ніж та, яку «дозволяє» сила тяжіння для стовпчика даного перетину.
У капілярах вода має вражаючими властивостями. Б.В. Дерягин встановив, що в капілярах вода, сконденсованих з водяної пари, не замерзає при 0 і навіть при зниженні температури на десятки градусів.
Вода відноситься до слабких електролітів: H2 O H + + OH -
Вода дуже реакційно-здатне речовина: може виявляти як окислювальні, так і відновні властивості. Так, під дією сильних відновників вода проявляє окислювальні властивості: на холоді окисляє лужні і лужноземельні метали, а при температурі розжарювання - залізо, вуглець і ін.
Під дією сильних окислювачів (фтор, хлор, електричний струм) води проявляє відновні властивості. Так, реакцію взаємодії зі фтором можна представити таким чином:
Існує три типи приєднання води до молекул інших речовин: за іонного, координатного і адсорбционному типу.
Приєднання по іонного типу відбувається до оксидів лужних, лужноземельних і рідкісноземельних металів, а також до кислотних оксидів:
Вода, що приєднується за іонним типом, називається конституційною. Вона видаляється при нагріванні з великими труднощами. Так відщеплення від їдкого натру починається при 1388С:
До іонів металів - комплексоутворювачів приєднання йде по координатного принципом:
Отримані сполуки називаються Аквакомплекс, а вода, яка увійшла до їх складу, - кристалізаційної. Кристаллизационная вода видаляється легше, ніж конституційна, наприклад, при вивітрюванні.
Різні речовини адсорбують на своїй поверхні деяку кількість води за рахунок міжмолекулярних сил тяжіння. Вода, приєднана по абсорбційному типу, називається гігроскопічної; вона віддаляється легше, ніж кристаллизационная.
Іонний склад природних вод
Бікарбонати присутні майже в усіх водах в тих чи інших кількостях. Велику роль у формуванні хімічного складу води грають підстилають грунт грунти, з якими вода вступає в зіткнення, фільтруючи і розчиняючи деякі мінерали. Особливо інтенсивно збагачують води осадові породи, такі, як вапняки, доломіт, мергелі, гіпс, кам'яна сіль і ін. В свою чергу грунт і породи мають здатність адсорбувати з природної води деякі іони (наприклад, Са +2. Mg +2), заміщаючи їх еквівалентним кількість інших іонів (Na +. До +). Підґрунтовими водами найлегше розчиняються хлориди і сульфати натрію і магнію, хлорид кальцію. Силікатні і алюмосилікатні породи (граніти, кварцові породи і т.д.) майже нерозчинні у воді і містить вуглекислоту і органічні кислоти. Найбільш поширеними в природних водах є наступні іони: С1 -. SO4 -. НСО3. З3 -. Na +. Mg 2+. Са 2+. H +.
а при дії вугільної кислоти - карбонат заліза:
З'єднання кремнію в природних водах можуть бути у вигляді кремнієвої кислоти. При рН 8 кремнієва кислота знаходиться практично в недиссоциированном вигляді; при рН 8 кремнієва кислота присутня спільно з HSiO3. а при рН> П - тільки HSiOз. Частина кремнію знаходиться в колоїдному стані, з частинками складу HSiO2 H2 O. а також у вигляді полікремневой кислоти: XSiO2 H2 O. У природних водах присутні також Аl 3+. Mg 2+ і інші катіони. Крім речовин іонного типу природні води містять також гази і органічні і Грубодисперсні суспензії. Найбільш поширеними в природних водах газами є кисень і вуглекислий газ. Джерелом кисню є атмосфера, вуглекислоти - біохімічні процеси, що відбуваються в глибинних шарах земної кори, вуглекислота з атмосфери. З органічних речовин, що потрапляють ззовні, слід зазначити гумінові речовини, що вимиваються водою з гумусових грунтів (торфовищ, сапропелітів і ін.). Велика частина з них знаходиться в колоїдному стані. У самих водоймищах органічні речовини безперервно надходять у воду в результаті відмирання різних водних організмів. При цьому частина з них залишається зваженої у воді, а інша опускається на дно, де відбувається їх розпад. Грубодисперсні домішки, що обумовлюють каламутність природних вод, є речовини мінерального і органічного походження, змиті з верхнього покриву землі дощами або талими водами під час весняних паводків.