Гидросфера — водная оболочка Земли и система всех природных вод, связанных обменом вещества и энергии. В неё включают океаны и моря, реки и озёра, болота, почвенную и подземную воду, ледники и снежный покров, а также воду в атмосфере и организмах. Вода присутствует в трёх состояниях: жидком, твёрдом и газообразном. Границы термина зависят от задачи: криосферу часто выделяют как оболочку льда и снега, а водяной пар описывают вместе с атмосферой, хотя физически он остаётся частью общего круговорота воды.
Из чего состоит гидросфера
По оценке Геологической службы США, около 96,5 % всей воды Земли находится в океанах и морях. Из оставшейся пресной воды приблизительно две трети заключены в ледниках и постоянном снежном покрове, а большая часть остального объёма — в подземных водах. Реки, озёра, болота, почвенная влага и вода в атмосфере содержат сравнительно небольшую долю запасов пресной воды, но именно они чаще всего используются экосистемами и человеком. Проценты являются оценками: разные методики по-разному учитывают глубокие подземные воды, многолетнюю мерзлоту и солёные подземные бассейны.
Запас и доступность — разные характеристики. Ледник хранит много воды, но она может быть недоступна для местного водоснабжения; подземный горизонт обновляется от десятилетий до тысячелетий, тогда как атмосферная влага и малые реки меняются за часы или дни. В водном балансе нельзя складывать объём воды и годовой сток: первый измеряют в кубических километрах, второй — в кубических километрах в год.
Круговорот и водный баланс
Солнечная энергия вызывает испарение с океана, суши и растительности. В атмосфере водяной пар переносится воздушными потоками, конденсируется и выпадает дождём, снегом или градом. Часть осадков задерживается растениями и почвой, часть просачивается в водоносные горизонты, а остальная стекает по поверхности в ручьи, реки, озёра и море. Лёд накапливается в снегу и ледниках, а при таянии возвращает воду в сток. Трансформация воды между резервуарами непрерывна, но время обновления различается на порядки.
Для бассейна водный баланс записывают как соотношение осадков, испарения, поверхностного и подземного притока, стока и изменения запасов. Забор воды, водохранилища, осушение болот, орошение и городская застройка меняют этот баланс. Поэтому глобальное наличие воды не означает её достатка в конкретном сезоне или водосборе.
Роль океана, льда и подземных вод
Океан поглощает большую часть избыточного тепла климатической системы и переносит его течениями. Растворённые соли и углерод связывают океан с атмосферой и сушей. Ледники и снежный покров отражают солнечный свет и регулируют сезонный сток; их сокращение меняет сроки и объём питания рек. Подземные воды поддерживают родники и реки в межень, питают влажные экосистемы и служат резервом питьевого водоснабжения. Чрезмерная откачка понижает уровень горизонта, вызывает оседание грунта или подтягивание солёной воды в прибрежных районах.
Экологические функции
Вода переносит тепло, кислород, питательные вещества и загрязняющие вещества между сушей и океаном. Реки соединяют наземные и морские экосистемы, а поймы и болота задерживают паводковую воду, накапливают углерод и поддерживают разнообразие видов. Подземные воды и поверхностные водоёмы образуют единую систему: загрязнение на поверхности может просачиваться вниз, а загрязнённый горизонт — питать реку или источник питьевой воды. Разрыв связей плотинами, каналами и осушением оценивают по всему бассейну, а не по одной точке.
Как изучают гидросферу
Наблюдения включают уровень и расход воды, температуру, минерализацию, содержание кислорода и загрязняющих веществ, площадь снежного и ледового покрова, влажность почвы и уровни подземных вод. Используют гидрологические посты, метеостанции, скважины, спутниковую съёмку и модели водного баланса. В России государственный мониторинг поверхностных вод и опасных гидрологических явлений ведёт Росгидромет, учёт и управление федеральными водными ресурсами — Росводресурсы; конкретные программы и пункты наблюдений устанавливаются для бассейнов и видов водопользования.
Результат измерения всегда связывают с местом, датой, глубиной, методом и периодом усреднения. Средняя минерализация моря, расход реки во время паводка и уровень грунтовых вод — разные показатели, их нельзя сравнивать без указания условий.
Гидросфера и деятельность человека
Главные виды воздействия — изъятие воды, регулирование стока, загрязнение, изменение русел и берегов, осушение и застройка водосборов. Оценка последствий учитывает не только объём забора, но и сезон, экологический сток, качество возвращаемой воды и связь с зависимыми экосистемами. Сохранение гидросферы опирается на водоохранные зоны, очистку сточных вод, восстановление болот и пойм, контроль подземных вод и бассейновое планирование. Универсальной меры нет: решение выбирают по типу водоёма и подтверждённому источнику нагрузки.