Hydrosfera to wszystkie wolne wody na Ziemi, czyli takie które nie są związane w związkach chemicznych.
Wody juwenilne- pochodzące z roztworów magmowych
Wody atmosferyczne (meteoryczne, wadyczne1,)- zaliczamy do nich parę wodną, kryształki śniegu, krople deszczu.
Wody strefy aeracji- w warstwie gruntu, którego wolne przestrzenie wypełnia zazwyczaj powietrze. Miąższość tej strefy waha się od zera do kilkudziesięciu metrów, a nawet kilkuset na obszarach pustynnych. Wody tej strefy są zatrzymywane przez glebę. Stąd istnieje pojęcie wilgoci glebowej. Są też zatrzymywane przez mineralizację strefy orsztynu oraz przez minerały ilaste, utrudniające przepływ wody ku dołowi (wody zaskórne/podskórne)
Wody strefy saturacji (freatyczne, gruntowe)2. Wody te występują w obrębie warstwy lub warstw wodonośnych utworzonych z porowatego osadu, takiego jak piasek czy żwir. Warstwy te oddzielone są skałami nieprzepuszczalnymi dla wody (ił, glina). Wody strefy saturacji są zazwyczaj dobrze przefiltrowane.
Wody powierzchniowe- oceanów, mórz, jezior, rzek, warstwy lodu i śniegu.
Inna klasyfikacja wód dzieli je na słodkie (lądowe) oraz morskie. Różnią się one zasadniczo pod względem składu chemicznego. Wody lądowe mają więcej wapnia niż magnezu i więcej magnezu niż sodu. W wodach oceanicznych najwięcej jest sodu , magnezu i wapnia. W wodach lądowych najwięcej jest węglowodorów, potem siarczanów i chlorków. W wodach morskich na odwrót.
Przeciętny skład soli w wodzie morskiej- NaCl- 77,8%, MgCl2- 10,9%
Siarczany- magnezu-4,7%, wapnia – 3,6%, potasu 2,5%
Węglany- wapnia 0,3%
Pozostałe sole- 0,2%
Skład wód morskich jest dosyć stały. Skład wód lądowych jest bardzo zróżnicowany.
Oceany- 97,25%
Lodowce- 2,05
Wody podziemne- 0,68
Jeziora- 0,01
Gleby- 0,005
Atmosfera- 0,001
Rzeki- 0,00004
(Bilans wodny z 1971, UNESCO)
Wody słodkie zatem to zaledwie nieco ponad 2.5% hydrosfery. Około 85% z tego jest związana w lodowcach, 14% stanowią wody podziemne, 0,6% to jeziora, pozostałe 0,4% to rzeki i para wodna z atmosfery.
Wody w światowym oceanie wykazują wyraźne rozwarstwienie które się z gęstością. Gęstość wody zależy od temperatury, zasolenia i ciśnienia.
Temperatura im głębiej tym jest niższa. Na górze mamy cienką warstwę wód powierzchniowych. Wody głębinowe tworzą grubą, chłodną warstwę. Są cięższe. Warstwa, gdzie różnica temperatury wody ulega stosunkowo gwałtownej zmianie nosi nazwę termoklina. Średnio jej grubość wynosi 500 m. Termoklina na naszych jeziorach w lecie występuje na 7- 8 metrach, ale wiosną na głębokości 1m. Ponad termokliną woda jest wymieszana, co zawdzięcza przede wszystkim działaniu prądów powierzchniowych oraz falowaniu. Głębokość warstwy powierzchniowej w oceanach to około 100-200 metrów. Poniżej termokliny woda jest zasadniczo zimna, a temperatura wraz z głębokością spada już wolno.
Największe zasolenie występuje tam gdzie największe jest parowanie. Ilość rozpuszczonych w oceanach soli jest tak duża, że gdyby cała woda wyparowała to na dnie powstałaby warstwa soli o miąższości 60 metrów. Przeciętne zasolenie to 3,5%. Przy czym w poszczególnych regionach zmienia się od 1 do 4%. Największe zasolenie występuje w strefach podzwrotnikowych związanych z dużym parowaniem. Koło równika jest nieco niższe z uwagi na obfite deszcze zenitalne. Spadek zasolenia występują także wraz ze wzrostem szerokości geograficznej i przy ujściach dużych rzek. Zasolenie zmienia się także wraz z głębokością. W niskich szerokościach maleje wraz z głębokością, a w wysokich rośnie wraz z głębokością. Poniżej 3000 metrów jest niezależne od szerokości i wynosi 35 promili. Warstwa wód w których obserwujemy gwałtowną zmianę zasolenia to haloklina.
Im wyższe ciśnienie tym gęstość jest większa. Przy wzroście głębokości od zera do 1000m, wzrost gęstości wody wynosi 0,0045g/cm3. W Rowie Mariańskim gęstość wody wywołana wzrostem ciśnienia jest szacowana na 1,025g/cm3. Przy ujściu rzek tropikalnych gęstość jest mniejsza od jedności.
Te trzy czynniki są powodem trwałego, gęstościowego rozwarstwienia wód oceanicznych. Strefa zmiany gęstości wód nosi nazwę piknoklina. Średnia gęstość wód nad piknokliną jest zaledwie o 0,05 mniejsza niż pod piknokliną. Różnica ta jednak utrudnia wymianę wód głębinowych z powierzchniowymi. Rozwarstwienie wód oceanicznych jest praktycznie trwałe, co ogranicza rozwój życia organicznego.
Ruch wód charakteryzujący się względnie zwiększoną prędkością w stosunku do wód otaczających i w przybliżeniu stałym kierunkiem nosi nazwę prądu.
Fachowcy wymieniają 4 główne czynniki wywołujące prądy:
Wiatry (zwłaszcza pasaty i wiatry zachodnie)
Różnice temperatur wód
Różnice zasolenia
Pływy (związane z oddziaływaniem grawitacyjnym księżyca i słońca)
Przyjmując te 4 czynniki jako kryterium wyróżniane są typy prądów (5):
Prądy dryfowe - powstające na skutek działania wiatrów wiejących w tym samym kierunku
Prądy okresowe ( przyczyną są sporadycznie pojawiające się wiatry)
Prądy gęstościowe
Prądy pływowe
Prądy kompensacyjne (dążące do wyrównania poziomu wód)
Typy prądu ze względu na położenie w masie wody:
Powierzchniowe
Głębinowe
Przybrzeżne
Cyrkulacja powierzchniowa- znana powszechnie pod pojęciem prądów oceanicznych. Wywołana przede wszystkim oddziaływaniem wiatrów. W obszarze międzyzwrotnikowym pasaty przemieszczają masy wód powierzchniowych w kierunku zachodnim. Gdy wody te napotkają przeszkodę w postaci wschodnich wybrzeży kontynentu, ulegają rozwidleniu, kierując się ku większym szerokością geograficznym. Z kolei na obszarach wyższych szerokości geograficznych przeważają wiatry zachodnie, które przesuwają masy wód w kierunku wschodnim. Gdy wody te napotkają zachodnie wybrzeża kontynentów, zostają skierowane w formie zimnych prądów powierzchniowych, migrujących ku równikowi. Cyrkulacja ta szczególnie wyraźna jest na półkuli południowej, gdzie dominującym jest Antarktyczny Prąd Okołobiegunowy.
Cyrkulacja głębinowa- wymuszona przez odmienną gęstość wód wywołaną różnicą temperatury i zasolenia. Zimne i przez to cięższe wody występują w strefach okołobiegunowych. Pod wpływem siły ciężkości ulegają one pogrążeniu, a następnie zmierzają ku sobie. Wokół Antarktydy bardzo zimna woda związana jest z Antarktycznym Prądem Okołobiegunowym. Część tych wód zamarza. 70% soli pozostaje w wodach niezamarzniętych. Wody te jako cięższe opadają na dno, a następnie przemieszczają się ku północy tworząc prąd przydenny (abisalny). Wody te zastępują masy nieco cieplejsze unoszące się z głębokości pośrednich silnym prądem oddolnym. Zawierają one liczne życiodajne sole. Z tego też względu obszar okołoantarktyczny jest najbardziej bogaty w faunę i florę (żyzny). Ponadto część wód jest związana z topniejącymi górami lodowymi. Są one także zimne lecz mniej słone. Przemieszczają się także ku północy lecz na mniejszych głębokościach. Podobny proces odbywa się na północy w okolicach Grenlandii, gdzie wody są mniej słone w stosunku do wód na półkuli południowej. Płyną one na głębokości 2-3 km. W pobliżu Antarktydy wypływają i parując są źródłem obfitych opadów śniegu. Temperatura wód abisalnych jest stała i wynosi 1 st. C. Migracja z południa ku północy wód na Atlantyku odbywa się z prędkością 0,08 do 0,3 cm/s. Potrzebują więc 300-400 lat by przemierzyć Atlantyk. Podobny proces na Pacyfiku jest jeszcze wolniejszy i wynosi 0,05 cm/s. Potrzeba więc 600 lat by pokonać cały Pacyfik.
Ruchy kompensacyjne- inaczej upwellingi. Zjawisko to polega na wyrównaniu poziomu wody odpychanej od wybrzeży kontynentów, na skutek oddziaływania siły Coriolisa. Ubytki kompensują prądy oddolne czyli upwellingi.
Na półkuli północnej wiatr w wyniku siły tarcia o powierzchnię wody oddziela jej warstwę zewnętrzną. Znajdująca się pod nią warstwa wody porusza się wolniej niż warstwa powierzchniowa. Kierunek płynięcia poszczególnych warstw jest odchylany o kąt 45 stopni w prawo na półkuli północnej lub lewo na półkuli południowej pod wpływem siły Coriolisa. Kolejne niżej położone warstwy wody zostają w podobny sposób oddzielone od wód głębszych. Jednak ze względu na siłę tarcia kąt odchylenia maleje wraz z głębokością. Zjawisko to ma miejsce na głębokości 100-150 gdzie kąt płynięcia wody, może być zmieniony o kąt 180 stopni. Z uwagi na siłę tarcia prędkość przepływu maleje wówczas o 5%. Przeciętnie zmiana kąta płynięcia wód w stosunku do kierunku wiatru zmienia się o 90 stopni i nosi nazwę spirali Ekmana. 3
Globalna cyrkulacja wód- stanowi wypadkową dotychczas omówionych zjawisk. Podstawowym motorem tej cyrkulacji są różnice energii obszarów równikowych i podbiegunowych. Cyrkulację globalną wyznacza się na podstawie badań izotopowych. Woda w Pacyfiku jest generalnie starsza.