97

TEMA 10 HIDROSFERA

Introducere: Apa alcătuieşte un înveliş planetar – hidrosfera. Pentru Terra, apa este un element comun, iar pentru organisme este vitală. Circuitul apei constituie o trăsătură esenţială a planetei noastre. Prin procesele pe care le implică, apa interacţionează cu toate geosferele externe şi astfel asigură funcţionarea sistemului terestru local, regional şi planetar. Dintre componentele sale, aici este caracterizat succint numai Oceanul Planetar.

Cuprins 1. Hidrosfera – învelişul apei 2. Însuşirile apei. Circuitul apei – o trăsătură esenţială a planetei noastre 3. Oceanul Planetar

3.1. Terra – ”planeta – ocean” 3.2. Originea şi evoluţia oceanelor 3.3. Circulaţia apelor oceanice

4. Test de evaluare 5. Bibliografie 6. Sinteză

1. Hidrosfera – învelişul apei

Apa conferă Pământului o originalitate majoră în raport cu celelalte planete.

Ea este una din cele mai comune substanţe din natură, iar circuitul apei constituie o trăsătură esenţială a planetei noastre. Pe Pământ apa se găseşte în cele trei stări de agregare, în stare liberă şi legată chimic în compoziţia rocilor şi materiei organice (vegetale şi animale). În stare liberă, ea formează apele subterane şi umezeala solului, oceanele, mările, lacurile, mlaştinile, râurile, gheţarii de calotă (polari) şi montani, gheaţa subterană (permafrostul), pentru ca în atmosferă să fie prezentă sub formă de vapori, picături şi cristale de gheaţă, iar pentru plante şi animale să constituie elementul fundamental, indispensabil vieţii (apa reprezintă 80% din compoziţia materiei vii a Terrei; de exemplu, 65% din corpul uman).

Obiective: – Argumantarea faptului că apa alcătuieşte un înveliş planetar

exterior – hidrosfera; – Cunoaşterea formelor sub care se găseşte apa pe Terra; – Evidenţierea principalelor însuşiri ale apei, substanţă care conferă

Pământului o originalitate majoră în raport cu celelalte planete; – Explicarea circuitului apei, care constituie o trăsătură esenţială a

planetei noastre, şi a importanţei acestuia; – Caracterizarea generală a Oceanului Planetar, partea principală a

hidrosferei (96,5 % din volum) şi a suprafeţei terestre (71 %)

hidrosferă

98

Aproape 75% din planeta noastră este acoperită cu apă (oceane, mări, gheţari, lacuri, mlaştini, râuri), oceanele şi mările reprezentând întinderea cea mai caracteristică (71%), de unde şi apelativele “planeta albastră” ori “planeta - ocean” atribuite Pământului.

Întregul univers al apei alcătuieşte una din sferele exterioare ale Terrei, numită hidrosferă. Limitele acestui înveliş sunt considerate în modul următor:

- limita inferioară, aflată în litosferă, este luată, de regulă, discontinuitatea Mohorovičič (17 km adâncime în medie, 35 km sub continente şi 5 km sub oceane); apa din litosferă se găseşte fie în stare liberă (gravitaţională şi capilară), fie în combinaţie chimică în compoziţia mineralelor;

- limita superioară se găseşte în atmosferă, fiind mai greu de fixat, datorită faptului că din cei 10.000 km cât este apreciată grosimea acestui înveliş, umezeala se află în proporţie de 90% în stratul de la 0 la 5 km înălţime.

Volumul de apă total, pe Terra, de la cea din subteran şi până la cea din atmosferă, fie că este dulce sau sărată, fie că este liberă sau legată chimic, este apreciat la 1,386 miliarde km3. Oceanul Planetar, reprezentând însumarea tuturor oceanelor şi mărilor care sunt în legătură conform principiului vaselor comunicante, deţine 96,5% din volumul de apă al hidrosferei. Pe locurile următoare se situează gheţarii (1,74%) şi apa subterană (1,70%). Volumul de apă din râuri ocupă penultimul loc cu numai 0,0002% (1.120 km3), fiind calculat volumul existent la un moment dat în albiile râurilor. Dacă se are în vedere că pe râuri acest volum se reînnoieşte o dată la 16 zile, rezultă că în cursul unui an se scurg pe râurile Terrei 46.800 km3 de apă (după World water balance and water resources of the Earth, citat de Gâştescu P., 1998).

În legătură cu spectrul resurselor de apă este important de precizat că 97,5% din volumul hidrosferei o reprezintă apa sărată şi numai 2,5% apa dulce.

Ştiinţa care se ocupă cu studiul apelor Pământului este hidrologia. Principalele sale preocupări sunt: cunoaşterea proprietăţilor generale ale apei în natură şi a legilor care guvernează procesele din hidrosferă şi distribuţia apei pe Glob, determinarea trăsăturilor unităţilor acvatice (oceane, mări, râuri, lacuri, gheţari etc.), relevarea interacţiunilor hidrosferei cu celelalte învelişuri planetare, precum şi a raporturilor sale cu activitatea umană.

Ramurile hidrologiei sunt: hidrometeorologia, hidrogeologia, hidrologia apelor de suprafaţă (oceanologia, hidrologia uscatului: potamologia, limnologia, telmatologia, glaciologia).

2. Însuşirile apei. Circuitul apei – o trăsătură esenţială a planetei noastre

Una din principalele caracteristici ale apei este mobilitatea, în virtutea căreia îşi schimbă starea de agregare şi forma de existenţă (apă meteorică, apă continentală, apă oceanică, apă biologică). De aceea, apa îndeplineşte funcţia de mijloc principal de legătură şi de transfer de substanţă şi energie între sferele geosistemului planetar. Totalitatea căilor şi formelor de mişcare ale apei este cunoscută sub denumirea de circuitul apei sau ciclul apei. Acest circuit este atât general, cuprinzând întreaga planetă, cât şi regional şi local, producându-se, în acelaşi timp, şi la scară mai restrânsă (de exemplu, între o mare interioară sau un lac şi regiunea înconjurătoare).

hidrologie circuitul

apei

„planeta albastră”

oceane şi

mări gheţari

apă

subterană râuri

lacuri

mlaştini

99

De altfel, hidrosfera este un sistem de circuite ierarhizate la diferite scări şi care funcţionează cu intensităţi diferite.

La originea circuitului apei în natură se află conversia radiaţiei solare. Iar procesele fizice care asigură transformarea stării de agregare a apei şi transferul acesteia dintr-un mediu (înveliş terestru) în altul, luând forme geografice variate, sunt: evaporarea, evapotranspiraţia, condensarea, precipitarea, infiltrarea, scurgerea, stocarea. Dacă energia termică pune în mişcare ascendentă apa sub formă de vapori (evaporarea, evapotranspiraţia), forţa gravitaţională determină mişcarea descendentă a acesteia (precipitaţiile, infiltrarea, scurgerea).

Cea mai mare cantitate de apă se evaporă de la suprafaţa oceanelor şi mărilor, reprezentând 450.000 km3, respectiv 86% din volumul apei în stare de vapori. La aceasta se adaugă aportul uscaturilor, cu 62.000 km3, adică 14%. O parte din această apă se condensează şi cade sub formă de precipitaţii pe suprafaţa oceanelor (76%) şi pe suprafaţa uscaturilor (24%). Din precipitaţiile căzute pe uscat, mai mult de jumătate se evaporă, iar restul se infiltrează în sol şi rocă, se stochează pe o durată variabilă, sub formă de lacuri, ape subterane şi gheţari (în regiunile polare şi în munţii înalţi) ori se scurge prin reţeaua hidrografică (Le Coeur Ch., Gautier Emm., Dorize L., Amat J. P., 1996).

În cadrul hidrosferei funcţionează trei circuite (cicluri): un circuit scurt (ocean – atmosferă - ocean), care restituie direct spre mare 90% din apa evaporată pe oceane, cu un timp de şedere medie a apei în atmosferă de ordinul a 10 – 12 zile; un circuit lung (ocean – atmosferă - uscat – ocean), cu traiecte complexe la suprafaţa uscaturilor, cu un timp de retur al apelor spre mare, în medie, mai mare de 5 ani (timp care depăşeşte 300 de ani când precipitaţiile se acumulează în gheţari); un ciclu derivat, care este generat de vegetaţie, între suprafaţa uscaturilor şi atmosferă.

Datorită circuitului, apa este în continuă reînnoire, cu ritmuri extrem de diferite de la o formă de stocare la alta. Astfel, perioada cea mai îndelungată de reînnoire o prezintă gheaţa din permafrost şi gheaţa din calotele glaciare (între 9.700 şi 10.000 de ani), iar rata cea mai scurtă, de ordinul a câtorva ore, o are apa încorporată în plante şi animale (apa biologică). Pentru Oceanul Planetar, rata de reînnoire este de 2.500 – 3.000 de ani, iar pentru râuri de 11 – 16 zile. Raportând cantitatea de apă evaporată anual la volumul total de apă al hidrosferei rezultă o reînnoire a acesteia o dată la 2.800 de ani.

Circuitul apei are cea mai mare importanţă în funcţionarea geosistemului planetar şi a subsistemelor constitutive. Fiind un mod de transfer permanent al materiei şi energiei, el reglează în bună parte mecanismele climei, dezvoltarea organismelor, procesele de denudaţie etc. Totodată, de funcţionarea ciclurilor apei depind resursele de apă disponibile la un moment dat. Ca urmare, perturbaţiile care apar în desfăşurarea acestora, fie pe cale naturală, fie antropică, sunt resimţite adesea în mod dramatic în mediu şi, prin consecinţă, în activitatea societăţii umane.

3. Oceanul Planetar

3.1. Terra – ”planeta – ocean” Terra este o “planetă - ocean”, denumire îndreptăţită întrucât oceanele şi

mările acoperă cea mai mare parte a planetei noastre (71%). Vastele întinderi

trei circuite

rata de reînnoire

"planeta – ocean"

100

oceanice şi atmosfera fac ca Terra să fie văzută din spaţiu ca “planeta albastră”, însuşire prin care se identifică între celelalte planete ale sistemului solar.

Cu o suprafaţă de 361.070.000 km2 şi o adâncime medie de 3.800 m, Oceanul Planetar conţine 1.362.000.000 km3 de apă. Sunt, de asemenea, excepţionale cantităţile de substanţe dizolvate. De exemplu, cantitatea de sare ar putea acoperi Europa cu un strat de 5 km. Fără acest enorm volum de apă, care face din Terra o planetă unică, viaţa nu ar fi putut exista.

Oceanul Planetar este format din oceane, mări mediterane şi mări marginale. Frecvent, în literatura de specialitate sunt recunoscute astăzi trei oceane (Pacific, Atlantic şi Indian), Oceanul Arctic fiind inclus în categoria mediteranelor (tab.1, tab.2).

Tabelul 1 Componentele Oceanului Planetar

Denumire Suprafaţa (106

km2) Volumul (106 km3)

Adâncime medie (m)

Oceane 321,13 1322,19 4117 Mediterane 31,84 41,06 1289 Mări marginale 8,07 7,05 874 Oceanul Planetar

361,059 1370,323 3795

(După Vespremeanu E., 1992)

Tabelul 2 Oceanele

Oceanul

(şi mările adiacente)

Suprafaţa (km2)

Volumul (km3)

Adâncime medie (m)

Adâncime maximă

(m)

Oc. Pacific 179.710.000 723.710.000 4.028 11.516 Oc. Atlantic 91.655.000 330.100.000 3.627 9.219 Oc. Indian 74.917.000 291.945.000 3.897 7.437 Oc. Îngheţat (Arctic) 14.788.000 16.700.000 1.131 5.440 Total (Oc. Planetar) 361.070.000 1.362.455 3.800 11.516

(După Gâştescu P.,1998)

3.2. Originea şi evoluţia oceanelor Se admite în general că oceanele sunt cu puţin mai vechi decât continentele.

Aceste mase de apă ar fi avut origine juvenilă, adică mantalică. Cu mai mult de 4 miliarde de ani în urmă s-au format din stratul exterior incandescent al tinerei planete o crustă primitivă, mai uşoară, deja acoperită de atmosferă şi de apă. Prin condensarea vaporilor de apă de origine vulcanică au fost alimentate oceanele, care ocupau marile depresiuni ale scoarţei primare. De asemenea, transformarea progresivă sau intermitentă a crustei primitive în scoarţa continentală a făcut posibilă eliberarea de apă mai ales între 3,5 şi 1 miliard de ani, fără să se ştie cum şi în ce cantitate. Oceanul primordial era, fără îndoială, mai puţin adânc, dar deţinea o proporţie mai mare decât cea actuală. (Smith P. şi colab. 1987).

În era precambriană, pe întinsul oceanului planetar erau dispersate mici fragmente continentale. Evoluţia paleogeografică din era paleozoică aduce

Ocean Planetar

mări

mediterane mări

marginale

101

următoarele modificări în raporturile ocean – continent: mai întâi are loc gruparea tuturor uscaturilor într-un bloc continental unic (Pangeea) şi configurarea unui ocean unitar (Panthalassa), iar apoi divizarea Pangeei în două supercontinente (Laurasia, la nord, şi Gondwana, la sud), între care s-a format Marea Tethys. De-a lungul ciclului tectonic iniţiat cu 180 – 200 milioane de ani, care se suprapune erei mezozoice şi erei neozoice, are loc scindarea Laurasiei şi formarea Atlanticului de Nord, precum şi scindarea Gondwanei şi formarea Atlanticului de Sud şi a Oceanului Indian.

Poziţia, forma şi dimensiunile oceanelor şi mărilor s-au modificat în timp nu numai prin mecanismele tectonicii globale, care au, fără îndoială, rol esenţial, ci şi prin oscilaţii de nivel cauzate de schimbările climatice (eustatism climatic). Sunt bine cunoscute oscilaţiile de nivel din perioada cuaternară: mişcări eustatice negative în fazele glaciare (regresiuni marine), mişcări eustatice pozitive în fazele interglaciare şi în postglaciar (transgresiuni marine).

Circulaţia oceanică globală s-a modificat şi ea profund. De exemplu, atunci când părţile de nord şi de sud ale Pangeei s-au separat la începutul mezozoicului, prin Marea Tethys s-a deschis un pasaj oceanic ecuatorial, o circulaţie circumecuatorială continuă în jurul Laurasiei şi Gondwanei. Astfel, apa caldă putea circula în jurul Terrei, încălzind la fel oceanele de la polul nord şi de la polul sud. În cursul neozoicului mediu au apărut mai multe baraje şi această circulaţie a fost oprită. În schimb, a luat naştere un curent circumpolar de sud, care a avut ca efect izolarea apelor reci din jurul Antarctidei de cele calde ale ecuatorului. Toate acestea au avut repercusiuni asupra climei. În timpul mezozoicului, existenţa unui pasaj oceanic ecuatorial permitea un schimb larg între apele calde şi reci, încât la latitudinile mari era un climat cald. Închiderea sistemelor circumecuatoriale şi apariţia unui curent circumpolar în emisfera sudică la mijlocul neozoicului s-ar fi aflat la originea formării calotei glaciare antarctice, a marilor variaţii de temperatură latitudinale şi poate chiar a glaciaţiei cuaternare (Smith P., 1987).

3.3. Circulaţia apelor oceanice Diferenţele de densitate, legate de salinitatea şi temperatura apei, determină

circulaţia apelor oceanice şi formarea sistemelor de curenţi, care urmează un anumit model. Apele sărate şi reci sunt mai dense decât apele mai puţin sărate şi mai calde.

Circulaţia apelor oceanului mondial se diferenţiază între stratul de suprafaţă şi stratul de adâncime, strate separate de termoclină, limită de separaţie aflată la adâncimea de 100 – 200 m.

Modelul circulaţiei oceanice în stratul de suprafaţă este reglat de vânturile dominante (alizeele şi vânturile de vest), de rotaţia Pământului (forţa lui Coriolis) şi de aşezarea şi configuraţia continentelor. În Oceanul Atlantic şi Oceanul Pacific se formează câte un sistem circular de curenţi în fiecare emisferă. În Oceanul Indian numai în emisfera sudică se constituie un circuit.

Vânturile, în special alizeele şi vânturile de vest, reglează circulaţia oceanică deasupra termoclinei, iar continentele perturbă acest model. Astfel, alizeele induc curenţii ecuatoriali spre vest, care generează, prin retur pe ţărmul opus, un contracurent ecuatorial, creind câte un turbion în fiecare emisferă. Vânturile de vest, la rândul lor, generează alte componente ale sistemelor de curenţi (Curentul Golfului, Curentul Braziliei, Curentul Kuro-Sivo, Curentul Australiei de Est), circuitul fiind completat de curenţii reci de compensaţie, care se scurg spre ecuator, paralel cu

sisteme de curenţi

Panthalassa Marea Tethys

mişcări eustatice

regresiune marină

transgresiune marină

102

ţărmurile vestice ale continentelor, în sectorul lor tropical. (Curentul Canarelor, Curentul Benguelei, Curentul Californiei, Curentul Humboldt sau Perului).

Circulaţia oceanică reală este mult mai complexă. Comunicaţiile dintre oceane joacă un rol esenţial în circulaţia apelor la scară

globală. Astfel, libera circulaţie a apelor în jurul Antarctidei antrenează un curent rece care izolează acest continent de apele mai calde de la latitudini mai mici. Este vorba de deriva vânturilor de vest.

Curenţii oceanici de suprafaţă (după Smith P. şi colab., 1987) Circulaţia oceanică profundă este determinată de către diferenţele de

temperatură şi de salinitate ale oceanelor emisferei sudice faţă de cele ale emisferei nordice. Atunci când apa îngheaţă, sarea este expulzată din gheaţă şi o masă de apă rece şi foarte salinizată se formează sub ea. Această apă sărată se scurge spre nord, pe fundul celor trei oceane principale şi, în final, revin la suprafaţă în Marele Nord. O masă de apă rece şi sărată se formează, de asemenea, în apropierea Groenlandei. Se va scurge spre sud la o adâncime intermediară şi se ridică la suprafaţă aproape de Antarctica, pentru a înlocui apa care s-a deplasat spre adâncimi. Cu temperatură uşor mai ridicată, ea poate să se evapore, rezultând astfel căderi de zăpadă peste Antarctida.

circulaţia oceanică mondială

103

Circulaţia oceanică mondială într-o reprezentare simplificată. Aceasta, adesea numită bandă transportoare a circulaţiei termohaline mondiale, indică răcire şi plonjarea apelor în Atlanticul de Nord, încălzirea şi răcirea lor în emisfera sudică şi returul sub formă de curent cald de suprafaţă (din Nouvelles du climat mondial, nr. 14, Janvier, 1999).

O contribuţie importantă în determinarea modelului circulaţiei oceanice

mondiale aduce astăzi teledetecţia din spaţiu a Pământului (de exemplu, programele Topex – Poseidon şi Jason), tehnică cu ajutorul căreia se obţin date de înaltă precizie asupra topografiei oceanelor şi mărilor.

4. Test de evaluare

1. Argumentaţi faptul că apa alcătuieşte un înveliş planetar. 2. Enumeraţi formele sub care se găseşte apa pe planeta noastră. 3. Care sunt principalele însuşiri ale apei? 4. Explicaţi circuitul apei în natură. 5. Arătaţi importanţa circuitului apei în funcţionarea geosistemului (planetar,

regional şi local) referindu-vă la rolul său în reglarea mecanismelor climei, în dezvoltarea organismelor, în procesele de modelare a reliefului, dar şi în asigurarea resurselor de apă disponibile la un moment dat.

6. Să se evidenţieze principalele caracteristici ale Oceanului Planetar. 7. Caracterizaţi Oceanul Atlantic. 8. Clasificaţi mările după aşezarea lor geografică şi daţi cât mai multe exemple. 9. Urmăriţi evoluţia oceanelor şi mărilor de-a lungul timpului geologic. 10. Care sunt cauzele circulaţiei apelor oceanice? 11. Descrieţi, pe baze cauzale, curenţii din Oceanul Atlantic şi Oceanul Pacific.

104

5. Bibliografie

Gâştescu P. (1998), Hidrologie, Edit. Roza Vânturilor, Bucureşti Gâştescu P. (1998), Limnologie şi oceanografie, Edit. H.G.A., Bucureşti Ielenicz M. (2000), Geografie generală (Geografie fizică), Edit. Fundaţiei “România

de Mâine”, Bucureşti Loghin V., (2000), Elemente de geografie fizică, Edit, Sfinx, Târgovişte Pişota I. (1995), Hidrologie, Edit. Universităţii Bucureşti Posea A. (1999), Oceanografie, Edit. Fundaţiei “România de Mâine”, Bucureşti Vespremeanu E. (1992), Oceanografie, vol. I, Oceanografie generală, partea I,

Tipografia Universităţii Bucureşti

6. Sinteză

Apa alcătuieşte unul din învelişurile exterioare ale Pământului (hidrosfera). Ea conferă planetei noastre o trăsătură majoră de diferenţiere faţă de celelalte corpuri planetare.

Apa se găseşte în cele trei stări de agregare, în stare liberă şi legată chimic în compoziţia materiei minerale şi organice. În stare liberă, ea formează oceanele şi mările, apele continentale de suprafaţă (râurile, lacurile, mlaştinile, gheţarii) şi de adâncime (apele subterane, gheaţa subterană). În atmosferă este prezentă sub formă de vapori, picături şi cristale de gheaţă. Ea alcătuieşte partea principală a ţesuturilor vegetale şi animale (80 %).

Volumul total al apei de pe Terra (al hidrosferei) este de 1,386 miliarde km3, din care Oceanul Planetar deţine 96,5 %, gheţarii – 1,74 %, apa subterană – 1,70 %. Râurilor le revin numai 0,0002 %.

Apa Terrei are o serie de însuşiri, dintre care circuitul ei perpetuu dă planetei noastre o trăsătură esenţială. Redăm pe scurt aceste însuşiri:

– Apa este una din cele mai comune substanţe din natură; – Apa prezintă o mobilitate deosebită în virtutea căreia îşi schimbă starea

de agregare şi forma de existenţă (apa meteorică, apa continentală, apa oceanică, apa biologică);

– Îndeplineşte funcţia de factor principal de legătură şi de transfer de substanţă şi energie între sferele geosistemului planetar prin circuitul ei cuntinuu;

– Circuitul apei este atât general, cuprinzând întreaga planetă, cât şi regional şi local, desfăşurându-se simultan;

– Continua sa reînnoire în virtutea circuitelor în care este antrenată prin evaporare, evapotranspiraţie, condensare, precipitare, infiltrare, scurgere şi stocare;

– Hidrosfera este un sistem de circuite ierarhizate la diferite scări şi având diferite intensităţi;

– Circuitul apei are cea mai mare importanţă în funcţionarea geosistemului planetar şi a subsistemelor constitutive;

– De funcţionarea ciclurilor apei depind resursele de apă disponibile;

105

– Ciclurile apei pot fi perturbate pe cale naturală sau prin intervenţia omului, iar consecinţele, uneori dramatice, sunt resimţite în mediu şi în societatea umană.

Oceanul Planetar deţine cea mai mare parte din volumul hidrosferei (96,5 %) şi din suprafaţa Terrei (71 %). Planeta noastră poate fi numită planeta – ocean.

Oceanul Planetar este alcătuit din oceane, mări mediterane şi mări marginale (litorale). Caracterele sale actuale decurg dintr-o îndelungată şi complexă evoluţie, care trebuie sincronizată cu evoluţia continentelor. Poziţia, forma şi dimensiunile oceanelor şi mărilor s-au modificat în timp nu numai prin mecanismele tectonicii globale, ci şi prin oscilaţii de nivel cauzate de schimbările climatice (eustatism climatic, respectiv transgresiuni şi regresiuni marine).

În ceea ce priveşte circulaţia apelor oceanice, aceasta este determinată de diferenţele de densitate, cauzate, la rândul lor, de salinitatea şi temperatura apei. Aceasta urmează un anumit model. Modelul circulaţiei apei oceanice din stratul de suprafaţă este reglat de vânturile dominante (alizeele, vânturile de vest), de rotţia Pământului (forţa lui Coriolis), de aşezrea şi configuraţia continentelor.

În Oceanul Atlantic şi Oceanul Pacific se formează câte un sistem circular de curenţi în fiecare emisferă.