Woda na Ziemi występuje w trzech stanach skupienia: gazowym, ciekłym i stałym. W hydrologii najważniejsza jest ta część, która znajduje się w stanie ciekłym (oceany, morza, jeziora i rzeki), ale istotna jest także rola pary wodnej oraz lodowców i lądolodów.

Spis tematów (kliknij, aby przejść do wyboru tematów)


Hydrosfera

I Zasoby wody na Ziemi

Hydrosfera to wodna powłoka Ziemi. Obejmuje wszystkie rodzaje wód na Ziemi. Część wód przynależy bezpośrednio do hydrosfery (wody płynące – np. rzeki, wody stojące – np. oceany, morza, jeziora oraz wody zamarznięte – lodowce i lądolody [którymi zajmuje się glacjologia]). Inne wody ziemi są miejscem przenikania hydrosfery i atmosfery (woda w atmosferze – wszystkie rodzaje opadów i osadów, a także para wodna) oraz biosfery (woda w organizmach żywych).

1. Podział wody na Ziemi

Całkowite zasoby wodne Ziemi są stałe i wynoszą około 1,386 mld km3. Powszechnie pokutujące w społeczeństwie przekonanie o możliwości wyczerpania zasobów wodnych jest błędne, ponieważ woda znajdująca się w ciągłym obiegu, jest zasobem nie możliwym do zużycia. Możliwe jest jedynie wyczerpanie wody w sensie lokalnym lub jej zanieczyszczenie, ale nie jej trwałe i bezpowrotne zużycie.

Podział zasobów wodnych na Ziemi

Źródło: Opracowanie własne na podstawie: Bajkiewicz-Grabowska E., Mikulski Z. Hydrologia ogólna (2006)

Niemal 97,5% wody na Ziemi to woda słona – zgromadzona w oceanach, morzach oraz słonych jeziorach (a także słonych wodach podziemnych, ale te mają marginalne znaczenie). Woda słodka (nadająca się do picia, rolnictwa itp.) to zaledwie 35 mln km3. Jednak nadal, nawet z tej niewielkiej części, człowiek może korzystać tylko w ograniczonym stopniu. Głównym źródłem słodkiej wody są rozległe lądolody Grenlandii i Antarktydy oraz lodowce górskie (te dają początek niektórym rzekom). Jedynie nieco ponad 30% wód słodkich jest zgromadzonych w wodach podziemnych, z których tylko część człowiek jest w stanie eksploatować (część tych wód jest uwięziona bardzo głęboko). Z pozostałych 118 tys. km3 wody, człowiek wykorzystuje głównie te z jezior i rzek. Zasoby pary wodnej i bagien nie mają zbyt szerokiego zastosowania, w pewnym stopniu bezpośrednio wykorzystuje się wodę biologiczną (np. spożywając żywność).

Szacuje się, że w ogólnym rozrachunku z całej dostępnej wody na Ziemi człowiek efektywnie wykorzystuje zaledwie około 1%. Pozostałe zasoby są niedostępne lub koszty ich pozyskania (np. odsalania wód słonych czy transportu wody z lądolodów) są zbyt wysokie.

Łącznie cała woda na Ziemi mogłaby się zmieścić w kuli o średnicy 1400 km. Duża kula – cała woda na Ziemi, małą kulka – woda słodka na Ziemi.

Źródło: http://3.bp.blogspot.com/-YsKi35Wpeic/T7Iw-KgaGWI/AAAAAAAAAuk/DfI5msoqkxg/s1600/cook-EarthWater_88530.jpg

2. Obieg wody w przyrodzie

Ilość wody na ziemi jest stała, ale znajduje się ona w obiegu  nazywanym cyklem hydrologicznym. Woda nieustannie zmienia swoje położenie oraz stan skupienia. Zasadniczo odbywa się to w obrębie obiegu tak zwanego małego obiegu hydrologicznego (obejmującego tylko obieg w obrębie mórz/oceanów lub tylko obieg w obrębie lądu/kontynentu) oraz dużego obiegu hydrologicznego, który obejmuje całą wędrówkę wody między oceanami i kontynentami.

Schemat małego i dużego cyklu hydrologicznego

Źródło: Opracowanie własne

Mały obieg hydrologiczny dzieli się na ten występujący nad oceanami/morzami oraz nad lądami/kontynentami. Nad oceanami/morzami dochodzi do parowania wody morskiej, która kondensuje w atmosferze, skrapla się i wraca do oceanu/morza w postaci opadu, najczęściej deszczu. Nad lądami/kontynentami może wystąpić opad zarówno na obszarach nisko nad poziomem morza jak i w górach. Dochodzi do parowania – z naturalnych źródeł wody jak jeziora czy rzeki, a także z gruntu (ewaporacja) oraz roślin, zwłaszcza lasów (transpiracja) (cały ten proces parowania terenowego nosi nazwę ewapotranspiracji). Do kondensacji pary wodnej i opadu może dojść bezpośrednio nad obszarem parowania (wtedy najczęściej mamy do czynienia z deszczem, rzadziej z opadami stałymi jak krupa, śnieg, grad czy z pojawianiem się osadów atmosferycznych – co zależy od temperatury i lokalnych uwarunkowań. Para wodna może także zostać przetransportowana do wyżej położonych obszarów górskich. Jeżeli zalega tam śnieg lub lód (np. lodowiec górski), dochodzi także do parowania tych ciał stałych (sublimacja). W górach występuje opad orograficzny, w zależności od temperatury – deszczu lub śniegu (rzadziej inny). Czasami może także wystąpić proces resublimacji, czyli bezpośredniego przejścia pary wodnej w śnieg lub lód.

Duży obieg hydrologiczny rozpoczyna się od parowania wody morskiej/oceanicznej. Para wodna jest następnie transportowana nad ląd/kontynent, gdzie dołącza do niej para wodna pochodząca z gruntu, roślin, powierzchniowych źródeł wody oraz śniegu/lodu. Po wystąpieniu kondensacji następuje opad lub pojawiają się osady atmosferyczne. Woda padająca nad lądem/kontynentem może zostać zretencjonowana (w jeziorach, organizmach żywych – w tym roślinach lub w postaci śnieg/lodu), ale może też wsiąknąć (infiltracja) w grunt. Ta część wody, która z różnych powodów nie wsiąknie lub dostanie się do rzek, wraca po powierzchni ziemi z powrotem do morza/oceanu (spływ powierzchniowy) i zasila je. Woda która wsiąknie przez warstwy przepuszczalnych skał, infiltruje aż do osiągnięcia poziomu warstw nieprzepuszczalnych. Po ich powierzchni odbywa się spływ podziemny – ponownie w kierunku oceanu/morza. W międzyczasie część wody ze spływu podziemnego może także z różnych powodów wydostać się na powierzchnię (np. jako źródło rzeki), ponownie uczestnicząc w spływie powierzchniowym. Ponadto część wody ze spływu podziemnego może lokalnie napotkać warstwy przepuszczalne w obrębie warstw nieprzepuszczalnych lub warstwy o częściowej przepuszczalności i wsiąknąć głębiej. Taka woda zostaje uwięziona i zretencjonowana między skałami nieprzepuszczalnymi. Po dotarciu do granicy lądu/kontynentu i morza/oceanu, woda ze spływu powierzchniowego przesiąka bezpośrednio do wód morskich/oceanicznych i zasila je.

W cyklu hydrologicznym każdego roku bierze udział zaledwie 0,04% wody na Ziemi (czyli  około 577 000 km3), z czego zdecydowana większość przypada na oceaniczną część cyklu (80%). W obrębie cyklu dochodzi do ciągłej wymiany wody w jej rezerwuarach. Woda biologiczna i atmosferyczna wymienia się bardzo szybko, nawet co kilka-kilkanaście dni. Również woda w rzekach, wymienia się nie rzadziej niż co około dwa tygodnie. Dość szybko wymianie ulegają wody gruntowe – trwa to od kilku dni do jednego roku. Zdecydowanie wolniej wymienia się woda jezior (3-7 lat) i bagien (kilka lat). Najdłużej trwa wymiana wód podziemnych (kilkaset lat), oceanów (4000 lat) oraz lodowców i lądolodów (8000 lat). Łącznie cała woda na Ziemi wymienia się średnio co 2800 lat.

3. Podział Wszechoceanu

Wody Wszechoceanu (czyli wszystkich oceanów Ziemi) stanowią 71% powierzchni Ziemi. Według aktualnej klasyfikacji wyróżnia się 5 oceanów (o całkowitej powierzchni 362 mln km²): Spokojny (zwany też Pacyfikiem – 168,7 mln km²), Atlantycki (85,1 mln km²), Indyjski (70,6 mln km²), Południowy (22 mln km²) i Arktyczny (15,6 mln km²). Średnia głębokość Wszechoceanu to ponad 3700 metrów, zaś najgłębszym miejscem – Rów Mariański (10 994 metry głębokości).

Podział Oceanu Światowego

Źródło: https://tyflomapy.pl/photos/34925/02_Kontynenty_kolor2.jpg.jpg

Akweny w większości mają relatywnie naturalne granice – w miejscach przewężeń lub skrajnych punktów kontynentów. Jedynie Ocean Południowy ma granicę całkowicie otwartą. Wytyczono ją wzdłuż równoleżnika 60°S.

Istotnymi pojęciami, które łączą się z oceanami są:

  • Morza – mniejsze akweny, które składają się na oceany. Najczęściej różnią się w jakiś sposób (np. fizykochemicznie) od wód otaczających lub mają z nimi ograniczone połączenie.
  • Zatoki – mniejsze akweny w obrębie mórz, przylegające do lądów. Zatoki najczęściej są otoczone lądem z 3 stron.
  • Cieśniny – wąskie połączenia między akwenami np. między morzami.
  • Kanały – podobne do cieśnin, ale nie mają naturalnego pochodzenia (zostały sztucznie stworzone przez człowieka).

4. Charakterystyka wody morskiej

Do najważniejszych cech wody morskiej należą: temperatura i skład chemiczny.

Woda morska zawiera w sobie wszystkie możliwe pierwiastki występujące na Ziemi, ponieważ znajduje się w stałym kontakcie z pozostałymi sferami planety. Najważniejszymi składnikami są jednak wodór i tlen (H2O – wzór chemiczny wody) oraz rozpuszczona w roztworze – sól morska (chlor i sód). Sól jest najważniejszym elementem charakterystycznym dla wody morskiej. W wodzie morskiej znajdują się także gazy, takie jak tlen, azot czy dwutlenek węgla.

Temperaturę wody morskiej podobnie jak temperaturę powietrza mierzymy w stopniach Celsjusza (°C). Średnioroczna temperatura przy powierzchni wód morskich i oceanicznych wynosi około 17,5°C. Wraz z głębokością temperatura spada, osiągając stałą wartość w przedziale 0-4°C od głębokości około 1500 m.

Średnia roczna temperatura powierzchni wody mórz i oceanów

Źródło: https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/1/18/Wiki_plot_03.png/1280px-Wiki_plot_03.png

Do czynników wpływających na temperaturę wody mórz i oceanów zaliczamy:

  • Szerokość geograficzną

Najwyższą temperaturą będą cechować się intensywnie nagrzewane obszary strefy międzyzwrotnikowej. Okolica równikowa będzie nieznacznie cieplejsza niż okolice zwrotników, ze względu na całorocznie wyższy kąt padania promieni słonecznych (bardziej stabilna całoroczna temperatura względem klimatów zwrotnikowych). Takie zbiorniki mogą się cechować temperaturą powyżej 25°C, a nawet (w skrajnych przypadkach) do 32°C. Najchłodniejsze będą z kolei obszary okołobiegunowe, gdzie dostawa energii słonecznej jest zdecydowanie niższa. Zbiorniki te cechuje temperatura niewiele powyżej 0°C. Mogą mieć one też temperaturę ujemną (do -2°C), ale nie zamarzają ze względu na zasolenie i intensywny ruch wody morskiej.

Do najcieplejszych akwenów na świecie należą między innymi: Morze Celebs, Morze Banda, Morze Arabskie i Morze Czerwone. Wśród najchłodniejszych warto wymienić choćby Morze Białe, Morze Beauforta, Morze Amundsena czy Morze Rossa. Niektóre morza takie jak np. Morze Ochockie, cechują się dużą sezonową zmiennością temperatury, choć generalnie można je zaliczyć do bardzo zimnych akwenów.

  • Prądy morskie

Prądy morskie w odczuwalnym stopniu (o kilka stopni) podnoszą lub obniżają temperaturę wód, w których płyną. Ciepłe prądy, potrafią w istotny sposób ogrzać okolice. Doskonałym przykładem jest tu Prąd Północnoatlantycki, który radykalnie podgrzewa temperaturę akwenów położnych na dalekiej północny – takich jak Morze Północne czy Morze Norweskie. W podobny sposób działa też np. Prąd Alaski – ogrzewający Zatokę Alaska. Przeciwne działanie mają np. Prąd Labradorski (znacząco ochładzający Morze Labradorskie), czy Prąd Oja Siwo (ochładzający i tak zimne – Morze Beringa i Morze Ochockie). Najpotężniejszymi zimnymi prądami są jednak zdecydowanie Dryf Wiatrów Zachodnich i Antarktyczny Prąd Wsteczny, odcinające wody Oceanu Południowego od pozostałych wód Wszechoceanu i potężnie je ochładzające.

Zasolenie wody morskiej mierzymy w promilach (‰), a więc w cząstkach na tysiąc (gdzie 1% = 10‰). Średnie zasolenie wody oceanicznej (przy powierzchni) to niecałe 35‰. Zasolenie wody morskiej jest zróżnicowane w zależności od wielu czynników.

Średnie zasolenie mórz i oceanów na świecie (przy powierzchni)

Źródło: https://pl.wikipedia.org/wiki/Zasolenie#/media/Plik:Wiki_plot_04.png

Wśród czynników wpływających na wielkość zasolenia akwenu można wyróżnić:

  • Klimat (wynikający z szerokości geograficznej), a zwłaszcza temperaturę powietrza i w mniejszym stopniu – wielkość opadów

Największym zasoleniem cechują się obszary położone w najcieplejszych strefach, gdzie woda morska intensywnie paruje, a sól – odkłada się, przez co zasolenie rośnie. Najbardziej typowe obszary odpowiadające takim kryterium to obszary zwrotnikowe i częściowo – podzwrotnikowe. Zasolenie może tam sięgać nawet niemal 40‰. Obszary równikowe cechują się niższym zasoleniem, ponieważ parowanie bilansowane jest dużą dostawą wód opadowych (także za pośrednictwem rzek w zasilanych wodami opadowymi). Najniższe będzie zasolenie obszarów okołobiegunowych, gdzie zlokalizowane są lodowce szelfowe oraz lądolody. Naturalne topnienie słodkiej wody z lodu z wodą morską, obniża poziom zasolenia. Jednocześnie parowanie jest bardzo małe, ze względu na niskie temperatury. Zasolenie może tam spaść znacząco, nawet do 25‰.

  • Charakter akwenu (zamknięty/otwarty – stopień kontaktu z wodami innych akwenów)

Akweny otwarte cechują się zasoleniem podobnym do wód otaczających, zbliżonym do światowej średniej. Znaczne odchylenia od tej średniej mają natomiast akweny zamknięte. Jeżeli odcięciu od innych zbiorników towarzyszy wysoka temperatura, niskie opady i brak dużych rzek w okolicy – zasolenie gwałtownie wzrasta. Cechuje to np. Morze Śródziemne czy Morze Czerwone, gdzie zasolenie może osiągać rekordowy poziom 42‰. Po przeciwnej stronie są akweny zamknięte, gdzie uchodzą duże ilości słodkiej wody z rzek, występują istotne opady, a temperatura nie jest wysoka. Doskonałym przykładem takiego zbiornika jest Morze Bałtyckie, którego średnie zasolenie wynosi zaledwie 7‰, również znacznie spada zasolenie w Zatoce Hudsona czy Morzu Czarnym (20-25‰).

  • Dostawę wód słodkich – z rzek, wód opadowych, lodowców i lądolodów

Ponieważ największa część słodkiej wody zgromadzona jest w pokrywie lodowej, to właśnie okolice okołobiegunowe będą cechowały się wodami o niskim zasoleniu. Dobrymi przykładami są np. przybrzeżne wody Morza Weddela, jednak sama Antarktyka jest dość mocno zasolona ze względu na silne mieszanie wód. Lepsze przykłady możemy znaleźć w Arktyce. Zasolenie przybrzeżnych wód Morza Łaptiewów może z kolei wynosić nawet 1-2‰. Wpływ na to mają nie tylko pobliskie zlodzone wody Oceanu Arktycznego, ale też duże azjatyckie rzeki, uchodzące do tego morza (np. rzeka Lena).

Również obszary znacznie cieplejsze, za sprawą dużej dostawy wód słodkich mogą cechować się obniżonym zasoleniem. Warto wspomnieć choćby o Zatoce Bengalskiej (rzeka Ganges z Brahmaputrą) i Zatoce Gwinejskiej (rzeka Niger) czy Morzu Żółtym (rzeka Huang He) jednak dotyczy to głównie strefy przybrzeżnej.


W ostatnich latach coraz mocniej dostrzega się problem zanieczyszczenia wód morskich. Do istotnych elementów tego problemu można zaliczyć:

  • Odpady komunalne (ścieki), odpady przemysłowe oraz resztki nawozów i pestycydów używanych w rolnictwie, której dostają się do wody morskiej transportowane przez rzeki lub przesiąkając wodami gruntowymi z obszarów strefy nadmorskiej.
  • Transport morski, zwłaszcza bezpośrednie usuwanie odpadów do wody morskiej, a także wszelkie awarie (np. tankowców).
  • Awarie platform wiertniczych i rurociągów (np. eksplozja platformy wiertniczej Deepwater Horizon w Zatoce Meksykańskiej w 2010 roku).
  • Zanieczyszczenie Wszechoceanu plastikiem, transportowanym głównie przez rzeki w krajach Azji Południowej i Południowo-Wschodniej. To coraz poważniejszy problem, który zagraża życiu zwierząt morskich (spożywających plastik – np. żółwie jedzące siatki i słomki omyłkowo zamiast zwykłego pożywienia).

Ponadto wartym odnotowania jest, że postępujące Globalne Ocieplenie przyczynia się do zaniku fauny i flory, w tym niszczenia Wielkiej Rafy Koralowej.