هیدروسفر چیست؟ – شیمی آب کره به زبان ساده

هیدروسفر (Hydrosphere) یا آب کره، به تمامی منابع آبی که اطراف زمین قرار دارند گفته می‌شود. این منابع آب شامل آب دریاها، اقیانوس‌ها و آب‌های روی زمین، آب‌های زیر زمینی، ابرها و رطوبت اتمسفر، یخچال‌های طبیعی و ... گفته می‌شود. هیدروسفر نقش مهمی در ادامه حیات گیاهی و جانوری روی زمین را دارد و بدون این منابع آب عملا زندگی روی زمین غیرممکن خواهد بود. در این مطلب از مجله فرادرس به بررسی هیدروسفر و شیمی آب می‌پردازیم.

در ابتدای این مطلب می‌آموزیم هیدروسفر چیست و از چه اجزایی تشکیل شده است. سپس به بررسی توزیع آب در کره زمین و منابع آن می‌پردازیم. در ادامه، عوامل موثر بر آب شیرین را بررسی کرده و خواص آب را می‌آموزیم. پس از آن به بررسی خواص آب و غلظت مواد در هیدروسفر پرداخته و در نهایت اهمیت هیدروسفر را بررسی می‌کنیم. با مطالعه این مطلب تا انتها می‌توانید به شکلی کامل بیاموزید هیدروسفر چیست.

هیدروسفر چیست؟

آب کره (هیدروسفر) قسمتی از زمین و محیط اطراف آن است که شامل آب است. این سیستم شامل اقیانوس‌ها، آب‌های زیرزمینی، رودخانه‌ها ... است. آب کره یکی از مهم‌ترین سیستم‌ها برای ادامه حیات روی زمین است.

هیدرولوژی چیست؟

هیدرولوژی شاخه‌ای از علم شیمی است که خواص آب، ساختار آن در حالت‌های مختلف، منابع زمین و اهمیت آب در زندگی موجودات کره زمین را برسی می‌کند. هیدرولوژی در واقع علم مطالعه آب است.

توزیع آب در کره زمین

منابع آب طبیعی حدود سه چهارم کره زمین را فراگرفته‌ند. این منابع آب عمدتا شامل دریاها ، اقیانوس‌ها و دریاچه‌ها هستند. یک چهارم کره زمین نیز از خشکی تشکیل شده است.

فیلم آموزش منابع آب‌ زیرزمینی در زمین‌ شناسی در فرادرس

کلیک کنید

برخی از منابع آب به صورت آب‌های سطحی و زیرزمینی در بخش خشکی زمین وجود دارند. به علمی که به بررسی آب‌های موجود بر خشکی زمین می‌پردازد، ژئوهیدرولوژی گفته می‌شود. بخش عمده‌ای از آب‌های موجود در کره زمین را آب‌های شور و غیرقابل شرب تشکیل داده‌اند و تنها ۳٫۵ درصد این آب‌ها، آب شیرین هستند.

۹۷ درصد کل آب‌های موجود در کره زمین را یخ‌ها و برف‌های دائمی و آب‌های زیرزمینی و رودخانه‌ها تشکیل داده‌اند. حدود ۳ درصد از آب‌های هیدروسفر را آب موجود در چرخه‌های تجدید‌پذیری که با بارش و تبخیر در حرکت هستند تشکیل داده‌اند.

چرخه آب چیست؟

آب موجود بر روی سطح خشکی از رودها و رودخانه‌ها به دریاها و اقیانوس‌ها ریخته می‌شود. همچنین بخشی از آب به خاک و درون زمین نفوذ کرده و در زیر سطح زمین و در سفره‌های آب زیرزمینی جاری می‌شود.

منابع آب هیدروسفر

آب بر روی کره زمین به اندازه رفع نیازهای انسان وجود دارد و بیشتر از ۷۰ درصد سطح زمین را آب تشکیل داده است. با این وجود حفظ منابع آب امروزه یکی از مهم‌ترین چالش‌ها برای انسان است. بیشترین حجم منابع آب موجود در سطح زمین را آب شور اقیانوس‌ها تشکیل داده‌اند. پس از آب به ترتیب آب موجود در خشکی زمین، یخ‌های قطبی و طبیعی، آب‌های زیرزمینی و آب‌های شور بیشترین منابع موجود آب در هیدروسفر هستند.

مهم‌ترین منابع آب موجود در کره زمین آب‌های جوی، آب‌های سطحی و آب‌های زیرزمینی هستند. در ادامه این موارد را معرفی می‌کنیم.

آب های جوی

آب‌های جوی به رطوبت موجود در اتمسفر اشاره دارد که به صورت باران و برف بر سطح کره زمین می‌بارند. میزان غلظت آب‌های جوی بسته به پوشش گیاهی، منابع آب سطحی مانند دریاها و رودها و میزان فاصله سطح زمین از خورشید و فصل‌های مختلف و ارتفاعات مختلف، متفاوت است.

آب های سطحی

آب‌های سطحی منابع آبی مانند آب رودخانه‌ها، دریاچه‌ها، دریاها و اقیانوس‌ها هستند. این منابع آب اغلب به صورت طبیعی ایجاد شده و بسته به شرایط جوی مناطق مختلف و ترکیبات موجود در آب می‌توانند غلظت، ابعاد و حجم متفاوتی داشته باشند.

فیلم آموزش آب‌های‌سطحی در زمین‌شناسی در فرادرس

کلیک کنید

آب های زیرزمینی

منابع آب زیرزمینی شامل آب چشمه‌ها، چاه‌ها، قنات‌ها، رطوبت زمین و ... هستند. قسمت عمده آب قابل شرب و قابل استفاده زمین از آب‌های زیرزمینی مانند قنات‌ها و چشمه‌ها تامین می‌شود. همچنین یخ‌های قطبی و طبیعی نیز قسمت عمده‌ای از آب‌های شیرین و قابل شرب تشکیل می‌دهد. اما این آب‌ها نمی‌توانند به خوبی نیازهای آب شرب انسان را تامین کنند زیرا دسترسی و استفاده از آن‌ها دشوار و هزینه‌بر است.

یادگیری شیمی محیط زیست با فرادرس

همچنین، با مراجعه به فیلم‌های آموزش فرادرس که در ادامه آورده شده است می‌توانید به آموزش‌های بیشتری در زمینه هیدروسفر دسترسی داشته باشید.

• فیلم آموزش شیمی آلی ۱ مرور و حل مساله فرادرس
• فیلم آموزش مهندسی محیط زیست جامع و با نکات کاربردی فرادرس
• فیلم آموزش بوم‌ شناسی عمومی مرور و حل تست کنکور ارشد فرادرس

عوامل موثر بر آب های شیرین

مواردی مانند موقعیبت جغرافیایی منطقه، شرایط دمایی منطقه، شرایط آب و هوایی و میزان بارش بر میزان پراکندگی منابع آب قابل شرب در زمین بر میزان آب‌های شیرین موجود بر زمین در هیدروسفر، تاثیر می‌گذارند.

• موقعیت جغرافیایی: در برخی از مناطق زمین، منابع آب زیرزمینی یا یخ‌های قطبی بیشتر هستند.
• شرایط دمایی: شرایط دمایی و اقلیمی مناطق مختلف می‌تواند بر میزان آب شرب و شیرین موجود در هر منطقه تاثیری مستقیم بگذارد.
• شرایط آب و هوایی: شرایط آب و هوایی مناطق مختلف مانند میزان بارش‌های طبیعی، بازگشت آب به اتمسفر و چرخه آب و ... می‌توانند بر میزان منابع آب شیرین موجود در مناطق مختلف زمین اثر بگذارند.
• میزان بارش: میزان بارش در مناطق مختلف می‌تواند اثر بسزایی بر میزان منابع آب شیرین موجود در زمین داشته باشد. بارش به شکل باران و برف‌های دوره‌ای و فصلی می‌تواند به منبعی برای آب شیرین و قابل شرب تبدیل شود.

خواص آب چیست؟

آب تنها ماده‌ای است که در زمین به هر سه حالت ماده جامد (یخ‌ها)، مایع (آب مایع) و گاز (بخار آب) یافت می‌شود. در ادامه برخی از مهم ترین خواص آب را بررسی می‌کنیم.

قطبیت آب

این قطبیت پیوندهای آب به دلیل توانایی بیشتر اکسیژن برای جذب الکترون‌ها به سمت خود است. در نتیجه برآیند این ممان‌ها، قطبیت مولکول آب به شکل برداری از محور بین دو پیوند به سمت بالای مولکول اکسیژن شکل می‌گیرد. این خاصیت قطبی بودن مولکول آب باعث جهت‌گیری و تغییر رفتار آب در میدان الکتریکی و مغناطیسی شده و بسیاری از خواص فیزیکی و شیمیایی آب را تعیین می‌کند. شکل مولکول آب و قطبیت آن در تصویر زیر مشخص شده است.

رسانایی الکتریکی آب

تشکیل پیوند هیدروژنی

حلالیت آب

آب یکی از عمده‌ترین حلال‌های موجود در جهان است. بسیاری از ترکیبات یونی می‌توانند در آب دچار یونش شده و به یون‌های سازنده آن‌ها تقسیم شوند. همچنین، بسیاری از مواد آلی قطبی نیز به دلیل قطبیت خوب مولکول آب در آن حل می‌شوند.

انحلال پذیری مواد در آب

غلظت یون های مختلف اقیانوس ها و رودها

در قسمت‌های قبل آموختیم بخش عظیمی از آب‌های هیدروسفر از اقیانو‌س‌ها و آب‌های جاری روی زمین تشکیل شده است. میزان غلظت یون‌های مختلف و مواد مختلف بسته به عوامل تاثیرگذار بر هیدروسفر مانند شرایط آب و هوایی و منطقه جغرافیایی می‌توانند متفاوت باشند.

اما به طور کلی میتوان میزان نسبی این یون‌ها را به طور تقریبی در این آب‌ها اندازه گیری کرد. غلظت یون‌های مختلف در اقیانوس‌ها، به ترتیب از زیاد به کم شامل یون‌های سدیم، منیزیم کلسیم و غلظت آنیون‌ها به ترتیب کلر، سولفات و هیدروزن کربنات است.

در آب‌های سطحی رودخانه‌ها ترتیب غلظت این یون‌ها، کاتیون‌های کلسیم، سدیم و منیزیم از زیاد به کم و آنیون‌ها به ترتیب شامل یون‌های هیدروژن کربنات، سولفات و کلر است.

ظرفیت گرمایی ویژه آب

میزان تفاوت دمای شب و روز در مکان‌هایی که دارای دریا و رودخانه هستند بسیار کمتر از مکان‌هایی مانند کویرها و مناطق خشک است. زیرا منابع آب موجود در این مکان‌ها گرمای دریافت شده در طول روز را به آرامی در شب به محیط باز پس می‌دهند.

شیمی دریاها و اقیانوس ها

در قسمت‌های قبل آموختیم هیدروسفر چیست و چه اهمیتی در حیات بر روی کره زمین دارد. حدود سه چهارم آب‌های موجود بر روی کره زمین، به صورت دریاها و اقیانوس‌ها وجود دارد. این دریاها و اقیانوس‌ها از آب‌های شور حاوی نمک‌ها و املاح مختلف تشکیل شده‌اند. در جدول زیر، مقدار غلظت عمده‌ترین نمک‌های موجود در این آب‌ها مشخص شده است.

مقدار غلظت یون ها در آب دریا و اقیانوس

نمک‌ها و ترکیبات یونی مختلف حل شده در آب دریاها و اقیانوس‌ها عموما یونیزه شده و تفکیک می‌شوند. بنابراین می‌توان مقدار غلظت کاتیون‌ها و آنیون‌های موجود در این آب‌ها را به صورت جداگانه اندازه‌گیری کرد. مقدار غلظت کاتیون‌های مختلف موجود در این آب‌ها بر حسب گرم بر کیلوگرم آب دریا در ادامه آورده شده است.

همانطور که مشاهده می‌کنید مقدار غلظت سدیم در این آب‌ها بیشترین مقدار و استرانسیم کمترین مقدار را دارد. این پدیده به علت انحلال‌پذیری زیاد نمک‌های سدیم و انحلال‌پذیری کم نمک‌های استرانسیم در آب است. در جدول زیر، غلظت آنیون‌های آب دریا نیز بر حسب گرم بر کیلوگرم آب دریا ارائه شده است.

در بین این آنیون‌ها، کلرید بیشترین غلظت را داشته و غلظت یون فلوئورید تقریبا ناچیز است.

مقایسه غلظت یون ها در منابع مختلف آب

میزان غلظت یون‌های مختلف در منابع آب مختلف مانند آب‌های سطحی مانند دریاها و رودخانه‌ها، آب‌های زیرزمینی آب‌های عمقی و بستر اقیانوس‌ها متفاوت است. آب دریاها و بستر اقیانوس‌ها معمولا آب‌های شور با املاح بسیار زیاد بوده و آب‌های زیرزمینی عموما آب‌های شیرین و قابل شرب با غلظت کمتر نمک‌های مختلف هستند. در جدول زیر، میزان غلظت یون‌های مختلف در آب دریاها و اقیانوس‌ها بر حسب گرم بر لیتر مقایسه شده است.

آلودگی آب

در قسمت‌های قبل آموختیم هیدروسفر چیست و چرا اهمیت دارد. آب یکی از مهم‌ترین مواد شیمیایی موجود در زمین است که برای ادامه حیات گیاهی و جانوری بر روی آن ضروری است. آلودگی آب به معنی وجود مواد اضافی و مضری در منابع آب است که برای سلامت انسان و آبزیان خطرناک است.

آلودگی آب باعث ناخالص شدن آن شده و در برخی از موارد بسته به نوع آلودگی می‌تواند باعث تغییر رنگ، بو و شفافیت آب شود. این مواد آلاینده که می‌توانند به صورت حل شده یا معلق در آب وجد داشته باشند، باعث کاهش کیفیت آب شده و آن‌ را برای مصارف معمولی نامناسب می‌سازند. آب آلوده شده باید تصفیه و پاکسازی شود و سپس به مصرف برسد.

آلودگی آب ناشی از استفاده از حشره کش ها

یکی از مهم‌ترین مواد آلاینده‌ای که باعث آلودگی سطح آب می‌شود، حشره‌کش‌ها و آفت‌کش‌ها هستند که به صورت عمده در صنایع کشاورزی استفاده می‌شوند. آلودگی آب سطحی باعث انتقال آلودگی به رودخانه‌ها و منابع آب وسیع‌تر و به خطر افتادن حیات گیاهی و آبزیان می‌شود.

مثال حشره کش ها

یکی از مهم‌ترین منابع آلودگی آب‌های سطحی در هیدروسفر، DDT یا «دی کلرودیفنیل تری کلرواتان» است. ساختار این ماده در تصویر زیر مشخص شده است.

این حشره‌کش بسیار پرکاربرد است، ساختاری کریستالی دارد و تقریبا بی‌رنگ و بدون بو است. این ماده یک آلاینده سمی است و استفاده از آن در حشره‌کش‌ها در سال‌های گذشته ممنوع شده است. وجود حتی مقادیر بسیار کم از حشره‌کش‌ها در منابع آب سطحی هیدروسفر باعث از بین رفتن آبزیان، مسمومیت آن‌ها یا حتی تغییر الگو‌های رفتاری و تغییر نرخ تخم‌گذاری و زاد و ولد آن‌ها شود.

اهمیت هیدروسفر

در این مطلب از مجله فرادرس آموختیم هیدروسفر چیست و چه منابعی، آب کره زمین را تشکیل داده‌اند. همانطور که در قسمت‌های قبل آموختیم، آب یکی از مهم‌ترین مواد شیمیایی برای ادامه حیات گیاهی و جانوری است. بدون آب بسیاری از واکنش‌های شیمیایی انجام نشده و حیات گیاهی و جانوری زمین از بین خواهند رفت. به همین دلیل دانشمندان همواره به دنبال روش‌هایی برای حفظ منابع آب، تصفیه آب‌های شور و جلوگیری از تغییرات اقلیمی و کاهش منابع آب هستند.

فیلم آموزش سیستم‌های انتقال آب در فرادرس

کلیک کنید

در ادامه برخی دیگر از مهم‌ترین اثرات بیولوژیکی آب را بر بدن انسان و جانوران بررسی می‌کنیم.

• آب تقریبا در تمامی فرآیندهای سلولی نقش دارد.
• آب یکی از مایعات حیاتی بدن برای انتقال مواد مغذی است.
• آب در واکنش‌های آنزیمی، متابولیسم سلولی و دفع مواد زاید نقش دارد.
• کمبود آب می‌تواند به مشکلاتی مانند خستگی، سردرد، تضعیف عملکرد کلیه‌ها و حتی بیماری‌های جدی‌تری مانند دیابت منجر شود.
• آب به حفظ تعادل الکترولیتی و دمای بدن کمک می‌کند.
• آب به عنوان یک رسانا در سیستم عصبی عمل می‌کند.

علاوه بر موارد ذکر شده، آب به عنوان یکی از اصلی‌ترین عوامل شکل‌گیری پوشش‌های گیاهی مختلف و تولید اکوسیستم‌های گوناگون و همچنین شکل‌گیری زنجره‌های غذایی و ادامه حیات طبیعی عمل می‌کند.