Вода - это сок жизни... Так сказал всем известный Леонардо да Винчи. И здесь нет смысла спорить, потому что вода является основой для всего живого на планете. А что же такое вода? Это прозрачная жидкость, которая не имеет ни вкуса, ни запаха. Вода в чистом виде является связью двух молекул водорода и одной молекулы кислорода.
Химическая формула воды читается как Н2О. Вроде бы ничего сложного и удивительного. Но вот если копнуть глубже, то начинаешь понимать, насколько серьезна роль воды в нашем мире и зарождении жизни на планете! Одной из важных функций воды для поддержания жизни на Земле, является ее беспрерывный круговорот в природе.
Общие сведения о воде
- занимает 2/3 (около 71%) площади нашей планеты. И если каждому известно, что вода есть в море, в озерах и реках, то такой интересный факт, который говорит о том, что человеческое тело на целых 70% состоит из воды, известен немногим. Человеку для нормальной жизнедеятельности ежедневно нужно употреблять около 3 литров воды. А при условии потери более 7 % жидкости организм начинает погибать.
- Вода является отличным растворителем за счет того, что молекулы воды имеют очень высокую полярность. Поэтому если вода контактирует с какими веществами, то они обязательно растворятся в ней. Исключением являются минеральные соединения, а также жиры.
- Идеально очищенная или как ее еще называют - дистиллированная вода - то есть вода, из состава которой были удалены все примеси солей, не проводит электрического тока. Но необходимо отметить, что исходя из предыдущего пункта, в природе при естественных условиях такая вода не существует. Воду искусственно дистиллируют.
- Вода может пребывать в трех агрегатных состояниях: "жидком" - вода, "твердом" - лед, "газообразном" - водяной пар.
Круговорот воды в природе
Вода никуда не исчезает с планеты, а осуществляет непрерывный круговорот в природе. Приведем простейший пример: поливаете вы дерево из ведра. Казалось бы, что когда вода в ведре заканчивается, то ее просто нет уже. Но все не так просто. Вода закончилась в ведре, но она ведь оказалась в земле. И теперь, когда дерево "напьется", эта самая вода, которая была использована для полива, испариться с листочков дерева и поднимется к небесам, но только уже в другом состоянии. Если выразиться более научным языком, то круговоротом воды в природе является постоянное и непрерывное перемещение водных масс в, которое происходит под воздействием силы тяжести и энергии Солнца (то есть тепла).
Благодаря круговороту воды на планете происходит беспрерывное обновление водных масс. Обновление вод происходит в любой из частей географических оболочек. Процесс этот постепенный и довольно продолжительный. К примеру, для того чтобы полностью обновилась вода Мирового океана понадобиться около 3 тысячи лет. Антарктические ледники обновляют свои водные массы вообще десятки миллионов лет. А вот пары облаков меняют воду в своем составе всего за одну неделю, а вода в живых организмах (и людей в том числе) полностью обновляется уже за несколько часов.
Такой феномен, как круговорот водных масс в природе состоит из испарения вод с поверхностей морей, озер, рек и сухих территорий планеты. Испаренная вода при помощи воздушных потоков стремится вверх, превращаясь в пар. За счет того, что на высоте, там где находятся облака, температура существенно ниже, чем у поверхности земли, происходит конденсация паров, то есть пар превращается обратно в воду, такую воду, которую мы встречаем чаще всего - жидкую. И вновь вода попадает на землю в виде дождя или снега.
Львиная доля так называемого "поставщика" влаги в атмосферу земли приходится на океан. Благодаря энергии солнца вода в океане прогревается и за счет этого испаряется. Примечателен тот факт, что вода в океане хоть и является соленой, но все таки испаряется она в виде пресных парообразных масс. Если взять все количество испарений с поверхности земли, то на океан придется более 85%. Оставшиеся 15% испаряются уже с суши, за счет "дыхания" растений и животных, а также испарений воды с рек, озер, болот и грунтовых вод.
Вот так за счет постоянного движения водных масс на земле происходит круговорот воды. То есть вода испаряется с поверхности океана, затем выпадает на сушу в виде твердых или жидких осадков, просачивается в землю, встречается на своем пути с грунтовыми водами, которые так или иначе найдут выход к Мировому океана, а океан вновь отдаст воду в атмосферу. Этот цикл бесконечен и чрезвычайно важен для всего живого.
Схемы круговорота воды в природе
Представляем вашему вниманию несколько схем-рисунков с иллюстрацией круговорота воды в природе. Для отображения схемы в полном размере, кликнете по ней левой кнопкой мышки.
Значение воды в природе
Об этом можно сказать очень коротко: имеет огромное значение! Она стала первоисточником жизни на нашей планете. Без воздуха на Земле жизнь возможна (анаэробные организмы), а вот без воды нет. Вода - это основа всего живого. Научно доказано, что даже межпланетные кометы в своем составе имеют воду. Бедуины говорили: "Вода дороже золота". И они были правы, потому что странствующему путнику без воды не обойтись и трех дней. И если водные запасы иссякнут, то смерти не миновать. Какое уж тут золото?!
Агрегатные состояния воды в природе
Вода является уникальным и единственным веществом, которое может находиться в трех различных состояниях: в виде жидкости, в виде пара и в виде льда. Ни одно вещество на планете, на такое больше не способно! За счет того, что вода постоянно меняет свое агрегатное состояние и происходит ее круговорот в природе.
Свойства воды в природе
Вода уникальна. Вот несколько фактов, которые это доказывают:
1. В момент перехода воды из жидкого состояния в твердое, иными словами при замерзании, она уменьшает свою плотность, хотя все остальные вещества в мире замерзая ее увеличивают. За счет этого лед поднимается на поверхность и схватывается ледяной коркой, которая не пропускает воздух, что дает возможность даже при чрезвычайно низких температурах сохранить тепло в воде, которая находится подо льдом. Поэтому живые организмы не погибают. Представьте, что было бы, если вода вела себя по другому: все живые организмы, обитающие в толщах вод морей, озер и океанов, в мороз бы уже все погибли.
2. Значение поверхностного натяжения у воды гораздо выше, чем у какого либо другого вещества, что влияет на образование капель дождя. А это, несомненно, оказывает огромное влияние на круговорот воды в природе.
3. Вода имеет самую высокую температуру кипения среди всех остальных жидких веществ в природе. Это замедляет процессы испарения, что дает возможность меньшей потери влаги.
Видео: Круговорот воды в природе
Единство природных вод Земли требует рассмотрения подземных вод в их неразрывной связи и взаимодействии со всеми видами природных вод и с горными породами, в которых они формируются, накапливаются и передвигаются. Поэтому ниже изложены сведения о круговороте воды в природе, видах воды в горных породах и основных закономерностях их передвижения; рассмотрены виды подземных вод и основные свойства горных пород по отношению к воде.
Вода - одно из самых распространенных в природе веществ. Она встречается в парообразном, жидком и твердом состояниях во всех основных сферах Земли: в атмосфере (пары, облака, снег, град, дождь), гидросфере (океаны, моря, озера, реки, болота, ледники, снег), литосфере (подземные воды, пары, лед, связанная вода), биосфере (во всех живых организмах и растениях).
Общий объем воды в Мировом океане равен 1338 млн км 3 , количество наземных вод (со льдом) - 24,5 млн км 3 , в атмосфере содержится около 14 000 км 3 воды, а в горных породах земной коры - примерно 400 млн км 3 , причем на долю так называемой связанной воды, видимо, приходится основная их часть. Таким образом, всего на нашей планете (в океанах, на поверхности суши и в земной коре) имеется примерно 1,8 млрд км 3 воды. При этом доля пресных вод не превышает 2% (35 млн км 3).
Все виды воды взаимосвязаны друг с другом. Вода и ее фазовые состояния изучаются различными дисциплинами: парообразная вода - физикой и метеорологией, твердая (лед) - гляциологией и мерзлотоведением; жидкая поверхностная - океанологией и гидрологией, подземная - гидрогеологией.
Воды атмосферы, гидросферы и литосферы находятся в непрерывном взаимодействии и перемещении. Испаряясь с поверхности океанов, морей, озер, рек и других водоемов, а также с поверхности суши, вода в парообразном состоянии переходит в атмосферу, откуда при благоприятных условиях вновь выпадает на поверхность Земли в виде дождя, снега, града, составляя звенья общего круговорота воды на Земле, который является одним из самых грандиозных процессов, определяющих формирование поверхности Земли, обмен веществ и энергии.
Выпадающие на поверхность Земли атмосферные осадки частично стекают через реки в моря и океаны (поверхностный сток), частично просачиваются (инфильтруются) через почву, обеспечивая питание влагой растений и пополнение подземных вод, а частично снова испаряются в атмосферу. Подземные воды, в свою очередь, передвигаясь по пластам трещиноватых и пористых горных пород, поступают в поверхностные водотоки и водоемы (реки, озера, моря, океаны), обеспечивая их подземное питание, и таким образом снова вступают в общий круговорот воды в природе, начинающийся с испарения поверхностных вод.
В ходе круговорота постоянно возобновляются водные ресурсы в атмосфере, на поверхности Земли, в биосфере и верхней части литосферы. Так, в атмосфере в среднем содержится около 14 тыс. км 3 воды, преимущественно в виде пара. Однако благодаря постоянному пополнению атмосферной влаги путем испарения ежегодно на поверхность Земли выпадает 577 тыс. км 3 осадков.
Если перемещение влаги в атмосфере и на поверхности Земли совершается довольно быстро, то с глубиной водообмен существенно замедляется, однако и глубокие подземные воды участвуют в общем круговороте воды.
Процессы перехода воды из одной геосферы Земли в другую, составляющие общий круговорот воды в природе, слагаются из испарения (И), осадков (О), поверхностного ((? пов) и подземного ((? ПО дз) стоков.
Различают большой , малый и внутриматериковый, или местный, круговороты. При большом круговороте часть воды, испарившейся с водной поверхности океанов и морей, ветром переносится на сушу и там выпадает в виде осадков, которые затем расходуются на поверхностный и подземный стоки, а также на испарение. При малом круговороте вода, испарившаяся в пределах океанов и морей, выпадает здесь же. При внутриматериковом круговороте испарившаяся в пределах материков (с поверхности озер, болот, рек, с суши и при помощи растительности) вода вновь выпадает на материке.
На рис. 5.1 показаны общая схема круговорота воды в природе и отдельные его составляющие.
Определяющее влияние на переход воды из одного состояния в другое и ее перемещение из одной сферы Земли в другую, т.е. на развитие процессов круговорота воды в природе, оказывают климатические факторы. В формировании отдельных составляющих круговорота существенную роль играют геоморфологические, геолого-литологические, физико-географические и другие факторы, которые в значительной мере предопределяют поверхностный сток, инфильтрацию атмосферных осадков (т.е. их просачивание через почву в пористые и трещиноватые горные породы), испарение, транспирацию (испарение влаги растительностью), подземный сток и развитие других важных процессов. Поэтому при изучении гидрогеологических условий какого-либо района или месторождения важно учитывать климатические, геоморфологические, геолого-литологические, физико-географические и другие его особенности и условия, которые влияют на водный баланс изучаемого района.
Все атмосферные осадки разделяются на два типа: осадки, выпадающие на поверхность из облаков (дождь, град, снег, крупа), и осадки, образующиеся непосредственно на поверхности горных пород вследствие понижения температуры воздуха до точки росы (роса, иней, изморозь, гололед). Уравнение водного баланса в общем виде было предложено в 1884 г. А.И. Воейковым:
где Х 0 - среднее годовое количество атмосферных осадков в виде дождя, снега, инея или росы; У 0 - общий сток, т.е. часть осадков,
7 - осадки (о - снег, б - дождь); 2 - хорошо проницаемые породы; 3 - слабопроницаемые породы; 4 - непроницаемые породы
Рис. 5.1.
5 - источник; б - направление движения воды и водяных паров которая стекает поверхностным или подземным путем; Z 0 - часть осадков, которая расходуется на испарение и транспирацию (за вычетом конденсации).
Осадки. Систематические наблюдения за атмосферными осадками очень важны для народного хозяйства. С помощью приборов наблюдения проводятся с середины XIX в., в результате были установлены определенные закономерности - чередование водообильных лет (дожди, наводнения) с маловодными (засухи). Количество осадков измеряется толщиной слоя воды в миллиметрах в год и изменяется в широких пределах. Так, некоторые районы Индии получают 12 000-14 000 мм, а некоторые районы Чили - только 1 - 17 мм. Величина осадков сильно меняется и на территории России. Так, на Черноморском побережье Кавказа выпадает 1200-3000 мм осадков, в Москве - 500-600 мм.
В Нечерноземной зоне годовое количество осадков в среднем равно 400-600 мм, причем на питание подземных вод идет от 110 (верховья Волги и Западной Двины) до 20 мм (бассейн реки Нары - юго-восток Рязанской области). На европейской части выпадает 480-500 мм осадков в год, из них стекает 170-180 мм, остальная часть идет на испарение и снова включается во влагооборот или остается в почве (рис. 5.2).
Установлено, что влагооборот на юге России осуществляется 4 раза в год, а в целом на всей территории европейской части России - 2,5 раза в год (Кирюхин, Толстихин, 1987).
Испарение представляет собой переход вещества из жидкого или твердого состояния в парообразное. В год с поверхности океана в тропиках испаряется слой воды толщиной в 1,5 м, а в полярных странах - 0,5 м. Различают испарение и испаряемость. Испарение - это фактическая величина испарения с поверхности Земли, а испаряемость - максимально возможное испарение с водной поверхности при существующих метеорологических условиях. Обе эти величины подвержены суточным и годовым колебаниям: днем и летом они больше, чем ночью и зимой.
Испарение следует учитывать при решении вопросов оросительной и осушительной мелиорации. В тундре испарение составляет 70-120 мм, а испаряемость - 200-300 мм, в степи - соответственно 240-550 и 600-1100 мм, в пустыне - 50-100 и 1500- 2000 мм. Годовое испарение и испаряемость в засушливых районах больше годового количества осадков. Испарение влаги растениями называется транспирацией. При образовании 1 г растительной ткани испаряется 300-400 г воды. За вегетативный период травы и культурные растения испаряют с 1 га 229-254 мм, пшеница - 200-300 мм, хвойные деревья - 102-154 мм.
Рис. 5.2.
величина питания (мм/год): 7 - 110-80; 2 - 80-70; 3 - 70-60; 4 - 60-50;
5 - 50-40; 6 - 40-30; 7 - 30-20
Основная жидкость планеты
Вода - важнейшая составляющая жизни любого биологического организма на Земле. Потому важно изучать, наблюдать и следить за количеством, качеством и состоянием водного ресурса планеты. Основные запасы этой живительной влаги сосредоточены в мировом океане. И уже испаряясь оттуда, влага питает Землю, благодаря процессу, называемому круговоротом воды в природе. Вода - очень подвижное вещество и легко переходит из одного своего состояния в другое. И, благодаря этому, может легко достигать самых отдаленных от источника уголков. Как же происходит этот процесс?
Как и почему происходит циркуляция воды?
Под действием тепла, излучаемого Солнцем, вода постоянно испаряется с поверхности океана, переходя в газообразное состояние. Вместе с потоками теплого воздуха пар поднимается вверх, образуя облака. Они легко уносятся ветром от первоначального места испарения. Постепенно захватывая на своем пути все новые испарения, тучи остывают на пути вверх. В какой-то момент наступает следующий этап - конденсация. Она возможна, когда воздух приходит в состояние насыщения (100% влажность) водяными парами. Обычно это случается при достаточном охлаждении. Известно, что максимальное количество пара, которое может удерживаться в воздухе, пропорционально его температуре, поэтому в определенный момент охлаждения наступает насыщение облака паром, что ведет к переходу воды в следующее - жидкое или кристаллообразное - состояние. И если облако в этот момент находится все еще над океаном, то влага возвращается туда, откуда пришла. Так завершился один малый круговорот воды в природе. Этот процесс не замирает ни на минуту. Вода над мировым океаном постоянно циркулирует.
Как вода циркулирует над сушей
Не вся влага выпадает обратно в океан. Большое количество пара вместе с пассатами и муссонами относится вглубь материков, выпадая по мере движения в виде осадков на Землю. Часть этой влаги задерживается в верхних слоях почвы, питая растения, другая часть стекает к ручейкам и рекам, чтобы, добравшись до морей и океанов, снова испариться и попасть в следующий круговорот воды в природе. Совсем небольшая доля выпавших осадков просочится сквозь почву вглубь, и, достигнув водонепроницаемого слоя (глины, скальных пород), будет стекать по этому склону. Часть подземных вод снова найдет выход на поверхность, образуя ключи с кристально чистой водой, чтобы позже влиться в реки и снова испариться для следующего цикла. А другая их часть по трещинам и расщелинам будет дальше просачиваться в недра Земли, пока не достигнет слоев с высокой температурой, где снова превратится в пар, чтобы опять завертеться в подземном круговороте или вырваться на поверхность термальным источником.
Маршруты воды в природе
Ежегодно в воздух испаряется порядка четырехсот тысяч кубических километров воды, и только одна пятая их приходится на сушу, площадь которой в три раза меньше поверхности мирового океана. Вода испаряется с поверхности суши не только почвой, но и растительностью: каждым листочком на дереве и каждой травинкой на Земле. Проследить за всеми возможными путешествиями воды крайне сложно. Но смоделировать сильно упрощенный вариант, демонстрирующий круговорот воды в природе для детей, вполне реально даже у себя в квартире.
Опыт, демонстрирующий испарение и конденсацию влаги
Чтобы продемонстрировать первый этап круговорота - испарение воды с поверхности водоемов под действием солнечных лучей - достаточно будет взять стакан, наполненный до половины водой, поместить его в пластиковый герметично закрывающийся пакет и прикрепить это скотчем, к оконному стеклу в солнечный день. Через некоторое время (зависит от температуры в комнате и интенсивности солнечного света) вы увидите, что стенки пакета запотели, а еще через время, на них образуются капельки воды.
Демонстрационная модель полного цикла круговорота воды
Более сложную модель можно собрать, используя емкость, частично заполненную подкрашенной синим красителем водой (имитация мирового океана), прозрачный, можно перфорированный, пакет, заполненный песком в достаточном количестве, чтобы поднимался над водой более чем наполовину (суша). Всю конструкцию максимально плотно закрыть полиэтиленовой пленкой и закрепить. Над «сушей» поставить небольшую емкость со льдом (лед создаст необходимый для опыта холод в верхних слоях "атмосферы"), над "океаном" поместите настольную лампу (Солнце), которая будет излучать тепло. Включив ее, через некоторое время получим на пленке, над сушей, в холодном месте конденсат влаги, которая чуть позже каплями выпадет на сушу. И если пакет с перфорацией, то можно увидеть, как влага, просачиваясь сквозь песок, стекает все ниже к океану.
Что нам остается делать
Круговорот воды в биосфере - очень важный процесс для всей планеты. Нарушение или выпадение хотя бы одного звена приведет к глобальным и, весьма вероятно, непоправимым последствиям для всех. Австралийские и американские ученые на основании своих наблюдений за погодой, охвативших 50 лет, пришли к заключению, что круговорот воды в природе из-за глобального потепления стал ускоряться. А это, в свою очередь, приведет к тому, что засушливые районы станут еще суше, а там, где и сейчас климат дождливый, будет выпадать еще больше осадков. Все это доказывает одно: человечеству стоит серьезнее относиться к своей деятельности, которая неразрывно связана с природой.
Вода является самым распространенным веществом в биосфере. Круговорот воды в природе – это непрерывный замкнутый процесс перемещения воды между гидросферой, атмосферой и литосферой на Земле. Это становится возможным, благодаря способности воды изменять свое состояние. На нашей планете вода существует в трех агрегатных состояниях – твердом, жидком и газообразном.
Основные запасы воды – это соленые воды морей и океанов (97%). Только 3% воды из общего объема гидросферы – пресные. Причем 70% пресной воды находится в твердом состоянии в ледниках (2,24%). На грунтовые воды приходится 0,61% пресной воды, а на воды озер, рек и атмосферной влаги, соответственно, - 0,016%, 0,0001% и 0,001%. Из-за непрерывной циркуляции воды на земном шаре ее общее количество остается постоянным.
Круговорот воды осуществляется, благодаря испарению, передвижению водяного пара в атмосфере, конденсации его, выпадению осадков и наличию стоков. Начинается круговорот с испарения воды с подстилающей поверхности водоемов. С воздушными течениями водяные пары перемещаются из одной области в другую. Большая часть воды испаряется с поверхности Мирового океана и при конденсации в виде осадков возвращается обратно. Меньшая доля испарившейся воды переносится на сушу воздушными течениями. Объем воды, которая испаряется над сушей и выносится воздушными течениями в океан, незначителен. Таким образом, при испарении моря и океаны теряют значительно больше воды, чем получают влаги при выпадении осадков, на суше – наоборот. Но в моря и океаны с материков постоянно поступает сток речной воды. Это обеспечивает постоянство объема воды на планете.
В связи с процессами конденсации влаги происходит выпадение осадков. Часть влаги атмосферных осадков испаряется, часть образует временные или постоянные водостоки и водоемы. Определенная массовая доля влаги атмосферных осадков просачивается в грунт, формируя подземные воды.
В природе различают несколько типов круговоротов воды в зависимости от места, где влага испарилась, и где выпали осадки. Выделяют большой (мировой) и малые (океанический и континентальный) круговороты воды. При большом круговороте водяной пар, образовавшийся над морями и океанами, переносится воздушными течениями на континенты, конденсируется там с выпадением осадков, и влага снова попадает в океан в виде стоков. Данный вид круговорота сопровождается изменением качества воды, так как при испарении соленая вода становится пресной, а грязная вода очищается.
В процессе малого океанического круговорота водяные пары, сформировавшиеся над океаном, подвергаются конденсации, и в виде осадков возвращаются в океан. Малый внутриконтинентальный круговорот – это конденсация над поверхностью суши испарившейся воды, и последующее выпадение осадков над материками. Конечный этап малого континентального круговорота – также Мировой океан.
Скорости транспортировки воды в различных состояниях отличается, так же, как различны временные промежутки расходов воды и время ее обновления. Самая высокая скорость водообмена – в живых организмах (несколько часов). В ледниках полярных областей круговорот воды протекает тысячи лет. Воды Мирового океана полностью обновляются за 2,7 тысячи лет.
Какое значение мирового круговорота воды в природе, Вы узнаете из этой статьи.
Значение круговорота воды в природе
Как происходит круговорот воды?
Суша и Мировой океан под действием лучей Солнца нагреваются. В результате вода из жидкого состояния переходит в газообразное, то есть пар, и поднимается вверх. В атмосферу Океан поставляет до 86% влаги, и только 14% парообразной влаги получается за счет испарения с суши. Та вода, которая испаряется с поверхности – пресная. Можно утверждать, что океан это колоссальная фабрика пресной воды. И без нее жизнь на планете была бы невозможной. С высотой в атмосфере понижается температура и пары воды, встретившись с холодными слоями воздуха, остывают и начинают образовывать облака. Отметит, что на суше вода испаряется с рек, озер, ручьев и поверхности растений. Зачастую, испарившееся вода с океана, возвращается в него же осадками, которые выпадают из облаков над океанами и морями. Другие облака переносятся ветром на материк. Там осадки могут выпадать в твердом или жидком виде. Частичка атмосферных осадков выпадает в реки, которые, так или иначе, несут свои воды в Мировой океан, либо в Аральское или Каспийское море. Другая вода, выпавшая в виде атмосферных осадков на землю, просачивается с поверхности суши вниз и подземными водами опять стекает в Мировой океан. Здесь круговорот начинается снова и снова. В другом случае, осадки, выпавшие в почву, через корневую систему попадает в организм растений. Оттуда она испаряется через листья в атмосферу.
Какое значение имеет круговорот воды в природе?
В природе значение круговорота воды очень велико. Он не только объединяет части гидросферы, но связывает все оболочки планеты между собой: гидросферу, литосферу, атмосферу и биосферу. Во время круговорота вода бывает в 3-ех состояниях: твердом, жидком, газообразном. Она переносит большое количество веществ, которые необходимы для жизни на планете. Круговорот воды регулирует во времени речной сток. Без него в реках вода была бы только в периоды таяния снегов или выпадения осадков. Также данный процесс важный для растений, так как из почвы с водой в них поступают минеральные растворенные вещества и витамины.
Loading...