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.
Роль воды в происходящих в биосфере процессах огромна. Без воды невозможен обмен веществ в живых организмах. С появлением жизни на Земле круговорот воды стал относительно сложным, так как к простому явлению физиологического испарения добавился более сложный процесс биологического испарения (транспирация), связанный с жизнедеятельностью растений и животных.
Кратко круговорот воды в природе можно описать следующим образом. Вода поступает на поверхность Земли в виде осадков, которые образуются главным образом из водяного пара, попадающего в атмосферу в результате физического испарения и испарения воды растениями. Одна часть этой воды испаряется прямо с поверхности водных объектов или косвенно, при посредстве растений и животных, а другая питает подземные воды.
Характер испарения зависит от многих факторов. Так, с единицы площади в лесной местности испаряется значительно больше воды, чем с поверхности водного объекта. С уменьшением растительного покрова уменьшается и транспирация, а, следовательно, и количество осадков.
Поток воды в гидрологическом цикле определяется испарением, а не осадками. Способность атмосферы удерживать водяной пар ограниченна. Увеличение скорости испарения ведет к соответствующему увеличению осадков. Вода, содержащаяся в воздухе в виде пара в любой момент, соответствует в среднем слою толщиной 2,5 см., равномерно распределенному по поверхности Земли. Количество осадков, выпадающих в год, составляет в среднем 65 см. Следовательно, водяные пары атмосферного фронта ежегодно совершают круговорот примерно 25 раз (раз в две недели).
Содержание воды в водных объектах и почве в сотни раз больше, чем в атмосфере, однако она протекает через два первых фонда с одинаковой скоростью. Среднее время переноса воды в ее жидкой фазе по поверхности Земли около 3650 лет, в 10000 раз больше, чем время ее переноса в атмосфере. Человек в процессе хозяйственной деятельности оказывает сильное воздействие на основу гидрологического цикла - испарение воды.
Загрязнение водных объектов и в первую очередь морей и океанов нефтепродуктами резко ухудшает процесс физического испарения, а уменьшение площади лесов - транспирацию. Это не может не сказаться на характере круговорота воды в природе.
Глобальные круговороты жизненно важных биогенных элементов распадаются в биосфере на множество мелких круговоротов, приуроченных к локальным местам обитания различных биологических сообществ. Они могут быть более или менее сложными и в разной степени чувствительными различного рода внешним воздействия. Но природа распорядилась так, что в естественных условиях эти биохимические круговороты являются «образцовыми безотходными технологиями». Цикличность охватывает 98-99% биогенных элементов и лишь 1-2% уходит даже не в отходы, а в геологический запас.
В отличие от простого переноса - перемещения минеральных элементов в большом круговороте, - в малом круговороте самыми важными моментами являются синтез и разрушение органических соединений. Эти два лежащих в основе жизни процесса находятся в определенном соотношении, что и составляет одну из главных ее особенностей.
Уникальные свойства живого вещества и его биогеохимические функции, проявляющиеся в способности трансформировать газы и концентрировать химические элементы, объясняют его способность совершать грандиозную по масштабам и последствиям геохимическую работу на планете.
Как было отмечено выше, основой функционирования природной системы (ПС) являются энергетические и вещественные связи. Вещество в ПС движется по замкнутому кругу, формируя биогеохимический круговорот.
На пути от автотрофов к гетеротрофам питательные элементы могут попадать в так называемые резервные фонды, своеобразные отстойники. Вещества здесь малоподвижны и проходят лишь минеральные превращения, не связанные с живой материей. Такими резервными фондами являются, например, залежи угля, отложения карбонатных пород на дне моря. Резервными фондами можно считать также запасы древесины в лесных экосистемах, залежи торфа, лесную подстилку, перегной, запасы углерода в форме углекислоты в атмосфере, гидросфере, почве, растворённые в водах химические элементы, сами воды.
По скорости движения вещества и стабильности резервные фонды неоднородны. В границах резервного фонда можно выделить легкодоступную живым организмам массу вещества. Такое вещество, как правило, сосредоточено в высокоподвижных геосферах, в которых потоки вещества движутся значительно энергичнее, чем в остальной части резервных фондов. Это вещество имеет значительно больше шансов быть вовлеченным в биологические трофические цепи. Такую массу вещества называют обменным фондом .
Резервные фонды атмосферы, гидросферы и биосферы обычно легко доступны, вещество из них легко извлекается и так же легко в них возвращается, поэтому происходящие здесь процессы отличаются относительной стабильностью. Значительно труднее извлекается вещество из фонда осадочного цикла (из литосферы). Поэтому идущие с участием этого фонда процессы менее активны, неустойчивы. Здесь поступление в резерв идёт более быстрыми темпами, чем извлечение из него. Процесс извлечения и возврата вещества в резервные фонды является частью биогеохимических циклов.
В процессе эволюции биогеохимические циклы приобрели почти замкнутый, круговой характер. Благодаря этому поддерживается известное постоянство, динамическое равновесие состава, количества и концентрации вовлечённых в круговорот веществ. В то же время, за счёт неполной замкнутости биологического круговорота в атмосфере накапливается азот, кислород, в земной коре – соединения углерода (нефть, уголь, газ), в океане – различные соли.
Благодаря высокой подвижности атмосферы и наличию в ней большого обменного фонда, некоторые круговороты (кислорода, углерода, азота) обладают способностью быстрой саморегуляции. Например, образовавшиеся локальные сгущения углекислого газа быстро рассеиваются и более быстро поглощаются растительностью.
Круговороты, идущие в режиме осадочных циклов (обороты серы, фосфора, железа), менее активны и мало регулируемы. Основная масса этих веществ сосредотачивается в малоподвижной литосфере.
Как для геологического, так и биологического круговоротов характерна необратимость. В них обязательно привносятся новые элементы, новые условия, иные ритмы и звенья циклов. Постоянно накапливаясь, эти различия с каждым новым циклом приводят к заметным изменениям даже в биологических системах. Часть элементов периодически выпадает из круговорота, задерживается на то или иное время в тупиках, что приводит к развитию биосферы.
Контрольные вопросы
Круговорот воды в природе (гидрологический цикл) - процесс циклического перемещения воды в земной биосфере. Состоит из испарения, конденсации и осадков.
Моря теряют из-за испарения больше воды, чем получают с осадками, на суше - положение обратное. Вода непрерывно циркулирует на земном шаре, при этом её общее количество остаётся неизменным.
Три четверти поверхности земного шара покрыты водой. Водную оболочку земли называют гидросферой. Большую ее часть составляет соленая вода морей и океанов, а меньшую - пресная вода озер, рек, ледников, грунтовые воды и водяной пар.
На земле вода существует в трех агрегатных состояниях: жидком, твердом и газообразном. Без воды невозможно существование живых организмов. В любом организме вода является средой, в которой происходят химические реакции, без которых не могут жить живые организмы. Вода является самым ценным и самым необходимым веществом для жизнедеятельности живых организмов.
Понятие
Постоянный обмен влагой между гидросферой, атмосферой и земной поверхностью, состоящий из процессов испарения, передвижения водяного пара в атмосфере, его конденсации в атмосфере, выпадения осадков и стока, получил название круговорота воды в природе. Атмосферные осадки частично испаряются, частично образуют временные и постоянные водостоки и водоемы, частично - просачиваются в землю и образуют подземные воды.
Виды
Различают несколько видов круговоротов воды в природе:
- Большой, или мировой, круговорот - водяной пар, образовавшейся над поверхностью океанов, переносится ветрами на материки, выпадает там в виде атмосферных осадков и возвращается в океан в виде стока. В этом процессе изменяется качество воды: При испарении соленая морская вода превращается в пресную, а загрязненная - очищается.
- Малый, или океанический, круговорот - водяной пар, образовавшейся над поверхностью океана, сконденсируется и выпадает в виде осадков снова в океан.
- Внутриконтинентальный круговорот - вода, которая испарилась над поверхностью суши, опять выпадают на сушу в виде атмосферных осадков.
В конце концов, осадки в процессе движения опять достигают Мирового океана.
Скорость
Скорость переноса различных видов воды изменяется в широких пределах, так и периоды расходов, и периоды обновления воды также разные. Они изменяются от нескольких часов до нескольких десятков тысячелетий. Запасы почвенной влаги имеют примерно летний период накопления и расходов. Атмосферная влага, которая образуется при испарении воды из океанов, морей и суши и существует в виде облаков, обновляется в среднем через восемь дней.
Воды, входящих в состав живых организмов, восстанавливаются в течение нескольких часов. Это наиболее активная форма водообмена. Период обновления запасов воды в горных ледниках составляет около 1 600 лет, в ледниках полярных стран значительно больше - около 9 700 лет.
Полное обновление вод Мирового океана происходит примерно через 2 700 лет.
Ссылки
Wikimedia Foundation . 2010 .
Смотреть что такое "Круговорот воды" в других словарях:
КРУГОВОРОТ ВОДЫ - процесс непрерывного, взаимосвязанного перемещения воды на Земле, происходящий под влиянием солнечной радиации, жизнедеятельности живых организмов, силы тяжести, хозяйственной деятельности человека. Состоит из испарения с поверхности Земли,… … Экологический словарь
КРУГОВОРОТ ВОДЫ, вода испаряется из естественных водоемов и выпадает в виде ОСАДКОВ (дождь, снег и т.д.) в основном над океанами, но часть выпадает над поверхностью суши. За счет ИСПАРЕНИЯ (СУММАРНОЕ ИСПАРЕНИЕ) и ТРАНСПИРАЦИИ часть воды… … Научно-технический энциклопедический словарь
круговорот воды - Непрерывная трансформация воды на Земле в ее газообразной, жидкой и твердой формах, движение или циркуляция воды от земной поверхности к атмосфере и обратно к земной поверхности, происходящее под влиянием солнечной радиации и под действием силы… … Словарь по географии
- (влагооборот), непрерывный замкнутый процесс циркуляции воды, происходящий под влиянием солнечной радиации и сил тяжести; часть круговорота веществ на Земле. Включает испарение воды с поверхности суши, рек, озёр, водохранилищ, морей, океанов,… … Географическая энциклопедия
На Земле, см. Влагооборот. * * * КРУГОВОРОТ ВОДЫ КРУГОВОРОТ ВОДЫ на Земле (влагооборот), непрерывный замкнутый процесс перемещения воды в атмосфере (см. АТМОСФЕРА ЗЕМЛИ), гидросфере (см. ГИДРОСФЕРА) и земной коре (см. ЗЕМНАЯ КОРА), состоящий из… … Энциклопедический словарь
круговорот воды - vandens apytakos ratas statusas T sritis ekologija ir aplinkotyra apibrėžtis Nuolatinė vandens apytaka tarp Žemės sferų: atmosferos, biosferos, hidrosferos ir litosferos. Šios hidrologinės apytakos sudėtinės dalys yra: garavimas, krituliai ir… … Ekologijos terminų aiškinamasis žodynas
На Земле, непрерывное перемещение воды на Земле (в её атмосфере, гидросфере и земной коре), сопровождающееся её фазовыми превращениями и имеющее более или менее выраженный циклический характер. К. в. состоит из испарения воды с… … Большая советская энциклопедия
На Земле, см. Влагооборот … Естествознание. Энциклопедический словарь
Непрерывный замкнутый процесс циркуляции воды на земном шаре, обусловленный солнечной энергией и действием силы тяжести: вода испаряется с поверхности Мирового океана и с суши, водяные пары переносятся воздушными течениями, конденсируются и… … Геологическая энциклопедия
Вода - основа всего живого на Земле. Количество жидкости на планете не меняется на протяжении существования мира, но круговорот воды в природе происходит непрерывно. Без этого процесса жизнь бы на Земле не существовала.
Круговорот воды порождает множество любопытных обстоятельств. Вот самые интересные факты:
1. О гидроциркуляции начал говорить еще в XVII веке Пьер Перро, который построил водопровод Лувра. Прошло два столетия, прежде чем ученые доказали, что круговорот воды происходит так:
- вода испаряется из океанов, водоемов и земной поверхности;
- пар поднимается в атмосферу, перемещается воздушными потоками в разные части планеты;
- в холодных зонах происходит конденсация, и влага опускается вниз в виде осадков или росы.
2. В результате круговорота вода очищается, меняет свой состав и вид (соленая становится пресной, лед превращается в жидкость, капли теряют или наполняются микроэлементами). Циркулируя, вода переносит полезные компоненты, но вместе с влагой путешествуют микробы и вирусы. Через воду можно подхватить 85% известных недугов.
3. Вода полностью обновляется в атмосфере за полторы недели, а в океане - за 3,5 тысячи лет. Капли дождя, которые вы видите, примерно 2 месяца назад находились в океане.
4. Вода в природе движется благодаря Солнцу и земному притяжению. Кроме атмосферы, воду переносят реки, подземные течения и живые организмы.
5. На землю из атмосферы выливается приблизительно 306 миллиардов литров воды в день. Больше всего осадков выпадает на гавайском острове Кауаи (среднее количество - 11 684 мм в год, и это лишь один из рекордов). А в пустыне дождь испаряется, так и не достигнув песка.
6. Использование воды человечеством не уменьшает ее количество в природе. Ресурсы, задействованные людьми, участвуют в обороте и попадают обратно в водоемы и грунт. Загрязнение вредит, ведь химикаты и тяжелые металлы, которыми мы «заряжаем» воду, разносятся по атмосфере, морям и океанам. Кислотные дожди - результат человеческой небрежности.
Но в природе нет и абсолютно чистой (дистиллированной) воды. Такой ее может сделать только человек.
7. В океане вода не только соленая, но и питательная благодаря планктону. Ученые утверждают, что по своей питательности только Атлантический океан оценивается в 20 тысяч урожаев, которые собирают за год по всей суше.
8. Круговорот воды способствует теплорегуляции земных сфер и влияет на климат. Парниковый эффект нарушает оборот воды. Одни ученые утверждают, что ледники тают, увеличиваются осадки, в итоге планета переполнится водой. Другие считают, что повышение температуры усиливает испарение, поэтому Земле угрожает засуха.
9. В человеческом организме 70% воды. Потеряв 1%, мы испытываем жажду. А нехватка жидкости в 20% - смертельна.
10. Круговорот воды заключается не только в движении на поверхности планеты. Подземные потоки - огромный резервуар жидкости, который перемещается и взаимодействует с внешней средой (пополняется дождями через грунт, выплескивается наружу через гейзеры, родники, ручьи в долинах и оврагах).
Круговорот воды - закономерное явление, залог нашего существования. Бережное отношение человека к водным ресурсам поможет природе сохранить ее уникальное свойство дарить и поддерживать жизнь на планете.
Всем со школьных лет известна схема круговорота воды в природе. На уроках биологии учитель рассказывал об этом процессе - вода, выпавшая в виде дождя, просачивается сквозь землю, затем выходит из земли в виде источников и стекает в реки, где, частично испаряясь по пути, достигает океанов. Из океанов она также испаряется и выпадает с дождями. Рассказывая, он показывал указкой на схему:
Насколько же просто и доступно на схеме визуализирован этот процесс. Без преувеличения, в классе его понимал даже не блистающий в биологии ученик. Насколько бы уменьшилось количество учащихся уяснивших суть круговорота воды, если бы учитель объяснял без схемы? Думаю, с первого раза материал не восприняли бы добрая треть учеников. Данный пример показывает, насколько важна для понимания любого процесса его визуализация, насколько она убыстряет восприятие подаваемой информации.
Разнообразие данных схем велико. Делая простой запрос «water cycle diagram» в Google, мы натыкаемся на огромное их множество:
Но это все схемы для детей и школьников. Что будет, если мы чуть изменим запрос, и поищем «hydrologic cycle diagram», чтобы все было серьезно и научно? Мы видим такую схему:
.jpg)
Как мы видим, создатель этой схемы, очень похожей на схемы, по которым учат школьников, очень видный ученый Kevin E. Trenberth, который возглавляет Отдел анализа климатических изменений Национального центра атмосферных исследований. Он был ведущим автором в 2001 и 2007 МГЭИК по научной оценке изменения климата (см. Четвертый оценочный доклад МГЭИК) и входит в состав Научно Руководящей группы программы по изменчивости и предсказуемости климата (CLIVAR). Кроме того, он входит в состав Объединенного научного комитета Всемирной программы исследований климата. Он стал почетным членом Королевского общества Новой Зеландии в 2000 году, получил в июле премию от Американского метеорологического общества и NCAR Distinguished Achievement Award в 2003 году.
Визуализированные таким способом схемы используют и достаточно известные ученые, признавая их очень важными для своей деятельности, понимания происходящих процессов, донесения понимания их сущности до людей.