Круговорот воды в природе

Почему вода необходима

Вода играет важную роль в жизни нашей планеты с первых дней своего появления на Земле. Поначалу наша планета являла собой раскаленный шар. Но постепенно в её атмосферу изнутри Земли стали проникать газы, в т.ч. и водяной пар

Это привело к охлаждению земной коры и способствовало развитию жизни, поскольку вода – исключительно важное вещество для всех живых существ. Например, тело человека больше чем наполовину состоит из воды, и если посмотреть на клетки организма под микроскопом, можно увидеть, что больше чем на 70% они состоят из воды

Поэтому люди, как и все наземные организмы, нуждаются в постоянном и бесперебойном снабжении пресной водой для выживания.

Недостаток пресной воды может иметь самые серьезные последствия для различных экосистем нашей планеты. Поэтому люди постоянно изобретают новые технологии, направленные на увеличение эффективности применения водных ресурсов. К ним относятся рытье колодцев для использования грунтовых вод, сбор дождя в коллекторах, удаление соли из соленой воды, чтобы получать пресную воду из океанов и морей. Несмотря на эти достижения, чистая, безопасная для здоровья жидкость далеко не всегда доступна во многих частях земного шара.

Кругооборот воды важен как сам по себе, так и является движущей силой для других видов кругооборота. Например, осадки и поверхностное течение воды играют огромную роль в цикле различных элементов. К ним относятся углерод, азот, фосфор и сера. Течение поверхностных вод помогает перемещению элементов из земных (террестриальных) экосистем в водные (акватические). Кругооборот воды является составляющей различных биогеохимических циклов. Так называют процессы, во время которых происходит многоразовое участие различных элементов в процессах, что происходят в гидросфере, атмосфере, литосфере и биосфере.

Значение циркуляции влаги

Циркуляция или круговорот воды в природе представляет для нас огромное значение не только с точки зрения потребления питьевой и промышленной составляющей, но и как источник энергии.

В большом облаке содержится до трехсот тысяч тонн воды. Средняя высота облака над поверхностью Земли составляет около 4000 м. Для того чтобы поднять такое тяжелое облако Солнце должно совершить работу более чем в 3,3 миллиона киловатт-часов.  Именно такой гравитационной энергией обладает обыкновенное большое облако. Лишь малая часть этой гравитационной энергии может быть использована независимо какой вид воды.

Например, рассмотрим выпадение дождя с этого облака и попадание влаги в плотину. Если высота плотины достигает 40 м, то с ее помощью можно получить всего лишь 1% энергии облака (40 м – это 1 % от 4000 м). В подающем трубопроводе гидроэлектростанции на плотине гравитационная энергия превращается в кинетическую. Из воды кинетическая энергия при помощи турбины поступает в генератор, который превращает кинетическую энергию в электрическую. Итак, электроэнергия, которую мы получаем в гидроэлектростанции, – это превращенная солнечная энергия. Любопытно, что в настоящее время таким путем мы получаем всего лишь 0,2 ТВт, хотя из водных ресурсов можно было бы черпать 3 ТВт электроэнергии.
Таким образом, круговорот воды в природе как и циркуляция воздушных масс  в тропосфере осуществляется при помощи постоянной составной солнечного излучения (свет, ультрафиолетовое и инфракрасное излучение).
Переменная часть солнечного излучения (рентгеновское, дальнее ультрафиолетовое излучение, радиоволны) приносит гораздо меньше энергии и постоянно колеблется.

Как происходит кругооборот

Оборот воды проходит очень активно. В течение суток на нашу планету выпадает 306 млрд. литров жидкости, и такое же количество возвращается в атмосферу.

Основные пункты кругооборота выглядят следующим образом:

• С поверхности водоемов (морей, океанов, озер и рек) вода испаряется, конденсируется, собирается в облака и выпадает в форме осадков.
• Испаряясь с растений, вода проходит те же стадии – испарения (транспирация), конденсацию, выпадение на землю.
• Процесс испарения с ледников называется сублимацией (переход из твердого в газообразное состояние, минуя стадию жидкости).
• Осадки, которые выпали в горах, а также таяние снега и льда, приводят к образованию горных потоков, которые стекают на поверхность, насыщая водой различные водоемы и землю.
• Грунтовые воды могут насыщать водой все наземные источники воды и растения. Пополняются грунтовые воды в процессе инфильтрации (проникновение в почву) и перколяции (протекание жидкости через пористую поверхность) воды.

Движущей силой кругооборота является энергия Солнца, которая нагревает океан и другие водные поверхности. Это приводит к испарению воды, которая превращается в газообразную форму и уходит в атмосферу в виде пара.

Через некоторое время пар в атмосфере конденсируется в облака, а затем снова возвращается на землю в виде осадков – дождя, снега или града. Когда осадки достигают земной поверхности, они могут снова перейти в форму пара, перемещаться в форме водного течения по поверхности планеты или впитаться землей (перколяция).

В земных экосистемах капли дождя, прежде чем достигнут грунта, в первую очередь ударяются о листья деревьев, кустарников или травы. Какая-то часть воды сразу же испаряется с поверхности растений, не достигнув земли. Остальная часть жидкости впитывается грунтом, – и большая ее часть уходит под землю.

Как правило, вода начинает двигаться по поверхности земли только в том случае, если грунт насыщен водой. Это бывает, когда осадки дождя очень сильные или поверхность не в состоянии впитывать воду. Такой поверхностью могут быть камни в натуральной экосистеме или асфальт и цемент в среде города или населенного пункта.

Возникновение круговоротов

Активность живого вещества и энергетические потоки Солнца выступают движущими силами этого процесса. Они перераспределяют, концентрируют и перемещают огромное количество жизненно необходимых веществ между растениями, их корневыми системами и всеми существами на планете.
Возникает циклический оборот энергии потому, что действует закон ее сохранения. Она не исчезает бесследно, а расходуется для жизни биосферы Земли, переходя из одного состояния в другое.
Рис. 2. Круговорот азота в природеВсе химические составляющие окружающей среды проходят многократно приблизительно такой путь:

• Переходят в виде пищи от организма к организму;
• Выделяются в окружающий мир;
• Снова приобщаются автотрофами в процессы жизнедеятельности организмов.

Появляется круговорот, и так вещества движутся многократно. Все биологические процессы напоминают беспрерывное циклическое вращение лопастей ветряной мельницы, где лопасти — это круговорот веществ, а ветер — поток энергии, который проходит через всю экосистему.

Значение

Деятельность предприятий, вырубка леса, сельскохозяйственные работы, связанные с осушением и орошением земель, строительство водохранилищ и многое другое, что сотворили мы для собственного благополучия, сегодня сказывается на процессе круговорота не самым лучшим образом.

В первую очередь это связано с явлением парникового эффекта, который негативно сказывается на скорости испарения жидкости с поверхности Земли, приводит к таянию ледников и общему нарушению баланса. Такое влияние человека на процесс круговорота требует от нас четкого понимания, каково значение круговорота воды для планеты.

Процесс круговорота обеспечивает планету возможностью постоянно обновлять воду. В зависимости от источника жидкости это может занимать от нескольких дней до тысячелетий, но факт остается фактом: загрязненная вода способна очищаться, проходя через все этапы круговорота. Средние сроки обновления следующие:

• Влага в почве полностью обновляется в течение 1 год, в атмосфере — за 8-10 дней;
• Жидкость, находящаяся в твердом состоянии в ледниках, способна полностью обновиться лишь за 1600 лет; те ледники, которые располагаются ближе к полюсам и вовсе очищаются лишь в течение десятка тысячелетий;
• Воды Мирового океана полностью обновляются лишь спустя 3000 лет.

Эти несколько цифр названы не случайно. В ледниках сосредоточен основной запас пресной воды на планете. Их таяние, вызванное губительными действиями человека, приводит к нарушению климатических условий, сбоям в процессе круговорота и, в конечном счете, к нехватке пресной воды.

В то же время усиливающееся загрязнение воды, связанное с опасными выбросами производств, еще больше усугубляет ситуацию: оставшаяся доля пресной воды просто не успевает обноситься. Уже сегодня на планете ощущается острая нехватка воды, которая при сохранении нынешних темпов загрязнения вполне может перерасти в глобальную катастрофу.

Одним из обязательных условий для поддержания жизни на планете стало наличие воды. Все водные запасы Земли ни секунды не остаются в спокойном состоянии, наоборот — происходит безостановочный процесс, который ученые назвали круговорот воды на Земле. Этот механизм обеспечивает оптимальное распределение влаги, поддерживает климатические условия, но самое главное, он обеспечивает полное обновление воды.

К сожалению, современные исследователи отмечают все усиливающиеся сбои в этом процессе, которые связаны с деятельностью человека. Если не принять меры сейчас, последствия нарушений в круговороте способны привести к настоящей катастрофе.

Главные этапы и процессы

Круговорот воды в природе наблюдается на уровне организации жизни и состоит из нескольких этапов:

• испарение жидкой влаги;
• накопление и оседание пара в слоях нижней атмосферы;
• осаждение охлажденного пара в виде разнообразных осадков;
• фильтрация посредством грунтовых слоев;
• проникновение жидкости в почвенные протоки;
• впитывание влаги растениями из грунта и воздуха;
• участие в физиологических и биологических реакциях живых существ.

Если говорить кратко, тогда последовательность круговорота воды можно свести к минимуму:

• влага испаряется;
• накапливается в слоях атмосферы;
• выпадает в виде различных осадков: снега, пара, дождя.

Вышеописанный круговорот воды можно наблюдать над большими природными водохранилищами – океанами, огромными озерами и морями.

Для гидроцикла характерны:

• осадки в виде дождей, снега, пара (тумана), града;
• перехват влаги – это осаждение все тех же осадков, но не в грунт, как в предыдущем варианте, а на кроны растительности (в таком виде влага сразу впитывается растениями и испаряется);
• сток – перемещение влаги на поверхности земли;
• инфильтрация – перемещение и фильтрация жидкости внутри почвы с подземными сточными водами;
• испарение – превращение водяных молекул из классической формы в пар;
• сублимация — превращение жидкости из твердой формы в парообразную;
• отложение – превращение влаги из парообразной формы в твердую (кристаллизованную);
• адвекция – движение молекул влаги в слоях атмосферы;
• конденсация – накопление пара в атмосфере.

Вот мы и выяснили, какие компоненты природы связаны между собой круговоротом воды: осадки, грунты, флора и фауна, реки и озера. Гидроцикл сложен и может занимать от нескольких дней до нескольких тысячелетий. К примеру, океан полноценно обновляется за 3 000 лет, а небольшое озеро – за неделю.

Испарение

 Испарение – это превращение жидкости, такой как вода, в газ. Когда вода находится в газовой форме, мы называем ее водяным паром. Для того, чтобы этот физический фазовый переход произошел, необходимо добавить тепло, чтобы жидкость превратилась в газ. Движущая сила этой жары – солнце. Когда температура высока, жидкость испаряется из водоема, как океан или пруд, и поднимается в воздух. Когда большое количество её испарилось и находится в газовой форме, метеорологи называют это повышенной влажностью. Влажность – это мера того, сколько водяного пара находится в воздухе.

Когда температура высока и вокруг много жидкой воды, испарение происходит постоянно. Если вы выйдете на улицу через несколько часов после ливня, и температура будет высокой, лужи исчезнут быстро. Вода все еще существует, но теперь она просто в форме, которую мы не можем видеть, потому что она испарилась.

Озеро

Озером называют естественно возникший водоём, существующий на ограниченной берегами территории. По происхождению выделяют такие видыозерных котловин:

• Тектонические (образованные впоследствии разломов земной коры) – Байкал, Каспийское;
• Вулканические (расположенные в кратерах не действующих вулканов) – Кроноцкое, Курильское, озеро Новой Зеландии,;
• Ледниковые – в образовавшихся ранее выпаханных ледником впадинах – Ладонежское. Онежское, Селигер, Ильмень, Чудское;
• Карстовые (возникают в местах растворения горных пород (известняка, гипса, мела) земными водами) — Неджели ;
• Завальные (образуются при преграждении движения реки) – Севан, Тана;
• Старицы (участок реки, отделившийся от основного русла). Отличаются от завальных тем, что находятся на пойме;
• Искусственные (пруды, водохранилища).

По стоку озера различаются на сточные (реки впадают и вытекают из водоема) и бессточные (реки только впадают)

Агрегатные состояния

Из всех веществ, существующих на Земле, только вода может иметь три принципиально разных агрегатных состояния: жидкое, газообразное и твердое. Благодаря трём агрегатным состояниям происходит круговорот воды в природе и жизнь на Земле. Рассмотрим подробнее каждое агрегатное состояние.

1. Жидкое (вода). В нормальных условиях вода является жидкостью. Образует мировой океан, реки, ручьи и т.д.
2. Газообразное (водяной пар) — это бесцветный газ, не имеет вкуса и запаха. Испаряется с поверхности океанов, рек, болот, почвы, растений и поступает в воздух или образуется путём кипения жидкой воды или сублимации из льда. Сублимация — переход вещества из твёрдого состояния сразу в газообразное, минуя стадию плавления (перехода в жидкое состояние).
3. Твердое (лёд). При температуре от нуля и ниже вода превращается в лёд. В холодное время года он сковывает реки и лужи, выпадает в виде осадков: снежинок, града, инея, образует ледяные облака. Встречается в виде ледников и айсбергов.

Строение в различных агрегатных состояниях

Жидкая вода, лёд и водяной пар имеют один и тот же состав, но разные состояния.

Рассмотрим строение молекулы на изображении.

Многочисленные исследования ученых подтверждают, что по структуре вода и лед близки друг к другу. Структура льда – это решетчатый каркас. Структура воды зависит от содержания разных веществ, которые в ней растворяются, а также от нерастворимых соединений и некоторых других факторов.

В воде возникают структуры, которые стали называть «кластерами» — группа атомов или молекул, которые представляют собой единую структуру, но внутри имеют свои индивидуальные особенности.

При температуре близкой к точке замерзания, молекулы жидкой воды собираются в небольшие группы, практически так, как в кристаллах. При температуре близкой к точке кипения они располагаются более свободно.

Свойства

Вода — уникальный природный компонент, который обладает рядом свойств. Рассмотрим основные:

• не имеет цвета, запаха и вкуса;
• распространенный растворитель;
• обладает высоким поверхностным натяжением, уступая в этом только ртути;
• имеет большую теплоту испарения (используется для терморегуляции);
• чистая вода — хороший изолятор;
• обладает большой теплоёмкостью (увеличение тепловой энергии вызывает лишь сравнительно небольшое повышение ее температуры);
• плотность в разных диапазонах температур меняется неодинаково.

Существуют необычные свойства. Например, в твердом виде вода легче, чем в жидком. Лёд не тонет в воде. В твёрдом состоянии частички воды располагаются по порядку, между ними остается много свободного пространства. Когда лёд тает, активность частичек повышается, свободное пространство заполняется. Жидкая форма становится более тяжелой, нежели твердая.

Такая уникальная способность даёт возможность любому водоёму не замерзать по всей глубине. Даже при самом сильном морозе температура воды у дна не опускается ниже +4 ᵒС. Все живые существа (рыбы и другие) могут спокойно пережить самую суровую зиму подо льдом.

Горячая вода замерзает быстрее, чем холодная. Это связано с большей скоростью испарения и излучения тепла.

Теплоемкость и некоторые другие физические свойства воды тоже зависят от температуры неодинаково. Другие виды жидкостей не имеют таких особенностей – чтобы какой-то один параметр менялся по-разному на разных порогах температуры.

Круговорот воды в природе

Вода образует водную оболочку нашей планеты – гидросферу.

Её делят на Мировой океан, континентальные поверхностные воды и ледники, а также подземные водоёмы. Переходы H2O из одних частей гидросферы в другие составляют сложный круговорот воды на Земле

Круговорот воды в природе — это непрерывное движение воды в гидросфере Земли. В процессе этого обмена водная масса меняет агрегатное состояние: из жидкой или твердой превращается в газообразную и обратно.

Рассмотрим на примере.

• С поверхности океанов, морей, рек и суши вода в виде пара поднимается вверх.
• Высоко над землей он охлаждается и образует множество водяных капелек и льдинок. Из них образуются облака.
• В виде осадков вода возвращается на Землю.

↑ Виды

Чаще говорят о 2-3-х видах круговорота, но учёными-гидрологами изучено 5:

• В большом (мировом) круговороте океанические, пресные испарения воды, уносятся воздушными потоками и выпадают осадками над сушей. Попадая в русла водоёмов, просачиваясь в грунт, где одновременно очищаются, стекают обратно в моря.
• В малом (океаническом) круговороте водяные пары, образовавшиеся над океанами, не уносятся воздухом. Сконденсировавшись, здесь же возвращаются дождём или снегом.
• С внутриконтинентальным круговоротом водяной пар, поднявшийся над сушей, сюда же и возвращается дождём, снегом, градом и другими осадками.
• При геологическом круговороте океаны, суша и недра Земли постоянно обмениваются водой. Такой вид круговорота отмечается в местах с тектоническими трещинами, которые расположены там, где стыкуются литосферные плиты.
• Глобальным называют круговорот, который относится к незамкнутому процессу. В этом случае гидросфера регулярно пополняется водой (в жидком или газообразном состоянии) из тектонических трещин. Ежегодно поступает 0,25 куб. километров этого вещества. С другой стороны молекулы воды (водяной пар атмосферы), на которые действует солнечное излучение, расщепляются до кислорода и водорода, и уносятся в космическое пространство.

Возникновение круговоротов

Биологическая активность живого вещества и энергия излучения Солнца выступают движущими силами этого процесса. Они перераспределяют, концентрируют и перемещают огромное количество жизненно необходимых веществ между растениями, их корневыми системами и всеми существами на планете.

Движение вещества происходит во внутренних оболочках земли, их подъём в результате восходящих тектонических движений и вулканизма, перенос веществ по горизонтали во внешних оболочках и аккумуляция, погружение в результате нисходящих тектонических движений. На большой глубине происходит метаморфизм, плавление вещества с образованием магмы и метаморфических горных пород.

География

§ 33. Вода на Земле. Круговорот воды в природе

Вспомните

Какими свойствами обладает вода? Почему вода необходима для всех живых организмов? В каких трех состояниях находится вода в природе?

Что такое гидросфера. Обилие воды — одна из особенностей Земли. Вода есть и на других планетах Солнечной системы, но ее там намного меньше. Только на Земле водой покрыта большая часть поверхности планеты. На каждого жителя Земли приходится 230 млн м3 воды.

Вода, находящаяся в различных состояниях, образует гидросферу.

Гидросфера — это водная оболочка Земли, включающая океаны, моря, ледники, подземные воды и воды поверхности суши.

Основная часть гидросферы — вода морей и океанов. Подземных вод и ледников в 26 раз меньше. Доля вод поверхности суши — рек, озер, болот — совсем незначительна (рис. 115).

Рис. 115. Состав гидросферы

Воды на Земле очень много — 1,4 млрд км3! Поэтому долгое время люди думали, что человечеству ее хватит навсегда. Однако в воде растворены разные соли. От их количества и состава зависят вкус и другие свойства воды. Мы используем в основном пресную воду, в 1 л которой содержится меньше 1 г солей. Все морские и многие подземные воды соленые. Доля пресной воды составляет всего 3% , из которых 2/3 приходится на ледники! Таким образом, пресной воды на планете очень мало. Во многих районах ее уже сейчас не хватает.

Круговорот воды в природе. Вся вода на Земле находится в непрерывном движении (рис. 116). Какие же силы приводят в движение огромные водные массы? Это солнечное тепло и сила тяжести.

Рис. 116. Круговорот воды в природе

Под воздействием солнечной энергии жидкая вода и лед испаряются, превращаясь в водяной пар. В атмосфере из водяного пара образуются облака. Ветры переносят облака над океанами и с океанов на сушу.

Благодаря действию силы тяжести из облаков выпадают осадки, которые питают реки, озера, ледники, увлажняют почву. Под ее влиянием вода течет с более высоких мест в более низкие, возвращаясь реками и ручьями обратно в океан. Часть выпавшей на поверхность влаги просачивается в глубь земли, пополняя подземные воды.

Так совершается вечный круговорот воды в природе. Он связывает между собой все части гидросферы в единое целое. Благодаря ему постоянно обнавляются запасы разных видов природных вод. При этом полный обмен воды в реках происходит всего за 19 дней, в болотах — за 5 лет, а в озерах — за 17 лет. Дольше всего — на 10 000 лет — вода задерживается в ледниках.

Круговорот воды не только объединяет гидросферу, но и обеспечивает ее взаимосвязь с литосферой, атмосферой, растительностью и животным миром.

Если бы круговорот воды прекратился, не стало бы атмосферных осадков, пересохли бы реки и озера, иссякли подземные источники. Другими словами, на суше исчезла бы пресная вода, а вместе с ней и жизнь.

Рис. 117. Значение гидросферы

Рассмотрите рисунок. Расскажите, какое значение имеет вода, приведите конкретные примеры.

Значение гидросферы в жизни Земли. Вода — самое необыкновенное вещество на нашей планете. Ничто не может сравниться с ней по влиянию на природные и антропогенные процессы (рис. 117).

Вопросы и задания

1. Из каких частей состоит гидросфера на Земле? Где сосредоточена основная часть воды?
2. Почему при обилии воды на Земле существует проблема ее бережного использования?
3. Справедливо ли утверждение о том, что гидросфера — сплошная и непрерывная оболочка Земли? Чем обеспечивается единство гидросферы?
4. Благодаря чему совершается круговорот воды в природе? Каково его значение?
5. Как вы думаете, почему французский писатель Антуан де Сент-Экзюпери написал о воде: «Нельзя сказать, что ты необходима для жизни: ты сама жизнь».

Процесс циркуляции влаги

Солнечное излучение нагревает поверхность океанов, морей, озер, рек и влажные области материков  воздействуя на движение молекул. Движение молекул приводит к их освобождению путем  испарения в воздух в виде газа, то есть водяного пара.

Во всей тропосфере находится примерно одна стотысячная часть общего количества жидкости содержащейся в морях и океанах. Если бы она выпала в виде осадков на Землю, то покрыла бы весь земной шар слоем воды толщиной 2,5 см.
Поднимаясь от поверхности  вверх, нагретый воздух уносит с собой большое количество молекул воды в природе.  Наверху, в высших слоях тропосферы, давление и температура намного ниже чем внизу поэтому поднимающийся воздух расширяется и охлаждается. Влажный воздух  в нем начинает конденсироваться в капли дождя и кристаллики снега. Таким образом, в восходящем потоке образуются облака.

Конденсацией 1 кг воды из пара освобождается 600 ккал тепла. Именно это тепло и нагревает высшие слои тропосферы.
Восходящие потоки воздуха и ветры приносят влагу с океанов и морей на сушу которая выпадает в виде дождя или снега. Часть её стекает в озера, ручьи и реки, часть впитывается почвой (так называемые грунтовые), некоторое количество  поглощают растения и животные. Большая  часть влаги возвращается обратно в моря и океаны.
Оттуда она снова испаряется, ветры приносят ее на сушу, и весь цикл повторяется. Этот процесс принято называть циркуляцией или круговоротом воды в природе. Он длится приблизительно десять дней.

Биогенные элементы

Часть земной оболочки, занятая растительными и животными организмами образует биосферу. В процессе деятельности живых организмов в биосфере образуются минералы и различные природные вещества. Для полноценного функционирования биосферы и поддержания непрерывности ее процессов, внутри нее должны постоянно осуществляться обмены биогенных веществ, все элементы которых важны для жизни как таковой. В организмы живых существ входят те же составляющие, что и в воздух, воду, почву и минералы. Известно около 90 химических элементов в составе земной коры. В составе живых организмов обнаружено около 70 химических элементов периодической системы. Отличие только в том, что молекулы неживой природы просты и однотипны, а живые организмы состоят из множества атомов разных типов. Химические элементы, находящиеся в живом организме и обладающие выраженной биологической ролью – называются биогенными элементами.

Важнейшие биогенные элементы — кислород (составляет ок. 70% массы организмов), углерод (18%), водород (10%), азот, кальций, калий, фосфор, магний, сера, хлор, натрий.

Объем гидросферы и свойства воды

Внешняя оболочка Земли представляет собой биосферу, включающую в себя воздушную часть (атмосферу), твердую (литосферу) и водную (гидросферу) части. В гидросферу входят все водные ресурсы планеты. Она занимает промежуточное положение между литосферой и атмосферой и постоянно взаимодействует с ними.

Она способна:

• замерзать, переходя из жидкого состояния в твердое;
• таять при переходе из твердого в жидкое;
• испаряться при нагревании и переходить в газообразное состояние;
• конденсироваться в капельки при охлаждении переходя при этом из газообразного состояния в жидкое.

Планета Земля на три четверти покрыта водой, из-за этого ее часто называют голубой. Вся ее совокупность составляет примерно полтора миллиарда кубических километров. Основная часть воды в жидком состоянии (более 96%) сосредоточена в морях и океанах и является горько-соленой. Общая площадь Мирового океана в 2,5 раза превышает территорию всей суши.

На долю пресной поверхностной жидкости озер, рек, болот и других водоемов приходится меньше 3%, что составляет 90 млн кубометров. Грунтовые воды и так называемых подземные моря в глубине земли могут быть как пресными, так и солеными (минеральными).

Хранилищами льда и снега являются ледники. Огромные запасы пресной воды в твердом состоянии находятся в труднодоступных местах. В основном они сосредоточены в Антарктиде и Гренландии в виде ледниковых природных образований и айсбергов в Арктике. Ледники содержат более 24 млн м3 воды. Для сравнения — это объем жидкости, который будет иметь сток всех рек Земли за 500 лет. Если этот лед в воображении распределить по всей поверхности планеты, то получится слой толщиной в 53 метра.

Распределение по объему гидросферы всех водных запасов (в кубических километрах):

• Всемирный океан — 1 млрд 370 млн.
• Подземные — 60 млн.
• Зоны активного водообмена (т. е. зоны грунтовых вод, участвующих в обмене с атмосферой и питающих реки) — 4 млн.
• Ледники — 24 млн.
• Озера — 280 тыс.
• Почвенная влага — 85 тыс.
• Пары в атмосфере — 14 тыс.
• Речные — 1,2 тыс.

Виды круговорота воды

Различают следующие типы процесса:

• Большой круговорот воды в природе. Испаряющаяся с океанической поверхности влага устремляется в атмосферу, с ветрами переносится к суше, выпадает осадками. Накопившаяся в реках и грунтовых слоях жидкость отправляется обратно в океаны.
• Малый. Пар, поднимающийся над океаном, не переносится к суше, выпадает осадками над океанической поверхностью.
• Внутриконтинентальный. Все звенья происходят над сушей. Испарившаяся с земной поверхности влага выпадает осадками на землю.
• Геологический. Подразумевает беспрерывный взаимный обмен водами между океанами, сушей и литосферой. Отмечается обычно в области тектонических трещин, находящихся на стыке литосферных плит.
• Глобальный круговорот воды – незамкнутый процесс. Через тектонические трещины из глубин планеты идет приток жидкости в гидросферу. Ежегодное прибавление составляет 0,25 км3. В то же время часть молекул водяного пара, скапливающегося в атмосфере, под влиянием солнечного излучения устремляется в космос, расщепившись на кислород и водород.

Схема большого и малого круговоротов воды

Круговорот воды в домашних условиях

Один из лучших способов узнать о круговороте воды — увидеть его в действии. Демонстрация может отображать все четыре этапа гидрологического цикла: испарение, конденсацию, осаждение и накопление. Хотя мы видим некоторые этапы водного цикла в нашей повседневной жизни, демонстрация этого процесса в контейнере обеспечивает его лучшее понимание. Опыт будет интересен не только школьникам, он также увлечет детей дошкольного возраста.

Ниже приведен простой способ создания искусственного круговорота воды в домашних условиях.

Возьмите большой пластиковой контейнер и на 1/4 заполните его горячей водой. (Горячая вода не является важным условием, но способствует быстрому испарению.) Добавьте несколько чайных ложек соли, чтобы имитировать соленость океанов. Поместите другой меньший контейнер внутрь большого контейнера с водой. Расположите меньший так, чтобы он находился выше, чем окружающая соленая вода, и оставался пустым. Этот контейнер в конечном итоге будет собирать осадки.

Плотно закройте контейнер прозрачной пленкой. Пленка играет роль облаков, парящих над Землей, и создает место для сбора конденсата. Наверх пленки уложите несколько кубиков льда. Лед охлаждает «облака», благодаря чему испаренная вода будет лучше конденсироваться.

Подождите, пока лед растает. Количество времени ожидания зависит от того, насколько горячая вода была в начале эксперимента, а также температуры в помещении. Это может занять от нескольких минут до часа. Через некоторое время вы должны увидеть конденсат под пленкой. Затем начнется осаждение. Через прозрачные стороны контейнера вы сможете увидеть крошечные конденсированные «капли дождя», которые будут капать в меньший контейнер. Это и будет осаждением.

С помощью нескольких простых шагов вы смогли создать круговорот воды в домашних условиях.

Круговороты в природе

Все живые существа и растения обитают на поверхности планеты или в непосредственной близости от нее. Кроме солнечной энергии, они потребляют небольшое количество природных ресурсов, содержащихся там.

Если бы вода, кислород и другие элементы, жизненно необходимые для всего живого, не возобновлялись постоянно, они бы вскоре полностью исчерпались. Поэтому многие процессы в природе носят характер круговорота. Круговорот — это постоянный обмен элементами между воздухом, водой, землей, растениями и животными.

К важнейшим элементам относятся еще и фосфор, сера и кальций, а также железо и цинк, потребность в которых гораздо меньше. Все эти элементы необходимы для передачи энергии и чрезвычайно важны для роста и обновления всего живого на Земле.

Круговорот воды в природе

Вода — необходимый элемент живой природы. Все живые существа на 75% состоят из воды. Вода постоянно совершает круговорот между морями, атмосферой и сушей, создавая условия, в которых может существовать и развиваться жизнь.

Облака встречаются с массами холодного воздуха — например, над горами. Образуются крупные капли воды, выпадающие на землю дождем и снегом. Часть воды возвращается в моря из рек и ручьев. Водяной пар охлаждается и конденсируется, превращаясь в крошечные капли воды, образующие облака.

Значительные запасы воды накапливаются в озерах л подземных водоносных пластах. Растения и животные также содержат немало воды, которая возвращается. В круговорот после их гибели и разложения. Солнце нагревает сушу, реки, озера и моря, вызывая испарение воды в атмосферу.

Растений получают воду из почвы. Большая часть воды испаряется с их листьев.

Модель круговорота воды в природе

Вы можете сами устроить крошечную модель круговорота воды. Для этого вам потребуются: большой пластмассовый сосуд, банка поменьше и полиэтиленовая пленка. Налейте в сосуд немного воды и поставьте его на солнце, накрыв пленкой. Солнце нагреет воду, она начнет испаряться и, поднимаясь, конденсироваться на прохладной пленке, а затем капать с нее в банку.

Парниковый эффект

Углекислый газ играет в атмосфере очень важную роль: он удерживает солнечные лучи, отраженные от земной поверхности, и нагревает Землю. Это явление называют парниковым эффектом. С тех пор как началась эпоха индустриализации, люди стали сжигать громадное количество топлива.

Это резко увеличило содержание в атмосфере углекислого газа. О будущих последствиях этого процесса и о его влиянии на погодные условия Земли можно только гадать.

Некоторые ученые полагают, что повышение температуры повлечет за собой таяние льдов, а это, в свою очередь, — поднятие уровня океана и затопление прибрежных районов суши, а также крупномасштабные изменения климата и окружающей среды во всем мире.

Чтобы не допустить дальнейшего увеличения в атмосфере углекислого газа, человечество должно активнее переходить на возобновляемые, экологически чистые источники топлива.

Круговорот азота

Всем живым организмам для роста и развития нужен азот. Получают они его самыми разными путями. На долю азота приходится около 78% воздуха, но в газообразном состоянии растения и животные его не усваивают. Чтобы они могли усвоить азот, он должен сначала превратиться в нитриты, а затем в. нитраты.

Круговорот минеральных веществ

Минеральные вещества находятся и на поверхности Земли, и в ее недрах. На поверхность они поднимаются в результате вулканической деятельности. Многие из этих элементов, например фосфор и железо, необходимы для жизнедеятельности растений и животных.

Природное равновесие

Круговороты в природе относительно стабильны. Любые изменения укладываются в определенные рамки, поэтому круговороты, лишь слегка изменяясь, повторяются вновь и вновь — и жизнь на Земле продолжается.

Однако деятельность человека вносит в окружающую среду необратимые изменения и нарушает извечные природные круговороты.

Мы невольно разрушаем хрупкое равновесие в природе, и результаты этого могут оказаться гибельными для всего человечества.

Общие сведения о воде

• Вода 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.