Какое свойство воды позволяет происходить круговороту воды в природе

Текущая версия страницы пока не проверялась опытными участниками и может значительно отличаться от версии, проверенной 3 ноября 2020; проверки требуют 8 правок.

Круговоро́т воды́ в приро́де (гидрологи́ческий цикл), влагооборо́т — процесс циклического перемещения воды в земной биосфере. Состоит из испарения воды, переноса паров воздушными течениями, их конденсации, выпадения в виде осадков (дождь, снег и т. д.) и переноса воды реками и другими водоёмами. Вода испаряется с поверхности суши и водоёмов (рек, озёр, водохранилищ и т. д.), однако бо́льшая часть воды испаряется с поверхности Мирового океана[1]. Круговорот воды связывает воедино все части гидросферы[2].

История открытия[править | править код]

Первые представления о круговороте воды появились в Китае, затем в Индии, где стали использовать дождемеры — приборы для определения количества осадков, то есть там, где установили связь между осадками и стоком воды в реках. В Древней Греции, Древнем Египте, на Ближнем Востоке эта связь не осознавалась, поскольку дожди, питавшие, например, Нил, выпадали где-то в его верховьях, а использовалась вода в засушливых низовьях — в Древнем Египте. На Ближнем Востоке дожди и талые воды Тигра и Евфрата также формировались далеко в горах. В Греции распространен карст, и поэтому Аристотель (384—322 гг. до н. э.) считал, что реки образуются в подземных пустотах.

В Европе о круговороте воды узнали только 500 лет назад, и первые соображения по этому поводу высказал Леонардо да Винчи (1452—1519). В некоторых своих сочинениях он высказал мысли, которые созвучны современным научным представлениям о круговороте воды. Он указывал на значение водопроницаемых геологических пород, образующих водоносные слои в Альпах, объяснял, как происходит восполнение подземных вод и как низинные источники питаются водой. Другие учёные значительно расширили его идеи, но это произошло гораздо позже. Более полные представления о круговороте изложил в книге, изданной в 1580 году во Франции, Бернар Палисси. Он впервые указал на дождевые осадки как основной источник питания рек.

Основоположником учения о круговороте воды считают француза П. Перро (1611—1680), который более известен как строитель водопровода для Лувра — королевского дворца в Париже. Гораздо позже Эразм Дарвин (1731—1802), дед Чарльза Дарвина, объяснил механизм круговорота воды и доказал, что атмосферные осадки обеспечивают ток воды в реках и часть влаги поступает на сушу с моря. Сущность же и значение большого круговорота воды в природе впервые понял знаменитый английский астроном Эдмунд Галлей (1656—1742), дав ему название «Великое явление природы». Он первым рассчитал величину испарения с поверхности океана.

Александр Иванович Воейков (1842—1916)

Описание[править | править код]

Три четверти поверхности земного шара покрыты водой. Водную оболочку Земли называют гидросферой. Большую её часть (97 %) составляет соленая вода морей и океанов, а меньшую — пресная вода озер, рек, ледников, грунтовые воды и водяной пар. В круговороте задействовано менее 1 % всей воды, а большая часть остальной сохраняется в виде льдов и снега[3]. Общая сумма осадков, выпадающих на поверхность Земли, примерно равна испарению — 519 тыс. км3 воды[4]. Вынос влаги, испарившейся с поверхности суши, воздушными массами в океан незначителен[1].

На земле вода существует в трех агрегатных состояниях: жидком, твердом и газообразном. Без воды невозможно существование организмов. В любом организме вода является средой, в которой происходят химические реакции, без которых не могут жить организмы. Вода является самым ценным и самым необходимым веществом для жизнедеятельности живых организмов.

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 водоемы, частично — просачиваются в землю и образуют подземные воды[1].

Круговорот воды происходит под влиянием солнечной радиации и сил тяжести[2]. Солнце нагревает воду в океанах и морях, и она испаряется, преобразуясь в водяной пар. Параллельный процесс происходит и на суше: вода испаряется с нагретой Солнцем поверхности Земли или испаряется растениями в результате транспирации. В процессе адвекции водяной пар перемещается с воздушными массами, пока в конце концов не оказывается в зоне с низкой температурой. Это вызывает конденсацию влаги в облаках. Облака продолжают перемещаться вместе с воздухом, в то время как сконденсированные капельки воды в них перемешиваются, слипаются и растут в размерах. В итоге вода выпадает в виде осадков над сушей или океаном; при этом океан испаряет больше влаги в атмосферу, чем приобретает от осадков, а суша — наоборот, получает с осадками больше, чем с неё испаряется.

Некоторые осадки выпадают в виде снега или града, дождя со снегом, и могут накапливаться в ледяных шапках и ледниках, которые хранят замороженную воду в течение от нескольких месяцев до десятков тысяч лет. Но даже в таком виде незначительный обмен льдов с атмосферой сохраняется: действует сублимация. В то время, когда температура в зоне отложений повышается, начинается таяние, и вода активно исходит из этих источников.

Большая же часть воды возвращается из атмосферы в виде дождя. Часть выпавших осадков перехватывается листвой растений, не достигнув почвы. Попав на сушу, вода перетекает по земле в виде рек, двигаясь к океанам.

Часть из этой воды впитывается в грунт в результате инфильтрации, проникает глубоко в землю и пополняет водоносные горизонты грунтовых вод, которые также аккумулируют в себе пресную воду в течение длительного времени. Под землёй, как и на её поверхности, тоже существует движение водяных масс, и вода движется, меняя своё местоположение. Грунтовые воды обмениваются водой с поверхностью в виде родников и артезианских скважин (разгрузка грунтовых вод). Эта, а также небольшая часть впитавшейся в землю, но не достигшей уровня водоносных горизонтов воды, попадает назад в поверхностные водные объекты и океан.

Доля воды отводится из почвы, опять же, растениями.

Со временем вода возвращается в океан, чтобы продолжить круговорот.

Виды образования от разных изменений[править | править код]

Различают два вида круговоротов воды в природе[1]:

Большой круговорот — водяной пар, образовавшийся над поверхностью океана, сконденсируется и выпадает в виде осадков снова в океан и распределяется по трем основным направлениям: одна часть идет на поверхностный сток; вторая часть просачивается в грунт (подземный сток), а третья часть испаряется в атмосферу[4].
Малый (океанический) круговорот — вода, которая испарилась над поверхностью суши или океана, опять выпадает на сушу в виде атмосферных осадков[4].

Кроме того, различают местный, или внутриматериковый, круговорот, при котором испарившаяся с поверхности суши вода выпадает на сушу в виде атмосферных осадков[5]. Для замкнутых межгорных котловин характерен внутренний круговорот влаги[1]. В конце концов, осадки в процессе движения опять достигают Мирового океана.

Количественные показатели[править | править код]

В течение календарного года на поверхность планеты выпадает примерно 577 000 км³ осадков, что даёт среднюю высоту их слоя 1130 мм. Из них над просторами суши — 119 000 км³, что даёт среднюю высоту слоя 800 мм, а над Мировым океаном проливается 458 000 км³ при высоте слоя 1270 мм. В процентном соотношении это означает, что Мировому океану достаётся 79 % осадков, хотя он занимает по площади только 71 % площади Земли. Таким образом сумма осадков, достающихся суше, равна 21 %. Обеим полярным шапкам достаётся только 4 % осадков, почти половина от их общего количества распределяется между широтами ± 20° к северу и югу от экватора. Величина речного стока в океаны составляет 47 000 км³, что даёт увеличение их уровня на 130 мм. Учитывая вклад рек получается, что с поверхности океана испаряется в год примерно 1400 мм воды[6].

Скорость[править | править код]

Среда	Среднее время обновления
Океаны	3 200 лет
Ледники	от 5 до 10 лет
Сезонный снежный покров	от 2 до 6 месяцев
Почвенная корка	от 1 до 2 месяцев
Грунтовые воды: паводковые	от 100 до 200 лет
Грунтовые воды: глубинные	10 000 лет
Озера	от 15 до 17 лет
Реки	от 17 до 19 дней
Атмосфера	10 дней

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. 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 раз в 2 700 лет.

Примечания[править | править код]

↑ 1 2 3 4 5 Круговорот воды // Большая советская энциклопедия : [в 30 т.] / гл. ред. А. М. Прохоров. — 3-е изд. — М. : Советская энциклопедия, 1969—1978.
↑ 1 2 Круговорот воды // География. Современная иллюстрированная энциклопедия. — М.: Росмэн. Под редакцией проф. А. П. Горкина.
↑ Круговорот воды // Научно-технический энциклопедический словарь.
↑ 1 2 3 Круговорот воды // Экологический энциклопедический словарь. — Кишинев: Главная редакция Молдавской советской энциклопедии. И. И. Дедю. 1989.
↑ Круговорот воды (влагооборот) в природе // Геологический словарь: в 2-х томах. — М.: Недра. Под редакцией К. Н. Паффенгольца и др.. 1978.
↑ С. П. Хромов, М. А. Петросянц. Водный баланс на Земном шаре // Метеорология и климатология. — 5-е. — М. : МГУ, 2001. — С. 323—324. — 528 с. — ББК 26.23. — УДК 551.5(G). — ISBN 5-211-04499-1.

Источник

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.

С точки зрения физики, чистая вода — это бесцветная и безвкусная жидкость, состоящая из водорода и кислорода. В гидросфере пребывает в трех агрегатных состояниях: жидком, твердом и газообразном.

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.

Читайте также: Какое свойство у манки

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.

В газообразном состоянии вода находится в виде облаков, имеющих разную форму в зависимости от высоты, на которой образовались. Облака образуются при охлаждении водяного пара, который растекается и формирует рыхлую массу, насыщенную капельками жидкости. В самых высоких облаках могут быть кристаллики льда.

Круговорот как гидрологический цикл

Благодаря уникальной способности воды легко превращаться в любую форму (газообразную, твердую или жидкую) стало возможным непрерывное перемещение водных масс через атмосферу из океана на сушу и обратно. Этот процесс получил название мирового круговорота воды. Основная роль в его механизме отводится тепловой энергии Солнца и силе тяжести.

При нагревании океана под воздействием солнечного тепла со всей его поверхности испаряется и поднимается в атмосферу влага. Там происходит охлаждение и превращение ее в жидкость, капельки которой формируют облака и тучи. Под действием силы притяжения одна часть сконденсированных в атмосфере водяных паров возвращается в океан разными видами осадков.

Другая часть передвижением воздуха (ветрами) относится на сушу, пополняет запасы грунтовых жидкостей и увлажняет почву. Жидкость из почвы частично стекает в водоемы, а частично поглощается растениями, которые потом испаряют ее поверхностью листьев. Реки постепенно переносят полученную из атмосферы воду в Мировой океан. Это очень важный этап, регулирующий речной сток. Если бы его не было, то реки наполнялись бы только на короткое время выпадения дождей или при таянии горных снегов. В итоге процесс замыкается и повторяется, т. е. является цикличным.

Можно сказать, что круговорот воды в природе происходит как гидрологический цикл по схеме: океан — атмосфера — суша — океан. Он представляет собой замкнутую цепь, каждое из звеньев которой имеет свои особенности. Речное, озерное и океаническое характеризуется испарением жидкости с поверхности водоемов. Почвенному присуще не только испарение, но и перемещение водных пластов. Роль атмосферного звена сводится к накоплению и переносу водяных паров.

Доля биологического звена невелика, но оно отличается сложностью и многообразием происходящих в нем процессов. Вся жидкость, потребляемая людьми в процессе хозяйственной и бытовой деятельности, в итоге возвращается в общую схему круговорота воды в природе. Самым значительным звеном является океаническое, на его долю приходится ¾ всех осадков на планете.

Виды явления

Все составляющие водообмена на планете объединяются глобальным или большим кругооборотом воды. Он обеспечивает поступление воды буквально в каждую частичку земного шара и ее непрерывное обновление, т. е. полную смену за фиксированный отрезок времени. Этот параметр варьируется от 12 дней у рек до 10 тыс. лет у полярных ледников. Быстрее всего процесс происходит в живых организмах, например, в организме человека полный водообмен совершается за 8 часов.

Цикл большого круга не замкнут, так как часть жидкости теряется навсегда в верхних слоях атмосферы. Под воздействием солнечных лучей молекулы воды распадаются на водород и кислород и уходят в космос. В то же время объем гидросферы не уменьшается за счет дополнительного притока воды из недр земли через тектонические трещины.

Большой и малый круг

Большой круг разделяется на два малых: океанический и континентальный. Океаны — основные поглотители солнечного тепла и поставщики водяного пара, именно над ними происходит океанический водообмен. На сегодня его объем сопоставим с шестью такими водоемами, как Каспийское море. Количество жидкости в океанах меняется в процессе развития планеты. Остается неизменным только тот факт, что не вся испарившаяся с их поверхности жидкость возвращается.

Часть ее переносится на континенты и выпадает в виде осадков на сушу. Так возникает континентальный круговорот. Его начальный объем зависит от характеристик материка, над которым он происходит. Чем больше размер территории и выше горные массивы, тем больше океанической влаги оседает на континенте. Максимальный размер у водооборота Евразии, минимальный — у Австралии. За время своего существования малый кругооборот менялся, иногда значительно и скачкообразно.

Геологический водообмен

Отдельное явление — геологический круговорот. Он происходит при непрерывном водообмене между сушей, океаном и недрами планеты в зонах тектонических сдвигов, рифтовых трещин и желобов. В одной из таких трещин находится самое глубокое континентальное озеро на земном шаре — Байкал, в нем сосредоточено 50% всех мировых запасов пресной воды. Другая пересекает весь Атлантический океан.

Желоба располагаются в Тихом океане на всем протяжении от Камчатки до Индонезии. В них находится очень горячая жидкость из глубин земли, которая может вступать в реакции с холодными придонными слоями. В результате содержащиеся в воде примеси выпадают в осадок. Он образует конусы высотой в десятки метров. Сильно нагретая вода из глубоководных источников, вырываясь на поверхность, похожа на извержение маленьких вулканов с белым или черным дымом над ними. В итоге жидкость, ушедшая в глубину вместе с горными породами из-за различных геологических процессов, восполняется.

Описание темы для детей

Откуда берутся дождевые тучи, почему реки не пересыхают, может ли человек прожить без воды — все эти вопросы рано или поздно возникают у любого ребенка. Дошкольникам такую сложную вещь, как водообмен, нужно объяснять кратко, лучше в игровой форме. Обязательно обратить внимание, что правильное название — именно круговорот, а не водоворот воды в природе. Чтобы было понятнее, сначала желательно рассказать о каждой стадии явления и познакомить с такими определениями: конденсация, испарение, перенос воды, осадки.

Форму подачи информации можно выбрать соответственно характеру и интересам ребенка. Например, придумать или найти в интернете сказку о приключениях принца Капитошки и его подружек капелек. Если ребенок хорошо воспринимает наглядную картинку, можно нарисовать или распечатать схематический лэпбук по этой теме или сделать своими руками макет из подручных материалов.

А еще лучше вместе поставить интересный эксперимент. Чтобы создать элементарную модель круговорота понадобятся: большой полиэтиленовый пакет на застежке или стеклянная банка, цветные водостойкие маркеры, скотч и собственно вода. Для красоты в нее можно добавить акварельной краски или пищевого красителя. Можно приступать к опыту:

Насколько хватит фантазии, разрисовать маркерами сосуд. Изобразить солнышко, тучки, небо, линию моря.
Предварительно подкрашенную воду нужно нагреть так, чтобы появился пар, но еще не началось кипение.
Перелить воду в пакет или банку и хорошо закрыть.
Помещаем сосуд в место с самой большой разницей температур. Например, можно прикрепить пакет скотчем на балконной двери или поставить банку на подоконник.
Через некоторое время вода начнет испаряться, и на стенках сосуда появятся первые кружочки конденсата. Это будет символизировать испарение жидкости с поверхности моря в атмосферу.
Затем капельки будут набухать, пока в итоге не поползут вниз. Получится символ выпадения осадков.

С банкой опыт можно продолжить, понаблюдав за изменением уровня воды в ней при закрытой или открытой крышке. Ребенку постарше можно рассказать, что мир в закрытой банке — простейшая модель замкнутой системы, каковой, собственно, и является наша планета.

Влияние человека

Круговорот воды является исключительно важным свойством гидросферы, так как только благодаря ему общее количество этой жидкости на Земле почти не уменьшается, делая ее возобновимым ресурсом. За последние пару сотен лет существенно возросло значение хозяйственной деятельности человека в круговороте воды. Динамичное развитие промышленности, бесконтрольная вырубка лесов, орошение и осушение земель, освоение обширных участков земли для сельскохозяйственных нужд, возведение огромных плотин, затопление больших территорий водохранилищами — все это мало повлияло на общий объем гидросферы, но сильно затронуло отдельные гидрологические процессы.

Изменился сток рек, значительная часть воды надолго выпадает из общего круговорота. Даже появился термин — безвозвратно изъятая вода. Она, конечно, не исключается полностью из водообмена, но может возвращаться с большой задержкой и на совершенно другое место. Сбрасывание в водоемы даже небольшого количества сточных вод приводит к загрязнению огромных объемов. Поэтому сейчас самым важным является вопрос водной экологии, а не ее физической нехватки.

Источник