Какое свойство воды позволяет существовать мировому круговороту воды

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]:

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].
2. 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]

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]

Комментарии, вопросы по параграфу можно добавить на странице обсуждения.

Гидросфера[править | править код]

Химически связанная и кристаллическая вода[править | править код]

• Объясните, какая вода называется химически связанной, какая – кристаллической. Приведите примеры кристаллогидратов.

Химически связанная вода входит в состав некоторых минералов и включает конституционную и кристаллизационную воду (и ту и другую называют также кристаллогидратной). Эта вода входит в состав твёрдой фазы почв и не является самостоятельной физической фазой. Она не передвигается в почве и не имеет свойств растворителя.[1]

Кристаллическая вода — это связанная вода, содержащаяся в кристаллической решетке в виде молекул. Выделяется лишь при высокой температуре (около 200-600 °C). Кристаллическая вода характерна, например, для гипса , опала , карналлита и многих других минералов, что являются кристаллогидратами.

Круговорот воды в природе[править | править код]

• Опишите круговорот воды в природе и его значение для живой и неживой природы.

Круговоротом воды в природе называют ее циклическое перемещение в биосфере. Другими словами, жидкость испаряется с поверхности земли, пресных, соленых водоемов и переносится воздушными потоками. Также, составляющими этого процесса являются атмосферные осадки и подземные воды.

Суть явления в следующем:

1. Вода занимает ¾ территории Земли, при чем большая часть (около 97%) принадлежит соленой.
2. Из-за испарения, моря в отличии от суши теряют больше влаги, чем получают с осадками. Но, благодаря постоянной циркуляции, количество жидкости остается неизменным.
3. Круговорот осуществляется еще и из-за способности воды быть в трех состояниях: жидком, газообразном и твердом. Постоянно идут процессы взаимообмена между водной, воздушной и земной поверхностями. Это конденсация, движение паров, различные стоки, выпадения атмосферных осадков в виде дождя, снега или града.
4. Благодаря солнечному свету, влага испаряется, просачивается в грунт, образуя водоемы и насыщая подземные источники.
5. Часть осадков накапливается в ледниках, оставаясь в них от пары месяцев до сотен лет.
6. Под землей также идет обмен – грунтовые источники взаимодействуют с сушей в виде родников и глубинных скважин.
7. Чтобы продолжить круговорот, вода рано или поздно, обратно вернется в океан.[2]

Значение Круговорота воды в природе:

1. Круговорот воды в природе объединяет все оболочки Земли, в том числе и конечно в первую очередь объединяет гидросферу.
2. Благодаря Круговороту воды переносится большое количество веществ необходимых для поддержания жизни на Земле.
3. Круговорот вод в природе очищает воды мирового океана.
4. Круговорот влияет и регулирует климат планеты.
5. Благодаря круговороту воды в природе вода попадает практически во все уголки земного шара.[3]

Нетипичные моря на Земле[править | править код]

• Приведите примеры нетипичных морей на Земле. В чём их особенность?

Самое уникальным морем на нашей планете является Саргассово море. Оно единственное не имеет берегов. Его «берегами» являются течения Атлантического океана: Гольфстрим, Северо-Атлантическое, Канарское и Северное Пассатное. К тому же площадь данного моря всегда разная и зависит от положения и интенсивности течений. Площадь Саргассова моря колеблется от 6 до 7 млн.кв.км. В Саргассовом море есть свое небольшое течение, точнее даже это не течение, а море “вращается” по часовой стрелке.

Самое мелкое – Азовское море, которое омывает берега России и Украины. Максимальная глубина достигает 13,5 метра. Мелководное с невысокими склонами берегов. Зимой местами море промерзает почти полностью. На дне находятся небольшие возвышенности.

Морские течения зависят от направления ветра. Основное – круговое, против часовой стрелки. Летом максимальная температура воды +25+28 градусов, зимой – ноль в северной части. Южная не замерзает за счёт содержания в воде карбонатов, сульфатов и солей кальция.

Средний показатель солёности в 3 раза ниже показателя Мирового океана. В море впадают две реки – Дон и Кубань. Море не прозрачное. Цвет воды – от жёлто-зелёного до жёлто-коричневого за счёт мутной воды впадающих рек, илистого дна и обильного планктона.

Самое солёное – Мёртвое море. В 10 раз превосходит средний показатель солёности Мирового океана. Находится ниже уровня Мирового океана на 432 метра. Климат жаркий, впадает только одна река. Дожди бывают крайне редко, а испарения происходят постоянно. Не имеет выхода в океан. Максимальная глубина около 380 метров. Омывает берега трёх государств: Израиль, Иордания и Палестина.[4]

Свойства морской и океанической воды[править | править код]

• Дайте характеристику свойств морской и океанической воды.

Солёность. В отличие от многих вод суши, воды Мирового океана соленые, т.е. в океанической воде растворены различные соли и вещества. В морской воде растворено множество химических элементов, 4/5 из них – поваренная соль. Кроме того, в морской воде содержатся частицы золота, серебра, различных металлов, но в очень маленьком количестве.

Солёность океанических вод неодинакова, она зависит от климата (температуры, количества осадков), степени испарения, наличия впадающих рек, течений, связи водоема с основной частью океана. Океаническая вода из-за большого содержания солей непригодна для питья. В настоящее время на судах и во многих странах, где нет пресных источников воды, используют опреснительные установки морской воды.

Температура. Еще одна особенность океанических вод заключается в том, что их температура изменяется только в верхних слоях под воздействием солнечных лучей, а на глубине более 2000-3000 метров температура постоянна в течение всего года – около 2 градусов.

Кроме того, в отличие от пресной воды, морская вода замерзает при температуре -1,8 -2 градуса, т.е. при отрицательных значениях температур.

На температуру поверхностных воды влияют течения, географическое положение, близлежащие территории. Мировой океан способен поглощать тепло и отдавать его, поддерживая, тем самым, определенные климатические характеристики. Летом океан оказывает охлаждающее воздействие, т.к. не успевает нагреться, а зимой – отепляющее, т.к. воды океана не успевают остыть.[5]

Понятия морских явлений[править | править код]

• Сформулируйте, что такое волна, штиль, зыбь, прибой, приливы и отливы. Какие из перечисленных явлений описываются в стихотворении М.Ю. Лермонтова “Парус”?

Волны на воде – один из видов волн, возникающих на поверхности раздела сред — между жидкостью и газом или жидкостью и жидкостью.[6]

Штиль – это практически безветренная погода, когда скорость ветра не превышает 0,5 метра в секунду.[7]

Зыбь – это волнение на водной поверхности в отсутствие ветра; лёгкое колебание нетвёрдой поверхности неустойчивая, дрожащая, поддающаяся перемещению поверхность чего-либо.[8]

Прибой — волны, набегающие у берегов и разрушающиеся при выходе на мелководье.[9]

Прилив и отлив – изменение уровня воды в Мировом океане, вызванное влиянием на планету Луны и Солнца.[10]

В стихотворении М.Ю. Лермонтова “Парус” описываются волны.

• Штиль на море

• Зыбь на поверхности воды

• Прибой на берегу Баренцевого моря

• Прилив на берегу Ла-Машна

• Признак отлива

Холодные и тёплые течения[править | править код]

• Приведите примеры холодных и тёплых течений, покажите их роль в жизни приближённых стран.

Тёплые течения зарождаются в области экватора и движутся в сторону полюсов. Их примеры: Восточно-Австралийское, Гвианское, Агульясское (течение Игольного мыса), Гольфстрим, Мадагаскарское и др.

Под действием теплых циркуляций климат северных стран увлажняется и смягчается. Эти потоки приносят дожди и циклоны. Без Гольфстрима Скандинавия покрылась бы слоем вечного льда.

Холодные течения образуются путем движения холодного потока слабо солёной воды из высоких широт в низкие, экваториальные. Их примеры: Бенгельское, Лабрадорское, Калифорнийское, Течение Западных Ветров, Канарское и др.

На берегах, которые омывают холодные течения, климат жесткий. Там часто образуются пустыни.

Существуют нейтральные потоки, температура которых не отличается от окружающей воды. Такие океанские реки называются нейтральными, чаще всего они являются продолжением теплых или холодных.[11]

Что такое карст и в чём суть аномального теплового расширения воды[править | править код]

• Перечислите воды суши, которые вы знаете, объясните, что такое карст и в чём заключается аномальное тепловое расширение воды.

На суше имеются пять типов скоплений воды: подземные воды, реки, озера, ледники, болота. Вода также присутствует в почве.

Карст – это совокупность процессов и явлений, связанных с деятельностью воды и выражающихся в растворении горных пород и образовании в них пустот, а также своеобразных форм рельефа, возникающих на местностях, сложенных сравнительно легко растворимыми в воде горными породами – гипсом, известняком, мрамором, доломитом и каменной солью.[12]

Вода имеет способность к аномальному тепловому расширению. Все жидкости, как и твёрдые тела, расширяются при нагревании. Тепловое расширение жидкости объясняется увеличением средних расстояний между положениями равновесия её молекул.

Все жидкости достаточно равномерно расширяются с повышением температуры. Исключение составляет вода. Вода расширяется только при нагревании свыше +4 °C. При нагревании от 0 до +4 °C она сжимается. При этом её объём уменьшается, а плотность увеличивается. Наибольшую плотность вода имеет при +4 °C.

Под действием солнечных лучей верхние слои воды нагреваются, предположим, до температуры +2 °C. Плотность воды в этом слое больше, чем в слое, лежащем ниже и имеющем температуру 0 °C. Нагретая вода опускается вниз. Её место занимает вода, имеющая более низкую температуру. Таким образом, происходит непрерывная смена слоёв воды и равномерное прогревание всей её толщи. Это будет происходить, пока температура воды не станет равной +4 °C.

При дальнейшем нагревании верхние слои становятся менее плотными и остаются вверху. Поэтому большие толщи воды прогреваются быстро лишь до +4 °C (наибольшая плотность), дальнейшее прогревание нижних слоёв идёт медленно. Охлаждение воды до +4 °C происходит быстро, а дальнейшее охлаждение замедляется. Это приводит к тому, что водоёмы, начиная с некоторой глубины, имеют температуру +2—3 °C. Даже зимой вода в водоёмах не промерзает до дна. Верхние, более холодные, слои воды опускаются вниз, а тёплые занимают их место. Такое перемещение происходит до тех пор, пока температура воды не станет +4 °C. При дальнейшем охлаждении верхние слои не будут опускаться вниз и постепенно замёрзнут.

Эта особенность теплового расширения воды имеет очень большое значение для формирования климата Земли, так как большая часть поверхности нашей планеты покрыта водой.[13]

Дополнительные вопросы параграфа[править | править код]

Великие мореплаватели[править | править код]

• Перечислите мореплавателей, совершивших кругосветные плавания в эпоху Великих географических открытий, чьими именами названы моря, заливы, проливы и т. п.

К числу мореплавателей, совершивших кругосветные плавания в эпоху Великих географических открытий, чьими именами названы моря, заливы, проливы относятся: Фернан Магеллан (Магелланов пролив и подводная возвышенность Магеллана в Тихом океане, возле Маршалловых островов), Васко да Гамма (город в штате Гоа на западном побережье Индии), Джеймс Кук(архипелаг в Тихом океане), Михаил Петрович Лазарев (посёлок в Хабаровском крае), Фаддей Беллинсгаузен (море у побережья Антарктиды, а также мыс на острове Сахалин), Руаль Амундсен (море у берегов Антарктики, гора и ледник в Антарктиде).

Вклад российских учёных и мореплавателей в исследование Северного Ледовитого океана[править | править код]

• Оцените вклад российских учёных и мореплавателей в исследование Северного Ледовитого океана; вспомните, кто и почему назвал Тихий океан именно так?

Существует много неоспоримых доказательств, что ведущее место в истории исследования и освоения Северного Ледовитого океана, насчитывающей более восьми веков, по праву принадлежит России. Всему миру известны замечательные имена русских первооткрывателей – землепроходцев и ученых Дежнева, Челюскина, Лаптева, Литке, Пахтусова, Макарова, Русанова, Седова и мн. др. Это они открыли и нанесли на карту побережье Северного Ледовитого океана и арктические острова.

Первые ценные сведения о природе Арктики в дореволюционной России были получены высокоширотной экспедицией во второй половине XVIII века, которая была организована по инициативе и предложению великого ученого М. В. Ломоносова. Именно Ломоносов составил для этой экспедиции, руководимой адмиралом В. Я. Чичаговым, ценнейший документ – «Записку», содержащую сведения в области мореведения, полученные на основании многочисленных источников, начиная с рассказов его земляков-поморов и кончая свидетельствами о плаваниях моряков под разными флагами.

Подробно изучив многие материалы северных экспедиций, Ломоносов изложил основы арктической океанографии, наметил схему течений и дрейфа льдов в Арктике, составил классификацию полярных льдов. Основные научные положения, высказанные Ломоносовым, сохранились и до сих пор. Ломоносов придавал исключительно большое значение развитию плавания Северным морским путем и, как патриот своей Родины, говорил, что «Северный океан – есть пространное поле, где усугубиться может Российская слава, соединенная с беспримерною пользою через изобретение восточно-северного мореплавания».[14]

Тихий океан получил такое название потому что первые путешественники через неизвестный океан не увидели ни бурных волн, ни сильных штормов.

Крупнейшие реки Европы, Африки и Азии[править | править код]

• Назовите три крупнейшие реки Европы, Африки и Азии. Куда они впадают?

Крупнейшие реки Европы:

1. Волга (длина – 3 700 км), полностью расположена на территории России, берет начало на Валдайской возвышенности Тверской области и несет свои воды через бесчисленные города, городки, сёла и деревушки огромной России, а впадает распавшись на множество рукавов в Каспийское море.
2. Дунай (длина – 2 900 км), берёт исток в горах Шварцвальда в Германии, протекает по территории или является границей десяти государств и впадает в Чёрное море.
3. Урал (длина – 2 400 км), берет начало в Уральских горах России, а устье располагается в Казахстане, на берегу Каспийского моря.

Крупнейшие реки Африки:

1. Нил (длина – 6 853 км), берет начало в озере Виктория и впадает в Средиземное море.
2. Конго (длина – 4 700 км), берет начало около озер Ньяса и Танганьика, а впадает в Атлантический океан.
3. Нигер (длина – 4 180 км), берёт свое начало на склонах Либерийской возвышенности. Устье расположено в заливе Атлантического океана.

Крупнейшие реки Азии:

1. Янцзы (длина – 5 800 км), впадает в Восточно-Китайское море, протекает по территории КНР.
2. Хуанхэ (длина – 5 464 км), Берет начало в Тибетском нагорье, а впадает в Жёлтое море.
3. Обь — Иртыш (длина – 5 410 км), протекают по территории России, КНР и Казахстана и впадают ещё несколько рек, несущих воды с гор.

• Бассейны крупнейших рек Европы, Африки и Азии
• Бассейн реки Волги

• Бассейн реки Дунай

• Бассейн реки Урал

• Устье реки Нил

• Бассейн реки Конго

• Бассейн реки Нигер

• Бассейн реки Янцзы

• Бассейн реки Хуанхэ

• Бассейн реки Обь

Литература о морских путешествиях[править | править код]

• Приведите примеры литературных произведений из русской и зарубежной классики, посвящённых морским путешествиям, исследованиям океанов и морей.

1. Примерами литературных произведений из русской и зарубежной классики, посвящённых морским путеше