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.

Значение круговорота воды велико, так как он не только объединяет части гидросферы, но и связывает между собой все : , гидросферу, и . Вода во время круговорота может быть в трех состояниях: жидком, твердом, газообразном. Она переносит огромное количество веществ, необходимых для жизни на Земле.

Под действием солнечных лучей и суша нагреваются. В результате этого вода переходит из жидкого состояния в (пар) и поднимается вверх. Океан поставляет 86% влаги в атмосферу, и лишь 14% парообразной влаги образуется за счет испарений с суши. Вода, испаряющаяся с поверхности океана, является пресной. Таким образом, океан можно считать колоссальной фабрикой пресной воды, без которой невозможно существовать жизни на Земле. Известно, что с высотой температура в атмосфере понижается. Пары воды, встречаясь со все более холодными слоями воздуха, начинают остывать и образовывать . На суше испарение воды идет не только с поверхности ручьев, и озер. Пары воды попадают в атмосферу и в результате , и испаряются поверхностью растений.

Часто воды, испарившиеся с океана, возвращаются в него в виде осадков, которые выпадают из облаков, расположенных над морями и океанами. Другая часть облаков под воздействием переносится на материк. Там из них тоже могут выпадать осадки в жидком или твердом виде. Часть попадает в реки. Они, извиваясь и впадая друг в друга, в конечном счете несут воды в моря или в замкнутые водоемы типа или , восполняя их потери при испарении. Другая часть воды, выпавшая на землю в виде атмосферных осадков, просачивается вниз с поверхности суши и с стекает опять в Мировой океан или реки. Это очень важный этап в круговороте воды, так как он регулирует во времени. Если бы его не было, вода в реках была бы лишь в кратковременные периоды выпадения осадков или таяния снегов. Третья часть воды, выпавшая на землю в виде осадков, может проникать в , а оттуда по корням подниматься в верх растения и испаряться через листья. Этот этап круговорота очень важен для растений, так как с водой из почвы через корни поступают растворенные вещества, необходимые для жизнедеятельности растений. Питаться «всухомятку» растения не умеют.

Не вся вода возвращается с суши в океан одновременно. Дольше всего (на сотни и тысячи лет) задерживается она в и в глубоко залегающих .

Вода — вернувшаяся с суши, может снова испариться и снова попасть на сушу. Так и совершается ее круговорот: океан - атмосфера - суша - океан. Вот этот непрерывный процесс перемещения воды из океана на сушу через атмосферу и с суши в океан называют мировым круговоротом воды в природе.

Существенную роль в круговороте воды в природе с недавних пор стала играть хозяйственная деятельность человека. Создание промышленности, распашка огромных территорий, осушение и земель, создание гигантских и плотин, расходование воды на различные хозяйственные нужды - все это в значительной степени изменило гидрологические процессы на Земле. И хотя хозяйственная деятельность мало повлияла на общий объем гидросферы, она заметно влияет на отдельные ее части. Сток одних рек уменьшился, других - увеличился, изменилось внутригодовое распределение стока. В результате изъятия воды из вод суши во многих районах мира возросло испарение, потому что именно на испарение идет значительная часть воды, изымаемой человеком из источников. Часть воды, которую потребляет человек и которая входит в состав производимой им продукции, надолго выпадает из всеобщего круговорота, поэтому ее называют «безвозвратно изъятой». Этот термин, конечно, достаточно условен, так как эта вода не исключается полностью, но ее возвращение может произойти с большой задержкой во времени и на совершенно другой территории. Многие отрасли расходуют безвозвратно сравнительно немного воды - не более 10%. Остальная вода после использования сбрасывается в водоемы в виде сточных вод. Они загрязнены и приводят в негодность во много раз больший объем чистой воды. Именно угроза загрязнения

Вода является самым распространенным веществом в биосфере. Круговорот воды в природе – это непрерывный замкнутый процесс перемещения воды между гидросферой, атмосферой и литосферой на Земле. Это становится возможным, благодаря способности воды изменять свое состояние. На нашей планете вода существует в трех агрегатных состояниях – твердом, жидком и газообразном.

Основные запасы воды – это соленые воды морей и океанов (97%). Только 3% воды из общего объема гидросферы – пресные. Причем 70% пресной воды находится в твердом состоянии в ледниках (2,24%). На грунтовые воды приходится 0,61% пресной воды, а на воды озер, рек и атмосферной влаги, соответственно, - 0,016%, 0,0001% и 0,001%. Из-за непрерывной циркуляции воды на земном шаре ее общее количество остается постоянным.

Круговорот воды осуществляется, благодаря испарению, передвижению водяного пара в атмосфере, конденсации его, выпадению осадков и наличию стоков. Начинается круговорот с испарения воды с подстилающей поверхности водоемов. С воздушными течениями водяные пары перемещаются из одной области в другую. Большая часть воды испаряется с поверхности Мирового океана и при конденсации в виде осадков возвращается обратно. Меньшая доля испарившейся воды переносится на сушу воздушными течениями. Объем воды, которая испаряется над сушей и выносится воздушными течениями в океан, незначителен. Таким образом, при испарении моря и океаны теряют значительно больше воды, чем получают влаги при выпадении осадков, на суше – наоборот. Но в моря и океаны с материков постоянно поступает сток речной воды. Это обеспечивает постоянство объема воды на планете.

В связи с процессами конденсации влаги происходит выпадение осадков. Часть влаги атмосферных осадков испаряется, часть образует временные или постоянные водостоки и водоемы. Определенная массовая доля влаги атмосферных осадков просачивается в грунт, формируя подземные воды.

В природе различают несколько типов круговоротов воды в зависимости от места, где влага испарилась, и где выпали осадки. Выделяют большой (мировой) и малые (океанический и континентальный) круговороты воды. При большом круговороте водяной пар, образовавшийся над морями и океанами, переносится воздушными течениями на континенты, конденсируется там с выпадением осадков, и влага снова попадает в океан в виде стоков. Данный вид круговорота сопровождается изменением качества воды, так как при испарении соленая вода становится пресной, а грязная вода очищается.

В процессе малого океанического круговорота водяные пары, сформировавшиеся над океаном, подвергаются конденсации, и в виде осадков возвращаются в океан. Малый внутриконтинентальный круговорот – это конденсация над поверхностью суши испарившейся воды, и последующее выпадение осадков над материками. Конечный этап малого континентального круговорота – также Мировой океан.

Скорости транспортировки воды в различных состояниях отличается, так же, как различны временные промежутки расходов воды и время ее обновления. Самая высокая скорость водообмена – в живых организмах (несколько часов). В ледниках полярных областей круговорот воды протекает тысячи лет. Воды Мирового океана полностью обновляются за 2,7 тысячи лет.

Вода во время круговорота может быть в трех состояниях : твердом, жидком и газообразном. Она переносит огромное количество веществ, необходимых для жизни на Земле.

В процессе круговорота воды в природе происходит постепенное обновление вод во всех частях :

• обновляются за сотни, тысячи и миллионы лет,
• - за несколько тысяч лет (в - за десятки миллионов лет),
• - за 2,5-3 тыс. лет,
• замкнутые бессточные озера - за 200-300 лет,
• проточные озера - за несколько лет,
• - за 12-15 суток,
• водяной пар атмосферы - за 8 суток,
• вода в организмах - за .

Вода, вернувшаяся с суши, может снова испариться и снова попасть на сушу. Так и совершается ее круговорот: океан - атмосфера - суша - океан. Вот этот непрерывный процесс и называют круговоротом воды в природе.

Существенную роль в круговороте воды в природе с недавних пор стала играть деятельность человека . Уничтожение лесов, и орошение земель, создание водохранилищ и плотин, расходование воды на хозяйственные нужды - все это в значительной мере изменило гидрологические процессы на Земле. И хотя хозяйственная деятельность мало повлияла на общий объем гидросферы, она заметно влияет на отдельные ее части: сток одних рек уменьшился, других - увеличился, возросло испарение. Часть воды, которую потребляет человек для производства какой-либо продукции, может надолго выпадать из круговорота воды , поэтому ее называют «безвозвратно изъятой»: хотя ее возвращение и может произойти, но с большой задержкой во времени и на совершенно другой территории. Другой проблемой является загрязнение большого объема вод в результате хозяйственной деятельности человека. Именно угроза загрязнения представляет сейчас главную опасность, гораздо большую, чем угроза физической нехватки воды. Загрязненная вода, поступающая в ходе круговорота воды в Мировой океан ведет к гибели живых организмов и нарушению биологического равновесия.

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 , 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. Все эти процессы дают возможность всему живому на Земле жить и развиваться. Один из самых важных химических элементов - кислород. Он существует в атмосфере в форме газа (21%) и входит в одну из составных частей круговорота воды и углерода. Столь же важны для всего живого углерод и азот. 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.

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. встречаются с массами холодного воздуха - например, над горами. Образуются крупные капли воды, выпадающие на 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. нагревает сушу, реки, озера и моря, вызывая испарение воды в . 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.

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.

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.

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.