Схема малого круговорота воды в природе. Круговорот воды
Водой покрыта большая часть Земли. Она является важнейшим элементом для всех живых организмов и играет фундаментальную роль в их жизнедеятельности.
Вода наполняет моря, реки и океаны, находится в облаках или , а при конденсации выводится из атмосферы в виде снега, дождя или росы. Она пребывает в постоянном движении и способна менять свое состояние из твердого в жидкое или газообразное.
Этот процесс называют круговоротом воды в природе и считают залогом существования жизни на нашей планете.
Что такое круговорот воды?
Круговорот воды в природе – это цикличное передвижение жидкости внутри биосферы Земли. Его суть заключается в испарении воды с земной поверхности и переноса воздушными массами в другие уголки планеты с последующей конденсацией и возвратом обратно на землю.
Общее количество воды на земном шаре всегда остается неизменным, но она непрерывно циркулирует и обеспечивает тем самым постоянный обмен влагой между поверхностью земли и атмосферой.
Впервые на подобный процесс обратили внимание китайские жители. Впоследствии связь между дождями и сточными водами в водоемах заметили в Индии, а примерно пять столетий назад о водообмене узнали в Европе.
Самые ранние соображения о круговороте высказывал Леонардо да Винчи, однако полноценное учение об этих процессах принадлежит французскому ученому Пьеру Перро, разработавшему в XVII веке концепцию гидрологического цикла.
Как происходит круговорот воды?
Двигателем водообмена является Солнце. Оно нагревает воду в морях, океанах, в результате чего та испаряется, превращается в пар и поднимается в воздух. Аналогичные процессы происходят на земле – под воздействием повышенных температур вода на поверхности почвы преобразуется в паровые частицы либо испаряется из растений через их наружные органы.
Поднявшись в воздух, пар перемещается ветром до тех пор, пока не попадет в область с пониженной температурой. Здесь он превращается в капли воды либо льдинки и продолжает передвигаться в облаках, а затем падает на сушу и в моря в виде осадков.
Значительная часть жидкости при падении перехватывается растениями, оставшаяся попадает на грунт или в водоемы. В дальнейшем она снова нагревается, испаряется и поднимается в атмосферу, то есть круговорот имеет цикличность и происходит непрерывно.
Какие бывают виды круговоротов в природе?
В зависимости от изменений, происходящих с водой, выделяют несколько видов водообмена. Большой круговорот подразумевает испарение пара с поверхности океана, его перенос на материки и выпадение на сушу. Жидкость в океаны при таких процессах возвращается в виде стоков.
По мере движения она полностью меняет свои характеристики, то есть соленая вода становится пресной, а грязная – чистой. Малый круговорот представляет собой явление, при котором вода испаряется с океанов, конденсируется и снова попадает в океаны.
При внутриконтинентальном круговороте такие же процессы происходят на суше, то есть та вода, которая поднялась с земной поверхности, снова выпадает на суше.
Как часто происходит круговорот воды?
Цикличность круговорота и полное обновление воды в разных регионах Земли имеет различную скорость. Считается, что океаны обновляются в среднем один раз за 3,2 тысячи лет, а ледники – за 5–10 лет. Круговорот на поверхности почвы происходит всего за 1–2 месяца, в пресных водоемах – за 15–17 лет, в реках – за 17–19 дней.
Быстрее всего водообмен осуществляется в атмосфере – на полное обновление в воздухе воде необходимо всего 10 суток. По мнению ученых, чтобы растения смогли полностью переработать всю массу воды, находящуюся , им потребуется 11 млн. лет.
На что влияет круговорот воды в природе?
Значение круговорота для нашей планеты сложно переоценить. Он объединяет между собой все земные оболочки и оказывает прямое влияние на формирование климата.
Благодаря перемещению воды, по земному шару переносится большое количество полезных веществ, необходимых для поддержания жизнедеятельности всех существ. Кроме того, за счет круговорота жидкость попадает практически во все уголки планеты, а воды Мирового океана хорошо очищаются от загрязнений.
Это процесс, благодаря которому вода непрерывно перемещается между географическими , переходя из одного агрегатного состояния в другое. Без него невозможен рост растений, и существование жизни в привычном нам виде.
Почти вся (около 97%) вода Земли содержится в . Небольшое количество воды заперто в ледниках.
Схема круговорота воды в природе
Для упрощения понимания круговорота воды в природе, его разделяют на четыре основных этапа, показанные на рисунке схеме выше.
Этап №1 - Испарение
Туман над водой
Гидрологический цикл начинается в океане, где солнечное тепло превращает морскую воду в пар. Пар - крошечные капельки воды, которые летают в воздухе. Этот процесс называется испарением. Испарение воды из других водоемов и растений благодаря теплу также оказывает влияние на глобальный процесс круговорота воды во всем мире.
Этап №2 - Конденсация
Облака
Водный пар поднимается в небо, и поскольку температура воздуха понижается с высотой, он конденсируется. Так , которые мы часто видим на небе.
Этап №3 - Осаждение
Дождь
Ветер гоняет облака по небу, и когда они больше не могут удерживать накопленную влагу, то выпадают осадки, в виде дождя или снега.
Этап №4 - Накопление
Вода, которая опускается на землю с облаков позволяет растениям расти и дает нам питьевую воду. Большая часть воды стекает в озера и реки, и поступает обратно в океан. Затем процесс круговорота воды в природе начинается снова.
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.
В природе, также известный как гидрологический цикл, описывает непрерывное движение воды на поверхности Земли, а также над и под ней. Хотя баланс воды на Земле остается практически неизменным с течением времени, отдельные молекулы воды могут приходить в атмосферу и уходить из нее. Вода перемещается, например, из реки в океан или из океана в атмосферу, с помощью таких физических процессов, как испарение, конденсация, осадки, инфильтрация, сток, а также с помощью подземных течений. При этом вода проходит через различные фазы: жидкую, твердую (лед) и газообразную (пар).
Круговорот воды в природе включает в себя теплообмен, что приводит к температурным изменениям. Например, когда вода испаряется, она вбирает тепло из окружающей среды и охлаждает ее. Когда она конденсируется, то отдает тепло и нагревает окружающую среду. Этот теплообмен влияет на климат. Круговорот воды в природе также связан с геологическими процессами на Земле (эрозия и седиментация). И, наконец, благодаря ему поддерживается жизнь и на Земле.
Описание
Круговорот воды в природе для детей начинают описывать еще в начальных классах, поэтому каждый знает, что солнце, благодаря которому он происходит, нагревает воду в океанах и морях. Вода испаряется и в виде пара поступает в воздух. Лед и снег могут сублимировать непосредственно в водяной пар, минуя жидкую фазу. Также происходит испарение воды из растений и почвы.
Воздуха поднимают пар в атмосферу, где низкие температуры заставляют его конденсироваться в облака. Воздушные потоки переносят по всему миру, облака сталкиваются, растут и вода выпадает из верхних слоев атмосферы в Часть из них может накапливаться в виде ледяных шапок и ледников, которые сохраняют замороженную воду в течение тысяч лет. Большая часть воды попадает обратно в океаны или на сушу в виде дождя, образующего поверхностный сток. Часть стока попадает в реки, а оттуда - в моря и океаны. Ливневые и грунтовые воды частично собираются в пресноводных озерах. Однако большая часть впитывается в землю и инфильтруется: проникает глубоко в землю и пополняет водоносные горизонты, которые являются резервуарами Такие горизонты могут располагаться близко к поверхности, и вода может просочиться обратно - так образуются родники. Однако с течением времени вода возвращается в океан, откуда все началось.
Процессы, благодаря которым происходит круговорот воды в природе:
Осадки
Большинство осадков выпадает в виде дождя. Другие виды: снег, град, туман, крупа и мокрый снег. В год выпадает около 505000 км³ воды в виде осадков.
Перехват осадков
Осадки, которые были перехвачены листвой растений, в конечном итоге испаряются обратно в атмосферу, а не попадают на землю.
Талая вода
Сток от таяния снега.
Сток
Различные способы, с помощью которых вода движется по земле. Это может быть как поверхностный сток, так и подземный. Вода может просачиваться в землю, испаряться в воздух, храниться в озерах и водохранилищах или использоваться для сельскохозяйственных и других целей.
Инфильтрация
Просачивание воды с поверхности в землю.
Подземные потоки
Поток воды под землей, в зоне аэрации и водоносных горизонтов. Подземные воды могут вернуться на поверхность или в конце концов просочиться в океан. Подземные воды имеет тенденцию двигаться медленно и пополняться медленно, так что они могут оставаться в водоносных горизонтах в течение тысяч лет.
Испарение
Превращение воды из жидкого состояния в газообразное, при котором она перемещается с поверхности земли или водоемов в атмосферу. Источником энергии для испарения прежде всего является солнечное излучение. Общее количество испарения - около 505000 км³ воды в год.
Сублимация
Переход непосредственно из твердой фазы (снега или льда) в водяной пар.
Отложение
Это превращение водяного пара непосредственно в лед.
Адвекция
Движение воды - в твердом, жидком или газообразном состоянии - через атмосферу.
Конденсация
Превращение водяных паров в жидкие капли воды в воздухе, формирование облаков и тумана.
Испарение
Выход водяных паров из растений и почвы в воздух.
Просачивание
Поток воды горизонтально сквозь почву и горные породы под действием гравитации.
Круговорот воды в природе происходит благодаря солнечной энергии. 86% глобального испарения происходит с поверхности океана.
Круговорот воды в биосфере - это биогеохимический цикл, т.к. стоки несут ответственность почти за все перемещения эродированных осадков и фосфора от земли к водоемам.
Вода - это сок жизни... Так сказал всем известный Леонардо да Винчи. И здесь нет смысла спорить, потому что вода является основой для всего живого на планете. А что же такое вода? Это прозрачная жидкость, которая не имеет ни вкуса, ни запаха. Вода в чистом виде является связью двух молекул водорода и одной молекулы кислорода.
Химическая формула воды читается как Н2О. Вроде бы ничего сложного и удивительного. Но вот если копнуть глубже, то начинаешь понимать, насколько серьезна роль воды в нашем мире и зарождении жизни на планете! Одной из важных функций воды для поддержания жизни на Земле, является ее беспрерывный круговорот в природе.
Общие сведения о воде
- 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.
Круговорот воды в природе
Вода никуда не исчезает с планеты, а осуществляет непрерывный круговорот в природе. Приведем простейший пример: поливаете вы дерево из ведра. Казалось бы, что когда вода в ведре заканчивается, то ее просто нет уже. Но все не так просто. Вода закончилась в ведре, но она ведь оказалась в земле. И теперь, когда дерево "напьется", эта самая вода, которая была использована для полива, испариться с листочков дерева и поднимется к небесам, но только уже в другом состоянии. Если выразиться более научным языком, то круговоротом воды в природе является постоянное и непрерывное перемещение водных масс в, которое происходит под воздействием силы тяжести и энергии Солнца (то есть тепла).
Благодаря круговороту воды на планете происходит беспрерывное обновление водных масс. Обновление вод происходит в любой из частей географических оболочек. Процесс этот постепенный и довольно продолжительный. К примеру, для того чтобы полностью обновилась вода Мирового океана понадобиться около 3 тысячи лет. Антарктические ледники обновляют свои водные массы вообще десятки миллионов лет. А вот пары облаков меняют воду в своем составе всего за одну неделю, а вода в живых организмах (и людей в том числе) полностью обновляется уже за несколько часов.
Такой феномен, как круговорот водных масс в природе состоит из испарения вод с поверхностей морей, озер, рек и сухих территорий планеты. Испаренная вода при помощи воздушных потоков стремится вверх, превращаясь в пар. За счет того, что на высоте, там где находятся облака, температура существенно ниже, чем у поверхности земли, происходит конденсация паров, то есть пар превращается обратно в воду, такую воду, которую мы встречаем чаще всего - жидкую. И вновь вода попадает на землю в виде дождя или снега.
Львиная доля так называемого "поставщика" влаги в атмосферу земли приходится на океан. Благодаря энергии солнца вода в океане прогревается и за счет этого испаряется. Примечателен тот факт, что вода в океане хоть и является соленой, но все таки испаряется она в виде пресных парообразных масс. Если взять все количество испарений с поверхности земли, то на океан придется более 85%. Оставшиеся 15% испаряются уже с суши, за счет "дыхания" растений и животных, а также испарений воды с рек, озер, болот и грунтовых вод.
Вот так за счет постоянного движения водных масс на земле происходит круговорот воды. То есть вода испаряется с поверхности океана, затем выпадает на сушу в виде твердых или жидких осадков, просачивается в землю, встречается на своем пути с грунтовыми водами, которые так или иначе найдут выход к Мировому океана, а океан вновь отдаст воду в атмосферу. Этот цикл бесконечен и чрезвычайно важен для всего живого.
Схемы круговорота воды в природе
Представляем вашему вниманию несколько схем-рисунков с иллюстрацией круговорота воды в природе. Для отображения схемы в полном размере, кликнете по ней левой кнопкой мышки.
Значение воды в природе
Об этом можно сказать очень коротко: имеет огромное значение! Она стала первоисточником жизни на нашей планете. Без воздуха на Земле жизнь возможна (анаэробные организмы), а вот без воды нет. Вода - это основа всего живого. Научно доказано, что даже межпланетные кометы в своем составе имеют воду. Бедуины говорили: "Вода дороже золота". И они были правы, потому что странствующему путнику без воды не обойтись и трех дней. И если водные запасы иссякнут, то смерти не миновать. Какое уж тут золото?!
Агрегатные состояния воды в природе
Вода является уникальным и единственным веществом, которое может находиться в трех различных состояниях: в виде жидкости, в виде пара и в виде льда. Ни одно вещество на планете, на такое больше не способно! За счет того, что вода постоянно меняет свое агрегатное состояние и происходит ее круговорот в природе.
Свойства воды в природе
Вода уникальна. Вот несколько фактов, которые это доказывают:
1. В момент перехода воды из жидкого состояния в твердое, иными словами при замерзании, она уменьшает свою плотность, хотя все остальные вещества в мире замерзая ее увеличивают. За счет этого лед поднимается на поверхность и схватывается ледяной коркой, которая не пропускает воздух, что дает возможность даже при чрезвычайно низких температурах сохранить тепло в воде, которая находится подо льдом. Поэтому живые организмы не погибают. Представьте, что было бы, если вода вела себя по другому: все живые организмы, обитающие в толщах вод морей, озер и океанов, в мороз бы уже все погибли.
2. Значение поверхностного натяжения у воды гораздо выше, чем у какого либо другого вещества, что влияет на образование капель дождя. А это, несомненно, оказывает огромное влияние на круговорот воды в природе.
3. Вода имеет самую высокую температуру кипения среди всех остальных жидких веществ в природе. Это замедляет процессы испарения, что дает возможность меньшей потери влаги.
Видео: Круговорот воды в природе
Круговорот воды в природе – это непрерывное перемещение воды под воздействием солнечной энергии и силы тяжести. Значение круговорота воды велико, так как он не только объединяет все части гидросферы, но и связывает между собой все оболочки Земли (атмосферу, литосферу, биосферу и гидросферу).
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 Мировой океан и суша нагреваются. В результате этого вода переходит из жидкого состояния в газообразное (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 всеми более холодными слоями воздуха, начинают остывать и образовывать облака. На суше испарение воды идет не только с поверхности ручьев, рек и озер. Пары воды попадают в атмосферу и в результате вулканической деятельности, и испаряются поверхностью растений.
Часто воды, испарившиеся с океана, возвращаются в него в виде осадков, которые выпадают из облаков, расположенных над морями и океанами. Так происходит малый круговорот воды в природе (рисунок 1).
Рис. 1. Схема малого круговорота воды
При большом круговороте воды в природе часть облаков под воздействием ветра переносится на материк (рисунок 2).
Там из них тоже могут выпадать осадки в жидком или твердом виде. Часть атмосферных осадков попадает в реки. Они, впадая друг в друга, в конечном счете, несут воды в моря Мирового океана или в замкнутые водоемы типа Каспийского или Аральского морей, восполняя их потери при испарении. Другая часть воды, выпавшая на землю в виде атмосферных осадков, просачивается вниз с поверхности суши и с подземными водами стекает опять в Мировой океан или реки. Это очень важный этап в круговороте воды, так как он регулирует речной сток 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 почву, а оттуда подниматься по корням растения и испаряться через листья. Этот этап круговорота очень важен для растений, так как с водой из почвы через корни поступают растворенные минеральные вещества, необходимые для жизнедеятельности растений.
Рис. 2. Схема большого круговорота воды
На приведенных схемах (рис. 1, 2):
z – слой испарения (индекс «о» – относится к океану, индекс «с» – относится к суше), представляющий собой отношение полного объема испарившейся воды () к площади земного шара (), мм.
х, y – обозначают, соответственно, слои осадков и стока, которые рассчитываются также через отношение объемов к площади земного шара.
Уравнение водного баланса для океана:
z o = x o + y (2)
Уравнение водного баланса для суши:
x c = z c + y (3)
Решая совместно уравнения 2 и 3 можно получить уравнение мирового водного баланса :
z o + z c = x o + x c (4)
При исследованиях гидрологических процессов на суше важно учитывать, что суша подразделяется на две области:
Область внешнего стока (80 % суши), откуда осадки поступают в Мировой океан и которая дренируется крупнейшими реками мира.
Область внутреннего стока (20 %), являющаяся бессточной, не дающей стока в Мировой океан, например: бассейны Каспия, Арала, Балхаша, пустыни Гоби, Сахара, Калахари, и т.д. Есть там и крупные реки: Волга, Амударья .
Главный водораздел земного шара делит всю сушу на два склона:
1) со стоком в Атлантический и Северный Ледовитый океаны (60% суши) и
2) со стоком в Тихий и Индийский океаны.
Водораздел проходит по Америке от мыса Горн по Андам до Берингова пролива, затем по восточному нагорью Азии в широтном направлении и продолжается вдоль восточной окраины Африки и её южной оконечности .
Не вся вода возвращается с суши в океан одновременно. В процессе круговорота воды в природе происходит постепенное обновление вод во всех частях географической оболочки:
Подземные воды обновляются за сотни, тысячи и миллионы лет;
Покровные ледники – за несколько тысяч лет (в Антарктиде – за десятки миллионов лет);
Воды Мирового океана – за 2,5-3 тыс. лет;
Замкнутые бессточные озера – за 200-300 лет;
Проточные озера – за несколько лет;
Реки – за 12-15 суток;
Водяной пар атмосферы – за 8 суток;
Вода в организмах – за несколько часов.
Существенную роль в круговороте воды в природе с недавних пор стала играть деятельность человека. Уничтожение лесов, осушение 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, 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.
Другой проблемой является загрязнение большого объема вод в результате хозяйственной деятельности человека. Именно угроза загрязнения водных масс 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.
