Круговорот воды в природе

Оглавление

 

 

 

Введение

 

2/3 поверхности  Земли покрыты водой. Вода - второе  по важности вещество на Земле,  после кислорода. Без воды, человек  может прожить всего несколько  дней. Во взрослом человеке примерно 78% жидкости. Вода также необходима  для развития растений, воспроизводящих  кислород, необходима животным. Одна  из теорий о происхождении  жизни на Земле гласит, что  «жизнь вышла из воды». Это  значит, что простейшие организмы, образовавшиеся именно в воде, в процессе эволюции стали  более организованными существами. Эта теория вызывает доверие  у учёных разных стран, хотя  есть и такие, которые придерживаются  других мнений.

Ученые подсчитали, что 97 % всех запасов воды приходится на соленые воды морей и океанов, а пресная вода составляет 2,5% мировых запасов, из которых 75% пресной воды «заморожено» в горных ледниках и полярных шапках, 24% находится под землей в виде грунтовых вод и 0,5% «рассредоточено» в почве в виде влаги. И только малая часть, как источник наиболее дешевой и доступной нам воды, — это реки, пресные озера и прочие наземные водоемы.

Вода — необходимый компонент всех живых организмов. Она нужна им как растворитель, химический реагент, средство терморегуляции и т. д. Основным резервуаром в гидрологическом цикле служит мировой океан. Наземные и пресноводные организмы получают воду благодаря ее испарению с поверхности океана, последующей конденсации паров и выпадению атмосферных осадков.

 

 

 

 

 

 

1.КРУГОВОРОТ ВОДЫ В ПРИРОДЕ

Круговорот воды в природе (гидрологический цикл) — процесс циклического перемещения воды в земной биосфере. Состоит из испарения, конденсации и осадков.

Рис 1. Круговорот воды в природе

Моря теряют из-за испарения больше воды, чем получают с осадками, на суше — положение обратное. Вода непрерывно циркулирует на земном шаре, при этом её общее количество остаётся неизменным. Из всех выпадающих осадков 80% попадает непосредственно в океан. Для нас же наибольший интерес представляют оставшиеся 20%, выпадающие на сушу, так как большинство используемых человеком источников воды пополняется именно за счет этого вида осадков. У этой воды, выпавшей на сушу, есть два пути. Либо она, собираясь в ручейки, речушки и реки, попадает в результате в озера и водохранилища – так называемые открытые (поверхностные) источники водозабора, либо, просачиваясь через почву и подпочвенные слои, пополняет запасы грунтовых вод. Отсюда следует, что поверхностные и грунтовые воды составляют два основных источника водоснабжения. В качестве источника питьевой воды они имеют свои преимущества и недостатки.

Поверхностные воды

 

Качество поверхностных вод зависит от сочетания климатических и геологических факторов. Основным климатическим фактором является количество и частота осадков, а также экологическая ситуация в регионе. Выпадающие осадки несут с собой определенное количество нерастворенных частиц, таких как пыль, вулканический пепел, пыльца растений, бактерии, грибковые споры, а иногда и более крупные микроорганизмы. Океан является источником разных солей, растворенных в дождевой воде. В ней можно обнаружить ионы хлорида, сульфата, натрия, магния, кальция и калия. Промышленные выбросы в атмосферу также «обогащают» химическую палитру, в основном, за счет органических растворителей и оксидов азота и серы. Они  являются причиной выпадения «кислотных дождей». Свою лепту вносят и химикаты, применяемые в сельском хозяйстве. К числу геологических факторов относится структура русла рек. Если русло образовано известняковыми породами, то вода в реке, как правило, прозрачная и жесткая. Если же русло из непроницаемых пород, например гранита, то вода будет мягкой, но мутной за счет большого количества взвешенных частиц органического и неорганического происхождения.

В целом поверхностные воды характеризуются относительной мягкостью, высоким содержанием органики и наличием микроорганизмов.

  Грунтовые воды

 

Значительная часть выпадающей дождевой воды, а также талая вода, просачиваются в почву. Эта вода растворяет органические вещества, содержащиеся в почвенном слое, и насыщается кислородом. В почве находятся песчаные, глинистые, известняковые слои. В них органические вещества по большей части отфильтровываются, но и в то же время вода начинает насыщаться солями и микроэлементами. Таким образом на качество грунтовых вод влияют несколько факторов: качество дождевой воды (её кислотность, насыщенность солями и т.д.); качество воды в подводном резервуаре, возраст которой может достигать десятков тысяч лет; характер слоев, через которые проходит вода; геологическая природа водоносного слоя.

В наиболее значительных количествах в грунтовых водах содержатся: кальций, магний, натрий, калий, железо; и в меньшей степени – марганец. Это катионы. Распространенными анионами, содержащимися в воде, являются карбонаты, гидрокарбонаты, сульфаты и хлориды. Вместе катионы и анионы образуют соли. Концентрация солей зависит от глубины. В наиболее «старых» глубоких водах концентрация солей настолько велика, что вода обладают явственно солоноватым вкусом. К этому типу относятся большинство известных минеральных вод. Наиболее качественную воду получают из известняковых слоев, но глубина их залегания может быть достаточно большой. Добуриться до такой воды — удовольствие не из дешевых. Грунтовые воды характеризуются достаточно высокой минерализацией, жесткостью, низким содержанием органики и практически полным отсутствием микроорганизмов.

На земле вода существует в трех агрегатных состояниях: жидком, твердом и газообразном. Вода способна переходить из одного состояния в другое- из твердого в жидкое ( таять) , из жидкого в твёрдое ( замерзать), из жидкого в газообразное (испаряться), из газообразного в жидкое, превращаясь в капельки воды.

Рис 2. Состояния воды: твердое, жидкое, газообразное

Жидкая вода на поверхности планеты бывает двух видов: соленая и пресная. Соленая вода находится в морях и океанах, пресная - в реках, озерах, ручьях, водохранилищах, болотах. Подземные воды могут быть как пресными, так и солеными. В таком случае последние называются минеральными водами.

Площадь морей и океанов на Земле во много раз превосходит площадь всех рек, озер, болот и водохранилищ вместе взятых. Поэтому, соленой воды на нашей планете во много раз больше, чем пресной.

Вода в твёрдом состоянии  может быть представлена в виде снега и льда. Лед на Земле находится в ледниках .Ледники могут быть горными и покровными. Горные ледники находятся на наиболее высоких горных вершинах, где из-за низких температур в течение всего года выпавший снег не успевает таять. Наиболее крупные ледники находятся в горах Кавказа, Гималаев, Тянь-Шаня, Памира.

Газообразная вода - это водяной пар в атмосфере, который мы видим с земли в виде облаков. Облака образуются на разных высотах, и поэтому имеют разный вид и форму. В зависимости от этого облака делят на слоистые, перистые, кучевые и т.д.

Круговорот воды является одним из грандиозных процессов на поверхности земного шара. Он играет главную роль в связывании геологического и биотического круговоротов. В биосфере вода, непрерывно переходя из одного состояния в другое, совершает малый и большой круговороты. Испарение воды с поверхности океана, конденсация водяного пара в атмосфере и выпадение осадков на поверхность океана образуют малый круговорот. Если же водяной пар переносится воздушными течениями на сушу, круговорот становится значительно сложнее.

В этом случае часть осадков испаряется и поступает обратно в атмосферу, другая - питает реки и водоемы, но в итоге вновь возвращается в океан речным и подземным стоком, завершая тем самым большой круговорот. Важное свойство круговорота воды заключается в том, что он, взаимодействуя с литосферой, атмосферой и живым веществом, связывает воедино все части гидросферы: океан, реки, почвенную влагу, подземные воды и атмосферную влагу. Вода - важнейший компонент всего живого. Грунтовые воды, проникая сквозь ткани растения в процессе транспирации, привносят минеральные соли, необходимые для жизнедеятельности самих растений1.

Наиболее замедленной частью круговорота воды является деятельность полярных ледников, что отражают медленное движение и скорейшее таяние ледниковых масс. Наибольшей активностью обмена после атмосферной влаги отличаются речные воды, которые сменяются в среднем каждые 11 дней. Чрезвычайно быстрая возобновляемость основных источников пресных вод и опреснение вод в процессе круговорота являются отражением глобального процесса динамики вод на земном шаре.

Время, необходимое для прохождения всей воды нашей планеты через систему биологического круговорота, можно определить следующим образом. Общая масса воды в наружных оболочках Земли - земной коре, гидросфере и атмосфере  составляет 160000000 млрд. т. Масса воды, захватываемая годовой продукцией фотосинтезирующих организмов, около 800 млрд.т/г. Период полного оборота всей воды в процессе образования живого вещества примерно 2 млн. лет. Таким образом, вся огромная масса гидросферы Земли за 2 млн. лет проходит через растительные организмы, масса которых ничтожно мала  по сравнению с водной оболочкой.

Круговые движения воды не ограничиваются поверхностью Земли. Значительное количество воды присутствует в горных породах в виде пленочных и поровых вод, еще больше входит ее в состав минералов, образующихся в зоне гипергенеза. Все глинистые минералы, оксиды железа и другие распространенные в этой зоне соединения содержат в своем составе воду. Подсчитано, что в 16-ти километровом слое земной коры содержится примерно 200 млн. км  воды. Поступая в глубинные зоны земной коры, связанные формы воды постепенно освобождаются и включаются в метаморфические, магматические и гидротермические процессы.  С вулканическими газами и горячими источниками глубинные воды поступают на поверхность.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2.ВИДЫ КРУГОВОРОТА ВОДЫ В ПРИРОДЕ

Различают несколько видов круговоротов воды в природе:

1. Большой, или мировой, круговорот — водяной пар, образовавшийся над поверхностью океанов, переносится ветрами на материки, выпадает там в виде атмосферных осадков и возвращается в океан в виде стока. В этом процессе изменяется качество воды: при испарении соленая морская вода превращается в пресную, а загрязненная — очищается.
2. Малый, или океанический, круговорот — водяной пар, образовавшийся над поверхностью океана, сконденсируется и выпадает в виде осадков снова в океан.
3. Внутриконтинентальный круговорот — вода, которая испарилась над поверхностью суши, опять выпадают на сушу в виде атмосферных осадков.

В конце концов, осадки в процессе движения опять достигают Мирового океана.

Скорость переноса воды со временем

 

Среда	Среднее время обновления
Океаны	3 200 лет
Ледники	от 20 до 100 лет
Сезонный снежный покров	от 2 до 6 месяцев
Почвенная корка	от 1 до 2 месяцев
Грунтовые воды: паводок	от 100 до 200 лет
Грунтовые воды: углубленные	10 000 лет
Озера	от 50 до 100 лет
Реки	от 2 до 6 месяцев
Атмосфера	9 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 через 2 700 лет. За 10 миллионов лет фотосинтез перерабатывает массу воды равную всей гидросфере.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3.МАТЕРИКОВОЕ ЗВЕНО ГЛОБАЛЬНОГО ГИДРОЛОГИЧЕСКОГО ЦИКЛА

 

Материковое звено глобального гидрологического цикла– совокупность различных по размеру и интенсивности местных взаимосвязанных циклов влагооборота, сопровождающегося массо- и энергообменом между гидросферой, атмосферой, биосферой и литосферой в пределах материка. Материковые звенья совместно с океаническим звеном образуют единый глобальный гидрологический цикл, охватывающий всю географическую оболочку земли. Каждое из звеньев гидрологического цикла состоит из внешнего влаго- и солеобмена территории с соседними и внутреннего влагообмена в ее пределах. Главным источником водных ресурсов суши служит адвективная влага, поступающая с воздушными массами с океана на каждый из континентов. Однако не вся влага (по-видимому, и соли), поступившая на континент с океана, выпадает в виде осадков — от 17 до 76% ее объема проходит над материками транзитом и уносится в океан в виде так называемого атмосферного стока.

Гидрологический цикл совершается за счёт большей части (более 90%) энергии солнечного излучения, поступающего на поверхность Земли. Основные его процессы – испарение и конденсация.

Под воздействием солнечного излучения вода испаряется (больше всего – из океанов: примерное годовое количество осадков над океаном 112 см, тогда как над сушей – 72 см) и в виде водяных паров поступает в атмосферу, а после конденсации в виде осадков возвращается на Землю. На суше часть её вновь сразу испаряется, часть стекает по поверхности, часть впитывается. Вместе с водой циркулируют и все вещества, содержащиеся в ней.

Количество воды оказывает влияние на облик всей экосистемы. Минимальное количество осадков отмечается в пустынных областях (0,25 см в год и менее), максимальное – в Гималаях (до 1232 см в год). Однако важно не только общее количество осадков, но и их распределение в течение года.