Что важно знать о круговороте воды в природе

Обновление водных ресурсов. Как часто происходит влагооборот?

Все водные ресурсы нашей планеты регулярно обновляются, и влагооборот принимает в этом наиболее активное участие. Согласно различным источникам, примерные значения частоты круговорота воды следующие:

• атмосфера – 10 дней;
• океан – 3,2 тыс. лет;
• глубинные грунтовые воды – 10 тыс. лет;
• паводковые грунтовые воды – 100-200 лет;
• ледник – 5-10 лет;
• горный ледник – 1,6 тыс. лет;
• ледники полярных областей – 9,7 тыс. лет;
• снежный покров (сезонный) – 2-6 месяцев;
• внешний слой почвы – 1-2 месяца;
• река – 17-19 дней;
• озеро – 15-17 дней.

Грунтовые водыИнтересный факт: быстрее всего обновляется вода, которая входит в состав живых организмов. На это требуется несколько часов.

Мировой океан.

К мировому океану относится всё водное пространство, 70% от поверхности Земли. Делится на четыре океана – Тихий, Атлантический, Индийский, Северный Ледовитый. 

Моря – части океанов, отделенные сушей. Различают:

• внутренние (которые глубоко вдаются в глубь материка, например Белое);
• окраинные (прилегающие к материку с одной стороны, а с другой сообщающиеся с океаном, например Баренцево).

Залив – часть моря или океана, которая имеет связь с океаном и граничит с сушей. В зависимости от размера имеет названия бухта (небольшой залив) и фьорда (глубокий, длинный залив с обрывистыми берегами). 

Проливы – водные пространства, соединяющие два океана.

Соленость морей и океанов

Соленость – это количество грамм соли растворенной в одном литре воды, измеряется в промилле. Зависит соленость от глубины океана и соотношения атмосферных осадков к испарению.

78% всего количества солей составляет натрий хлор, который придает воде соленый вкус, 11% магний хлор, который придает воде горький вкус, 11% — другие вещества. 

Морские течения 

Морским течением называют водное перемещение. Причины таких перемещений могут быть разные. По происхождению течения делятся на:

• Ветровые (вызываются действием сезонных ветров);
• Дрейфовые (вызваны постоянными ветрами);
• Сточные (появляются из-за разницы в уровнях воды в разных частях океана);
• Конвекционные(плотностные) (распределяют равномерно плотность океанической воды);
• Компенсационные (возмещает отток воды);
• Приливно-отливные (периодические течения, зависящие от притяжения Луны).

По теплоте воды, течения делятся на теплые, холодные и нейтральные. А по периодичности появления на кратковременные, периодические и постоянные. 

Суша в океане

Суша в океанах существует в двух видах: острова и полуострова.

1. Острова – небольшие участки суши, полностью окруженные водой. По происхождению делятся на материковые (часть материка, отделенная морем), коралловые (образованные скелетами отмерших коралловых полипов) и вулканические (образованные впоследствии извержений вулканов на дне моря).
2. Полуострова – участки суши, частично окруженные водой. Различают отчленившиеся (являющиеся продолжением материка и причленившиеся (не имеющие ничего общего с материков в геологическом смысле).

Несмотря на то, что вода составляет большую часть площади Земли, воды, пригодной для питья не так много. В основном, а точнее 94% всей воды, принадлежит Мировому океану. Воды Мирового океана содержат соли, из-за которых её нельзя пить. Большая часть оставшейся пресной воды находится в грунтовых водах и ледниках. В легкодоступных для человека реках и озерах менее 1% пресной воды. Так что берегите воду. Не забывайте закрывать за собой кран и не тратьте воду напрасно, ведь у человечества её не так много.

Рис. 2. Гидрологический цикл

Причина, по которой земли не ушли под воду и не завяли растения – круговорот воды в природе, или как его ещё называют – гидрологический цикл. Рассматривая схему протекания гидрологического цикла можно начинать из любой точки, ведь откуда не начни, цикл приведет в исходное место. Мы начнем с испарения воды из морей и океанов. Под действием солнечного света вода нагревается и медленно начинает испаряться в атмосферу, в которой присутствует в виде водяного пара. Как показано на рисунке, вода испаряется не только из морей и океанов, но и из поверхности земли.  На протяжении дней и недель, вода испаряется, накапливаясь в виде облаков. Благодаря ветру, который переносит облака из одного место на другое, вода продолжает путь и переносится к горам. Выпадают осадки, и вода попадает обратно в реки, ледники и грунтовые воды. Откуда заново начинает путь. Этот цикл занимает 20 км поверхности, поднимаясь до 15 км в атмосферу, и до 5 км вглубь.

Гидрологический цикл не только поддерживает процент воды, но и влияет на влажность окружающей среды. Влажность является движущей силой штормов и отвечает за разделение электрического заряда, что приводит к молнии. Молнии в свою очередь могут привести к пожарам в лесах. Вот так велико значение круговорота воды в природе.

Смотри также:

• Атмосфера
• Биосфера
• Географическая оболочка
• Земля как планета солнечной системы
• Литосфера
• Материки и океаны как крупнейшие природные комплексы
• Почва как особое природное образование
• Природный комплекс (ландшафт), природная зона, широтная и высотная поясность

Искусство потребления воды

Постоянное употребление чистой воды заметно улучшает мыслительную деятельность мозга и координацию движения, а следовательно, значение воды для жизнедеятельности клеток мозга особенно ценно. Поэтому здоровый человек не должен ограничивать себя в питье, но соблюдать некоторые правила следует:

пить понемногу, но часто;
не стоит выпивать много воды сразу, так как переизбыток жидкости в крови доставит сердцу и почкам ненужную нагрузку.

Итак, значение воды для живых организмов огромно. Поэтому создание условий для сохранения собственного водного баланса необходимо каждому человеку.

Как происходит круговорот воды?

Гидрологический цикл – сложный процесс, включающий несколько этапов. Он обеспечивается действием двух факторов: солнечной радиации (основной) и силы тяжести.

Интересно: Почему снег белый? Причины, фото и видео

Над океаном

В теплое время года вода морей и океанов нагревается Солнцем. За счет этого она испаряется, то есть из жидкого состояния переходит в газообразное. При этом вода лишается солей. Таким образом, в атмосфере накапливается пресный водяной пар, который постепенно поднимается в ее верхние слои.

С высотой температура понижается, а, значит, пар встречает на своем пути холодные воздушные потоки. Также имеет место процесс адвекции – перемещения воздушных масс горизонтально. Так водяной пар попадает в зону низких температур и конденсируется – превращается в капли воды, образуя облака.

Водный цикл

Они продолжают перемещаться вместе с воздушными потоками. Капли воды при этом сталкиваются друг с другом и становятся крупнее. Из облаков впоследствии выпадают осадки, которые наполняют океан. Простая схема круговорота воды состоит из таких этапов:

• испарение;
• накопление водяного пара в атмосфере;
• выпадение осадков (конденсация).

Океан намного больше испаряет влаги, чем получает ее из осадков.

Над сушей

Относительно просто влагооборот происходит над поверхностью океана. Для суши этот процесс сложнее. Она получает больше влаги с осадками, чем испаряет. Данный процесс вызван двумя факторами:

• Солнце нагревает земную поверхность;
• растения испаряют влагу через наружные органы (транспирация).

Осадки выпадают преимущественно в виде дождя, а частично в форме снега, града, снега с дождем. Твердые виды осадков способны накапливаться в ледниках и ледяных шапках. В такой форме замерзшая вода может находиться несколько месяцев и даже тысячи лет. Но не стоит забывать о процессе сублимации, во время которого лед пропускает стадию жидкости и сразу переходит в парообразное состояние. Поэтому незначительный обмен между атмосферой и льдом все же присутствует. А в периоды повышения температуры происходит активное испарение воды.

Растения испаряют воду через устьица

Когда над сушей выпадают осадки в виде дождя, часть их не достигает почвы, поскольку захватывается листьями растений. На суше водные потоки реками перемещаются к океанам. Частично влагу поглощает грунт. Как и на поверхности, вода движется под землей.

Грунтовые воды выходят наружу через артезианские скважины и родники. Так они опять возвращаются в водоемы и океан. Кроме того, все грунтовые источники имеют связь с поверхностными водными объектами. Небольшой процент этих вод проникает вглубь минеральных пород, где остается на протяжении многих лет.

Процесс транспирации у растений представляет собой активное испарение воды через устьица. Влага, безусловно, очень важна для них и играет важную роль в жизнедеятельности. Однако до 99,5% воды, которую растения поглощают через корневую систему, испаряется.

Интересный факт: двигаясь к океану, вода вбирает в себя различные минеральные вещества и соли из грунта. За счет этого поддерживается соленость Мирового океана: вода из него испаряется, а соли остаются.

Планетарный круговорот воды в природе

Гидрологический цикл на планетарном уровне выглядит следующим образом:

1. Первый этап – испарение. Вода нагревается солнечным излучением и становится паром. Он поднимается в слои атмосферы. Данный процесс непрерывен всюду на Земле, но протекает с разной интенсивностью над любыми водоемами.
2. Второй этап – конденсация. Происходит в верхних слоях атмосферы. При контакте с холодным воздухом водяной пар возвращается в жидкое состояние. Образуются капли воды, из которых состоят облака и туман.
3. Третий этап – выпадение осадков. Капли воды становятся крупнее и тяжелее, так как сталкиваются друг с другом. При достижении определенного размера они начинают на высокой скорости падать на земную поверхность в виде дождя, снега, града и прочих осадков.
4. Четвертый этап – возвращение воды в океан. На поверхности Земли происходит распределение выпавших осадков. Воду поглощают растения и почва, также она наполняет реки, с помощью которых устремляется к океану.

Интересно: Есть ли песчаные пляжи за Полярным кругом?

Агрегатные состояния

Из всех веществ, существующих на Земле, только вода может иметь три принципиально разных агрегатных состояния: жидкое, газообразное и твердое. Благодаря трём агрегатным состояниям происходит круговорот воды в природе и жизнь на Земле. Рассмотрим подробнее каждое агрегатное состояние.

1. Жидкое (вода). В нормальных условиях вода является жидкостью. Образует мировой океан, реки, ручьи и т.д.
2. Газообразное (водяной пар) — это бесцветный газ, не имеет вкуса и запаха. Испаряется с поверхности океанов, рек, болот, почвы, растений и поступает в воздух или образуется путём кипения жидкой воды или сублимации из льда. Сублимация — переход вещества из твёрдого состояния сразу в газообразное, минуя стадию плавления (перехода в жидкое состояние).
3. Твердое (лёд). При температуре от нуля и ниже вода превращается в лёд. В холодное время года он сковывает реки и лужи, выпадает в виде осадков: снежинок, града, инея, образует ледяные облака. Встречается в виде ледников и айсбергов.

Строение в различных агрегатных состояниях

Жидкая вода, лёд и водяной пар имеют один и тот же состав, но разные состояния.

Рассмотрим строение молекулы на изображении.

Многочисленные исследования ученых подтверждают, что по структуре вода и лед близки друг к другу. Структура льда – это решетчатый каркас. Структура воды зависит от содержания разных веществ, которые в ней растворяются, а также от нерастворимых соединений и некоторых других факторов.

В воде возникают структуры, которые стали называть «кластерами» — группа атомов или молекул, которые представляют собой единую структуру, но внутри имеют свои индивидуальные особенности.

При температуре близкой к точке замерзания, молекулы жидкой воды собираются в небольшие группы, практически так, как в кристаллах. При температуре близкой к точке кипения они располагаются более свободно.

Свойства

Вода — уникальный природный компонент, который обладает рядом свойств. Рассмотрим основные:

• не имеет цвета, запаха и вкуса;
• распространенный растворитель;
• обладает высоким поверхностным натяжением, уступая в этом только ртути;
• имеет большую теплоту испарения (используется для терморегуляции);
• чистая вода — хороший изолятор;
• обладает большой теплоёмкостью (увеличение тепловой энергии вызывает лишь сравнительно небольшое повышение ее температуры);
• плотность в разных диапазонах температур меняется неодинаково.

Существуют необычные свойства. Например, в твердом виде вода легче, чем в жидком. Лёд не тонет в воде. В твёрдом состоянии частички воды располагаются по порядку, между ними остается много свободного пространства. Когда лёд тает, активность частичек повышается, свободное пространство заполняется. Жидкая форма становится более тяжелой, нежели твердая.

Такая уникальная способность даёт возможность любому водоёму не замерзать по всей глубине. Даже при самом сильном морозе температура воды у дна не опускается ниже +4 ᵒС. Все живые существа (рыбы и другие) могут спокойно пережить самую суровую зиму подо льдом.

Горячая вода замерзает быстрее, чем холодная. Это связано с большей скоростью испарения и излучения тепла.

Теплоемкость и некоторые другие физические свойства воды тоже зависят от температуры неодинаково. Другие виды жидкостей не имеют таких особенностей – чтобы какой-то один параметр менялся по-разному на разных порогах температуры.

Круговорот воды в природе

Вода образует водную оболочку нашей планеты – гидросферу.

Её делят на Мировой океан, континентальные поверхностные воды и ледники, а также подземные водоёмы. Переходы H2O из одних частей гидросферы в другие составляют сложный круговорот воды на Земле

Круговорот воды в природе — это непрерывное движение воды в гидросфере Земли. В процессе этого обмена водная масса меняет агрегатное состояние: из жидкой или твердой превращается в газообразную и обратно.

Рассмотрим на примере.

• С поверхности океанов, морей, рек и суши вода в виде пара поднимается вверх.
• Высоко над землей он охлаждается и образует множество водяных капелек и льдинок. Из них образуются облака.
• В виде осадков вода возвращается на Землю.

Главные этапы и процессы

Круговорот воды — это сложный процесс, который может длиться от нескольких дней до нескольких лет. Океан полностью обновляется за 3 200 лет, т.е. вся вода испаряется и возвращается за тот же период.

• испарение,
• конденсация пара в атмосферных слоях,
• выпадение его же в виде осадков на землю,
• фильтрация через почву,
• попадание жидкости в подземные потоки,
• всасывание растениями жидкости из почвы,
• участие в биохимических реакциях живых организмов.

Интересно! Если бы вся вода, испаряющаяся каждый год, была равномерно распределена по всей поверхности Земли, то получился бы слой толщиной в один метр!

• вода испаряется,
• концентрируется в атмосферных слоях,
• выпадает в виде жидкой, твердой или парообразной субстанции.

Почти все мы знаем, что существует длинный и короткий круговорот воды. Однако наука признает пять типов круговорота воды:

Круговорот приводит к постоянному движению воды, и без этого процесса на нашей планете не было бы ничего живого. Понимание элементов природы, взаимосвязанных через круговорот воды, позволяет нам понять его смысл и значение.

• осадки – это выпадение воды на землю в виде дождя, снега, града и тумана,
• перехват осадков – это процесс выпадения осадков не в почву или водоемы, а на деревья и другие растения. Такая влага сразу испаряется, не попадая в почву,
• сток – это способ, с помощью которого вода передвигается по земле,
• инфильтрация – это попадание жидкости внутрь почвы и ее фильтрация,
• подземные потоки это потоки под землей, которые располагаются в зоне аэрации,
• испарения воды – это переход молекул из жидкого состояния в парообразное,
• сублимация переход молекул из твердого состояния в парообразное,
• отложение – переход молекул из парообразного состояния в твердое,
• адвекция – это перемещение водяных молекул (в любом состоянии) сквозь атмосферу,
• конденсация – формирование пара в тучи и облака,
• испарение – перемещение паров под воздействием солнечной энергии из почвы и растений в атмосферу,
• просачивание – перемещение воды сквозь почву под действием гравитации.

Насколько мы зависим от воды? Человеческое тело на 70% состоит из жидкости. Если мы теряем 1%, мы испытываем жажду. И потеря 20 % будет для нас фатальной.

Чтобы попасть сюда, пройдите тест.

Охрана водоемов

С ростом численности населения Земли и увеличением выпуска промышленной и сельскохозяйственной продукции потребление чистой воды значительно возрастает. Однако природные ресурсы чистой воды на нашей планете не бесконечны. Поэтому необходимо заботиться о чистоте и сохранении источников чистой воды. В большинстве случаев такими источниками являются природные водоемы — реки и озера.

Основными путями загрязнения водоемов различными вредными веществами являются сточные воды промышленных и сельскохозяйственных предприятий, бездумное использование минеральных удобрений, ядохимикатов и химических средств защиты растений в сельском хозяйстве, непродуманная организация различных свалок промышленных и бытовых отходов.

Вредные вещества, содержащиеся в сточных водах или смываемые с поверхности почвы дождевой водой, поступают в природные водоемы и из них возвращаются обратно к человеку с питьевой водой, поскольку в процессе очистки они, как правило, удаляются не полностью. Это может приводить к различным отравлениям и болезням. Кроме того, вредные вещества оказывают губительное воздействие на все живые организмы в водоемах, что может вызвать гибель их обитателей.

Надеюсь урок 30 «Вода в природе» был понятным и познавательным. Если у вас возникли вопросы, пишите их в комментарии. Если вопросов нет, то переходите к следующему уроку.

Ускорения круговорота воды из-за глобального потепления

С середины XX века изменение климата, вызванное деятельностью человека, привело к наблюдаемым изменениям в мировом круговороте воды. Шестой оценочный доклад МГЭИК за 2021 год прогнозирует, что эти изменения будут продолжатся как на глобальном, так и на региональных уровнях.. Полученные результаты исходят из научного консенсуса, сформулированного на пятом оценочном отчете МГЭИК от 2007 года и других специальных докладах Межправительственной группы экспертов по изменению климата, в которых уже говорилось, что круговорот воды будет продолжать «ускоряться» в течение XXI века.

Потепление климата ускоряет глобальный круговорот воды на планете, что делает засушливые регионы еще более сухими, а во влажных приводит к наводнениям, и эта тенденция продолжает усиливаться, сообщается в статье в журнале Proceedings of the National Academy of Sciences.

Согласно выводам ученых, сделанным на основе 13 лет спутниковых наблюдений, потепление климата Земли приводит к усиленному испарению воды с поверхности океанов, что в свою очередь вызывает более обильные осадки, чем прежде, которые по руслам рек снова возвращаются в океан. Объем воды, циркулирующей в этом круговороте, ежегодно увеличивается на 1,5 %. «Величина в 1,5 % может показаться не столь значительной, однако в масштабе десятилетий это действительно много», — сказал профессор Калифорнийского университета в Ирвайне, США, Джей Фамиглиетти (Jay Famiglietti), ведущий исследователь в команде соавторов, слова которого приводит пресс-служба университета. За период с 1994 по 2006 год объемы пресной воды, ежегодно поступающие в океаны, увеличились на 18 %. «В целом для людей, чем больше пресной воды — тем лучше, однако проблема состоит в том, что далеко не все получают больше осадков, а те, кто получают, на деле в этом вовсе не нуждаются. То, что мы наблюдаем, полностью соответствует прогнозу Межправительственной комиссии по изменению климата — усиление осадков в тропиках и ужесточение штормов в арктическом регионе, тогда как полузасушливые регионы, где живут сотни миллионов людей, становятся еще более засушливыми», — добавил ученый. Упрощенно говоря, это является результатом ускорения глобального круговорота воды в природе. Отследить эту тенденцию ученым позволили долгосрочные космические спутниковые наблюдения за уровнем воды в морях, количеством осадков и испарений. Исследование, проведенное командой Фамиглиетти, является первым в своем роде, так как до сих пор большинство подобных работ опирались на моделирование и расчеты.

Отступление ледников также является примером изменяющегося водного цикла, когда поступление воды в ледники за счет осадков не может соответствовать потерям воды в результате таяния и испарения. Данный процесс происходит с 1850 года и стал достаточно обширным.

Рисуем водопад

Водопад — это вода, текущая вниз. Поэтому нам нужно сначала создать для нее фон. Для этой цели будет идеальна скала.

Используйте жесткий карандаш, чтобы тени земли под водой очень тонко виднелись на поверхности воды.

Используйте тот же карандаш, чтобы нарисовать потоки воды, стекающей вниз. При необходимости используйте ластик, чтобы осветлить несколько затененных деталей. В «вертикальных» частях не рисуйте потоки, как простые линии, а создавайте из них V-образные стоки вниз.

Затеняйте «пещеру» под водопадом, заполнив пространство между потоками. Для этого используйте мягкий карандаш.

Сделайте обода скальных полок блестящими, подчеркивая части потоков на них.

Сделайте акцент на потоках, затеняя некоторые его части. Удостоверьтесь, что V и повернутые V-образные потоки хорошо видны на картине в проточной воде.

Возьмите мягкий карандаш и подчеркните некоторые части потоков, особенно в тени и рядом с темными предметами, которые могут быть отражены водой.

Возьмите жесткий карандаш и нарисуйте пену водопада.

Нарисуйте направление воды, движущейся от центральной точки.

Нарисуйте и «залейте» воду в этой области с помощью мягких карандашей.

Используйте чистый ластик, чтобы добавить блеск в самых освещенных местах. Это подчеркнет любую вашу картину.

Можно попробовать свои силы и нарисовать плакат «Берегите воду».

Попробуйте отразить в плакате всю красоту воды. Найдите идею, которую хотите передать.

Не знаете, как нарисовать «Берегите воду»?

Вот идеи, которые можно отразить:

• бережное отношение к воде и экономное её расходование;
• защита от загрязнений.

Стоит задуматься над всеми этими ценностями и запечатлеть их на плакате «Берегите воду». Изобразите то, что близко вам по духу, тогда и результат будет превосходный.

Экосистемы

Кратко, экосистемы — это природные комплексы, образованные средой обитания и совокупностью организмов (биоценозов), живущих в ней. Они являются компонентом, обеспечивающим круговорот веществ в биосфере. Их изучением занимается наука, получившая название экология.

В этой сфере работают люди разных профессий. В настоящее время глобальный круговорот веществ нарушается действиями человека, за счёт разрушающей деятельности антропогенного воздействия.

Экосистемы в процессе своего развития проходят множество биохимических циклов. Причём, если цикл не замкнутый, то одна экосистема со временем может преобразоваться в другую. На эту ситуацию влияет кругооборот веществ в биоценозе.

Рассмотрим, как основан круговорот веществ и превращение энергии в экосистемах различного вида.

Луг

Различная растительность: трава, цветы, растения небольшого размера являются продуцентами. Летающие и ползающие насекомые питаются травой, пыльцой. Этими насекомыми питаются птицы. После их смерти останками занимаются редуценты, и продукты деятельности последних становятся составляющими элементами новых продуцентов, растений. Получается, консументы в экосистеме луга участвуют в круговороте веществ и превращениях органики в неорганическое вещество.

Озеро

Каждое озеро имеет свою экосистему. Продуцентом тут выступает планктон и ряска, которые помимо функции переработки органики наполняют воду кислородом. Консументов или потребителей очень много. Это рыбы, питающиеся растениями, ракообразные, головастики и личинки. За ними идут хищные рыбы и водоплавающие птицы. Рано или поздно часть из них оказываются на дне в виде останков и тут за них берутся мелкие беспозвоночные и бактерии, редуценты. Так как консументов в озерах значительно больше редуцентов, они не могут переработать все останки, оказывающиеся на дне. Получается незамкнутый круговорот веществ и поток энергии в экосистеме. Если кругооборот замкнут не полностью, то условия в экосистеме постепенно меняются. Именно поэтому небольшие озёра со временем превращаются в болота.

Круговорот веществ в экосистеме озера

Круговорот веществ в аквариуме характерен такой же схемой.

Болото

Когда озеро начинает зарастать, у берегов появляется мох — сфагнум. С его появлением начинается круговорот веществ в болоте. Так как сфагнум плавает на поверхности, под ним образуется очень холодный слой воды без кислорода, в котором не могут существовать микроорганизмы. Веточки мха, отмирая, опускаются на дно, образуя торф. Толщина торфяной подушки достигает 5 метров – именно на ней живут обитатели болот. Так как круговорот веществ в болоте также не является замкнутым, через много-много лет болото превращается в лес, чем и объясняется постоянное образование, а затем зарастание болотин. Но пока этого не произошло, болото поддерживает уровень грунтовых вод и является необходимым компонентом в кругообороте веществ в биосфере.