Мировой круговорот воды в природе. Гидросфера

Всем со школьных лет известна схема круговорота воды в природе. На уроках биологии учитель рассказывал об этом процессе - вода, выпавшая в виде дождя, просачивается сквозь землю, затем выходит из земли в виде источников и стекает в реки, где, частично испаряясь по пути, достигает океанов. Из океанов она также испаряется и выпадает с дождями. Рассказывая, он показывал указкой на схему:

Насколько же просто и доступно на схеме визуализирован этот процесс. Без преувеличения, в классе его понимал даже не блистающий в биологии ученик. Насколько бы уменьшилось количество учащихся уяснивших суть круговорота воды, если бы учитель объяснял без схемы? Думаю, с первого раза материал не восприняли бы добрая треть учеников. Данный пример показывает, насколько важна для понимания любого процесса его визуализация, насколько она убыстряет восприятие подаваемой информации.

Разнообразие данных схем велико. Делая простой запрос «water cycle diagram» в Google, мы натыкаемся на огромное их множество:

Но это все схемы для детей и школьников. Что будет, если мы чуть изменим запрос, и поищем «hydrologic cycle diagram», чтобы все было серьезно и научно? Мы видим такую схему:

Как мы видим, создатель этой схемы, очень похожей на схемы, по которым учат школьников, очень видный ученый Kevin E. Trenberth, который возглавляет Отдел анализа климатических изменений Национального центра атмосферных исследований. Он был ведущим автором в 2001 и 2007 МГЭИК по научной оценке изменения климата (см. Четвертый оценочный доклад МГЭИК) и входит в состав Научно Руководящей группы программы по изменчивости и предсказуемости климата (CLIVAR). Кроме того, он входит в состав Объединенного научного комитета Всемирной программы исследований климата. Он стал почетным членом Королевского общества Новой Зеландии в 2000 году, получил в июле премию от Американского метеорологического общества и NCAR Distinguished Achievement Award в 2003 году.

Визуализированные таким способом схемы используют и достаточно известные ученые, признавая их очень важными для своей деятельности, понимания происходящих процессов, донесения понимания их сущности до людей.

Единство природных вод Земли требует рассмотрения подземных вод в их неразрывной связи и взаимодействии со всеми видами природных вод и с горными породами, в которых они формируются, накапливаются и передвигаются. Поэтому ниже изложены сведения о круговороте воды в природе, видах воды в горных породах и основных закономерностях их передвижения; рассмотрены виды подземных вод и основные свойства горных пород по отношению к воде.

Вода - одно из самых распространенных в природе веществ. Она встречается в парообразном, жидком и твердом состояниях во всех основных сферах Земли: в атмосфере (пары, облака, снег, град, дождь), гидросфере (океаны, моря, озера, реки, болота, ледники, снег), литосфере (подземные воды, пары, лед, связанная вода), биосфере (во всех живых организмах и растениях).

Общий объем воды в Мировом океане равен 1338 млн км 3 , количество наземных вод (со льдом) - 24,5 млн км 3 , в атмосфере содержится около 14 000 км 3 воды, а в горных породах земной коры - примерно 400 млн км 3 , причем на долю так называемой связанной воды, видимо, приходится основная их часть. Таким образом, всего на нашей планете (в океанах, на поверхности суши и в земной коре) имеется примерно 1,8 млрд км 3 воды. При этом доля пресных вод не превышает 2% (35 млн км 3).

Все виды воды взаимосвязаны друг с другом. Вода и ее фазовые состояния изучаются различными дисциплинами: парообразная вода - физикой и метеорологией, твердая (лед) - гляциологией и мерзлотоведением; жидкая поверхностная - океанологией и гидрологией, подземная - гидрогеологией.

Воды атмосферы, гидросферы и литосферы находятся в непрерывном взаимодействии и перемещении. Испаряясь с поверхности океанов, морей, озер, рек и других водоемов, а также с поверхности суши, вода в парообразном состоянии переходит в атмосферу, откуда при благоприятных условиях вновь выпадает на поверхность Земли в виде дождя, снега, града, составляя звенья общего круговорота воды на Земле, который является одним из самых грандиозных процессов, определяющих формирование поверхности Земли, обмен веществ и энергии.

Выпадающие на поверхность Земли атмосферные осадки частично стекают через реки в моря и океаны (поверхностный сток), частично просачиваются (инфильтруются) через почву, обеспечивая питание влагой растений и пополнение подземных вод, а частично снова испаряются в атмосферу. Подземные воды, в свою очередь, передвигаясь по пластам трещиноватых и пористых горных пород, поступают в поверхностные водотоки и водоемы (реки, озера, моря, океаны), обеспечивая их подземное питание, и таким образом снова вступают в общий круговорот воды в природе, начинающийся с испарения поверхностных вод.

В ходе круговорота постоянно возобновляются водные ресурсы в атмосфере, на поверхности Земли, в биосфере и верхней части литосферы. Так, в атмосфере в среднем содержится около 14 тыс. км 3 воды, преимущественно в виде пара. Однако благодаря постоянному пополнению атмосферной влаги путем испарения ежегодно на поверхность Земли выпадает 577 тыс. км 3 осадков.

Если перемещение влаги в атмосфере и на поверхности Земли совершается довольно быстро, то с глубиной водообмен существенно замедляется, однако и глубокие подземные воды участвуют в общем круговороте воды.

Процессы перехода воды из одной геосферы Земли в другую, составляющие общий круговорот воды в природе, слагаются из испарения (И), осадков (О), поверхностного ((? пов) и подземного ((? ПО дз) стоков.

Различают большой , малый и внутриматериковый, или местный, круговороты. При большом круговороте часть воды, испарившейся с водной поверхности океанов и морей, ветром переносится на сушу и там выпадает в виде осадков, которые затем расходуются на поверхностный и подземный стоки, а также на испарение. При малом круговороте вода, испарившаяся в пределах океанов и морей, выпадает здесь же. При внутриматериковом круговороте испарившаяся в пределах материков (с поверхности озер, болот, рек, с суши и при помощи растительности) вода вновь выпадает на материке.

На рис. 5.1 показаны общая схема круговорота воды в природе и отдельные его составляющие.

Определяющее влияние на переход воды из одного состояния в другое и ее перемещение из одной сферы Земли в другую, т.е. на развитие процессов круговорота воды в природе, оказывают климатические факторы. В формировании отдельных составляющих круговорота существенную роль играют геоморфологические, геолого-литологические, физико-географические и другие факторы, которые в значительной мере предопределяют поверхностный сток, инфильтрацию атмосферных осадков (т.е. их просачивание через почву в пористые и трещиноватые горные породы), испарение, транспирацию (испарение влаги растительностью), подземный сток и развитие других важных процессов. Поэтому при изучении гидрогеологических условий какого-либо района или месторождения важно учитывать климатические, геоморфологические, геолого-литологические, физико-географические и другие его особенности и условия, которые влияют на водный баланс изучаемого района.

Все атмосферные осадки разделяются на два типа: осадки, выпадающие на поверхность из облаков (дождь, град, снег, крупа), и осадки, образующиеся непосредственно на поверхности горных пород вследствие понижения температуры воздуха до точки росы (роса, иней, изморозь, гололед). Уравнение водного баланса в общем виде было предложено в 1884 г. А.И. Воейковым:

где Х 0 - среднее годовое количество атмосферных осадков в виде дождя, снега, инея или росы; У 0 - общий сток, т.е. часть осадков,

7 - осадки (о - снег, б - дождь); 2 - хорошо проницаемые породы; 3 - слабопроницаемые породы; 4 - непроницаемые породы

Рис. 5.1.

5 - источник; б - направление движения воды и водяных паров которая стекает поверхностным или подземным путем; Z 0 - часть осадков, которая расходуется на испарение и транспирацию (за вычетом конденсации).

Осадки. Систематические наблюдения за атмосферными осадками очень важны для народного хозяйства. С помощью приборов наблюдения проводятся с середины XIX в., в результате были установлены определенные закономерности - чередование водообильных лет (дожди, наводнения) с маловодными (засухи). Количество осадков измеряется толщиной слоя воды в миллиметрах в год и изменяется в широких пределах. Так, некоторые районы Индии получают 12 000-14 000 мм, а некоторые районы Чили - только 1 - 17 мм. Величина осадков сильно меняется и на территории России. Так, на Черноморском побережье Кавказа выпадает 1200-3000 мм осадков, в Москве - 500-600 мм.

В Нечерноземной зоне годовое количество осадков в среднем равно 400-600 мм, причем на питание подземных вод идет от 110 (верховья Волги и Западной Двины) до 20 мм (бассейн реки Нары - юго-восток Рязанской области). На европейской части выпадает 480-500 мм осадков в год, из них стекает 170-180 мм, остальная часть идет на испарение и снова включается во влагооборот или остается в почве (рис. 5.2).

Установлено, что влагооборот на юге России осуществляется 4 раза в год, а в целом на всей территории европейской части России - 2,5 раза в год (Кирюхин, Толстихин, 1987).

Испарение представляет собой переход вещества из жидкого или твердого состояния в парообразное. В год с поверхности океана в тропиках испаряется слой воды толщиной в 1,5 м, а в полярных странах - 0,5 м. Различают испарение и испаряемость. Испарение - это фактическая величина испарения с поверхности Земли, а испаряемость - максимально возможное испарение с водной поверхности при существующих метеорологических условиях. Обе эти величины подвержены суточным и годовым колебаниям: днем и летом они больше, чем ночью и зимой.

Испарение следует учитывать при решении вопросов оросительной и осушительной мелиорации. В тундре испарение составляет 70-120 мм, а испаряемость - 200-300 мм, в степи - соответственно 240-550 и 600-1100 мм, в пустыне - 50-100 и 1500- 2000 мм. Годовое испарение и испаряемость в засушливых районах больше годового количества осадков. Испарение влаги растениями называется транспирацией. При образовании 1 г растительной ткани испаряется 300-400 г воды. За вегетативный период травы и культурные растения испаряют с 1 га 229-254 мм, пшеница - 200-300 мм, хвойные деревья - 102-154 мм.

Рис. 5.2.

величина питания (мм/год): 7 - 110-80; 2 - 80-70; 3 - 70-60; 4 - 60-50;

5 - 50-40; 6 - 40-30; 7 - 30-20

Вода - основа жизни на планете, покрывает две трети её поверхности и оказывает влияние на все планетарные процессы.

Что такое вода?

Откуда она взялась на земле?

Какое влияние оказывает на всё живое?

Что значит круговорот? Как зависит от него климат на планете?

Эти и другие вопросы издревле и до сих пор волнуют воображение простых людей, являются предметом научных исследований.

Что такое вода?

Для начала вспомним, что же такое вода? Неужели просто химический элемент H2 O?

(H 2 O )

В справочниках читаем, что это бинарное (двойное) соединение в одной молекуле двух атомов водорода и одного кислорода.

А современные ученые - химики, физики, биологи, астрономы, физиологи не устают удивляться её загадочным свойствам:

1. Она единственная существует во всех трех агрегатных состояниях - жидком, твердом, газообразном.
2. Молекула воды обладает диссиметрией: кислородная часть молекулы имеет отрицательный заряд, а водородная - положительный.
3. Это самый сильный природный растворитель, причем, проявляет свойства как кислоты, так и щелочи.
4. Она имеет память и является носителем информации.

Современные ученые установили, что индифферентная (безразличная, никакая) изначально, вода умеет моментально получать тот информационный заряд, который сообщает ей наблюдатель. Японский ученый Эмото Масару доказал, что вода получает, хранит и даже передает информацию. Все древние заговоры и молитвы на воду основаны именно на этом её свойстве (см. книгу Масару Эмото, Послания воды. Тайные коды кристаллов льда» ).

Российские ученые, исследуя её структуру, признают, что крещенская и святая вода несут в себе мощный позитивный, целительный заряд, хотя пока недостаточно изучили механизм её воздействия.

Вода - важнейший компонент всего живого

Человеческий организм на 70 - 80% состоит из воды, как огурец. Некоторые остряки шутят, что Земля - вообще экзотическая планета хотя бы потому, что человек состоит из воды и почему-то не проливается.

Важнейшим глобальным процессом на Земле является круговорот воды .

Под действием энергии Солнца вода испаряется с поверхности водоемов, с облаками переносится на большие расстояния. Выпадая в других регионах в виде осадков (дождь, снег, туман) она таким образом питает всё живое.

(Круговорот воды в природе схема )

В процессе своего путешествия водная стихия:

• способствует разрушению горных пород, делает доступными минералы для растений и микроорганизмов;
• размывает верхний слой почвы и удобряет неорганическими и органическими частицами корни растений;
• обогащает кислородом среду обитания всего живого, так как часть воды в клетках растений расщепляется в процессе фотосинтеза, а кислород поступает в атмосферу.

Животные и люди потребляют воду для поддержания осмотического и солевого обмена и выделяют её во внешнюю среду вместе с продуктами обмена веществ.

(осмос - это диффузия, проникновение воды через полупроницаемые мембраны молекулы. Другими словами - вода по сосудам, стебелькам поднимается вверх, питая все части живого организма)

Распределение воды

(Распределение воды в круговороте )

Примерно 80% всех осадков выпадает в океан, а оставшиеся 20% (их называют поверхностными и грунтовыми) либо пополняют ручейки, реки, озера, либо уходят в грунт, питая подземные источники.

Постоянно переходя из одного состояния в другое, вода совершает малые и большой круговороты. И в этом основное значение его. Взаимодействуя с литосферой (земная твердь), атмосферой (воздушная среда), живым веществом, круговорот связывает воедино все части гидросферы: океан, реки, почвенную и атмосферную влагу, подземные воды.

(И еще одна картинка, только покрасивее )

Таким образом, круговорот воды в природе - это постоянный обмен между гидросферой, атмосферой и литосферой (земной поверхностью) в процессе испарения, передвижения водяного пара в воздушной среде, выпадения осадков и стока, то есть - возвращения в мировой океан.

Круговорот воды – это важнейший процесс, происходящий на нашей планете, который обеспечивает жизнь всем живым существам, начиная от мелких животных и растений, заканчивая человеком. Вода необходима для существования всем без исключениям организмам. Она принимает участие во многих химических, физических, биологических процессах. Водой покрыто 70,8% поверхности Земли, и она составляет гидросферу – часть биосферы. Водную оболочку составляют моря и океаны, реки и озера, болота и грунтовые воды, искусственные водоемы, а также вечная мерзлота и ледники, газы и пары, то есть к гидросфере относятся все водные объекты, пребывающие во всех трех состояниях (газообразном, жидком или твердом).

Значение круговорота

Значение круговорота воды в природе очень велико, так как благодаря данному процессу происходит взаимосвязь и полноценное функционирование атмосферы, гидросферы, биосферы и литосферы. Вода – источник жизни, дающий всему живому шанс на существование. Она переносит важнейшие элементы по всей Земле и обеспечивает полноценную жизнедеятельность всем организмам.

В теплое время года и под воздействием солнечного излучения вода начинает превращаться в пар, преобразовываясь во второе состояние (газообразное). Жидкость, поступающая в воздух в виде пара, является пресной, поэтому воды Мирового океана называют «фабрикой пресных вод». Поднимаясь выше, пар встречается с холодными потоками воздуха, от чего преобразуется в облака. Довольно часто испарившаяся жидкость возвращается в океан в виде осадков.

Ученые ввели понятие «Большого круговорота воды в природе», некоторые называют данный процесс Мировым. Суть заключается в следующем: жидкость собирается над водами океана в виде осадков, после чего часть перемещается на континенты. Там осадки выпадают на землю и с помощью сточных вод возвращаются в Мировой океан. Именно по такой схеме происходит преобразование воды из соленой в пресную и наоборот. Своеобразная «доставка» воды может осуществляться при наличии таких процессов, как испарение, конденсация, выпадение осадков, стоки воды. Рассмотрим подробнее каждый этап круговорота воды в природе:

• Испарение – данный процесс заключается в преобразовании воды из жидкого состояния в газообразное. Это происходит при нагревании жидкости, после чего она поднимается в воздух в виде пара (испаряется). Такой процесс встречается ежедневно: на поверхностях рек и океанов, морей и озер, в результате потения человека или животного. Вода испаряется постоянно, но увидеть это можно только, когда она теплая.
• Конденсация – уникальный процесс, который заставляет пар вновь превращаться в жидкость. Соприкасаясь с потоками холодного воздуха, пар выделяет тепло, после чего преобразовывается в жидкость. Результат процесса можно увидеть в виде росы, тумана и облаков.
• Выпадение осадков – сталкиваясь между собой и проходя процессы конденсации, капли воды, находящиеся в облаках, становятся тяжелее и падают на землю или в воду. Из-за большой скорости они не успевают испариться, поэтому часто мы видим осадки в виде дождя, снега или града.
• Стоки воды – попадая на землю, некоторые осадки впитываются в почву, другие поступают в море, третьи питают растения и деревья. Остальная жидкость скапливается и доставляется в воды Мирового океана с помощью стоков.

В совокупности вышеуказанные этапы составляют круговорот воды в природе. Состояние жидкости постоянно меняется, при этом выделяется и поглощается тепловая энергия. Человек и животные также принимают участие в столь сложном процессе, поглощая воду. Негативное влияние со стороны человечества вызвано развитием разных сфер промышленности, создания плотин, водохранилищ, а также уничтожением лесов, осушением и орошением земель.

В природе также существуют малые круговороты воды: континентальный и океанический. Суть последнего процесса заключается в испарении, конденсации и выпадении осадков непосредственно в океан. Аналогичный процесс может происходить на поверхности земли, что принято называть континентальным малым круговоротом воды. Так или иначе, все осадки, независимо от того, где они выпали, непременно возвращаются в воды океана.

Так как вода может быть жидкой, твердой и газообразной, скорость передвижения зависит от её агрегатного состояния.

Виды круговорота воды

Условно можно назвать три вида круговорота воды:

• Мировой круговорот. Над Мировым океаном образовывается большой пар. Он, подымаясь вверх, относится на континент воздушными потоками, где выпадает дождем или снегом. После этого реками и подземными водами снова возвращается в океан
• Малый. В этом случае пар образовывается над океаном и прямо же в него выпадает осадками через некоторое время
• Континентальный. Этот круговорот образовывается как раз внутри материка. Вода с земли и внутриконтинентальных водоемов испаряется в атмосферу, а после чего спустя время возвращается на землю дождем и снегом

Таким образом, круговорот воды – это процесс, в результате которого вода изменяет состояние, очищается, насыщается новыми веществами. Круговорот позволяет функционировать всем формам жизни. Из-за того, что вода постоянно пребывает в движении, она охватывает всю поверхность планеты.

Схема круговорота воды в природе

Познавательное видео о круговороте воды в природе

Круговорот воды в природе для детей — приключение капельки

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