Основната течност на планетата
Водата е най-важният компонент от живота на всеки биологичен организъм на Земята. Ето защо е важно да се изучават, наблюдават и наблюдават количеството, качеството и състоянието на водните ресурси на планетата. Основните запаси от тази животворна влага са съсредоточени в океаните. И вече изпарявайки се оттам, влагата подхранва Земята, благодарение на процес, наречен кръговрат на водата в природата. Водата е много подвижно вещество и лесно преминава от едно състояние в друго. И благодарение на това лесно може да достигне до най-отдалечените ъгли от източника. Как протича този процес?
Как и защо циркулира водата?
Под въздействието на топлината, излъчвана от Слънцето, водата постоянно се изпарява от повърхността на океана, преминавайки в газообразно състояние. Заедно с потоците топъл въздух, парата се издига нагоре, образувайки облаци. Те лесно се издухват от вятъра от първоначалното им място на изпаряване. Постепенно улавяйки всички нови пари по пътя си, облаците се охлаждат по пътя нагоре. В един момент започва следващият етап - кондензация. Възможно е, когато въздухът дойде в състояние на насищане (100% влажност) с водна пара. Това обикновено се случва, когато има достатъчно охлаждане. Известно е, че максималното количество пара, което може да се задържи във въздуха, е пропорционално на неговата температура, следователно в определен момент на охлаждане облакът се насища с пара, което води до преминаването на водата към следващата - течна или кристално - състояние. И ако облакът в този момент все още е над океана, тогава влагата се връща там, откъдето е дошла. Така приключи един малък воден цикъл в природата. Този процес никога не спира. Водата над световните океани непрекъснато циркулира.
Как водата циркулира по земята
Не цялата влага пада обратно в океана. Голямо количество пара, заедно с пасатите и мусоните, навлиза дълбоко в континентите, падайки при движението си под формата на валежи към Земята. Част от тази влага се задържа в горните слоеве на почвата, подхранвайки растенията, другата част се стича надолу към потоци и реки, така че, достигайки моретата и океаните, отново се изпарява и влиза в следващия воден кръговрат в природата. Много малка част от валежите ще проникнат дълбоко през почвата и, като достигнат водоустойчивия слой (глина, скали), ще се стичат надолу по този склон. Част от подземните води ще намерят пътя си обратно към повърхността, образувайки кристално чисти водни извори, за да се влеят по-късно в реките и да се изпарят отново за следващия цикъл. А другата част от тях през пукнатини и пукнатини ще продължи да прониква в недрата на Земята, докато достигне пластове с висока температура, където отново ще се превърне в пара, за да се върти отново в подземната циркулация или да избухне. на повърхността като източник на топлина.
Водни маршрути в природата
Всяка година около четиристотин хиляди кубически километра вода се изпарява във въздуха и само една пета от тях пада на сушата, чиято площ е три пъти по-малка от повърхността на световния океан. Водата се изпарява от земната повърхност не само от почвата, но и от растителността: всяко листо на дърво и всяка тревичка на Земята. Проследяването на всички възможни пътувания на водата е изключително трудно. Но да се симулира силно опростена версия, която демонстрира цикъла на водата в природата за деца, е съвсем реалистично дори в собствения им апартамент.
Експеримент, демонстриращ изпарението и кондензацията на влагата
За да демонстрирате първия етап от цикъла - изпаряването на водата от повърхността на резервоарите под действието на слънчева светлина - ще бъде достатъчно да вземете чаша, пълна до половината с вода, да я поставите в пластмасова херметично затворена торба и да я прикрепите с тиксо към стъклото на прозореца в слънчев ден. След известно време (в зависимост от температурата в стаята и интензивността на слънчевата светлина) ще видите, че стените на торбата са замъглени и след известно време върху тях се образуват водни капчици.
Демонстрационен модел на пълния цикъл на водния цикъл
По-сложен модел може да бъде сглобен с помощта на контейнер, частично пълен със синьо оцветена вода (имитация на океаните), прозрачна, евентуално перфорирана торба, пълна с достатъчно пясък, за да се издигне повече от половината над водата (сушата). Затворете цялата конструкция възможно най-плътно с пластмасова обвивка и я закрепете. Над "земята" поставете малък съд с лед (ледът ще създаде необходимия за експеримента студ в горните слоеве на "атмосферата"), над "океана" поставете настолна лампа (Слънцето), която ще излъчва топлина. Включвайки го, след известно време се качваме на филма, над сушата, на студено място, кондензат на влага, който малко по-късно ще падне върху земята на капки. И ако торбата е перфорирана, тогава можете да видите как влагата, проникваща през пясъка, се стича надолу към океана.
Какво ни остава да правим
Водният кръговрат в биосферата е много важен процес за цялата планета. Нарушаването или загубата на поне една връзка ще доведе до глобални и много вероятно непоправими последици за всички. Австралийски и американски учени, въз основа на своите наблюдения върху времето, обхващащи 50 години, стигнаха до извода, че кръговрата на водата в природата поради глобалното затопляне започва да се ускорява. А това от своя страна ще доведе до факта, че сухите райони ще станат още по-сухи, а там, където климатът сега е дъждовен, ще паднат още повече валежи. Всичко това доказва едно: човечеството трябва да се отнася по-сериозно към своите дейности, които са неразривно свързани с природата.
Ролята на водата в процесите, протичащи в биосферата, е огромна. Без вода метаболизмът в живите организми е невъзможен. С появата на живота на Земята кръговратът на водата стана сравнително сложен, тъй като към простия феномен на физиологичното изпарение беше добавен по-сложен процес на биологично изпаряване (транспирация), свързан с жизнената дейност на растенията и животните.
Накратко кръговрата на водата в природата може да се опише по следния начин. Водата идва на повърхността на Земята под формата на валежи, които се образуват главно от водни пари, отделяни в атмосферата в резултат на физическо изпарение и изпаряване на водата от растенията. Една част от тази вода се изпарява директно от повърхността на водните тела или индиректно чрез растения и животни, докато другата част захранва подземните води.
Естеството на изпарението зависи от много фактори. По този начин много повече вода се изпарява от единица площ в горска зона, отколкото от повърхността на водно тяло. С намаляване на растителната покривка намалява и транспирацията, а следователно и количеството на валежите.
Потокът на водата в хидроложкия цикъл се определя от изпарението, а не от валежите. Способността на атмосферата да задържа водни пари е ограничена. Увеличаването на скоростта на изпаряване води до съответно увеличаване на валежите. Водата, която се съдържа във въздуха под формата на пара във всеки един момент съответства на среден слой от 2,5 см дебелина, равномерно разпределен по повърхността на Земята. Количеството на валежите, падащи годишно, е средно 65 см. Следователно водната пара на атмосферния фронт циклира около 25 пъти годишно (веднъж на две седмици).
Съдържанието на вода във водните обекти и почвата е стотици пъти по-голямо, отколкото в атмосферата, но преминава през първите два фонда със същата скорост. Средното време за пренасяне на водата в течната й фаза над земната повърхност е около 3650 години, 10 000 пъти по-дълго от времето за пренасянето й в атмосферата. Човекът в процеса на стопанска дейност оказва силно влияние върху основата на хидроложкия цикъл - изпарението на водата.
Замърсяването на водните тела и на първо място моретата и океаните с нефтопродукти рязко влошава процеса на физическо изпарение, а намаляването на горската площ - транспирация. Това не може да не се отрази на естеството на кръговрата на водата в природата.
Глобалните цикли на жизненоважни биогенни елементи се разпадат в биосферата на много малки цикли, ограничени до местни местообитания на различни биологични общности. Те могат да бъдат повече или по-малко сложни и в различна степен чувствителни към различни видове външни влияния. Но природата постанови, че при естествени условия тези биохимични цикли са „примерни технологии без отпадъци“. Цикличността обхваща 98-99% от биогенните елементи и само 1-2% отива дори не за отпадъци, а за геоложки резерват.
За разлика от простото пренасяне - движението на минералните елементи в голям цикъл - в малък цикъл, най-важните моменти са синтезът и разрушаването на органичните съединения. Тези два основни жизнени процеса са в определено съотношение, което е една от основните му характеристики.
Уникалните свойства на живата материя и нейните биогеохимични функции, проявени в способността да трансформира газове и да концентрира химични елементи, обясняват способността му да извършва геохимична работа на планетата, която е грандиозна по отношение на мащаба и последствията.
Както бе отбелязано по-горе, основата за функционирането на природната система (PS) са енергийните и материалните връзки. Веществото в PS се движи в порочен кръг, образувайки биогеохимичен цикъл .
По пътя от автотрофите към хетеротрофите хранителните вещества могат да попаднат в т.нар резервни фондове,вид помийни ями. Веществата тук са неактивни и претърпяват само минерални трансформации, които не са свързани с живата материя. Такива резервни фондове са например находищата на въглища, находищата на карбонатни скали на морското дъно. Резервните фондове могат да се считат и за запаси от дървесина в горските екосистеми, торфени находища, горска постеля, хумус, въглеродни запаси под формата на въглероден диоксид в атмосферата, хидросфера, почва, химически елементи, разтворени във водите, и самите води.
По отношение на скоростта на движение на материята и стабилността резервните фондове са разнородни. В границите на резервния фонд може да се разграничи маса от материя, лесно достъпна за живите организми. Такава материя, като правило, е концентрирана в силно подвижни геосфери, в които потоците от материя се движат много по-енергично, отколкото в останалите резервни фондове. Това вещество е много по-вероятно да участва в биологичните хранителни вериги. Тази маса от материя се нарича обменен фонд.
Резервните фондове на атмосферата, хидросферата и биосферата обикновено са лесно достъпни, материята лесно се извлича от тях и също толкова лесно се връща в тях, така че процесите, протичащи тук, са относително стабилни. Много по-трудно е да се извлече материята от фонда на седиментния цикъл (от литосферата). Следователно процесите, протичащи с участието на този фонд, са по-малко активни и нестабилни. Тук потокът в резерва протича с по-бърз темп от изтеглянето от него. Процесът на извличане и връщане на веществото в резервните фондове е част от биогеохимичните цикли.
В процеса на еволюция биогеохимичните цикли придобиват почти затворен кръгов характер. Благодарение на това се поддържа известно постоянство, динамичен баланс на състава, количеството и концентрацията на веществата, участващи в циркулацията. В същото време, поради непълното затваряне на биологичния цикъл, в атмосферата се натрупват азот и кислород, въглеродни съединения (нефт, въглища, газ) в земната кора и различни соли в океана.
Поради високата подвижност на атмосферата и наличието на голям обменен фонд в нея, някои цикли (кислород, въглерод, азот) имат способността бързо да се саморегулират. Например, образуваните локални концентрации на въглероден диоксид бързо се разсейват и по-бързо се абсорбират от растителността.
Циклите, протичащи в режим на седиментни цикли (обороти на сяра, фосфор, желязо), са по-малко активни и слабо регулирани. По-голямата част от тези вещества е концентрирана в заседналата литосфера.
Както геоложките, така и биологичните цикли се характеризират с необратимост. Те задължително въвеждат нови елементи, нови условия, други ритми и връзки на цикли. Постоянно натрупвайки се, тези различия с всеки нов цикъл водят до забележими промени дори в биологичните системи. Част от елементите периодично изпадат от цикъла, задържат се за едно или друго време в задънени улици, което води до развитието на биосферата.
Контролни въпроси
Водният цикъл в природата (хидроложки цикъл)- процесът на циклично движение на водата в земната биосфера. Състои се от изпаряване, кондензация и утаяване.
Моретата губят повече вода поради изпаряване, отколкото получават с валежи, на сушата ситуацията е обратна. Водата непрекъснато циркулира по целия свят, като общото й количество остава непроменено.
Три четвърти от земната повърхност е покрита с вода. Водният слой на земята се нарича хидросфера. По-голямата част от него е солената вода на моретата и океаните, а по-малката част е прясна вода на езера, реки, ледници, подпочвени води и водни пари.
На Земята водата съществува в три агрегатни състояния: течно, твърдо и газообразно. Живите организми не могат да съществуват без вода. Във всеки организъм водата е средата, в която протичат химични реакции, без които живите организми не могат да живеят. Водата е най-ценното и най-необходимото вещество за живота на живите организми.
концепция
Постоянният обмен на влага между хидросферата, атмосферата и земната повърхност, състоящ се от процесите на изпарение, движението на водната пара в атмосферата, нейната кондензация в атмосферата, валежите и оттока, се нарича кръговрат на водата в природата. Атмосферните валежи частично се изпаряват, частично образуват временни и постоянни дренажи и резервоари и частично се просмукват в земята и образуват подпочвени води.
Видове
В природата има няколко вида водни цикли:
- Голям или световен цикъл - водната пара, образувана над повърхността на океаните, се пренася от ветровете към континентите, пада там под формата на валежи и се връща в океана под формата на отток. При този процес качеството на водата се променя: по време на изпаряване солената морска вода се превръща в прясна вода, а замърсената вода се пречиства.
- Малък или океански цикъл - водната пара, образувана над повърхността на океана, кондензира и пада като валежи обратно в океана.
- Вътреконтинентална циркулация - водата, която се е изпарила над земната повърхност, отново пада върху сушата под формата на валежи.
В крайна сметка валежите в процеса на движение отново достигат до океаните.
Скорост
Скоростта на пренос на различните видове вода варира в широки граници, а периодите на поток и периодите на обновяване на водата също са различни. Те варират от няколко часа до няколко десетки хилядолетия. Запасите от почвена влага имат приблизително летен период на натрупване и разход. Атмосферната влага, която се образува от изпаряването на водата от океаните, моретата и сушата и съществува под формата на облаци, се актуализира средно след осем дни.
Водите, които изграждат живите организми, се възстановяват в рамките на няколко часа. Това е най-активната форма на обмен на вода. Периодът на обновяване на водните запаси в планинските ледници е около 1600 години, в ледниците на полярните страни е много по-дълъг - около 9700 години.
Пълното обновяване на водите на Световния океан става след около 2700 години.
Връзки
Фондация Уикимедия. 2010 г.
Вижте какво представлява "Водният цикъл" в други речници:
ВОДНИЯ ЦИКЪЛ- процесът на непрекъснато, взаимосвързано движение на водата на Земята, протичащо под въздействието на слънчевата радиация, жизнената дейност на живите организми, гравитацията, икономическата дейност на човека. Състои се от изпарение от повърхността на Земята, ... ... Екологичен речник
ВОДЕН ЦИКЪЛ, водата се изпарява от естествените водни тела и пада като валежи (дъжд, сняг и др.) главно над океаните, но някои падат и над сушата. Поради ИЗПАРЯВАНЕ (ОБЩО ИЗПАРЯВАНЕ) и ТРАНСПИРАЦИЯ, част от водата ... ... Научно-технически енциклопедичен речник
Водният цикъл- Непрекъснатото преобразуване на водата на Земята в нейната газообразна, течна и твърда форма, движението или циркулацията на водата от земната повърхност към атмосферата и обратно към земната повърхност, протичаща под въздействието на слънчевата радиация и под въздействието на сила ... ... Географски речник
- (влажностен цикъл), непрекъснат затворен процес на циркулация на водата, протичащ под въздействието на слънчева радиация и гравитация; част от земния кръговрат на материята. Включва изпаряване на вода от земни повърхности, реки, езера, резервоари, морета, океани, ... ... Географска енциклопедия
На Земята вижте цикъла на влага. * * * ВОДЕН КЪРЪЩЪТ ВОДЕН КЪРГОВЪТ НА Земята (цикъл на влага), непрекъснат затворен процес на движение на водата в атмосферата (виж ЗЕМНАТА АТМОСФЕРА), хидросферата (виж ХИДРОСФЕРА) и земната кора (виж ЗЕМНАТА КОРА), състоящ се от ... ... енциклопедичен речник
Водният цикъл- vandens apytakos ratas statusas T sritis ekologija ir aplinkotyra apibrėžtis Nuolatinė vandens apytaka tarp Žemės sferų: atmosferos, biosferos, hidrosferos ir litosferos. Šios hidrologinės apytakos sudėtinės dalys yra: garavimas, krituliai ir… … Ekologijos terminų aiskinamasis žodynas
На Земята непрекъснатото движение на водата по Земята (в нейната атмосфера, хидросфера и земната кора), придружено от нейните фазови трансформации и имащи повече или по-малко изразена циклична природа. К. в. се състои от изпаряване на вода от ... ... Голяма съветска енциклопедия
На Земята вижте Цикъл на влага... Естествени науки. енциклопедичен речник
Непрекъснат затворен процес на циркулация на водата по земното кълбо, дължащ се на слънчевата енергия и действието на гравитацията: водата се изпарява от повърхността на океаните и от сушата, водната пара се пренася от въздушни течения, кондензира и ... ... Геологическа енциклопедия
Водата е основата на целия живот на Земята. Количеството течност на планетата не се променя през цялото съществуване на света, но кръговрата на водата в природата се случва непрекъснато. Без този процес животът на Земята не би съществувал.
Водният цикъл поражда много любопитни обстоятелства. Ето най-интересните факти:
1. Пиер Перо, който построи водопровода на Лувъра, започва да говори за хидроциркулацията още през 17 век. Отне два века, преди учените да докажат, че водният цикъл работи по следния начин:
- водата се изпарява от океаните, резервоарите и земната повърхност;
- парата се издига в атмосферата, придвижва се с въздушни течения до различни части на планетата;
- в студените райони се получава кондензация и влагата потъва надолу под формата на валежи или роса.
2. В резултат на цикъла водата се пречиства, променя състава и външния си вид (соленото става свежо, ледът се превръща в течност, капките губят или се пълнят с микроелементи). Докато циркулира, водата носи полезни компоненти, но микробите и вирусите пътуват с влага. 85% от известните болести могат да бъдат заразени чрез вода.
3. Водата се обновява напълно в атмосферата за седмица и половина, а в океана – за 3,5 хиляди години. Дъждовните капки, които виждате, бяха в океана преди около 2 месеца.
4. Водата в природата се движи благодарение на Слънцето и гравитацията. В допълнение към атмосферата, водата се пренася от реки, подземни течения и живи организми.
5. Приблизително 306 милиарда литра вода на ден се изливат на земята от атмосферата. Повечето от валежите падат на хавайския остров Кауаи (средно 11 684 мм годишно и това е само един от рекордите). А в пустинята дъждът се изпарява, преди да стигне до пясъка.
6. Използването на вода от човечеството не намалява нейното количество в природата. Ресурсите, ангажирани от хората, участват в оборота и попадат обратно във водните басейни и почвата. Замърсяването е вредно, защото химикалите и тежките метали, с които „зареждаме” водата, се пренасят през атмосферата, моретата и океаните. Киселинният дъжд е резултат от човешка небрежност.
Но в природата няма абсолютно чиста (дестилирана) вода. Само човек може да го направи така.
7. В океана водата е не само солена, но и питателна благодарение на планктона. Учените казват, че по отношение на хранителната си стойност само Атлантическият океан се оценява на 20 000 култури, които се събират през цялата година по цялата земя.
8. Водният кръговрат допринася за терморегулацията на земните сфери и влияе на климата. Парниковият ефект нарушава циркулацията на водата. Някои учени твърдят, че ледниците се топят, валежите се увеличават и в резултат на това планетата ще прелее вода. Други смятат, че повишаващите се температури увеличават изпарението, така че Земята е застрашена от суша.
9. Човешкото тяло е 70% вода. Губим 1%, жадни сме. Липсата на течности в 20% е фатална.
10. Водният цикъл не е само движение по повърхността на планетата. Подземните потоци са огромен резервоар с течност, която се движи и взаимодейства с външната среда (попълва се от дъжд през земята, изпръсква през гейзери, извори, потоци в долини и дерета).
Водният кръговрат е природен феномен, ключът към нашето съществуване. Внимателното отношение на човека към водните ресурси ще помогне на природата да запази уникалното си свойство да дава и поддържа живота на планетата.
Още от ученическите години всеки знае схемата на кръговрата на водата в природата. В уроците по биология учителят говори за този процес - водата, паднала под формата на дъжд, се просмуква през земята, след това напуска земята под формата на извори и се влива в реки, където, частично изпарявайки се по пътя, достига океаните . Освен това се изпарява от океаните и пада под дъжда. Докато говореше, той посочи диаграмата:
Колко прост и достъпен този процес е визуализиран на диаграмата. Без преувеличение, в класа той беше разбран дори от ученик, който не блесна по биология. Колко би намалял броят на учениците, които са разбрали същността на водния цикъл, ако учителят обясни без диаграма? Мисля, че една добра трета от учениците не биха приели материала от първия път. Този пример показва колко важна е неговата визуализация за разбирането на всеки процес, колко ускорява възприемането на предоставената информация.
Разнообразието от тези схеми е голямо. Правейки проста заявка „диаграма на водния цикъл“ в Google, ние се натъкваме на огромен брой от тях:
Но това са всички схеми за деца и ученици. Какво ще стане, ако леко променим заявката и потърсим "хидрологична циклична диаграма", така че всичко да е сериозно и научно? Виждаме този модел:
.jpg)
Както виждаме, създателят на тази схема, която е много подобна на схемите, които се преподават на учениците, е много виден учен, Кевин Е. Тренберт, който оглавява отдела за анализ на изменението на климата на Националния център за атмосферни изследвания. Той беше водещ автор в IPCC от 2001 и 2007 г. за научната оценка на изменението на климата (вижте Четвъртия доклад за оценка на IPCC) и е член на Научната ръководна група за Програмата за променливост и предсказуемост на климата (CLIVAR). Освен това той е член на Съвместния научен комитет на Световната програма за изследване на климата. Той става почетен член на Кралското общество на Нова Зеландия през 2000 г. и получава юлската награда на Американското метеорологично дружество и наградата за отличителни постижения на NCAR през 2003 г.
Схемите, визуализирани по този начин, се използват и от доста известни учени, като ги признават за много важни за тяхната дейност, разбират протичащите процеси и предават на хората разбиране за тяхната същност.