Informations sur le cycle de l'eau dans la nature. Cycles dans la nature

Le fluide principal de la planète

L'eau est le composant le plus important de la vie de tout organisme biologique sur Terre. Il est donc important d'étudier, d'observer et de surveiller la quantité, la qualité et l'état des ressources en eau de la planète. Les principales réserves de cette humidité vitale sont concentrées dans les océans. Et déjà en s'évaporant à partir de là, l'humidité nourrit la Terre, grâce à un processus appelé le cycle de l'eau dans la nature. L'eau est une substance très mobile et passe facilement d'un état à un autre. Et, grâce à cela, il peut facilement atteindre les coins les plus éloignés de la source. Comment se déroule ce processus ?

Comment et pourquoi l'eau circule-t-elle ?

Sous l'influence de la chaleur rayonnée par le Soleil, l'eau s'évapore constamment de la surface de l'océan, se transformant en un état gazeux. Avec les courants d'air chaud, la vapeur monte, formant des nuages. Ils sont facilement emportés par le vent depuis leur lieu d'évaporation d'origine. Captant progressivement toutes les nouvelles vapeurs sur leur chemin, les nuages ​​se refroidissent en montant. À un moment donné, l'étape suivante commence - la condensation. C'est possible lorsque l'air arrive à un état de saturation (100% d'humidité) en vapeur d'eau. Cela se produit généralement lorsque le refroidissement est suffisant. On sait que la quantité maximale de vapeur pouvant être contenue dans l'air est proportionnelle à sa température. Par conséquent, à un certain moment de refroidissement, le nuage devient saturé de vapeur, ce qui entraîne le passage de l'eau au liquide suivant. ou cristallin - état. Et si le nuage à ce moment-là est toujours au-dessus de l'océan, l'humidité retourne d'où elle vient. Ainsi s'est terminé un petit cycle de l'eau dans la nature. Ce processus ne s'arrête jamais. L'eau au-dessus des océans du monde circule constamment.

Comment l'eau circule sur la terre

Toute l'humidité ne retombe pas dans l'océan. Une grande quantité de vapeur, ainsi que les alizés et les moussons, pénètrent profondément dans les continents, tombant au fur et à mesure de leur déplacement sous forme de précipitations sur la Terre. Une partie de cette humidité est retenue dans les couches supérieures du sol, nourrissant les plantes, l'autre partie s'écoule vers les ruisseaux et les rivières, de sorte que, ayant atteint les mers et les océans, elle s'évapore à nouveau et entre dans le prochain cycle de l'eau dans la nature. Une très faible proportion des précipitations s'infiltrera profondément dans le sol et, ayant atteint la couche imperméable (argile, roches), s'écoulera le long de cette pente. Une partie de l'eau souterraine remontera à la surface, formant des sources d'eau cristalline pour ensuite s'écouler dans les rivières et s'évaporer à nouveau pour le prochain cycle. Et l'autre partie d'entre eux, à travers les fissures et les crevasses, continuera à s'infiltrer dans les entrailles de la Terre jusqu'à atteindre des couches à haute température, où il se transformera à nouveau en vapeur pour tourner à nouveau dans la circulation souterraine ou éclater à la surface comme source de chaleur.

Routes d'eau dans la nature

Chaque année, environ quatre cent mille kilomètres cubes d'eau s'évaporent dans l'air, et seulement un cinquième d'entre eux tombe sur la terre, dont la superficie est trois fois plus petite que la surface des océans du monde. L'eau s'évapore de la surface terrestre non seulement par le sol, mais aussi par la végétation : chaque feuille d'un arbre et chaque brin d'herbe sur Terre. Suivre tous les déplacements possibles de l'eau est extrêmement difficile. Mais simuler une version très simplifiée qui démontre le cycle de l'eau dans la nature pour les enfants est assez réaliste, même dans leur propre appartement.

Une expérience démontrant l'évaporation et la condensation de l'humidité

Pour démontrer la première étape du cycle - l'évaporation de l'eau de la surface des réservoirs sous l'action de la lumière du soleil - il suffira de prendre un verre rempli à moitié d'eau, de le placer dans un sac en plastique hermétiquement fermé et de le fixer avec du ruban adhésif sur la vitre par une journée ensoleillée. Au bout d'un moment (en fonction de la température de la pièce et de l'intensité de l'ensoleillement), vous verrez que les parois du sac sont embuées, et au bout d'un moment, des gouttelettes d'eau se forment dessus.

Maquette de démonstration du cycle complet du cycle de l'eau

Un modèle plus complexe peut être assemblé à l'aide d'un récipient partiellement rempli d'eau bleutée (imitation des océans), un sac transparent, éventuellement perforé, rempli d'assez de sable pour s'élever à plus de la moitié au-dessus de l'eau (terre). Fermez toute la structure aussi étroitement que possible avec une pellicule plastique et fixez-la. Au-dessus de la "terre", placez un petit récipient avec de la glace (la glace créera le froid nécessaire à l'expérience dans les couches supérieures de "l'atmosphère"), au-dessus de "l'océan", placez une lampe de table (le Soleil), qui rayonnera Chauffer. En l'allumant, au bout d'un moment, nous arrivons sur le film, sur terre, dans un endroit froid, un condensat d'humidité, qui tombera un peu plus tard sur terre en gouttes. Et si le sac est perforé, vous pouvez voir comment l'humidité, s'infiltrant à travers le sable, s'écoule vers l'océan.

Que nous reste-t-il à faire

Le cycle de l'eau dans la biosphère est un processus très important pour la planète entière. La violation ou la perte d'au moins un lien entraînera des conséquences globales et, très probablement, irréparables pour tout le monde. Des scientifiques australiens et américains, sur la base de leurs observations du temps, couvrant 50 ans, sont arrivés à la conclusion que le cycle de l'eau dans la nature en raison du réchauffement climatique a commencé à s'accélérer. Et cela, à son tour, conduira au fait que les régions arides deviendront encore plus sèches, et là où le climat est maintenant pluvieux, encore plus de précipitations tomberont. Tout cela prouve une chose : l'humanité devrait être plus sérieuse dans ses activités, qui sont inextricablement liées à la nature.

Le rôle de l'eau dans les processus qui se déroulent dans la biosphère est énorme. Sans eau, le métabolisme des organismes vivants est impossible. Avec l'avènement de la vie sur Terre, le cycle de l'eau est devenu relativement complexe, puisqu'un processus plus complexe d'évaporation biologique (transpiration) lié à l'activité vitale des plantes et des animaux s'est ajouté au simple phénomène d'évaporation physiologique.

En bref, le cycle de l'eau dans la nature peut être décrit comme suit. L'eau arrive à la surface de la Terre sous forme de précipitations, qui se forment principalement à partir de la vapeur d'eau libérée dans l'atmosphère à la suite de l'évaporation physique et de l'évaporation de l'eau par les plantes. Une partie de cette eau s'évapore directement de la surface des masses d'eau ou indirectement par les plantes et les animaux, tandis que l'autre partie alimente les eaux souterraines.

La nature de l'évaporation dépend de nombreux facteurs. Ainsi, beaucoup plus d'eau s'évapore d'une unité de surface dans une zone forestière que de la surface d'un plan d'eau. Avec une diminution de la couverture végétale, la transpiration diminue également et, par conséquent, la quantité de précipitations.

Le débit d'eau dans le cycle hydrologique est déterminé par l'évaporation et non par les précipitations. La capacité de l'atmosphère à retenir la vapeur d'eau est limitée. Une augmentation du taux d'évaporation entraîne une augmentation correspondante des précipitations. L'eau contenue dans l'air sous forme de vapeur correspond à tout moment à une couche moyenne de 2,5 cm d'épaisseur, uniformément répartie sur la surface de la Terre. La quantité de précipitations tombant par an est en moyenne de 65 cm.Par conséquent, la vapeur d'eau du front atmosphérique effectue un cycle d'environ 25 fois par an (une fois toutes les deux semaines).

La teneur en eau des masses d'eau et du sol est des centaines de fois supérieure à celle de l'atmosphère, mais elle traverse les deux premiers fonds à la même vitesse. Le temps moyen de transfert de l'eau dans sa phase liquide à la surface de la Terre est d'environ 3 650 ans, soit 10 000 fois plus long que le temps de son transfert dans l'atmosphère. L'homme dans le processus d'activité économique a un fort impact sur la base du cycle hydrologique - l'évaporation de l'eau.

La pollution des masses d'eau et, tout d'abord, des mers et des océans avec des produits pétroliers aggrave fortement le processus d'évaporation physique et une diminution de la superficie forestière - la transpiration. Cela ne peut qu'affecter la nature du cycle de l'eau dans la nature.

Les cycles globaux des éléments biogéniques vitaux se décomposent dans la biosphère en de nombreux petits cycles confinés aux habitats locaux de diverses communautés biologiques. Ils peuvent être plus ou moins complexes et, à des degrés divers, sensibles à divers types d'influences extérieures. Mais la nature a décrété que dans des conditions naturelles, ces cycles biochimiques sont des "technologies exemplaires sans déchets". La cyclicité couvre 98 à 99 % des éléments biogéniques et seulement 1 à 2 % ne va même pas aux déchets, mais à la réserve géologique.

Contrairement au transfert simple - le mouvement des éléments minéraux dans un grand cycle - dans un petit cycle, les moments les plus importants sont la synthèse et la destruction des composés organiques. Ces deux processus sous-jacents de la vie sont dans un certain rapport, qui est l'une de ses principales caractéristiques.

Les propriétés uniques de la matière vivante et ses fonctions biogéochimiques, manifestées dans sa capacité à transformer les gaz et à concentrer les éléments chimiques, expliquent sa capacité à effectuer sur la planète un travail géochimique grandiose par son ampleur et ses conséquences.

Comme indiqué ci-dessus, la base du fonctionnement du système naturel (PS) sont les connexions énergétiques et matérielles. La substance dans le PS se déplace dans un cercle vicieux, formant un cycle biogéochimique .

Sur le chemin des autotrophes aux hétérotrophes, les nutriments peuvent pénétrer dans ce que l'on appelle fonds de réserve, sorte de cloaques. Les substances y sont inactives et ne subissent que des transformations minérales qui ne sont pas associées à la matière vivante. Ces fonds de réserve sont, par exemple, des gisements de charbon, des gisements de roches carbonatées sur le fond marin. Les fonds de réserve peuvent également être considérés comme des réserves de bois dans les écosystèmes forestiers, les dépôts de tourbe, la litière forestière, l'humus, les réserves de carbone sous forme de dioxyde de carbone dans l'atmosphère, l'hydrosphère, le sol, les éléments chimiques dissous dans les eaux et les eaux elles-mêmes.

En termes de vitesse de circulation de la matière et de stabilité, les fonds de réserve sont hétérogènes. Dans les limites du fonds de réserve, une masse de matière facilement accessible aux organismes vivants peut être distinguée. Cette matière, en règle générale, est concentrée dans des géosphères très mobiles, dans lesquelles les flux de matière se déplacent beaucoup plus vigoureusement que dans le reste des fonds de réserve. Cette substance est beaucoup plus susceptible d'être impliquée dans les chaînes alimentaires biologiques. Cette masse de matière s'appelle fonds d'échange.

Les fonds de réserve de l'atmosphère, de l'hydrosphère et de la biosphère sont généralement facilement accessibles, la matière en est facilement extraite et tout aussi facilement restituée, de sorte que les processus qui s'y déroulent sont relativement stables. Il est beaucoup plus difficile d'extraire de la matière du fond du cycle sédimentaire (de la lithosphère). Par conséquent, les processus qui se déroulent avec la participation de ce fonds sont moins actifs et instables. Ici, le flux vers la réserve s'effectue à un rythme plus rapide que le retrait de celle-ci. Le processus d'extraction et de retour de la substance dans les fonds de réserve fait partie des cycles biogéochimiques.

Au cours de l'évolution, les cycles biogéochimiques ont acquis un caractère circulaire presque fermé. Grâce à cela, une certaine constance, un équilibre dynamique de la composition, de la quantité et de la concentration des substances impliquées dans la circulation sont maintenus. Dans le même temps, en raison de la fermeture incomplète du cycle biologique, l'azote et l'oxygène s'accumulent dans l'atmosphère, les composés carbonés (pétrole, charbon, gaz) dans la croûte terrestre et divers sels dans l'océan.

En raison de la grande mobilité de l'atmosphère et de la présence d'un important fonds d'échange dans celle-ci, certains cycles (oxygène, carbone, azote) ont la capacité de s'autoréguler rapidement. Par exemple, les concentrations locales de dioxyde de carbone formées se dissipent rapidement et sont plus rapidement absorbées par la végétation.

Les cycles fonctionnant sur le mode des cycles sédimentaires (renouvellements de soufre, de phosphore, de fer) sont moins actifs et peu régulés. La majeure partie de ces substances est concentrée dans la lithosphère sédentaire.

Les cycles géologiques et biologiques sont caractérisés par l'irréversibilité. Ils introduisent nécessairement de nouveaux éléments, de nouvelles conditions, d'autres rythmes et enchaînements de cycles. S'accumulant constamment, ces différences à chaque nouveau cycle entraînent des changements notables même dans les systèmes biologiques. Une partie des éléments tombe périodiquement hors du cycle, s'attarde un moment ou un autre dans des impasses, ce qui conduit au développement de la biosphère.

question test

Cycle de l'eau dans la nature (cycle hydrologique)- le processus de mouvement cyclique de l'eau dans la biosphère terrestre. Se compose de l'évaporation, de la condensation et des précipitations.

Les mers perdent plus d'eau à cause de l'évaporation qu'elles n'en reçoivent avec les précipitations, sur terre la situation est inversée. L'eau circule en permanence autour du globe, tandis que sa quantité totale reste inchangée.

Les trois quarts de la surface terrestre sont recouverts d'eau. La couche d'eau de la terre s'appelle l'hydrosphère. La plus grande partie est l'eau salée des mers et des océans, et la plus petite partie est l'eau douce des lacs, des rivières, des glaciers, des eaux souterraines et de la vapeur d'eau.

Sur terre, l'eau existe sous trois états d'agrégation : liquide, solide et gazeux. Les organismes vivants ne peuvent exister sans eau. Dans tout organisme, l'eau est le milieu dans lequel se produisent les réactions chimiques, sans lequel les organismes vivants ne peuvent pas vivre. L'eau est la substance la plus précieuse et la plus nécessaire à la vie des organismes vivants.

concept

L'échange constant d'humidité entre l'hydrosphère, l'atmosphère et la surface de la Terre, constitué des processus d'évaporation, du mouvement de la vapeur d'eau dans l'atmosphère, de sa condensation dans l'atmosphère, des précipitations et du ruissellement, est appelé le cycle de l'eau dans la nature. Les précipitations atmosphériques s'évaporent partiellement, forment partiellement des drains et des réservoirs temporaires et permanents, et s'infiltrent partiellement dans le sol et forment les eaux souterraines.

Sortes

Il existe plusieurs types de cycles de l'eau dans la nature :

  1. Un grand cycle ou cycle mondial - la vapeur d'eau formée au-dessus de la surface des océans est transportée par les vents vers les continents, y tombe sous forme de précipitations et retourne à l'océan sous forme de ruissellement. Dans ce processus, la qualité de l'eau change : lors de l'évaporation, l'eau de mer salée se transforme en eau douce et l'eau polluée est purifiée.
  2. Une petite circulation ou circulation océanique - la vapeur d'eau formée au-dessus de la surface de l'océan se condense et retombe sous forme de précipitations dans l'océan.
  3. Circulation intracontinentale - l'eau qui s'est évaporée au-dessus de la surface terrestre retombe sur terre sous forme de précipitations.

Au final, les précipitations en mouvement atteignent à nouveau les océans.

Vitesse

Le taux de transfert des différents types d'eau varie considérablement, et les périodes d'écoulement et les périodes de renouvellement de l'eau sont également différentes. Elles varient de quelques heures à plusieurs dizaines de millénaires. Les réserves d'humidité du sol ont une période d'accumulation et de dépense approximativement estivale. L'humidité atmosphérique, qui est formée par l'évaporation de l'eau des océans, des mers et des terres et existe sous forme de nuages, est mise à jour en moyenne après huit jours.

Les eaux qui composent les organismes vivants sont reconstituées en quelques heures. C'est la forme la plus active d'échange d'eau. La période de renouvellement des réserves d'eau dans les glaciers de montagne est d'environ 1 600 ans, dans les glaciers des pays polaires, elle est beaucoup plus longue - environ 9 700 ans.

Le renouvellement complet des eaux de l'océan mondial se produit en environ 2 700 ans.

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L'eau est la base de toute vie sur Terre. La quantité de liquide sur la planète ne change pas tout au long de l'existence du monde, mais le cycle de l'eau dans la nature se produit en continu. Sans ce processus, la vie sur Terre n'existerait pas.

Le cycle de l'eau donne lieu à de nombreuses circonstances curieuses. Voici les faits les plus intéressants :

1. Pierre Perrault, qui a construit la plomberie du Louvre, a commencé à parler d'hydrocirculation dès le XVIIe siècle. Il a fallu deux siècles avant que les scientifiques prouvent que le cycle de l'eau fonctionne comme ceci :

  • l'eau s'évapore des océans, des réservoirs et de la surface terrestre ;
  • la vapeur monte dans l'atmosphère, se déplace par les courants d'air vers différentes parties de la planète;
  • dans les régions froides, la condensation se produit et l'humidité descend sous forme de précipitations ou de rosée.

2. À la suite du cycle, l'eau est purifiée, change de composition et d'apparence (le salé devient frais, la glace se transforme en liquide, les gouttes perdent ou se remplissent d'oligo-éléments). En circulant, l'eau transporte des composants utiles, mais les microbes et les virus voyagent avec l'humidité. 85% des maladies connues peuvent être contractées par l'eau.

3. L'eau est complètement renouvelée dans l'atmosphère en une semaine et demie et dans l'océan - en 3,5 mille ans. Les gouttes de pluie que vous voyez étaient dans l'océan il y a environ 2 mois.

4. L'eau dans la nature se déplace en raison du soleil et de la gravité. En plus de l'atmosphère, l'eau est transportée par les rivières, les courants souterrains et les organismes vivants.

5. Environ 306 milliards de litres d'eau par jour sont déversés sur la terre depuis l'atmosphère. La plupart des précipitations tombent sur l'île hawaïenne de Kauai (une moyenne de 11 684 mm par an, et ce n'est qu'un des records). Et dans le désert, la pluie s'évapore avant d'atteindre le sable.

6. L'utilisation de l'eau par l'homme ne réduit pas sa quantité dans la nature. Les ressources mises en jeu par les hommes participent au renouvellement et retombent dans les masses d'eau et les sols. La pollution est nocive, car les produits chimiques et les métaux lourds avec lesquels nous « chargeons » l'eau sont transportés dans l'atmosphère, les mers et les océans. Les pluies acides sont le résultat de la négligence humaine.

Mais dans la nature, il n'y a pas d'eau absolument pure (distillée). Seul un humain peut le faire comme ça.

7. Dans l'océan, l'eau est non seulement salée, mais aussi nutritive grâce au plancton. Les scientifiques disent qu'en termes de valeur nutritionnelle, seul l'océan Atlantique est estimé à 20 000 cultures, qui sont récoltées tout au long de l'année sur tout le territoire.

8. Le cycle de l'eau contribue à la thermorégulation des sphères terrestres et affecte le climat. L'effet de serre perturbe la circulation de l'eau. Certains scientifiques affirment que les glaciers fondent, que les précipitations augmentent et que, par conséquent, la planète débordera d'eau. D'autres croient que la hausse des températures augmente l'évaporation, de sorte que la Terre est menacée par la sécheresse.

9. Le corps humain est composé à 70 % d'eau. Perdre 1%, on a soif. Un manque de liquide dans 20% est fatal.

10. Le cycle de l'eau n'est pas seulement une question de mouvement à la surface de la planète. Les cours d'eau souterrains sont un immense réservoir de liquide qui se déplace et interagit avec l'environnement extérieur (reconstitué par la pluie à travers le sol, les éclaboussures par les geysers, les sources, les ruisseaux dans les vallées et les ravins).

Le cycle de l'eau est un phénomène naturel, la clé de notre existence. L'attitude prudente de l'homme envers les ressources en eau aidera la nature à préserver sa propriété unique de donner et de soutenir la vie sur la planète.

Depuis les années scolaires, tout le monde connaît le schéma du cycle de l'eau dans la nature. Dans les cours de biologie, l'enseignant a parlé de ce processus - l'eau qui est tombée sous forme de pluie s'infiltre à travers la terre, puis quitte la terre sous forme de sources et se jette dans les rivières, où, s'évaporant partiellement en cours de route, elle atteint les océans . Il s'évapore également des océans et tombe sous la pluie. Tout en parlant, il montra le schéma :

La simplicité et l'accessibilité de ce processus sont visualisées sur le diagramme. Sans exagération, dans la classe, il était compris même par un étudiant qui ne brillait pas en biologie. De combien le nombre d'élèves ayant compris l'essence du cycle de l'eau diminuerait-il si l'enseignant expliquait sans schéma ? Je pense qu'un bon tiers des étudiants n'aurait pas accepté la matière la première fois. Cet exemple montre à quel point sa visualisation est importante pour la compréhension de tout processus, à quel point elle accélère la perception des informations fournies.

La variété de ces régimes est grande. En faisant une simple requête "diagramme du cycle de l'eau" dans Google, on tombe sur un nombre énorme d'entre eux :

Mais ce sont tous des régimes pour les enfants et les écoliers. Que se passe-t-il si nous modifions légèrement la requête et recherchons "diagramme du cycle hydrologique" pour que tout soit sérieux et scientifique ? Nous voyons ce modèle :

Comme nous pouvons le voir, le créateur de ce schéma, qui ressemble beaucoup aux schémas enseignés aux écoliers, est un scientifique très éminent, Kevin E. Trenberth, qui dirige la division d'analyse du changement climatique du Centre national de recherche atmosphérique. Il a été l'auteur principal en 2001 et 2007 du GIEC sur l'évaluation scientifique du changement climatique (voir le quatrième rapport d'évaluation du GIEC) et est membre du groupe directeur scientifique du programme sur la variabilité et la prévisibilité du climat (CLIVAR). En outre, il est membre du Comité scientifique conjoint du Programme mondial de recherche sur le climat. Il a été nommé membre honoraire de la Royal Society of New Zealand en 2000 et a reçu le July Award de l'American Meteorological Society et le NCAR Distinguished Achievement Award en 2003.

Les schémas visualisés de cette manière sont également utilisés par des scientifiques assez connus, les reconnaissant comme très importants pour leurs activités, comprenant les processus en cours et transmettant aux gens une compréhension de leur essence.