Большой круговорот воды. Значение круговорота воды в природе

Вода во время круговорота может быть в трех состояниях : твердом, жидком и газообразном. Она переносит огромное количество веществ, необходимых для жизни на Земле.

В процессе круговорота воды в природе происходит постепенное обновление вод во всех частях географической оболочки:

• обновляются за сотни, тысячи и миллионы лет,
• - за несколько тысяч лет (в - за десятки миллионов лет),
• - за 2,5-3 тыс. лет,
• замкнутые бессточные озера - за 200-300 лет,
• проточные озера - за несколько лет,
• - за 12-15 суток,
• водяной пар атмосферы - за 8 суток,
• вода в организмах - за несколько часов.

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 и называют круговоротом воды в природе.

Существенную роль в круговороте воды в природе с недавних пор стала играть деятельность человека . Уничтожение лесов, осушение и орошение земель, создание водохранилищ и плотин, расходование воды на хозяйственные нужды - все это в значительной мере 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, возросло испарение. Часть воды, которую потребляет человек для производства какой-либо продукции, может надолго выпадать из круговорота воды , поэтому ее называют «безвозвратно изъятой»: хотя ее возвращение и может произойти, но с большой задержкой во времени и на совершенно другой территории. Другой проблемой является загрязнение большого объема вод в результате хозяйственной деятельности человека. Именно угроза загрязнения водных масс представляет сейчас главную опасность, гораздо большую, чем угроза физической нехватки воды. Загрязненная вода, поступающая в ходе круговорота воды в Мировой океан ведет к гибели живых организмов и нарушению биологического равновесия.

Основная жидкость планеты

Вода - важнейшая составляющая жизни любого биологического организма на Земле. Потому важно изучать, наблюдать и следить за количеством, качеством и состоянием водного ресурса планеты. Основные запасы этой живительной влаги сосредоточены в мировом океане. И уже испаряясь оттуда, влага питает Землю, благодаря процессу, называемому круговоротом воды в природе. Вода - очень подвижное вещество и легко переходит из одного своего состояния в другое. И, благодаря этому, может легко достигать самых отдаленных от источника уголков. Как же происходит этот процесс?

Как и почему происходит циркуляция воды?

Под действием тепла, излучаемого Солнцем, вода постоянно испаряется с поверхности океана, переходя в газообразное состояние. Вместе с потоками теплого воздуха пар поднимается вверх, образуя облака. Они легко уносятся ветром от первоначального места испарения. Постепенно захватывая на своем пути все новые испарения, тучи остывают на пути вверх. В какой-то момент наступает следующий этап - конденсация. Она возможна, когда воздух приходит в состояние насыщения (100% влажность) водяными парами. Обычно это случается при достаточном охлаждении. Известно, что максимальное количество пара, которое может удерживаться в воздухе, пропорционально его температуре, поэтому в определенный момент охлаждения наступает насыщение облака паром, что ведет к переходу воды в следующее - жидкое или кристаллообразное - состояние. И если облако в этот момент находится все еще над океаном, то влага возвращается туда, откуда пришла. Так завершился один малый круговорот воды в природе. Этот процесс не замирает ни на минуту. Вода над мировым океаном постоянно циркулирует.

Как вода циркулирует над сушей

Не вся влага выпадает обратно в океан. Большое количество пара вместе с пассатами и муссонами относится вглубь материков, выпадая по мере движения в виде осадков на Землю. Часть этой влаги задерживается в верхних слоях почвы, питая растения, другая часть стекает к ручейкам и рекам, чтобы, добравшись до морей и океанов, снова испариться и попасть в следующий круговорот воды в природе. Совсем небольшая доля выпавших осадков просочится сквозь почву вглубь, и, достигнув водонепроницаемого слоя (глины, скальных пород), будет стекать по этому склону. Часть подземных вод снова найдет выход на поверхность, образуя ключи с кристально чистой водой, чтобы позже влиться в реки и снова испариться для следующего цикла. А другая их часть по трещинам и расщелинам будет дальше просачиваться в недра Земли, пока не достигнет слоев с высокой температурой, где снова превратится в пар, чтобы опять завертеться в подземном круговороте или вырваться на поверхность термальным источником.

Маршруты воды в природе

Ежегодно в воздух испаряется порядка четырехсот тысяч кубических километров воды, и только одна пятая их приходится на сушу, площадь которой в три раза меньше поверхности мирового океана. Вода испаряется с поверхности суши не только почвой, но и растительностью: каждым листочком на дереве и каждой травинкой на Земле. Проследить за всеми возможными путешествиями воды крайне сложно. Но смоделировать сильно упрощенный вариант, демонстрирующий круговорот воды в природе для детей, вполне реально даже у себя в квартире.

Опыт, демонстрирующий испарение и конденсацию влаги

Чтобы продемонстрировать первый этап круговорота - испарение воды с поверхности водоемов под действием солнечных лучей - достаточно будет взять стакан, наполненный до половины водой, поместить его в пластиковый герметично закрывающийся пакет и прикрепить это скотчем, к оконному стеклу в солнечный день. Через некоторое время (зависит от температуры в комнате и интенсивности солнечного света) вы увидите, что стенки пакета запотели, а еще через время, на них образуются капельки воды.

Демонстрационная модель полного цикла круговорота воды

Более сложную модель можно собрать, используя емкость, частично заполненную подкрашенной синим красителем водой (имитация мирового океана), прозрачный, можно перфорированный, пакет, заполненный песком в достаточном количестве, чтобы поднимался над водой более чем наполовину (суша). Всю конструкцию максимально плотно закрыть полиэтиленовой пленкой и закрепить. Над «сушей» поставить небольшую емкость со льдом (лед создаст необходимый для опыта холод в верхних слоях "атмосферы"), над "океаном" поместите настольную лампу (Солнце), которая будет излучать тепло. Включив ее, через некоторое время получим на пленке, над сушей, в холодном месте конденсат влаги, которая чуть позже каплями выпадет на сушу. И если пакет с перфорацией, то можно увидеть, как влага, просачиваясь сквозь песок, стекает все ниже к океану.

Что нам остается делать

Круговорот воды в биосфере - очень важный процесс для всей планеты. Нарушение или выпадение хотя бы одного звена приведет к глобальным и, весьма вероятно, непоправимым последствиям для всех. Австралийские и американские ученые на основании своих наблюдений за погодой, охвативших 50 лет, пришли к заключению, что круговорот воды в природе из-за глобального потепления стал ускоряться. А это, в свою очередь, приведет к тому, что засушливые районы станут еще суше, а там, где и сейчас климат дождливый, будет выпадать еще больше осадков. Все это доказывает одно: человечеству стоит серьезнее относиться к своей деятельности, которая неразрывно связана с природой.

Является основой существования жизни на Земле. Без воды жизнь невозможна в принципе, потому что при ее участии протекают все органические химические реакции. Поэтому все живое постоянно нуждается в чистой воде. А результатом большинства реакций становится вода грязная. Откуда же природа поставляет нескончаемые запасы чистой воды? Для этого и существует круговорот воды в природе.

Гидрологический цикл (а именно так по-научному называется круговорот воды в природе) – это непрерывное движение воды из гидросферы и с земной поверхности в атмосферу, и обратно. Движение обеспечивается четырьмя процессами: испарением, конденсацией, выпадением осадков и стоком вод. Выпавшие осадки частично снова испаряются и конденсируются, частично пополняют водоемы (или создают новые), а частично уходят под землю, образуя грунтовые воды.

Существует Большой круговорот воды в природе и еще два малых – океанический и континентальный. Большой круговорот воды в природе иначе называют Мировым. Над океаном собираются осадки, ветры несут их на континенты, там они выпадают и со стоком вновь возвращаются в океан. Так природа превращает соленую воду в пресную. Малый океанический круговорот происходит над океаном – он заключается в непрерывном испарении воды, конденсации, образовании осадков и выпадении их обратно в океан. Континентальный круговорот воды происходит точно так же, только над поверхностью суши. Кстати, океан теряет в процессе круговорота больше воды, нежели получает с осадками. А на суше ситуация обратная – воды выпадает намного больше, чем испаряется. Вся вода, когда-либо выпавшая на сушу в виде осадков, рано или поздно вернется в океан.

Как известно, наша Земля на три четверти покрыта водой. И большая часть этой воды – соленая. Существует три агрегатных состояния, в которых может находиться вода: жидкое, твердое и газообразное. От того, в каком из состояний пребывает вода, зависит скорость ее движения, а, следовательно, время, через которое совершается круговорот воды в природе. Пар быстро переносится ветром, конденсируется и выпадает в виде осадков. Вода, чтобы проделать этот путь, должна сначала испариться. А лед – еще и растаять.

Поэтому круговорот воды в природе в разных местах происходит с разной скоростью. Быстрее всего вода обновляется внутри живых организмов. Чтобы восстановить запас чистой воды внутри себя, человеку понадобится всего несколько часов. Печень и почки оперативно справляются с этой задачей. Поэтому можно сказать, что самый быстрый круговорот воды в природе происходит внутри ее ходящий, летающих и плавающих составляющих. А вот ледники полярных стран полностью обновляются лишь один раз в 9700 лет. Вода, содержащаяся в почве, очищается каждый год, а та, что в облаках – раз в восемь дней. Горный ледник полностью обновит свой состав за 1600 лет. Весь Мировой океан способен полностью очиститься за 2700 лет. Это очень долго. Поэтому следует понимать – чем больше мы загрязняем воду промышленными стоками, тем скорее рискуем столкнуться с тотальным дефицитом чистой пресной воды. Круговорот воды в природе сам не может справиться с темпами загрязнения планеты.

В природе, также известный как гидрологический цикл, описывает непрерывное движение воды на поверхности Земли, а также над и под ней. Хотя баланс воды на Земле остается практически неизменным с течением времени, отдельные молекулы воды могут приходить в атмосферу и уходить из нее. Вода перемещается, например, из реки в океан или из океана в атмосферу, с помощью таких физических процессов, как испарение, конденсация, осадки, инфильтрация, сток, а также с помощью подземных течений. При этом вода проходит через различные фазы: жидкую, твердую (лед) и газообразную (пар).

Круговорот воды в природе включает в себя теплообмен, что приводит к температурным изменениям. Например, когда вода испаряется, она вбирает тепло из окружающей среды и охлаждает ее. Когда она конденсируется, то отдает тепло и нагревает окружающую среду. Этот теплообмен влияет на климат. Круговорот воды в природе также связан с геологическими процессами на Земле (эрозия и седиментация). И, наконец, благодаря ему поддерживается жизнь и на Земле.

Описание

Круговорот воды в природе для детей начинают описывать еще в начальных классах, поэтому каждый знает, что солнце, благодаря которому он происходит, нагревает воду в океанах и морях. Вода испаряется и в виде пара поступает в воздух. Лед и снег могут сублимировать непосредственно в водяной пар, минуя жидкую фазу. Также происходит испарение воды из растений и почвы.

Воздуха поднимают пар в атмосферу, где низкие температуры заставляют его конденсироваться в облака. Воздушные потоки переносят по всему миру, облака сталкиваются, растут и вода выпадает из верхних слоев атмосферы в Часть из них может накапливаться в виде ледяных шапок и ледников, которые сохраняют замороженную воду в течение тысяч лет. Большая часть воды попадает обратно в океаны или на сушу в виде дождя, образующего поверхностный сток. Часть стока попадает в реки, а оттуда - в моря и океаны. Ливневые и грунтовые воды частично собираются в пресноводных озерах. Однако большая часть впитывается в землю и инфильтруется: проникает глубоко в землю и пополняет водоносные горизонты, которые являются резервуарами Такие горизонты могут располагаться близко к поверхности, и вода может просочиться обратно - так образуются родники. Однако с течением времени вода возвращается в океан, откуда все началось.

Процессы, благодаря которым происходит круговорот воды в природе:

Осадки

Большинство осадков выпадает в виде дождя. Другие виды: снег, град, туман, крупа и мокрый снег. В год выпадает около 505000 км³ воды в виде осадков.

Перехват осадков

Осадки, которые были перехвачены листвой растений, в конечном итоге испаряются обратно в атмосферу, а не попадают на землю.

Талая вода

Сток от таяния снега.

Сток

Различные способы, с помощью которых вода движется по земле. Это может быть как поверхностный сток, так и подземный. Вода может просачиваться в землю, испаряться в воздух, храниться в озерах и водохранилищах или использоваться для сельскохозяйственных и других целей.

Инфильтрация

Просачивание воды с поверхности в землю.

Подземные потоки

Поток воды под землей, в зоне аэрации и водоносных горизонтов. Подземные воды могут вернуться на поверхность или в конце концов просочиться в океан. Подземные воды имеет тенденцию двигаться медленно и пополняться медленно, так что они могут оставаться в водоносных горизонтах в течение тысяч лет.

Испарение

Превращение воды из жидкого состояния в газообразное, при котором она перемещается с поверхности земли или водоемов в атмосферу. Источником энергии для испарения прежде всего является солнечное излучение. Общее количество испарения - около 505000 км³ воды в год.

Сублимация

Переход непосредственно из твердой фазы (снега или льда) в водяной пар.

Отложение

Это превращение водяного пара непосредственно в лед.

Адвекция

Движение воды - в твердом, жидком или газообразном состоянии - через атмосферу.

Конденсация

Превращение водяных паров в жидкие капли воды в воздухе, формирование облаков и тумана.

Испарение

Выход водяных паров из растений и почвы в воздух.

Просачивание

Поток воды горизонтально сквозь почву и горные породы под действием гравитации.

Круговорот воды в природе происходит благодаря солнечной энергии. 86% глобального испарения происходит с поверхности океана.

Круговорот воды в биосфере - это биогеохимический цикл, т.к. стоки несут ответственность почти за все перемещения эродированных осадков и фосфора от земли к водоемам.

Вода – одна из основ появления органической жизни во Вселенной. Это один из важных элементов на нашей планете. Вода играет немаловажную роль в развитии человека, являясь основой его жизнедеятельности. В школе на уроках естествознания нам рассказывали о круговороте воды на планете.

Схема этого процесса очень проста (Рис. 1). Вода испаряется с поверхности океанов и суши, молекулы пара поднимаются вверх, там вода конденсируется в виде облаков и выпадает в виде осадков на землю. В горах снег тает и образуются ручейки, которые сливаясь вместе создают реку… Задумывались ли вы над тем сколько должно постоянно таять снега в горах, а ведь там снег лежит круглогодично и не тает, чтобы поддерживать течение даже одной реки?

Рис. 1. Схема круговорота воды в природе

Приведённая выше схема даёт правильное объяснение только некоторым природным явлениям и далека от реальных процессов, происходящих с водой на планете. Эта схема не объясняет почему образуются облака зимой, при 30 градусном морозе вода испаряться не может. Нам говорят, что на середину континента облака приносит с морей и океанов ветер, но в безветренную погоду облака так же образуются над сушей. Эта схема не может объяснить разницу между суммарным количеством осадков и количеством испаряющейся воды. Ещё большей загадкой служит количество воды, переносимой реками.

Учёные подсчитали количество воды на планете – 1 386 000 млрд. литров. Однако такая огромная цифра только путает, ведь оценка осадков, пара в атмосфере, годовых стоков вод производится в разных единицах измерения. Поэтому многие не могут связать очевидные вещи в единое целое. Мы попробуем провести анализ цифр в привычных всем единицах измерения жидкости – литрах.

Если брать во внимание всю планету, то за год выпадает в среднем примерно 1000 миллиметров осадков . В метеорологии один миллиметр осадков эквивалентен одному литру воды на квадратный метр.

Площадь поверхности Земли примерно 510 072 000 квадратных километров. Значит осадков выпадает примерно 510 072 млрд. литров над всей площадью. Это составляет треть от всех водных запасов планеты.

Исходя из основ круговорота воды в природе должно испаряться воды столько же сколько выпадает осадков. Однако, испарения с поверхности океанов составляют по разным данным примерно 355 млрд. литров в год. Выпадает осадков на несколько порядков больше нежели испаряется с водной поверхности. Парадокс!

При таком круговороте планету должно затопить уже давно. Возникает и другой вопрос – откуда берётся лишняя вода? Изучив справочные материалы, можно найти ответ – вода содержится в огромном количестве в атмосфере. Это 12 700 000 млрд. кг водяного пара .

Литр воды при испарении даёт килограмм пара, то есть в парообразном виде 12 700 000 млрд. литров распределено в атмосфере. Казалось бы, найдено недостающее звено, но снова имеем противоречие. Наличие воды в атмосфере величина приблизительно постоянная и если бы вода безвозвратно проливалась на землю в таком количестве из атмосферы, то за несколько лет на планете жизнь стала бы невозможной.

Подсчёт расхода воды в реках так же даёт противоречивые данные. Например, по данным Википедии со ссылкой на официальные источники объём падающей воды только одного Ниагарского водопада составляет 5700 кубических метров в секунду. В пересчёте на литры это составит 179 755 млрд. литров в год.

Но отвлечёмся от расчётов, чтобы полюбоваться красотами Венесуэлы. Как видно на (Рис.2) вершина горы представляет собой плоское плато, где нет снега или озёр для достаточного поддержания водопадов. Тем не менее у подножия этой горы берут свои начала реки бассейнов Амазонки, Ориноко и Эссекибо.

И объяснить наличие истока водопадов на горе Рорайма согласно школьной схеме круговорота воды в природе невозможно.

Рис. 2. Фото водопада Кукенана, Гора Рорайма, парк Канаима, Венесуэла, Бразилия и Гайана.

Из истории науки известно, что ещё В.И. Вернадский предполагал наличие газового обмена между Землёй и космосом. Вернадский предполагал, что в земной коре происходит распад одних и синтез других веществ. В 1911 году он выступил с докладом "О газовом обмене земной коры" в Петербурге на Втором Менделеевском съезде. Сейчас это считается научным фактом.

Намного позже ирландские, канадские и китайские геофизики смоделировали условия, которые характерны для недр Земли и показали, что вода возникла в результате её синтеза в недрах планеты. Материалы исследований были опубликованы в журнале Earth and Planetary Science Letters .

Привычную нам росу можно встретить только утром на траве, но земледельцам хорошо известно, что существует подземная роса, а также дневная, осаждающаяся внутри пашни. Так Овсинский И.Е. в своей книге «Новая система земледелия» рассказывает об этих явлениях. Подтверждением синтеза воды в природе стали случаи «ледяного цунами» (Рис. 3), снятые на видео в 2013 году в штате Миннесота США и в Канаде. Снег синтезировался весной в мае, и такие случаи не единичны.

Рис. 3 Фото ледяного цунами 2013 год, штат Миннесота, США. Источник: www.wptv.com

Учёными установлен факт, что при своём движении в космосе Земля теряет часть вещества атмосферы. Тем не менее атмосфера у планеты остаётся, а это означает, что потерянное вещество восстанавливается. Это верно и для других веществ образующих нашу планету.

Такими фактами синтеза веществ, стало восстановление нефти в выработанных скважинах. Оказалось, что в давно открытых месторождениях добыто 150% нефти от ранее подсчитанных запасов. И таких мест оказалось очень много: граница Грузии и Азербайджана (два месторождения, дающие нефть более 100 лет), Карпаты, Южная Америка и др. Месторождение «Белый тигр» во Вьетнаме выдаёт нефть из толщи фундаментальных пород, где нефти быть не должно.

В России Ромашкинское нефтяное месторождение, открытое более 70 лет назад, входит в десятку супергигантских по международной классификации. Оно считалось выработанным на 80%, но каждый год запасы в нём пополняются на 1,5–2 млн. тонн. По новым расчётам, нефть можно будет добывать до 2200 года и это не предел.

На Старых промыслах Грозного первая скважина была пробурена в конце 19 века, а к середине прошлого выкачано 100 млн. тонн нефти. Позднее месторождение сочли истощённым, а спустя 50 лет запасы стали восстанавливаться .

Исходя из этих фактов можно сделать вывод, что синтез элементов на планете не является чудом или аномалией – это закономерное явление. Вода синтезируется при определённых условиях и в определённых областях неоднородности нашей планеты. Круговорот воды в природе несомненно существует, но это процесс преобразования материи, который связан с процессом возникновения нашей планеты Земля.

Для понимания почему происходит синтез веществ на планете, необходимо знать, как сформировалась наша планета. Ответ на эти вопросы мы находим в книгах русского учёного .

Наша вселенная образована семью первичными материями, обладающими конкретными свойствами и качествами. Сливаясь друг с другом первичные материи образуют гибридные формы материй. Из них образуются вещества нашей планеты.

Слияние первичных материй возможно только при определённых условиях. Таким условием является изменение мерности пространства.

Мерность – это квантование (разделение) пространства в соответствии со свойствами и качествами первичных материй. Изменение мерности достаточное для образования гибридных форм (вещества) возникает при взрыве сверхновой звезды. При этом от эпицентра взрыва распространяются концентрические волны возмущения мерности пространства, которые создают зоны неоднородности пространства, в которых формируются планеты. Подробнее об образовании планетарных систем можно прочитать в .

Когда в эти зоны попадают первичные материи, они начинают сливаться и образовывать гибридные формы материи, в том числе и физически плотное вещество. Этот процесс будет продолжаться до тех пор, пока вся зона неоднородности не заполнится. В результате процесса синтеза вещества происходит постепенное восстановление мерности в зоне неоднородности до уровня, который был до взрыва сверхновой звезды.

В результате процесса синтеза физически плотного вещества и других гибридных форм из первичных материй, в зоне неоднородности мерности образуются шесть материальных сфер, которые вложены друг в друга. Эти сферы созданы из гибридных форм первичных материй, различаются количеством первичных материй, входящих в состав каждой из этих шести сфер. Именно такую структуру имеет наша планета Земля (Рис. 4.)

Физически плотная сфера (1 ) Земли, состоит из 7 первичных материй, вещество этой сферы имеет четыре агрегатных состояния - твёрдое, жидкое, газообразное и плазменное. Разные агрегатные состояния возникают, как результат колебания мерности на небольшую величину.

Рис. 4. Планета Земля в зоне неоднородности пространства. (Источник: Левашов Н.В. Сущность и Разум. Том 1. 1999. Гава 1. Качественная структура планеты Земля. Рис. 6.)

Каждое вещество имеет свой уровень мерности, в котором данное вещество устойчиво и распределяется согласно перепаду мерности от центра образования планеты. Тяжёлые элементы имеют максимальную, а лёгкие элементы – минимальную мерность внутри зоны неоднородности.

Вода образована синтезом лёгких элементов – кислорода и водорода и представляет собой жидкий кристалл. Атмосфера на 20% состоит из кислорода. Водород самый лёгкий среди газов, однако в атмосфере его количество незначительное – 0,000055% . Тем не менее на нашей планете идут дожди – молекулы воды из газообразного состояния (пар в атмосфере) переходят в жидкое (Рис. 5).

Если колебания мерности произошли на уровне границы твёрдого вещества и атмосферы, выпадает роса, если на уровне облачности, процесс каплеобразования приобретает цепной характер, идёт дождь. Атмосфера теряет своё вещество. Неоднородность пространства остаётся некомпенсированной. После завершения формирования планеты, создавшие её формы материи продолжают своё движение через нашу планетарную неоднородность уже не сливаясь друг с другом. Но при возникновении соответствующих условий первичные материи вновь образуют вещество. Вода в виде пара в атмосфере восстанавливается.

Многие учёные склоняются к теории о том, что водород и другие газы поступают из недр Земли . Это предположил ещё в 1902 г. Э. Зюсс. Он считал, что вода связана с магматическими очагами, откуда она в составе газообразных продуктов выделяется в верхние участки земной коры .

Условия, достаточные для синтеза сложных молекул возникают в недрах планеты, так как первичные материи, проходя через планетарную неоднородность, увлекают за собой лёгкие элементы, синтез которых возможен в пределах всей неоднородности. В состав магмы действительно входит вода в виде пара, а ещё магма содержит в себе практически все элементы таблицы Менделеева.

Стремясь занять свой уровень мерности, молекулы водорода и кислорода попадают в зоны неоднородности, где возможен синтез воды. Пар, поднимаясь из недр, достигает границ твёрдой поверхности, где из-за незначительных перепадов мерности молекулы воды из газообразного состояния переходят в жидкое. Так образуются реки.

Границы диапазонов устойчивости вещества являются уровнями разделения между атмосферой, океанами и твёрдой поверхностью планеты. Граница устойчивости кристаллической структуры планеты повторяет форму неоднородности, поэтому поверхность твёрдой коры имеет впадины и выступы.

Рис. 5. Распределение веществ на планете.