Как совершается большой и малый цикл влагооборота на земном шаре физика кратко

Обновлено: 02.07.2024

Вода представляет собой наиболее распространенное химическое соединение на поверхности земного шара. Этому соединению принадлежит несколько уникальных свойств: очень большая удельная теплоемкость, максимум плотности при температуре +4°С, уменьшение плотности при переходе в твердую фазу (лед), очень высокая растворяющая способность. Перечисленные свойства вместе с некоторыми другими аномалиями воды обусловлены в конечном счете строением ее молекул – особым расположением в них двух атомов водорода по отношению к атому кислорода. Эти свойства определили огромное значение воды для жизни на Земле и для развития человеческой цивилизации.

В современную геологическую эпоху объем вод мирового океана составляет 1,37 млрд. км 3 , объем вод суши вместе с ледниками равен 84 млн. км 3 , атмосфера содержит в газообразном, капельно-жидком и кристаллическом состояниях 12 млн. км 3 воды.

Между океаном, сушей и атмосферой происходит непрерывный обмен массами воды. Этот обмен, или влагооборот, осуществляется посредством трех процессов: выпадения осадков, испарения и стока воды с суши в океан. Сток с суши делится на: поверхностный и подземный. Поверхностный сток составляет главную часть (около 70%) общего объема стока.

Геологическая эпоха, в которую мы живем, называется голоценом. Она ведет счет времени с конца последнего ледникового периода, т.е. длится лишь около 10 тыс. лет – одно мгновение в долгой истории Земли. С середины голоцена климат земного шара не изменялся в какую-нибудь определенную сторону, хотя и испытывал колебания с периодами в несколько сот лет. Все это время неизменным оставался и уровень океана. Поэтому взятые за многолетний период объемы осадков X, испарения Z и стока Y балансируются.

Уравнения баланса имеют вид:

для поверхности океана

, (1)

для поверхности суши

. (2)

Баланс влаги на земном шаре

Область	Площадь, млн. км 2	Объем, тыс. км 2
осадков	испарения	стока
Океан	+458	-505	+47
Суша	+119	-72	-47
Земной шар	+577	-577	-

Схема влагооборота показана на рис. 1. В табл. 1 приведены средние годовые значения всех составляющих глобального баланса влаги.

Очевидно, вид уравнения (2) имеют и уравнения баланса за многолетний период для отдельных речных бассейнов. Однако если мы хотим составить уравнение баланса за короткий отрезок времени Dt – месяц, год или группу лет, – необходимо учесть, что за этот отрезок времени могли произойти накопление или убыль запасов воды на площади данного бассейна (в расположенных на ней озерах и болотах, в массиве грунта и русловой сети). Уравнение баланса напишется так:

, (3)

где: DV – положительное или отрицательное приращение объема воды на рассматриваемой площади за время Dt.

Рис.1. Схема влагооборота на земном шаре

Заметим, что на суше имеются обширные пространства, сток с которых не попадает в мировой океан. Таковы на территории СССР бассейны Каспийского и Аральского морей, бассейн озера Балхаш. Сток с поверхности этих бассейнов принимается внутренними водоемами, не имеющими связи с океаном, и испаряется с их поверхности, входя в конечном итоге в состав общего испарения с суши.

Гидрологический цикл – это процесс регулярного перемещения жидкости в мировом пространстве, а его изучение позволило понять механизм действия: энергия Солнца воздействует на поверхность земли и океана, влага, нагреваясь, преобразуется в пар, молекулы которого поднимаются в атмосферу и концентрируются в виде облаков. Попадая в зоны с холодной температурой, молекулы конденсируются и выпадают вниз в виде осадков. Так под влиянием солнечной энергии и охлаждения процесс бесконечно повторяется.

Основные элементы

Водооборот обеспечивается десятками различных составляющих, которые в сумме дают нужный результат. От их сочетания зависит тип влагооборота и его интенсивность.

Главные элементы круговорота воды:

осадки (снег, дождь) — выпадают на поверхность земли;
листья растений — задерживают капли воды, которые испаряются, не доходя до почвы;
инфильтрация — влага просачивается вглубь почвы, где проходит естественную фильтрацию;
стоки — способствуют перемещению жидкости по поверхности земли;
подземные стоки — перемещают жидкость в аэрационной зоне;
конденсация — формирует из водяного пара капли жидкости;
испарение — способствует преобразованию влаги в водяной пар;
отложение — обеспечивает переход воды из газообразного состояния в твёрдое;
сублимация — превращает лёд в пар;
адвекция — перемещает молекулы воды из одного слоя атмосферы в другой.

Главные этапы и процессы

Как происходит круговорот воды в природе? Полный гидрологический цикл включает в себя несколько важных этапов:

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

Этапы круговорота иногда сводятся к минимуму:

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

Такой круговорот часто бывает над поверхностью большого водоема, например, океана. Гидрологический цикл кругообразный – это означает, что все этапы постоянно повторяются, обеспечивая таким образом непрерывное движение жидкости в природе.

Для него также характерны следующие процессы:

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

Гидрологический цикл – это сложный процесс, который занимает от нескольких суток до нескольких лет. Океан полностью обновляется за 3200 лет – это значит, что вся вода в нем испаряется и возвращается обратно за тот же срок.

Интересно! Если всю воду, которая ежегодно испаряется, распределить равномерным слоем по всей поверхности Земли, получится слой толщиной в метр!

Гидрологический цикл

Хозяйственное звено круговорота воды

По отношению к речному стоку названные объемы невелики. Однако в наиболее густонаселенных районах Передней и Средней Азии, Африки, в некоторых промышленных регионах России уже существует ощутимый дефицит водных ресурсов, который даже увеличивается. Чтобы его восполнить, прибегают к искусственному территориальному перераспределению стока и мелиорации, что в свою очередь не только создает многочисленные экологические проблемы, но и экономически не всегда оправдано.

Разновидности циклов

Ученые разделяют гидрологический цикл на несколько типов, по их масштабу и территории. Существует 5 основных типов:

Мировой круговорот воды – жидкость из океанов испаряется и выпадает в форме осадков над материковой сушей, а позже с помощью рек и стоков возвращается в океан,
Малый – жидкость с поверхности моря, испарившаяся под действием солнца, возвращается обратно осадками,
Внутриконтинентальный цикл происходит только над сушей,
Геологический цикл осуществляется внутри суши, когда океан сообщается с подземными потоками,
Глобальный –открытый, включающий в себя все типы круговоротов.

Как происходит круговорот воды в природе и каковы особенности каждого цикла. Это уникальное природное явление, благодаря которому все живое на Земле имеет доступ к питательным веществам.

Интересно! За год с поверхности Земли испаряется до 520 000 жидкости и выпадает обратно в виде осадков.

Мировой круговорот в природе

Круговорот воды в природе или влагооборот – это непрерывный замкнутый процесс циркуляции воды на земном шаре, обусловленный поступлением солнечной энергии и действием силы тяжести.

Вода испаряется с поверхности Мирового океана и с суши. Далее водяные пары переносятся воздушными течениями, конденсируются и возвращаются в виде атмосферных осадков в океан (малый, или океанический круговорот) или на сушу, где часть их стекает через реки обратно в океан (большой круговорот). Кроме того, различают местный, или внутриматериковый, круговорот, при котором принимается во внимание вода, испарившаяся с поверхности суши и вновь выпавшая на сушу в виде атмосферных осадков.

Одним из главных факторов благодаря которому существует круговорот воды в природе, является уникальная способность воды быть в естественных природных условиях в трех состояниях — твердом, жидком и парообразном.

Гидрологический цикл

В круговороте воды участвуют все водные ресурсы Земли, за исключением вод, связанных в кристаллических решетках минералов и вод, погребенных в глубинах крупных ледников, но и это исключение лишь временное.

Значение круговорота

Значение круговорота воды в природе для всей нашей планеты трудно переоценить. Круговорот воды в природе объединяет все оболочки Земли, в том числе и конечно в первую очередь объединяет гидросферу. Благодаря круговороту воды переносится большое количество веществ необходимых для поддержания жизни на Земле. Круговорот вод в природе очищает воды Мирового океана. Он влияет и регулирует климат планеты. Благодаря круговороту воды в природе вода попадает практически во все уголки земного шара.

В разных источниках указываются несколько различные значения среднего времени обновления водных ресурсов. К примеру, если океаны обновляются через 3 200 лет, то ледники от 5 до 10 лет. Грунтовые воды, паводок: от 100 до 200 лет, углубленные грунтовые воды до 10 000 лет. Озера от 15 до 17 лет, реки: от 17 до 19 дней. Атмосфера 9 дней, а горные ледники 1600 лет, а ледники полярных стран: 9700 лет. Полное обновление вод Мирового океана составляет примерно через 2 700 лет.

Значение

Почему знать гидрологический цикл и его принципы действия действительно важно? Значение круговорота воды в природе сложно недооценить, потому что он:

является связующим звеном для всей гидросферы,
жизненно важные вещества все время перемещаются по Земле, достигая нужных мест, питают почву, растения и микроорганизмы,
очищает и фильтрует мировой океан,
регулирует климат.

Нерациональное использование воды может привести к нарушению гидрологического цикла и стать причиной возникновения непоправимых последствий для всей Земли и ее жителей.

Значение процесса

Рассказать или кратко описать значение мирового влагооборота трудно. Это связано с большим количеством функций, которые он выполняет.

Без природного водоворота жизнь на планете стала бы невозможной.

Значение циркуляции воды:

обеспечивает связь между различными оболочками Земли (литосфера, атмосфера и другие);
переносит вещества, необходимые для поддержания жизни на всех континентах;
участвует в процессе разделения водоёмов на пресные и солёные;
увеличивает скорость очищения вод Мирового океана;
снабжает жизненно важным ресурсом всю поверхность планеты;
формирует зоны с определённым типом климата;
регулирует уровень и интенсивность речного стока;
питает растения органическими веществами и минералами.

Как объяснить данное понятие детям

Круговорот воды в природе для детей объяснить несложно, используя простые понятия или преподнося все в виде сказки. Можно показать им простой схематический рисунок и рассказать в доступной форме о каждом изображенном процессе:

Вода, которую мы пьем, употребляют также растения с животными, ведь она содержит в себе много полезных веществ,
Вода живет в океане и реках, а также под землей,
Солнце сильно греет океан, и он начинает сердиться. Когда вода в чайнике долго стоит на огне, она тоже сердится и выходит через носик. Так и часть жидкости в океане превращается в пар,
В небе пар чувствует себя одиноко и сбивается в кучки. И получаются облака и тучи, которые летают над землей, гонимые ветром,
Солнышко ночью не греет, поэтому пар перестает сердиться и снова превращается в жидкость, которая выпадает из тучи на землю, где пополняет реки, впадающие в океан,
Все повторяется сначала.

Круговорот воды в природе

Рис. 1. Речная система
Рекой называется постоянный водный поток, движущийся в выработанном им углублении(русле). Река состоит из истока, устья, речной долины, русла и поймы.

Исток –
место в котором река берет свое начало.
Истоком
может быть озеро, болото, ледник в горах.
Устье
– место, в котором река впадает в другой водный объект, например, в озеро, море, или другую реку.
Речная долина
– выточенное водой понижение в грунте, тянущееся от истока до устья.
Русло
– углубление, по которому постоянно течет река.
Пойма
– плоское, затопляемое во время половодья дно речной долины.
В результате постоянного течения реки образуются склоны долины – террасы.

Разницу между высотами точек истока и устья реки принято называть ее падением. Это значение выражается в метрах и обозначается, Н.

Уклон реки – это соотношение величины падения к общей длине реки. Оно обозначается (м/км). Реже – в процентах или промилле.

Поступление воды в реки называется их питанием.

В зависимости от источника питания существуют разные типы.

Если реку питают дождевые осадки, то такой тип называется дождевым, к таким рекам относится Амур, Амазонка. Аналогично.
Если питают тающие снега – снеговое (Обь, Енисей),
Если тающий ледник – ледниковое (Аракс, Риони, Тара, Футалефу, Лоа и другие реки горных регионов).
Если реку питает подземный источник, то тип её питания – подземный (Сырдарья, Амударья).
Существуют реки со смешанным питанием. ( Янцзы).

Болото

Болото – участок ландшафта, с избыточной влагой, покрытый влаголюбивой растительностью. Появляются вследствие зарастания озер.

В зависимости от типа питания болота, болота делятся на верховые низовые.

Верховые болота

питают атмосферные осадки. Например, дожди или снег. Для такого типа болот характерен видовой состав растительности. Причиной этому служит недостаток минералов в почве.

Низовые болота

питают грунтовые или речные воды. Так как грунтовая вода богата минералами, для низовых болот характерна флора, требовательная к пищевым веществам.

Круговорот воды в природе – сложный процесс, сопровождающийся изменением агрегатного состояния воды, перемещением ее между экосистемами. Каждый год с поверхности планеты испаряется объем воды, составляющий 500×10 в 3 степени км 3 . Этот же объем в виде жидких и твердых осадков возвращается на Землю. Такая непрерывная циркуляция обеспечивает существование жизни на планете.

Что такое круговорот воды?

Круговорот воды на Земле – природный процесс, представляющий собой беспрерывный водный обмен между атмосферой, литосферой и Мировым океаном. В процессе этого обмена водная масса меняет агрегатное состояние: из жидкой или твердой превращается в газообразную, и обратно. Она в ходе своего перемещения забирает и переносит огромное количество органических соединений и минеральных элементов, необходимых для поддержания жизни на планете.

Наибольший объем водной массы сосредоточен в океанах (97,5%), поэтому большая часть природной жидкости имеет в составе соли. Остальные 2,5% – пресные источники, из них:

ледники и вечные снега – 68,9%;
грунтовые воды (включая влагу в почвах болотистых местностей и зон вечной мерзлоты) – 30,8%;
реки и озера – 0,3%.

Вода пребывает в беспрерывном движении, причем ее объем на планете – величина постоянная. Однако нахождение ее в различных агрегатных состояниях меняется в течение истории Земли. Много веков назад водных источников на планете было гораздо меньше, поскольку основная водная масса была сосредоточена в ледниках. Еще 20 тысячелетий назад по ледниковому покрову, разделявшему Берингов пролив, из Аляски можно было свободно перебраться в Азию.

Как происходит круговорот воды?

Процесс сложный, состоит из нескольких этапов. Движущий фактор – солнечное излучение.

В теплый сезон нагретая Солнцем вода принимает газообразное состояние – становится паром. Из испаряющейся водной массы отфильтровываются соли. То есть накапливающийся в атмосфере пар является пресным. По мере поднятия в атмосферные слои пар сталкивается с холодными воздушными потоками, в результате формируются облака. Выпадающие из них осадки наполняют океан.

То есть этапы круговорота воды, если говорить упрощенно, следующие:

испарение;
концентрирование в атмосфере;
выпадение в виде осадков.

Такой процесс наблюдается обычно над океанической поверхностью. Но он сложнее, если облака скапливаются над сушей, и осадки проливаются не в океан, а на земную поверхность. Сточные воды, наполняющие поверхностные и подземные источники, проходят длительный путь к океану. В процессе движения происходит процесс, обратный опреснению пара в атмосфере: реки и подземные водотоки забирают с грунта минеральные частицы, выносят их в моря и океаны. Там вода испаряется, а соли остаются. Так реки поддерживают соленость Мирового океана.

Планетарная циркуляция воды включает несколько процессов, являющихся ее звеньями. Следует подробнее рассмотреть схему мирового круговорота воды:

Испарение – начальное звено круговорота. Нагреваемая солнечным излучением вода переходит из жидкого состояния в газообразное. Пар поднимается в атмосферные слои. Этот процесс происходит на планете непрерывно в разных масштабах: пар образуется над реками, озерами, морями, над всеми водными источниками, даже в результате выделения пота живыми организмами.
Конденсация – 2 этап. Происходит в высоких атмосферных слоях, в результате пар снова обретает жидкое состояние. Частицы пара, столкнувшись с холодными воздушными потоками, рассеивают тепло, формируют водяные капли. Так образуются облака, а также туман.
Осадки – 3 этап. Водяные капли, формирующие облака, постепенно сливаются друг с другом, тяжелеют. Когда достигают определенного размера, выпадают на землю твердыми или жидкими осадками. Из-за высокой скорости падения осадки, приближаясь к земной поверхности, не успевают испаряться. В результате становятся возможными снег, дождь, град.
Стоки в океан – 4 этап. Выпавшие на землю осадки распределяются. Часть впитывается в почву, становится питанием для растительных организмов. Другая часть попадает реки и прочие природные стоки, устремляется обратно в океан.

Основными элементами круговорота воды являются:

осадки – выпадение атмосферной влаги на земную поверхность;
перехват осадков растительностью – испарение выпавшей влаги с растений, без насыщения почвы и пополнения водных источников;
стоки – объекты перемещения воды по земной поверхности;
инфильтрация – просачивание воды в почву с сопутствующей фильтрацией;
подземные стоки – потоки под землей, находящиеся в аэрационной зоне;
испарение – переход воды из жидкого в газообразное состояние;
сублимация – переход из твердого в газообразное состояние;
отложение – переход из газообразного в твердое состояние;
адвекция – горизонтальное движение молекул в любом агрегатном состоянии в атмосферных слоях;
конденсация – формирование облачности;
испарение – образование пара под влиянием солнечного тепла, движение его с земной поверхности в атмосферу;
просачивание – опускание влаги в почву под гравитационным воздействием.

Жидкость, постоянно меняясь, выделяет и поглощает энергию. Живые организмы, в том числе люди, тоже участвуют в круговороте воды, употребляя и выделяя ее, используя для своих нужд. Влияние человека на процесс усиливается, причем имеет преимущественно негативный характер. Круговорот нарушается промышленным использованием воды, сооружением водохранилищ и плотин, осушением болот, введением оросительных систем.

В верхних грунтовых слоях корневая система растений всасывает часть воды, необходимой для метаболизма. Незначительное количество накопившейся в растительных тканях жидкости переходит в организм растительноядных животных и человека. Но большая часть жидкости участвует в процессе транспирации: поступает из почвы в корни, перемещается по каналам в тканях растения, испаряется через листья.

Часть воды, не поглощенная растениями, поступает дальше в почвенные слои, становится частью системы грунтовых вод, протекающих сквозь песок, гравий и прочие слагающие породы. На грунтовые источники приходится значимая часть запасов пресных вод на планете. Грунтовый источник рано или поздно соединяется с реками, озерами, другими поверхностными водными объектами. Незначительная часть грунтовых вод опускается в глубоко лежащие минеральные породы, где замуровывается на тысячи лет.

Движется природная вода с неодинаковой скоростью. Поверхностные водные массы перемещаются быстро, а подземные, находящиеся в зоне вечной мерзлоты и в глубинных океанических слоях – медленно. Период полной смены воды в разных природных объектах следующий:

в живых организмах – около недели;
в атмосфере – полторы недели;
в реках – 2 недели;
в грунтовых слоях – от месяца до года;
в болотах – от года до 10 лет;
в озерах и прочих водоемах – около 10 лет;
в морях и океанах – 4 тысячи лет;
в пещерах и прочих подземных резервуарах – до 10 тысяч лет;
в ледниках и зонах вечной мерзлоты – несколько тысяч лет.

Виды круговорота воды

Различают следующие типы процесса:

Большой круговорот воды в природе. Испаряющаяся с океанической поверхности влага устремляется в атмосферу, с ветрами переносится к суше, выпадает осадками. Накопившаяся в реках и грунтовых слоях жидкость отправляется обратно в океаны.
Малый. Пар, поднимающийся над океаном, не переносится к суше, выпадает осадками над океанической поверхностью.
Внутриконтинентальный. Все звенья происходят над сушей. Испарившаяся с земной поверхности влага выпадает осадками на землю.
Геологический. Подразумевает беспрерывный взаимный обмен водами между океанами, сушей и литосферой. Отмечается обычно в области тектонических трещин, находящихся на стыке литосферных плит.
Глобальный круговорот воды – незамкнутый процесс. Через тектонические трещины из глубин планеты идет приток жидкости в гидросферу. Ежегодное прибавление составляет 0,25 км 3 . В то же время часть молекул водяного пара, скапливающегося в атмосфере, под влиянием солнечного излучения устремляется в космос, расщепившись на кислород и водород.

Значение круговорота воды в природе

Круговорот воды – один из самых значимых природных процессов, он связывает все планетарные оболочки, позволяет им полноценно функционировать. Без распределения воды по земному шару невозможно было бы существование жизни. Благодаря круговороту воды в биосфере переносятся важные для живых организмов минеральные элементы и органические вещества, формируются оптимальные климатические условия.

Роль циркуляции воды на планете заключается в:

объединении в единую систему гидросферы, литосферы, биосферы, атмосферы;
делении объектов гидросферы на пресные и соленые, подходящие для жизнедеятельности разных видов живых организмов;
переносе на значительные расстояния большого объема веществ, необходимых для поддержания жизни;
очищении Мирового океана;
формировании определенных климатических условий в разных частях планеты;
обеспечении водой практически всех территорий земного шара;
регулировании уровня речного стока при климатических и погодных изменениях;
обеспечении через почву растительных организмов минеральными и органическими элементами.

Научные исследования показывают, что скорость круговорота с каждым годом увеличивается. Это ускорение отрицательно влияет на климатические условия на всей планете. Территории, находящиеся в жарком и сухом климате, становятся еще более засушливыми, а в регионах с влажным климатом растет количество осадков.

Одним из главных факторов благодаря которому существует круговорот воды в природе, является уникальная способность воды быть в естественных природных условиях в трех состояниях - твердом, жидком и парообразном.

Гидрологический цикл

Значение круговорота

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 водных ресурсов представляет сейчас главную опасность, гораздо большую, чем угроза физической нехватки воды.

Читайте также: