§ 33. вода на земле. круговорот воды в природе

Река

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.

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

Ледники

Ледник – участок, покрытый замерзшей водой атмосферного происхождения. Образуются в местах, где скорость выпадения снега больше, чем скорость его таяния. Снеговая линия – линия, выше которой лежит нетающий снег. Для экваториальных и тропический широт, выше, чем в Арктике и Антарктиде. Ледники бывают нескольких видов:

• Покровные. Покрывают земную поверхность независимо от изгибов рельефа. Движение льда происходит от центра к окраинам. Такой ледник имеет огромную мощность.Ледники Антарктиды, о. Гренландия
• Горные. Покрывают участки гор над снеговой линией. Движение льда происходит по уклону долины. – Ледник вкл. Килиманджаро
• Многолетняя мерзлота. Толщи мерзлых, горных пород, которые не таят на протяжении долгого времени. 

Воздействие на гидросферу

Человек оказывает двоякое негативное влияние на гидросферу:

1. Нарушая баланс круговорота (например, меняя потребление или испарение путём создания водохранилищ или использования в сельскохозяйственных нуждах)
2. Загрязняя водные ресурсы (сбрасывая в гидросферу промышленные, бытовые и сельскохозяйственные отходы, в том числе, с дождевыми стоками и осадками).

До определённой степени загрязнения гидросфере присуще самоочищение, обусловленное деятельностью ихтиофауны (начиная с простейших микроорганизмов, перерабатывающих часть загрязняющих веществ, и заканчивая высшими хищниками, которые в итоге поглощают эти вещества, перемещающихся вверх по пищевой цепочке).

В очистке водоёмов большую роль играют растения, поглощая значительную долю избыточных микроэлементов и предотвращая эвтрофикацию (зарастание поверхности). В то же время повышенная кислотность, загрязнение тяжёлыми металлами и органическими соединениями угнетают флору и фауну, снижая способность водоёмов к самоочищению.

Таким образом, природные воды могут выступать как в качестве индикаторов, так и в качестве интеграторов процессов, происходящих в речных бассейнах.

При этом в связи с ростом населения планеты параллельно растёт уровень загрязнения водоёмов и спрос на чистую пресную воду, поскольку 80% заболеваний в мире обусловлено низким качеством воды (по данным ВОЗ).

Виды явления

Все составляющие водообмена на планете объединяются глобальным или большим кругооборотом воды. Он обеспечивает поступление воды буквально в каждую частичку земного шара и ее непрерывное обновление, т. е. полную смену за фиксированный отрезок времени. Этот параметр варьируется от 12 дней у рек до 10 тыс. лет у полярных ледников. Быстрее всего процесс происходит в живых организмах, например, в организме человека полный водообмен совершается за 8 часов.

Цикл большого круга не замкнут, так как часть жидкости теряется навсегда в верхних слоях атмосферы. Под воздействием солнечных лучей молекулы воды распадаются на водород и кислород и уходят в космос. В то же время объем гидросферы не уменьшается за счет дополнительного притока воды из недр земли через тектонические трещины.

Большой и малый круг

Большой круг разделяется на два малых: океанический и континентальный. Океаны — основные поглотители солнечного тепла и поставщики водяного пара, именно над ними происходит океанический водообмен. На сегодня его объем сопоставим с шестью такими водоемами, как Каспийское море. Количество жидкости в океанах меняется в процессе развития планеты. Остается неизменным только тот факт, что не вся испарившаяся с их поверхности жидкость возвращается.

Часть ее переносится на континенты и выпадает в виде осадков на сушу. Так возникает континентальный круговорот. Его начальный объем зависит от характеристик материка, над которым он происходит. Чем больше размер территории и выше горные массивы, тем больше океанической влаги оседает на континенте. Максимальный размер у водооборота Евразии, минимальный — у Австралии. За время своего существования малый кругооборот менялся, иногда значительно и скачкообразно.

Геологический водообмен

Отдельное явление — геологический круговорот. Он происходит при непрерывном водообмене между сушей, океаном и недрами планеты в зонах тектонических сдвигов, рифтовых трещин и желобов. В одной из таких трещин находится самое глубокое континентальное озеро на земном шаре — Байкал, в нем сосредоточено 50% всех мировых запасов пресной воды. Другая пересекает весь Атлантический океан.

Желоба располагаются в Тихом океане на всем протяжении от Камчатки до Индонезии. В них находится очень горячая жидкость из глубин земли, которая может вступать в реакции с холодными придонными слоями. В результате содержащиеся в воде примеси выпадают в осадок. Он образует конусы высотой в десятки метров. Сильно нагретая вода из глубоководных источников, вырываясь на поверхность, похожа на извержение маленьких вулканов с белым или черным дымом над ними. В итоге жидкость, ушедшая в глубину вместе с горными породами из-за различных геологических процессов, восполняется.

Вечный процесс

Возраст нашей планеты оценивается учеными примерно в 4 миллиарда лет, не меньше. На заре своего развития Земля являла собой довольно пугающее зрелище: огромный раскаленный шар, состоящий из твердых пород.

В это время на всей ее территории происходила активная работа вулканов, что привело к выбросу газов, в том числе и водяных паров, в едва начавшуюся формироваться атмосферу. Этот процесс запустил процесс медленного остывания поверхности планеты, и в какой-то момент Земля охладилась настолько, что образовавшиеся запасы воды начали беспрестанно перемещаться, переходя из твердого состояния в жидкое, из жидкого — в газообразное, и так далее.

Весь водный мировой запас можно поделить на две части:

• Основной водный запас — это моря и океаны, насыщенные солью. Их объем составляет 97% от общего числа.
• Остальные воды — пресные, представляют всего 3%, при этом около 70% от этой части заключены в ледниках. Остальные источники пресной воды — это грунтовые воды, озера и реки, а также атмосферная влага.

Устоявшийся водный баланс обеспечивается непрерывной ее циркуляцией, получившей название мировой круговорот воды. Именно благодаря ему не только сохраняется устойчивое соотношение вод, но и сохраняется ее полный объем на планете.

Как и многие другие глобальные процессы, круговорот имеет гигантские масштабы. Так, каждую секунду на поверхность Земли выпадает около 16 миллионов тонн осадков. Их общий объем равен примерно 300 миллиардам литров жидкости в сутки.

Одновременно с этим такое же количество влаги возвращается в атмосферу за счет испарения. При этом моря и океаны испаряют больше воды, чем получают из осадков — баланс восстанавливается за счет рек, грунтовых и подземных вод. Так природа позаботилась о поддержании водного баланса на планете, который позволяет обеспечивать все организмы жизненно необходимой влагой.

Круговороты в природе

Все живые существа и растения обитают на поверхности планеты или в непосредственной близости от нее. Кроме солнечной энергии, они потребляют небольшое количество природных ресурсов, содержащихся там.

Если бы вода, кислород и другие элементы, жизненно необходимые для всего живого, не возобновлялись постоянно, они бы вскоре полностью исчерпались. Поэтому многие процессы в природе носят характер круговорота. Круговорот — это постоянный обмен элементами между воздухом, водой, землей, растениями и животными.

К важнейшим элементам относятся еще и фосфор, сера и кальций, а также железо и цинк, потребность в которых гораздо меньше. Все эти элементы необходимы для передачи энергии и чрезвычайно важны для роста и обновления всего живого на Земле.

Круговорот воды в природе

Вода — необходимый элемент живой природы. Все живые существа на 75% состоят из воды. Вода постоянно совершает круговорот между морями, атмосферой и сушей, создавая условия, в которых может существовать и развиваться жизнь.

Облака встречаются с массами холодного воздуха — например, над горами. Образуются крупные капли воды, выпадающие на землю дождем и снегом. Часть воды возвращается в моря из рек и ручьев. Водяной пар охлаждается и конденсируется, превращаясь в крошечные капли воды, образующие облака.

Значительные запасы воды накапливаются в озерах л подземных водоносных пластах. Растения и животные также содержат немало воды, которая возвращается. В круговорот после их гибели и разложения. Солнце нагревает сушу, реки, озера и моря, вызывая испарение воды в атмосферу.

Растений получают воду из почвы. Большая часть воды испаряется с их листьев.

Модель круговорота воды в природе

Вы можете сами устроить крошечную модель круговорота воды. Для этого вам потребуются: большой пластмассовый сосуд, банка поменьше и полиэтиленовая пленка. Налейте в сосуд немного воды и поставьте его на солнце, накрыв пленкой. Солнце нагреет воду, она начнет испаряться и, поднимаясь, конденсироваться на прохладной пленке, а затем капать с нее в банку.

Парниковый эффект

Углекислый газ играет в атмосфере очень важную роль: он удерживает солнечные лучи, отраженные от земной поверхности, и нагревает Землю. Это явление называют парниковым эффектом. С тех пор как началась эпоха индустриализации, люди стали сжигать громадное количество топлива.

Это резко увеличило содержание в атмосфере углекислого газа. О будущих последствиях этого процесса и о его влиянии на погодные условия Земли можно только гадать.

Некоторые ученые полагают, что повышение температуры повлечет за собой таяние льдов, а это, в свою очередь, — поднятие уровня океана и затопление прибрежных районов суши, а также крупномасштабные изменения климата и окружающей среды во всем мире.

Чтобы не допустить дальнейшего увеличения в атмосфере углекислого газа, человечество должно активнее переходить на возобновляемые, экологически чистые источники топлива.

Круговорот азота

Всем живым организмам для роста и развития нужен азот. Получают они его самыми разными путями. На долю азота приходится около 78% воздуха, но в газообразном состоянии растения и животные его не усваивают. Чтобы они могли усвоить азот, он должен сначала превратиться в нитриты, а затем в. нитраты.

Круговорот минеральных веществ

Минеральные вещества находятся и на поверхности Земли, и в ее недрах. На поверхность они поднимаются в результате вулканической деятельности. Многие из этих элементов, например фосфор и железо, необходимы для жизнедеятельности растений и животных.

Природное равновесие

Круговороты в природе относительно стабильны. Любые изменения укладываются в определенные рамки, поэтому круговороты, лишь слегка изменяясь, повторяются вновь и вновь — и жизнь на Земле продолжается.

Однако деятельность человека вносит в окружающую среду необратимые изменения и нарушает извечные природные круговороты.

Мы невольно разрушаем хрупкое равновесие в природе, и результаты этого могут оказаться гибельными для всего человечества.

Экосистемы

Кратко, экосистемы — это природные комплексы, образованные средой обитания и совокупностью организмов (биоценозов), живущих в ней. Они являются компонентом, обеспечивающим круговорот веществ в биосфере. Их изучением занимается наука, получившая название экология.

В этой сфере работают люди разных профессий. В настоящее время глобальный круговорот веществ нарушается действиями человека, за счёт разрушающей деятельности антропогенного воздействия.

Экосистемы в процессе своего развития проходят множество биохимических циклов. Причём, если цикл не замкнутый, то одна экосистема со временем может преобразоваться в другую. На эту ситуацию влияет кругооборот веществ в биоценозе.

Рассмотрим, как основан круговорот веществ и превращение энергии в экосистемах различного вида.

Луг

Различная растительность: трава, цветы, растения небольшого размера являются продуцентами. Летающие и ползающие насекомые питаются травой, пыльцой. Этими насекомыми питаются птицы. После их смерти останками занимаются редуценты, и продукты деятельности последних становятся составляющими элементами новых продуцентов, растений. Получается, консументы в экосистеме луга участвуют в круговороте веществ и превращениях органики в неорганическое вещество.

Озеро

Каждое озеро имеет свою экосистему. Продуцентом тут выступает планктон и ряска, которые помимо функции переработки органики наполняют воду кислородом. Консументов или потребителей очень много. Это рыбы, питающиеся растениями, ракообразные, головастики и личинки. За ними идут хищные рыбы и водоплавающие птицы. Рано или поздно часть из них оказываются на дне в виде останков и тут за них берутся мелкие беспозвоночные и бактерии, редуценты. Так как консументов в озерах значительно больше редуцентов, они не могут переработать все останки, оказывающиеся на дне. Получается незамкнутый круговорот веществ и поток энергии в экосистеме. Если кругооборот замкнут не полностью, то условия в экосистеме постепенно меняются. Именно поэтому небольшие озёра со временем превращаются в болота.

Круговорот веществ в экосистеме озера

Круговорот веществ в аквариуме характерен такой же схемой.

Болото

Когда озеро начинает зарастать, у берегов появляется мох — сфагнум. С его появлением начинается круговорот веществ в болоте. Так как сфагнум плавает на поверхности, под ним образуется очень холодный слой воды без кислорода, в котором не могут существовать микроорганизмы. Веточки мха, отмирая, опускаются на дно, образуя торф. Толщина торфяной подушки достигает 5 метров – именно на ней живут обитатели болот. Так как круговорот веществ в болоте также не является замкнутым, через много-много лет болото превращается в лес, чем и объясняется постоянное образование, а затем зарастание болотин. Но пока этого не произошло, болото поддерживает уровень грунтовых вод и является необходимым компонентом в кругообороте веществ в биосфере.

Влияние человека

Круговорот воды является исключительно важным свойством гидросферы, так как только благодаря ему общее количество этой жидкости на Земле почти не уменьшается, делая ее возобновимым ресурсом. За последние пару сотен лет существенно возросло значение хозяйственной деятельности человека в круговороте воды. Динамичное развитие промышленности, бесконтрольная вырубка лесов, орошение и осушение земель, освоение обширных участков земли для сельскохозяйственных нужд, возведение огромных плотин, затопление больших территорий водохранилищами — все это мало повлияло на общий объем гидросферы, но сильно затронуло отдельные гидрологические процессы.

Значение и свойства воды

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.

Взаимосвязь между гидросферой, литосферой, биосферой и атмосферой

Земля на 70% покрыта водной оболочкой, которая составляет важнейшую часть биосферы – гидросферу. В нее входят все существующие на планете океаны, моря, реки, озера, болота, подземные воды, искусственные водные бассейны, а также водяные пары и ледники.

Рис. 1. Ледники

Как известно, вода может пребывать в трех различных состояниях:

• газообразном (облака, тучи);
• жидком (реки, океаны и пр.);
• твердом (ледники).

Гидросфера состоит из воды, которая находится на земном шаре во всех трех своих состояниях. Вода – это уникальный и единственный компонент в природе, который может иметь три различные формы. Больше ни одно вещество на планете на такое не способно.

Особенности круговорота углерода

Углерод – это элемент, который встречается во многих различных формах и местах нашей Земли и атмосферы. Как упоминалось ранее, он в больших количествах содержится в живых организмах. Без этого элемента мы бы даже не существовали. Ключевые молекулы, из которых состоит наш организм, такие как белки, углеводы и ДНК, содержат углерод в качестве основного компонента. Углерод также в изобилии присутствует в нашей атмосфере в форме углекислого газа или CO₂. Кроме того, углерод также содержится в Земле в виде ископаемого топлива.

Важно понимать, что наша Земля и ее атмосфера в целом являются замкнутой средой. Материя, которая существует сейчас, – это все, что у нас когда-либо будет

Вы когда-нибудь слышали фразу: «Материю невозможно создать или уничтожить»? Возьмем, к примеру, воду. Вода постоянно циркулирует на Земле и атмосфере. Она испаряется из океанов и других водоемов и удерживается в облаках. Затем выпадает в виде дождя или снега. Вода никогда не создается и не уничтожается, она лишь перерабатывается.

Точно так же у нас есть фиксированное количество углерода на Земле и в атмосфере. Мы находимся в нашем собственном пузыре, и, по сути, практически ничто не выходит из нашего мира и не входит в него. Мы не получаем межгалактических поставок необходимых элементов, таких как углерод. Это означает, что весь углерод на Земле и в атмосфере, равен тому количеству, которое у нас всегда было. Итак, когда формируются новые организмы, необходим углерод для образования ключевых молекул, таких как белок и ДНК. Но откуда он берется? Вот тут и начинает работать круговорот углерода в природе.

Применение

Все люди на планете прекрасно знают, что жизнь без воды невозможна. Любое начало жизни изначально зарождается в воде.

Человек применяет воду:

• для поддержании жизни (приготовления пищи, обеспечения организма водой);
• для бытовых нужд (гигиены, уборки и т. д);
• в сельском хозяйстве и животноводстве;
• промышленности (используется при производстве продуктов питания, чугуна, стали, резины и т. д);
• медицине;
• химии (в качестве реагента для химических реакций, опытов, исследований);
• рыболовстве;
• для транспортировки людей и грузов;
• для спорта;
• в земледелии;
• для пожаротушения;
• служит источником энергии (электростанции).

Сколько жидкости в теле человека

Эмбрион человека состоит из жидкости не менее, чем на 97%. Когда ребенок рождается, вода составляет около 80% его тела. В первые несколько суток после рождения этот показатель существенно снижается.

В дальнейшем содержание воды в организме человека постоянно уменьшается. В пожилом возрасте в теле человека доля воды не превышает 50-60%.

Стоит отметить, что расчет считается приблизительным (может отличаться на 5-10%) Так как количество воды зависит от возраста, пола, физической активности, состояния здоровья.

Основные функции

Вода необходима каждому живому существу. Каждый живой организм состоит из клеток. Ключевую роль выполняет вода. Она составляет около 70 процентов от её массы. Рассмотрим кратко основные функции.

• Растворитель. Большинство химических реакций протекают только в водной среде.
• Транспортная функция. Переносит питательные вещества из одной части в другую.
• Функция регенерации. С помощью воды удаляются ненужные продукты жизнедеятельности.
• Регулирует терморегуляцию. Защищает организм от перегрева и обеспечивает равномерное распределение тепла по организму.
• Все обменные процессы в организме регулируются водой.

Польза чистой питьевой воды

Врачи, диетологи и другие специалисты часто совершают ошибку, когда слишком много внимания уделяют разным продуктам питания и забывают про воду. Любые вещества, даже самые питательные и полезные, могут оказаться совершенно неэффективными, если нет растворителя, способного доставить их в нужные части тела. На Земле есть только один простой, надежный и распространенный растворитель – вода.

Изначально природой заложено употреблять чистую воду. Когда в организм вносится некая смесь, то пищеварительной системе приходится прикладывать много усилий, растрачивать много энергии, чтобы отделить все лишнее и получить воду. Кроме этого, высокое содержание сахара неизбежно провоцирует нарушение нормального обмена веществ.

Питьевая вода должна быть чистая, свежая, качественная, «живая». Т.е. это должна быть натуральная природная вода, которая при попадании в организм легко проникает во все клетки, служит эффективным растворителем. Она быстро доставляет все питательные вещества к тканям и органам.

Сколько нужно пить воды в день

Рекомендуется употреблять чистую воду без примесей 30-40 мл на 1 кг веса.

Количество рекомендуемой нормы зависит от физической активности, климата и веса.

Процентное содержание в органах

Вода в теле человека находится в разных субстанциях и никогда не смешивается в единое целое.

Жидкости больше в тех клетках, в которых обмен веществ протекает более интенсивно. Рассмотрим таблицу № 1.

Таблица № 1. Процент содержания в органах человека

Признаки обезвоживания

Если содержание воды резко меняется в одну или другую сторону, то это сразу сказывается на общем состоянии здоровья. Чрезмерное количество воды организм переносит намного легче, чем ее нехватку. Рассмотрим основные симптомы проявления нехватки воды в организме человека.

1. Жажда – первый сигнал нехватки жидкости в организме.
2. У человека возникают твердые каловые массы и запоры.
3. Появляется усталость и слабость.
4. Возникают головные боли и головокружения.
5. Кожа становится сухой.
6. Состояние может сопровождаться сильным упадком настроения (вплоть до тяжелой депрессии).

При длительном сохранении такого состояния могут возникнуть проблемы:

• с артериальным давлением;
• нарушением пищеварения;
• заболеваниями органов ЖКТ;
• может появиться диабет, ожирение (или наоборот – истощение, дистрофия);
• появляются зрительные и слуховые галлюцинации (при потери воды 10%);
• сильное обезвоживание может привести к смерти.